Электромеханическая обработка. Электроискровая обработка. Сущность, преимущества, недостатки

Электромеханическая обработка — это разновидность восстановления деталей пластическим деформированием, заключается в искусственном нагреве металла электрическим током в зоне деформации. Этот способ дает возможность обрабатывать закаленные детали и детали, восстановленные твердыми сплавами.

Электромеханическая обработка заключается в следующем. Деталь 1 и инструмент 6 (рис. 1) подключают к вторичной обмотке понижающего трансформатора 3. К вращающейся детали прижимают с определенным усилием инструмент 6 и включают продольную подачу. Через зону контакта детали и инструмента пропускают ток 350...700 А напряжением 1...6 В. Так как площадь контакта детали и инструмента мала, а ток большой, то металл детали в зоне контакта мгновенно нагревается до температуры 800...900 °С и легко деформируется инструментом. Последующий быстрый отвод теплоты внутрь детали (охлаждение) способствует закалке поверхностного слоя.

Рисунок 1. Схема электромеханической обработки:

1 - деталь; 2 - трехкулачковый патрон; 3 - трансформатор; 4 - рубильник; 5 - вращающийся центр; 6 - инструмент

В зависимости от вида применяемого инструмента 6 можно проводить два вида обработки — сглаживание поверхности и высадку металла с последующим сглаживанием. Сглаживание осуществляют твердосплавной пластиной, изготовленной из сплава Т15К6 с закругленной вершиной. Радиус закругления R = 80... 100 мм.

Высадкой металла с последующим сглаживанием восстанавливают посадочные места подшипников на валах с износом до 0,15 мм. Процесс включает две операции — высадку металла и сглаживание выступов до необходимого размера. Металл высаживают твердосплавной пластиной из сплава Т15К6 с углом 60...70°. Подача S (рис. 2) должна быть в три раза больше контактной поверхности / пластинки.

Рисунок 2. Схема электромеханической высадки и сглаживания поверхности детали:

1 — деталь; 2 — высаживаемая пластина; 3 — сглаживающая пластина; D0 — диаметр изношенной поверхности; Z)/ — диаметр детали после высадки; Z>2 — диаметр детали после сглаживания

При вращении детали и продольной подаче суппорта твердосплавная пластина 2 деформирует нагретый до температуры 800...900 °С металл, в результате чего на поверхности образуется винтовая канавка и выпученность, а диаметр детали увеличивается (Dj).

После прохода сглаживающей пластины 3 диаметр детали принимает значение D2, которое значительно больше диаметра изношенной детали (DJ.

Винтовые канавки на поверхности детали, остающиеся на поверхности после сглаживания, заполняют эпоксидной композицией, что компенсирует уменьшающуюся площадь контакта посадочного места с внутренним кольцом подшипника.

Высадку и сглаживание проводят при скорости обработки поверхности детали соответственно

1.5...8 и 5...8 м/мин. Число проходов 2...4 и 1...2, сила тока 400...500 и 250...400 А.

Давление на инструмент при высадке закаленных деталей 900... 1200 Н, сглаживании —

300...400 Н, для незакаленных — соответственно 600...800 и 300...400 Н.

В ремонтном производстве электромеханическая обработка находит применение как способ поверхностного упрочнения деталей, работающих при знакопеременной нагрузке; как способ подготовки поверхности деталей, имеющих высокую твердость, под металлизацию и как способ восстановления размеров деталей для неподвижных сопряжений.

Рисунок 3. Схема процесса переноса металла с анода на катод при электроискровом наращивании и легировании металлических поверхностей

При сближении электродов напряженность электрического поля увеличивается и при достижении определенного значения вызывает искровой электрический разряд между ними. Через образовавшийся канал сквозной проводимости пучок электронов фокусированно ударяется о твердую металлическую поверхность анода. В этот момент от анода отделяется капля расплавленного металла, которая устремляется по направлению к катоду. В момент последующего разрыва цепи тока исчезают сжимающие усилия электромагнитного поля — и частицы расплавленного металла летят широким факелом, прилипая и частично внедряясь в поверхность катода. Через мгновение система вновь успевает накопить энергию и в момент замыкания электродов сквозь раскаленные частицы, лежащие на поверхности катода, проходит следующий импульс тока, сопровождающийся механическим ударом движущейся массы электрода-анода. Этот импульс тока сваривает частицы между собой и прогревает тонкий слой поверхности катода. При этом происходит диффузия легирующих элементов в толщу катода, а также протекают химические реакции между этими частицами и материалом катода. После этого анод начинает движение вверх, и на катоде остается слой металла, прочно соединившийся с поверхностью изделия. Так повторяется множество циклов, в течение которых происходят: электроискровой разряд, короткое замыкание и холостой ход.

