Содержание к диссертации
Введение
1. Способы модифицирования микрогеометрических и отражательных характеристик металлических поверхностей 10
1.1. Современные процессы полирования поверхности металлов и сплавов 10
1.2. Особенности процесса электрохимического полирования поверхности металлов и сплавов 15
1.3. Методы совершенствования процесса электрохимического полирования металлов и сплавов 23
1.4. Выводы 26
2. Методика исследований и лабораторное оборудование 28
2.1. Общий план и структура исследований 28
2.2. Лабораторный стенд, исследуемые образцы и электролиты 29
2.3. Импульсный источник питания 31
2.4. Определение отражательной способности (блеска) поверхности .34
2.4.1. Существующие методы определения блеска поверхности 34
2.4.2. Методика определения блеска поверхности 36
2.5. Методика определения эффективности сглаживания микронеровностей поверхности 39
2.6. Методика проведения поляризационных измерений 40
2.7. Выводы 41
3. Поляризация ювелирных сплавов золота биполярными импульсами тока 42
3.1. Некоторые особенности процесса ЭХП импульсным током 42
3.2. Поляризация ювелирных сплавов золота различных цветов при электрохимическом полировании биполярными импульсами тока в электролите полирования 44
3.3. Выводы 55
4. Исследование процесса сглаживания микронеровностей поверхности ювелирных сплавов золота 56
4.1. Исследование процесса сглаживания микронеровностей поверхности сплава ЗлСрМ 58,5-8 при электрохимическом полировании импульсным током 56
4.2. Сравнительное исследование различных процессов сглаживания микронеровностей поверхности изделий из сплава ЗлСрМ 58,5-8 59
4.3. Исследование ЭХП ювелирных сплавов золота 585 пробы различных цветов импульсами биполярного тока 70
4.4. Выводы 78
5. Разработка технологического процесса ЭХП импульсными биполярного токами и оборудования для его промышленной реализации 80
5.1. Особенности использования титановых подвесочных приспособлений 80
5.2. Влияние динамики движения электролита на процесс ЭХП 88
5.3. Методика определения «оптимальных» амплитудно-временных параметров импульсов тока для процесса ЭХП 88
5.4. Импульсные источники питания и технологическая оснастка 91
5.5. Разработка технологического процесса электрохимического полирования и глянцевания поверхности ювелирных изделий из сплавов золота 95
5.6. Выводы 99
Заключительные выводы 101
Литература 103
Приложение А
- Особенности процесса электрохимического полирования поверхности металлов и сплавов
- Лабораторный стенд, исследуемые образцы и электролиты
- Поляризация ювелирных сплавов золота различных цветов при электрохимическом полировании биполярными импульсами тока в электролите полирования
- Сравнительное исследование различных процессов сглаживания микронеровностей поверхности изделий из сплава ЗлСрМ 58,5-8
Введение к работе
Актуальность темы. Под качеством поверхности в ювелирной промышленности понимают совокупность таких показателей, как шерохова-тость и отражательная способность (блеск) поверхности.
Электрохимическое полирование (ЭХП) поверхности металлов и сплавов в настоящее время является одним из наиболее прогрессивных технологических процессов металлообработки, не смотря на то, что используется в промышленности на протяжении многих десятилетий. В основном это связано с рядом существенных преимуществ процесса по сравнению с механическим полированием с применением свободного или связанного абразива.
Традиционно ЭХП производится в анодном режиме в растворах кислот и щелочей с различными неорганическими и органическими добавками. При промышленном использовании традиционного ЭХП могут возникать опреде-ленные проблемы:
- применение электролитов при повышенных температурах (60–90 С) вызывает значительную экологическую нагрузку на окружающую и производ-ственную среду;
- ЭХП ювелирных сплавов на основе золота в настоящее время отработано лишь в дорогостоящих и ядовитых цианистых электролитах;
- известные технологические процессы ЭХП с использованием постоян-ного тока не позволяют использовать их в качестве финишной операции, так как качество получаемой поверхности недостаточны.
Необходимость устранения существующих недостатков процесса ЭХП и расширения его технологических возможностей потребовала использования импульсов тока длительностями в диапазоне (0,1–3,0)10–3 с. Промышленное же внедрение требует разработки экспресс-методов определения оптимальных параметров процесса, а также исследование динамики удаления металла и скорости сглаживания микронеровностей поверхности при различных исходных состояниях поверхности заготовок в условиях предварительной и финишной обработки.
