Способ обработки вязких вентильных металлов
Владельцы патента RU 2539283:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) (RU)
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при абразивной обработке деталей из вязких вентильных металлов, преимущественно алюминиевых сплавов. Способ включает предварительное изменение физико-химических свойств поверхностного слоя детали и осуществление ее обработки абразивным инструментом с глубиной резания, превышающей толщину предварительно измененного поверхностного слоя. Изменение физико-химических свойств поверхностного слоя детали осуществляют поляризацией в среде электролита с инициированием электрических разрядов на поверхности детали при напряжении источника тока выше 300В. В результате повышается производительность обработки.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при абразивной обработке деталей из вязких вентильных металлов, преимущественно алюминиевых сплавов.
В металлообработке известен способ чистовой анодноабразивной обработки, при котором процесс анодного окисления совмещен с абразивным съемом. Но при обработке вязких вентильных металлов, в частности алюминиевых сплавов, происходит налипание стружки на инструмент (засаливание), что отрицательно влияет на производительность и качество обработанной поверхности [Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: Учеб. Пособие / В 2-х томах /. Т.2. - М.: Высшая школа, 1983. С.149-160].
Известен также способ абразивной обработки, согласно которому поверхность резания предварительно упрочняют вращающимся импрегнированным кругом с усилием, вызывающим локальную пластическую деформацию поверхностного слоя [А.С. №942949, МПК B24B 1/00, 1982]. В этом случае в связи с равномерностью свойств снимаемого слоя материала, известный способ абразивной обработки сопровождается засаливанием инструмента, снижающим производительность и качество обработанной поверхности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым технико-экономическим показателям к заявляемому является способ обработки вязких металлов, при котором предварительно изменяют физико-химические свойства поверхностного слоя оксидированием в кислотном растворе на режимах твердого анодирования, а абразивную обработку осуществляют с глубиной резания, превышающей толщину измененного слоя [А.С. №1479259, МПК B24B 1/00, 1989]. Образование оксида согласно известному способу происходит за счет электрохимических реакций на границе «деталь-электролит». Для образования слоя с измененными физико-химическими свойствами толщиной, достаточной для реализации прерывистого резания при шлифовании, необходимо анодирование производить в течение длительного промежутка времени. Таким образом, невысокая производительность известного способа является его недостатком.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение производительности обработки за счет изменения физико-химических свойств поверхностного слоя металла поляризацией в среде электролита инициированием на поверхности электрических разрядов с использованием подвижных микроисточников высококонцентрированной энергии.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе обработки вязких вентильных металлов, преимущественно алюминия и его сплавов, при котором предварительно изменяют физико-химические свойства поверхностного слоя металла поляризацией в среде электролита, а затем производят обработку абразивным инструментом с глубиной резания, превышающей толщину предварительно измененного слоя, особенностью является то, что поляризацию осуществляют с инициированием электрических разрядов на поверхности детали.
Предлагаемый способ реализуют следующим образом.
До абразивной обработки производят поляризацию детали в электролите с инициированием электрических разрядов на ее поверхности. При этом на обрабатываемой поверхности с высокой скоростью роста образуется охрупченный слой. Затем осуществляют абразивную обработку, совмещая удаление порций охрупченного слоя и исходного металла, вскрывающегося на поверхности резания, т.е. используя схему прерывистого резания. Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал следующее. Поляризацию вентильных металлов в среде электролита с инициированием электрических разрядов на поверхности производят при напряжениях выше 300 В, причем наиболее эффективна анодно-катодная поляризация. В результате высокой напряженности электрического поля происходит инициирование искровых или микродуговых разрядов на поверхности детали, являющихся микроисточниками высококонцентрированной энергии. Кратковременность единичных разрядов и их возникновение вновь на микроучастках поверхности, имеющих меньшее электросопротивление, обеспечивают эффект подвижности микроисточников энергии. В сравнении с прототипом в заявляемом техническом решении изменяется механизм оксидообразования - слой оксида формируется при воздействии термоэлектрохимических реакций. Скорость роста слоя с измененными физико-химическими свойствами возрастает.
Преимущества предлагаемого способа обработки вязких вентильных металлов подтверждаются следующим примером его реализации для схемы плоского шлифования. В качестве образцов использовали плоскопараллельные пластинки (60×40×8) алюминия марки А5 ГОСТ 11069 - 2001. Заданная исходная шероховатость Rz 80÷96 мкм. Предварительное изменение свойств поверхностного слоя металла осуществляли двумя методами: твердое анодирование в кислотном растворе (базовый вариант) и поляризация в среде электролита с инициированием электрических разрядов на поверхности образца.
Условия анодирования:
| серная кислота | 200 г/л |
| щавелевая кислота | 10 г/л |
Анодная плотность тока 1,2÷2,2 А/дм2, температура 5-7°C, отношение анодной и катодной площадей 1:3.
Условия поляризации с инициированием разрядов:
| едкое кали | 2 г/л |
| силикат натрия | 2 г/л |
| алюминат натрия | 2 г/л |
Формирующее напряжение источника тока: анодной цепи - 320 В, катодной - 80 В. Суммарная плотность тока 15 А/дм2. Соотношение анодной и катодной составляющих тока 1:1; отношение площадей образца и противоэлектрода (сталь 12Х18Н10Т) 1:40.
Абразивную обработку проводили на станке ЗГ71 кругом 25АМ40СМ8К5 с режимами:
| скорость резания | 30 м/с |
| продольная подача | 10 м/мин |
| глубина шлифования | 0,005 мм/дв. ход |
По предложенному и базовому вариантам обработали по 5 образцов. Шлифование прекращали при исчезновении следов слоя с измененными свойствами. Для создания идентичных условий шлифования начальная толщина слоя во всех случаях была одинаковой 100-110 мкм. При формировании слоя указанной толщины твердое анодирование проводили в течение 30 мин. В среде электролита при инициировании электрических разрядов на поверхности образца данная толщина обеспечивается поляризацией в среднем в течение 14 мин, т.е. в 2,1 раза быстрее.
Шлифование во всех 10 опытах обеспечивало получение чистоты поверхности Rz 4-6 мкм. Макродефекты (задиры, прижоги и т.п.) отсутствовали на обработанной поверхности.
Таким образом, испытания предложенного способа обработки вязких вентильных металлов показали его производительность на стадии изменения физико-химических свойств поверхностного слоя в 2,1 раза более высокую в сравнении с базовым вариантом при одинаковых показателях качества.
Способ обработки деталей из вязких вентильных металлов, преимущественно алюминия и его сплавов, включающий предварительное изменение физико-химических свойств поверхностного слоя детали и осуществление ее обработки абразивным инструментом с глубиной резания, превышающей толщину предварительно измененного поверхностного слоя, отличающийся тем, что изменение физико-химических свойств поверхностного слоя детали осуществляют поляризацией в среде электролита с инициированием электрических разрядов на поверхности детали при напряжении источника тока выше 300 В.