В период электроискрового разряда через электроды проходит мощный (до 105—106 А/мм) импульс тока. Температура в межэлектродном зазоре достигает 10—11 тыс. °С. Присутствие в зоне столь высоких температур азота воздуха и различных легирующих элементов, входящих в состав электрода-анода, позволяет не только наращивать поверхность детали, но и легировать ее, улучшая физические и химические свойства металлических поверхностей.

Количество материала, наращиваемого на катоде, а следовательно, увеличение размеров детали зависит от количества и мощности импульсов. При нанесении покрытий при грубых режимах в начале процесса откладывается наибольшее количество металла, в дальнейшем его количество, переносимое на катод в единицу времени, резко уменьшается. Время наибольшего переноса металла зависит от химического состава электродов. При грубых режимах можно получать удовлетворительные покрытия твердых сплавов толщиной до 0,5 мм, при мягких.— до 0,2 мм.

Износостойкость деталей, упрочненных электроискровым способом, в несколько раз выше неупрочненных. Усталостная прочность деталей после электроэрозионной обработки уменьшается на 10—20% вследствие возникновения растягивающих напряжений и увеличения поверхностной шероховатости.

Анодно-механическая обработка. Электроэрознонное наращивание и легирование (упрочнение деталей). Сущность, применение, преимущества, недостатки.

Анодно-механическая обработка состоит в там, что в межэлектродный зазор подается электролит (водный раствор жидкого стекла с удельной массой 1,36—1,38) и под действием электрического тока поверхность детали растворяется с образованием плотной пленки. Движущийся относительно анода и прижимающийся к нему под определенньм давлением катод-инструмент механически удаляет образующуюся пленку, способствуя тем самым непрерывному растворению металла (рис. 1). При прохождении тока через раствор Na2Si03 на аноде выделяется двуокись кремния и кислород:

Na₂Si0₃ → 2Na++ + Si0₃; 2SiO_з → 2Si0₂ + 0₂

Рисунок 1. Схема анодно-механической обработки деталей: а - резка; б - шлифование; в - чистовая доводка; 1 - абразивный инструмент; 2 - обрабатываемая деталь(анод); 3 - сопло для подачи электролита; 4 - катод-инструмент; 5 - щеточное устройство и токосъемники

При достаточно большой плотности тока и напряжении на электродах выше 15 В наступает электроэрозионная стадия процесса, сопровождающаяся большим выделением тепла. Возникающие электрические разряды сопровождаются бомбардировкой анода электронами, вследствие чего в относительно небольших объемах обрабатываемой поверхности происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Это приводит к расплавлению и испарению металла в зоне разрядного канала. Эродированный металл конденсируется в электролите и выносится из межэлектродного промежутка движущимся инструментом и раствором.

При небольшой плотности тока и напряжении съем металла происходит в результате электрохимического растворения поверхности анода.

Скорость съема металла и качество обработки зависят от электрических и механических режимов процесса, а также от состава электролита. Наибольшая производительность процесса наблюдается при форсированных электрических режимах (эрозионный съем металла), наименьшая —при мягких режимах (электрохимический съем металла). В первом случае ухудшается шероховатость обрабатываемой поверхности до 3—4-го класса, во втором она достигает 6 — 8-го класса.

Скорость перемещения инструмента способствует повышению производительности обработки и уменьшению шероховатости поверхности, что объясняется улучшением условий удаления продуктов растворения.

Большое влияние на показатели процесса оказывают также давление электрода- инструмента на обрабатываемую поверхность и подача рабочей жидкости в зазор между ними.

Давление должно быть таким, чтобы достигалось равновесие между съемами металла и образованием анодной пленки. Оптимальным считается давление 0,18—0,28 МН/м² при плотности жидкого стекла 1,2—1,36 г/см. При этом меньшей плотности рабочей жидкости и большей скорости электрода-инструмента соответствует меньшее давление.

Электрод-инструмент чаще всего готовят из красной меди, стали или чугуна. При шлифовании применяют шлифовальные круги с электропроводным наполнителем (свинец, медь, латунь и т. д.), В этом случае повышаются производительность процесса и уменьшается шероховатость обрабатываемой поверхности

Электроэрозионное наращивание (выполняется в газовой среде при полярном переносе материала электрода (анода) на деталь (катод)) применяется при наращивании посадочных поверхностей под подшипники качений на валах и в корпусных деталях, для повышения долговечности резцов, режущих частей сельскохозяйственных машин и т. д. Материал, выброшенный с анода импульсом электрического тока, легирует поверхностный слой детали с образованием нитридов, карбонитридов, цементитов, а также закалочных структур. Наращивание изошенных деталей возможно при использовании конденсаторных установок (рис. 2). Коммутация цепи разрядного контура ведется при помощи вибратора 1 с закрепленным в нем электродом (анодам).