Целью работы является повышение качества поверхности сплавов золота с использованием электрохимического полирования биполярными импульсами тока.
Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи.
1. Проанализировать особенности процесса сглаживания высоты микро-неровностей поверхности изделий из сплавов золота при использовании различных способов их обработки.
2. Исследовать особенности и определить общие закономерности поляризации ювелирных сплавов золота биполярными импульсами тока прямоугольной формы в условиях сглаживания высоты микронеровностей поверхности.
3. Исследовать динамику изменения микрошероховатости и отражательной способности при различных исходных состояниях обрабатываемой поверхно-сти изделий из сплавов золота и определить технологические параметры процесса обработки.
4. Определить особенности технологического процесса ЭХП в условиях промышленной обработки изделий и исследовать их влияние на процесс.
5. Разработать метод определения оптимальных параметров процесса ЭХП.
6. Разработать патентопригодный способ ЭХП поверхности изделий из сплавов золота, оборудование для его реализации, внедрить их на ювелирном предприятии.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием теории ЭХП. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях на специальном оборудовании с использованием системы автоматизированной обработки экспериментальных данных с применением методов статистической обработки результатов.
На защиту выносятся:
- результаты исследования процессов, проходящих на границе раздела «анод-электролит» при ЭХП биполярными импульсами тока;
- модель изменения величины постоянной составляющей потенциала поверхности сплавов золота под действием импульсов тока прямоугольной формы;
- результаты исследования отражательной способности и шероховатости поверхности при различных последовательностях предварительных и заключительных операций обработки заготовок изделий из сплавов золота;
- методика определения оптимальных амплитудно-временных параметров импульсов (АВПИ) тока для процесса ЭХП поверхности ювелирных сплавов на основе золота с учетом эффективности полирования и продолжительности процесса;
- технологический процесс ЭХП поверхности заготовок из сплава ЗлСрМ 58,5-8.
Научная новизна
1. Получены экспериментальные зависимости «ток-время» и «поляриза-ция-время» при ЭХП биполярными импульсами тока, характеризующие про-цессы, проходящие на границе раздела «анод-электролит».
2. Экспериментально доказана возможность регулирования скоростей процессов на границе раздела «анод-электролит», отвечающих за качество обработанной поверхности, изменением амплитудно-временных параметров импульсов (АВПИ) и режимов электролиза.
3. Выявлены особенности зависимостей «ток-время» и «поляризация-время», характерные для оптимальных АВПИ и режимов электролиза с точки зрения эффективности полирования с учетом отражающей способности получаемой поверхности.
4. Определено влияние титановых подвесочных приспособлений на про-цесс импульсного ЭХП.
Практическая значимость
1. Определено влияние изменения параметров процесса ЭХП на анодную поляризацию и качество получаемой поверхности.
2. Выявлена зависимость эффективности полирования с учетом отра-жающей способности поверхности сплавов золота 585 пробы от предвари-тельной механической обработки.
3. Определение при импульсном ЭХП потерь технологического тока на протекание его части через поверхность титановых подвесочных приспособ-лений позволило выработать рекомендации по корректированию амплитуды тока в импульсе.
4. Разработана методика определения оптимальных АВПИ тока для про-цесса ЭХП поверхности ювелирных сплавов на основе золота с учетом про-должительности процесса, использование которых позволяет улучшить эффективность полирования.
Реализация результатов работы. На основании проведенных исследований разработан способ электрохимического полирования поверхности изделий из сплавов золота, защищённый Патентом РФ, технологические рекомендации и оборудование для его проведения, прошедшие производственные испытания и внедрённые на предприятии «Ювелирная студия «Арти»», г. Кострома.
Апробация работы. По материалам диссертации сделаны доклады на:
- 1-ой Международной научной конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии», 2008, Плёс, Иванов. обл.;
- МНТК «Современные наукоёмкие инновационные технологии развития промышленности региона (Лён-2008)» – октябрь 2008, г. Кострома.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе Патент РФ на способ ЭХП металлов и сплавов импульсами тока, 1 статья в научном журнале, содержащемся в перечне ВАК РФ, 3 статьи в журналах различного уровня, 1 глава из научной монографии, 4 текста и тезисов доклада на международных и всероссийских конференциях. Одна работа выполнена лично автором, остальные в соавторстве.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, изложенных на 126 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 9 таблиц, список литературы из 96 наименований и 6 приложений на 13 страницах.
Особенности процесса электрохимического полирования поверхности металлов и сплавов
Рост производительности и эффективности современного производства неуклонно требует увеличения скорости обработки и сокращения безвозвратных потерь драгоценных металлов, вследствие чего ведется поиск альтернативы абразивному инструменту.
Альтернативой процессам механического полирования поверхности драгоценных металлов и сплавов является электрохимическое полирование (ЭХП) [25]. Можно отметить следующие области применения этого процесса [31]:1. улучшение качества поверхности;2. декоративная отделка поверхности;3. полирование гальванических покрытий;4. получение поверхностей с высоким коэффициентом отражения света;5. снятие равномерного слоя тел вращения для доведения их до нужного размера;6. снятие заусенцев с изделий после штамповки;7. выявление в литых или обработанных изделиях различных дефектов, например шлаковых включений, трещин, пор, очагов коррозии и др.
ЭХП в цианистых электролитах с использованием постоянного тока было предложено ещё в XIX веке Е.И. Шпитальским, однако не нашло должного применения в промышленности [32]. Суть его в анодном травлении, в результате которого микронеровности обрабатываемой поверхности растворяются и сглаживаются. Современный процесс производят в растворах электролита в ваннах из винипласта или фарфора, изделия загружают в ванны на подвесках из титана.
Существует несколько составов электролитов и режимов ЭХП поверхности изделий из сплавов золота [25]. Можно следующим образом сформулировать требования, предъявляемые к электролитам, пригодным для полирования [31]:1. электролит должен обеспечить образование на анодах (полируемых изделиях) вязкой плёнки с большим электросопротивлением; эта плёнка должна задерживаться в углублениях, не препятствуя интенсивному растворению выступов; 2. электролит должен быть устойчивым во времени (как в процессе прохождения тока, так и в перерывы);3. электролит не должен разъедать поверхность полируемого металла (сплава) при отсутствии тока;4. электролит должен иметь широкий рабочий интервал температур и плотностей тока;5. плотность тока и температура не должны быть чрезмерно высокими.
Составы электролитов и режимы ЭХП изделий из золота ЗлСрМ приведены в табл. 1.3 [32].
Процесс ЭХП ювелирных изделий из сплавов золота имеет особенности [31]. Контроль качества ЭХП проводят по внешнему виду поверхности изделий. В ювелирном производстве контролируют толщину снятого слоя (в среднем 1-2 мкм). При декоративной отделке поверхность металла должна быть блестящей. После ЭХП литых изделий на их поверхности могут быть обнаружены трещины или раковины, которые не были замечены до проведения этих операций. Появление этих дефектов не связано с процессом полирования. Они имелись на поверхности металла, но были скрыты в результате предшествующих операций. В процессе анодной обработки происходит растворение внешнего слоя металла, результатом чего и является выявление скрытых ранее поверхностных дефектов [32].
Наиболее распространённой гипотезой, объясняющей эффект электрополирования ряда металлов, является предположение об образовании на аноде в процессе растворения вязкой, плохо проводящей ток плёнки из продуктов реакций [33]. Такой обработке следует подвергать детали, на поверхности которых нет глубоких рисок и раковин, так как для их выведения потребовалось бы растворить металл на большую толщину, что практически для драгметаллов недопустимо.
Существенное влияние на эффект ЭХП оказывают состав полируемого сплава; плотность анодного тока; состав, температура и перемешивание электролита; продолжительность обработки; состояние исходной поверхности.
Температура электролита имеет существенное влияние на качество ЭХП. Для каждой системы «металл-электролит» имеется строго определённый интервал оптимальных температур. Понижение температуры увеличивает вязкость электролита и затрудняет диффузию продуктов анодного растворения от поверхности металла. Поэтому для достижения заданной плотности тока требуется более высокое напряжение на клеммах ванны [34]. При чрезмерном повышении температуры резко возрастает скорость растворения металла, снижается вязкость электролита, в некоторых случаях усиливается газообразование на аноде [33].