Рис. 2. Принципиальная схема установки для электроэрозионного наращивания и легирования:1 — вибратор; 2 — электрод; 3 — деталь;

4 — конденсаторная батарея.

При сближении электродов напряженность электрического поля увеличивается и при достижении определенного значения вызывает искровой электрический разряд между ними.

Через образовавшийся канал сквозной проводимости пучок электронов фокусированно ударяется о твердую металлическую поверхность анода. В этот момент от анода отделяется капля расплавленного металла, которая устремляется по направлению к катоду. В момент последующего разрыва цепи тока исчезают сжимающие усилия электромагнитного поля — и частицы расплавленного металла летят широким факелом, прилипая и частично внедряясь в поверхность катода. Через мгновение система вновь успевает накопить энергию и в момент замыкания электродов сквозь раскаленные частицы, лежащие на поверхности катода, проходит следующий импульс тока, сопровождающийся механическим ударом движущейся массы электрода-анода. Этот импульс тока сваривает частицы между собой и прогревает тонкий слой поверхности катода. При этом происходит диффузия легирующих элементов в толщу катода, а также протекают химические реакции между этими частицами и материалом катода. После этого анод начинает движение вверх, и на катоде остается слой металла, прочно соединившийся с поверхностью изделия. Так повторяется множество циклов, в течение которых происходят: электроискровой разряд, короткое замыкание и холостой ход.

В период электроискрового разряда через электроды проходит мощный (до 105—106 А/мм) импульс тока. Температура в межэлектродном зазоре достигает 10—11 тыс. °С. Присутствие в зоне столь высоких температур азота воздуха и различных легирующих элементов, входящих в состав электрода-анода, позволяет не только наращивать поверхность детали, но и легировать ее, улучшая физические и химические свойства металлических поверхностей.

Статическая и динамическая балансировка деталей. Цель. Установки. Приспособления, инструменты. Технологическая последовательность

Балансировка деталей и сборочных единиц. При вращении многих деталей и сборочных единиц (коленчатых валов, маховиков, шкивов, дисков, карданных валов, барабанов и т. д.) из-за наличия неуравновешенных масс возникают центробежные силы. Неуравновешенность деталей и сборочных единиц возникает из-за неточности их изготовления (даже в пределах допуска), неточной сборки (несоосность и др.), неравномерного изнашивания поверхностей и т. д. Неуравновешенность очень вредна, так как возникают вибрации, резко возрастают нагрузки на детали и машину в целом, что в итоге приводит к ускорению изнашивания подшипниковых узлов и разрушению многих деталей.

Различают статическую и динамическую неуравновешенность и соответственно статическую и динамическую балансировку.

Статическая балансировка. Статическая неуравновешенность обусловлена тем, что центр масс детали не лежит на оси ее вращения. В результате этого при вращении детали возникает неуравновешенная центробежная сила инерции, Н,

F=mrώ2 ²

где т - неуравновешенная масса кг; г — расстояние до массы т от оси вращения детали, м; ώ — угловая скорость вращения, рад/с; ϕ— сила тяжести (вес) детали, Н; г_э — эксцентриситет центра масс детали, м; g —ускорение свободного падения, м/с; n — частота вращения детали, мин'1.

При статической балансировке опытным путем определяют массу, которую необходимо удалить с детали или прибавить к ней, чтобы центр масс детали располагался на оси ее вращения. Для этого деталь (например, маховик), смонтированную на точно обработанную и уравновешенную оправку, устанавливают на горизонтальные призмы или ролики с малым сопротивлением в опорах. Под действием неуравновешенной массы, создающей вращающий момент, деталь самопроизвольно повернется и установится так, что эта масса будет находиться в нижнем положении. Устраняют дисбаланс удалением металла с утяжеленной (нижней) стороны детали сверлением, фрезерованием, опиловкой или прикреплением корректирующего груза на противоположной стороне (например, у колес автомобилей). Массу удаляемого металла или прикрепляемого груза определяют опытным путем, добиваясь, чтобы после поворота детали на любой угол она оставалась бы неподвижной (как бы в состоянии безразличного равновесия).

Динамическая балансировка. Динамическая неуравновешенность возникает тогда, когда ось вращения детали не совпадает с ее главной осью инерции.