Лабораторный стенд, исследуемые образцы и электролиты
При исследованиях моделировался процесс импульсного ЭХП, изучались закономерности, сопровождающие прохождение одиночных и непрерывной последовательности коротких импульсов тока прямоугольной формы через электрохимическую ячейку (ЭХЯ) и границу межфазного раздела «обрабатываемый электрод - электролит». Экспериментальный стенд (рис. 2.1) состоит из приборов и оборудования, позволяющих смоделировать процесс импульсного ЭХП, а также с высокой точностью регистрировать параметры обработки. Стенд включает [82]: - электрохимическую ячейку (ЭХЯ); - импульсный источник питания, генерирующий на ЭХЯ одиночные импульсы или непрерывную последовательность импульсов тока изменяе мых амплитудно-временных параметров; - систему термостабилизации электролита; - систему контроля и регистрации технологического тока. В систему термостабилизации электролита входят: термостат, нагревательное устройство, термометр. ЭХЯ выполнена из винипласта, катоды - из титана ВТЗ-1. Применялись образцы размером 10x8x2 мм, выполненные литьём по выплавляемым моделям из сплавов, состав которых представлен в табл. 2.1. Выбор технологии изготовления образцов обусловлен тем, что в ювелирной промышленности наиболее распространены изделия, изготовленные из сплавов с использованием именно таких лигатур. Кроме этого использовались образцы, форма поверхности которых позволяет контролировать различия в качестве полирования тех её участков, которые не равнодоступны для абразивного материала и полируются неодинаково на РДМ и вручную. На этих образцах плоский участок совмещён со сложнопрофилированным кастам (рис 2.2). Образцами второго вида служили заготовки ювелирных изделий (рис. 2.3). Ушки к образцам второго вида изготавливались штамповкой. Электролит - водный раствор тиокарбамида и серной кислоты: 9% SC(NH2)2+ 7% H2S04. Ошибки измерений минимизировались использованием специальных методов, выбор и обоснование которых подробно проведены в работах [49, 80, 81]; регулярным проведением эталонных измерений; периодической поверкой приборов и аппаратуры Центром стандартизации и метрологии г. Костромы. Рис. 2.3. Внешний вид образцов второго вида и участки их поверхности:
А - отштампованная поверхность, Б - место реза штампа, В - место обрезки литника, Г - предварительно фактурированная поверхность, Д - основная, легко доступная поверхность (плоская поверхность листика), Е - поверхность чашки для закрепки жемчуга Для исследований закономерностей, связанных со сглаживанием высоты микронеровностей поверхности, и промышленной реализации процесса ЭХП ювелирных изделий использован импульсный источник питания [82]. Это двухканальный источник с независимой регулировкой длительности импульса и интервала между импульсами по каждому из каналов. Он позволяет формировать на нагрузке однократные и непрерывную последовательность униполярных и биполярных импульсов тока (рис. 2.4). Источник создан на основе программируемого логического контролера ОР6800 и обладает характеристиками, приведёнными в табл. 2.2 [82]. Его внешний вид показан на рис. 2.5. - На левой панели расположен выходной коаксиальный кабель, позволяющий минимизировать потери мощности при передаче генерируемого сигнала от силовых ключей к нагрузке. 2.4.1. Существующие методы определения блеска поверхности Блеск - это способность материала отражать свет в определённом направлении, характеризующаяся изменением интенсивности отражённого света в зависимости от направления в пространстве. Блеск зависит от шероховатости поверхности материала. Отражение может быть двух видов — зеркальным (угол отражения световой волны в этом случае равен углу падения) и диффузным (отражение света происходит в разные стороны). Обычно при отражении от реальной поверхности в отражённом свете присутствует как зеркальная, так и диффузная составляющая. Чем меньший световой поток поверхность рассеивает, и чем больший поток отражает, тем более блестящей она является. Поэтому блеск поверхности определяется отношением зеркально отражённого и рассеянного световых потоков: где Ззо и Здр - интенсивность соответственно зеркально отражённого и диффузно рассеянного светового потока. Чем больше блеска, тем ближе это отношение к единице [83]. Блеск можно определить как визуально, так и при помощи различных приборов. Визуальный способ, то есть наблюдение, носит субъективный характер и даёт лишь качественную характеристику, его можно применить только для предварительной оценки во время проведения поисковых опытов. В настоящее время измерить блеск можно с помощью фотоэлектрического блескомера ФБ-2, зеркального фотометра ФЗ-65, приспособления для определения блеска покрытия по контрастности отражения и ряда других приборов. Эти приборы имеют ряд недостатков: субъективный характер измерений; большая погрешность; возможность определения блеска только плоских поверхностей или поверхностей с очень малой кривизной и др. Нами разработан и создан прибор, при помощи которого определяется блеск поверхностей малых площадей и сложной формы, в том числе, поверхности ювелирных изделий [76, 84]. Прибор (рис. 2.6) состоит из: микроскопа МСБ-9 с кратностью увеличения х0,6; к1; х2; х4 и х7, снабжённого поворотным столиком для установки образцов; кронштейна с лампой - точечным источником света; видеокамеры EQ-350/P; тюнера A VER media 305, с функцией «стоп-кадр», и персонального компьютера. Рис. 2.6. Прибор для определения отражательной способности Оптическая схема прибора в проходящем свете показана на рис. 2.7. Свет от источника 1, проходя через конденсор 2, матовое стекло 3, равномерно освещает образец, помещённый на предметном стекле 5. Изображение поверхности образца, полученное с помощью объектива 7 и двух пар систем Галилея 8 и 9, фокусируется дополнительным объективом 10 в фокальную плоскость окуляра видеокамеры.
Поляризация ювелирных сплавов золота различных цветов при электрохимическом полировании биполярными импульсами тока в электролите полирования
Исследована поляризация поверхности ювелирных сплавов золота 585 пробы различных цветов (красного, европейского жёлтого и белого) биполярными импульсами тока в электролите полирования с целью определения критериев подбора АВПИ для оптимизации режимов ЭХП. Общий вид импульсов тока, подаваемых на ЭХЯ, представлен на рис 2.4.
На первом этапе электроды поляризовались одиночной парой импульсов: импульсом тока прямой полярности (ИТПП) и импульсом тока обратной полярности (ИТОП) изменяемых АВП при 20, 30 и 40С. Выбор температур определён целесообразностью использования относительно холодных электролитов для ЭХП сплавов золота [77, 86]. На рис. 3.2 представлены полученные зависимости на «красном» золоте. В начале импульса в общее значение потенциала мгновенно включается падение напряжения в слое электролита между поверхностью исследуемого электрода и концом электрода-зонда, обозначенное на рисунке «ШЭл». Оно также практически мгновенно исчезает в момент окончания импульса [85].
Видно, что увеличение длительности ИТОП (а также его амплитуды, то есть количества электричества в нём) приводит к спаду тока в импульсе при соответствующем увеличении катодной поляризации и существенном увеличении продолжительности её релаксации к стационарному значению после окончания ИТОП. Причём чем больше увеличение количества электричества, тем существеннее рост пика катодной поляризации в конце импульса и продолжительнее её последующая релаксация. Такой ход кривых может свидетельствовать, например, о начале обильного выделения водорода, экранирующего поверхность электрода, примерно через 1 мс действия ИТОП [85].
Последовательное увеличение t3 (рис. 3.3) не приводит к искажению формы импульсов и хода поляризации. Такой же эффект наблюдается при увеличении длительности и амплитуды ИТОП, если количество электричества в ИТОП мало [85].
При поляризации непрерывной последовательностью импульсов картина усложняется (рис. 3.4). Катодная поляризация изменяется - в частотном режиме её релаксация протекает медленнее. Изменяется форма ИТОП и ход катодной поляризации. Быстрее формируется перепад в ИТОП, он динамичнее, ярче выражен — это можно объяснить нарастанием газовыделения от импульса к импульсу. Появляется выброс тока по переднему фронту ИТПП при определённых АВПИ, что объясняется накоплением продуктов анодных реакций на поверхности электрода [50].
Влияние температуры при незначительном количестве электричества в ИТПП и ИТОП достаточно ожидаемо - с её ростом уменьшается величина анодной и катодной поляризации (рис. 3.5). Однако с ростом количества электричества в импульсе картина явно меняется (рис. 3.6). При росте температуры появляется пик на переднем фронте ИТПП, нарастают процессы перепада тока в ИТОП, резко увеличивается величина и продолжительность релаксации катодной поляризации. Всё это свидетельствует о накоплении продуктов катодных и анодных реакций от импульса к импульсу с ростом температуры электролита [85].