Допустим, что при статической балансировке неуравновешенную массу т уравновесили массой Q. Поскольку положение плоскости, в которой расположена масса т, неизвестно, то и вводимая компенсирующая масса Q расположится в любом поперечном сечении детали на каком-то расстоянии от первой плоскости. При этом центр масс совпадает с осью вращения, деталь на призмах установится в любом положении. Но при вращении такой детали возникнут центробежные, противоположно направленные силы F/ и F2 (рис. 1), т. е. возникает пара сил, образующая возмущающий момент

М = F₁L = mrώ² L

где L - расстояние между неуравновешенной и уравновешивающей статически массой.

Рисунок 1. Схема динамического уравновешивания детали: т - неуравновешенная масса; Q - статически уравновешивающая масса; mi и m2 ~ динамически уравновешивающие массы; F1 и F2—центробежные силы; Р1 и Р2 - центробежные силы от масс.

Возмущающий момент стремится повернуть вал вокруг его центра масс на некоторый угол, но супорnы вала мешают этому, воспринимая дополнительную нагрузку. В результате возникают вибрации работающего агрегата (например, двигателя).

Для динамической уравновешенности детали необходимо либо убрать возмущающий момент, либо создать равный противодействующий момент, прикрепив к детали в той же плоскости две массы т\ и m2 на равном расстоянии от оси вращения так, чтобы F₁L=Р₁l, где L — расстояние между уравновешивающимися массами.

Динамическую балансировку деталей и сборочных единиц проводят на специальных стендах, принцип действия которых заключается в следующем. Деталь помещают на упругие опоры (люльки) стенда и вращают. Под действием неуравновешенных центробежных сил инерции и их моментов люльки 1 (рис. 4) будут колебаться в горизонтальной плоскости.

Колебания опор приводят в движение связанные с ними катушки датчиков 2, находящихся в магнитном поле постоянных магнитов, в результате чего в обмотках катушек наводится ЭДС, значение которой будет пропорционально амплитуде колебаний. Таким образом, датчики 2 преобразуют механические колебания люлек в электрические. Сигналы от датчиков подводятся к блоку усиления 3. Далее они поступают на миллиамперметр 4, шкала которого проградуирована в единицах дисбаланса (г-см), и на безынерционную лампу 5 стробоскопа, которая освещает цифры на вращающемся лимбе 7. Цифры показывают угол (в градусах) расположения дисбаланса Угловое расположение дисбаланса отсчитывают по лимбу и устанавливают по стрелке на маховике 8.

Дисбаланс и его уравновешивание измеряют поочередно для каждой из опор (правой и левой). Для этого на пульте управления расположен переключатель.

На таком принципе основано устройство применяемой на ремонтных предприятиях универсальной балансировочной машины МБ-У4. Она состоит из механической части, измерительного устройства с датчиком и стробоскопом и электропривода с устройством для автоматической смазки вкладышей под шейки балансируемой детали.

Балансировку проводят при вращении детали. Через некоторое время после достижения заданной частоты вращения детали с помощью электромагнитов автоматически растормаживаются люльки. Далее определяют дисбаланс и угол его расположения для одного конца детали. Снимают часть металла (у коленчатого вала, например, с противовеса), добиваясь допустимого значения дисбаланса Затем те же операции выполняют для другого конца детали. Когда двигатель выключают, электромагниты обесточиваются и запирают люльки.

Масса г, снимаемого или добавляемого металла

G = M/r,

где М - дисбаланс (показания милиамперметра), г-см; г - расстояние от оси вращения детали до места снятия металла или прикрепления груза см.

Статической балансировки достаточно для коротких деталей (шкивов, маховиков, дисков сцепления и т. д.), у которых длина меньше диаметра и не может быть большого плеча L пары сил, а значит, возмущающий момент практически равен нулю. В то же время вследствие большого диаметра (большое г) их статическая неуравновешенность может быть большой. И наоборот, для деталей с большей длиной, значительно превосходящей диаметр (коленчатые валы, барабаны и т. д.), первостепенное значение имеет динамическая неуравновешенность, и их обязательно подвергают динамической балансировке. Динамическая неуравновешенность включает в себя и статическую неуравновешенность, но не наоборот.

Обычно детали ответственных сборочных единиц динамически балансируют отдельно, а затем всю сборочную единицу балансируют в сборе. Так поступают, например, с коленчатым валом в сборе с маховиком и сцеплением. Нормы дисбаланса приведены в технических требованиях на ремонт машин.

Дата добавления: 2015-04-30