В последнее время значительно возросло количество ювелирных сплавов золота различных цветов. Это связано с требованиями совершенствования дизайна изделий, повышением их качества и номенклатуры. При этом неизбежно усложнение технологического цикла изготовления изделий. Отличаются эти сплавы составом лигатуры, цветом, микротвёрдостью и рядом других характеристик. Каждый сплав требует зачастую индивидуального подхода при обработке, в основном это касается финишных операций по шлифованию и полированию, особенно сложнопрофилированньгх поверхностей, которыми и отличаются современные ювелирные изделия.
Влияние состава сплава на ход поляризационных зависимостей весьма значительно. При поляризации одиночной парой ИТПП и ИТОП наблюдается относительный рост поляризации в ряд «жёлтое-красное-белое» золото (рис. 3.7, а). О нарастании пассивационных явлений свидетельствует незначительное падение тока в ИТПП, начинающееся примерно через 0,5 мс, и соответственный рост анодного потенциала. Аналогично, при превышении ИТОП определённого количества электричества, происходят резкие скачки катодного потенциала, которые могут быть сопряжены с побочными реакциями выделения водорода. Увеличивается при этом и продолжительность релаксации катодного потенциала. Видно, что динамика процессов на разных сплавах различна. Например, на «жёлтом» золоте в ИТОП влияние побочных реакций на потенциал не существенно, поэтому и катодный потенциал незначителен и быстро релаксирует. Напротив, на «белом» золоте побочные процессы начинаются очень быстро, значительны при этом и изменения в потенциале и форме импульсов тока (рис. 3.7, а) [85, 87].
При поляризации непрерывной последовательностью импульсов картина изменяется (рис. 3.7, б). На «белом» золоте при изменении полярности импульсов быстро нивелируется рост катодного потенциала, связанный с побочными процессами. На «жёлтом» наоборот, влияние побочных процессов быстро накапливается от импульса к импульсу. Эти два сплава как бы меняются местами [85, 87].
Сравнительное исследование различных процессов сглаживания микронеровностей поверхности изделий из сплава ЗлСрМ 58,5-8
Образцы для исследований (рис. 2.3) изготавливались литьём по выплавляемым моделям, ушки к ним - с помощью штамповки.
На ювелирных производствах заготовки изделий, выполненные литьём по выплавляемым моделям, подвергаются обработке при разнообразной комбинации подготовительных и заключительных технологических операций, поэтому образцы при исследованиях обрабатывались по различным последовательностям операций [88].
В качестве подготовительных операций использовались: - обработка поверхности механическим способом ручным инструментом (надфили, боры и т.д.) - ПР; - обработка поверхности механическим способом с помощью связанного абразива (шлифовальной бумагой №320 - П320 и №600 - П600); - при высоком качестве отливок подготовительная механическая обработка исключалась — ПБО. В качестве промежуточных и заключительных операций: - обработка на шлифовально-полировальных машинах (ШПМ) - ЗР; - галтование на центробежно-дисковых машинах (ЦДМ) - ЗГ; - ЭХП с использованием биполярных импульсных токов - ЗБТ. В качестве финишных операций: - обработка на шлифовально-полировальных машинах — ФР; - галтование на центробежно-дисковых машинах - ФГ; - ЭХГ с использованием биполярных импульсных токов - ФБТ. Для галтования использовались центробежнодисковые финишные станки ОТЕС серии CF-18 при следующей последовательности операций: При ЗГ: 1) мокрое галтование с белыми пластиковыми чипсами КХ10 и РХ10 (по 50% каждых) продолжительностью 6 часов; 2) сухое галтование с гранулами ореховой скорлупы Н1/50 б часов; 3) сухое галтование с гранулами ореховой скорлупы HI/500 4 часа. При ФГ: 1) сухое галтование с гранулами ореховой скорлупы HI/50 4 часа; 2) сухое галтование с гранулами ореховой скорлупы HI/500 4 часа. В каждом случае различных комбинаций и последовательности операций обрабатывались одновременно 3 образца. После каждого этапа эта группа взвешивалась с точностью ±0,0001 г, определялась средняя микрошероховатость по группе. После каждого этапа определялась отражательная способность поверхности в относительных единицах (о.е.) с помощью прибора и по методике, описанной в разделе 2. Внешний вид поверхности образцов фиксировался на микроскопе МЕТАМ ЛВ-32 с увеличением 1000.
Измерения проводились на шести участках: на отштампованной поверхности (рис. 4.4, А), на месте реза штампа (рис. 4.4, Б), на месте обрезки литника (рис. 4.4, В), на предварительно фактурированной поверхности (рис. 4.4, Г), на легко доступной поверхности (плоской поверхности листика) (рис. 4.4, Д), на поверхности чашки для закрепки жемчуга (рис. 4.4, Е). Блеск визуально фиксировался на внутренней стороне кастов.
Эффективности процессов обработки представлены в табл. 4.2-4.5 (средние по трём образцам), изменение шероховатости Rz [мкм] и отражательной способности в относительных единицах [о.е.] в графическом виде - на рис. 4.5-4.7 [81, 88, 89].
Рис. 4.5. Изменение шероховатости (а) и отражательной способности (ОС) в относительных единицах [ое] (б) поверхности образцов после штамповки в результате обработки при различной последовательности операций (при последовательности ПБО-ЗГ-ФБТ шероховатость и отражательная способность исходной поверхности сформирована после операции галтования) Рис. 4.6. Изменение шероховатости (а) и отражательной способности (ОС) в относительных единицах [ое] (б) поверхности образцов на месте реза штампом в результате обработки при различной последовательности операций (при использовании турбогалтания) Рис. 4.7. Изменение шероховатости () и отражательной способности (ОС) в относительных единицах [ое] (б) поверхности образцов на месте удаления литника в результате обработки при различной последовательности операций (при использовании полирования вручную на ШПМ) Эксперимент показал, что конечная величина Rz для различных последовательностей операций практически совпадает, то есть на доступных для абразива участках поверхности результат ЭХП и других операций соизмерим. Принципиально другой результат получен на внутренней стороне кас-тов: здесь снижение шероховатости возможно только в результате ЭХП. Сравнение между собой величин ХСр для различных операций позволяет сделать вывод о том, что эффективность обработки уменьшается в следующем ряду: «Галтование» - «ЭХП биполярными токами» - «Ручное полирование». Этот результат ожидаем, так как мы располагали ранее полученными даны-ми [73, 74]. Это связано с тем, что в результате галтования металл «размазывается», а не удаляется с поверхности, и величина ЛСр выше, чем на других операциях [89]. Самая низкая эффективность обработки для последовательности «ПБО-ЗГ-ФБТ». Это связано с тем, что после операции галтования поверхность уже достаточно выглажена, микронеровности в процессе галтования «замазаны» металлом. Продолжительное ЭХГ (более 40-80 с) в этом случае малоэффективно, так как высота микронеровностей снижается относительно быстро и стабилизируется на достаточно высоком уровне за счёт вскрытия «замазанных» микронеровностей на операции галтования, и на поверхности проявляется эффект «лимонной» или «апельсиновой» корки, связанной со вскрытием «замазанных» микровпадин. Блеск поверхности при этом значительно увеличивается при явно заметной невооружённым глазом неровности поверхности.
Сравним теперь эффективность следующих последовательностей операций: «ПР-ЗБТ-ФГ», «П600-ЗБТ-ФГ», «П320-ЗБТ-ФГ». Использование первой последовательности эффективнее в связи с тем, что исходная микрошероховатость поверхности после обработки надфилем выше, нет «замазанных» металлом микровпадин, скорость выглаживания больших микровыступов при ЭХП, как правило, при прочих равных условиях выше, чем небольших. Хоть и незначительно, но эффективность третьей последовательности операций выше, чем второй. Это в определённой степени можно объяснить тем, что после обработки шлифовальной бумагой 320 номера высота исходной микрошероховатости поверхности перед ЭХП выше, по сравнению с обработкой бумагой 600 номера, и сглаживаются они быстрее.Последовательность «ПБО-ЗБТ» эффективнее других последовательностей операций обработки.
Не всегда финишное галтование улучшает поверхность. Как видно из рис. 4.8, внешний вид поверхности (а также микрошероховатость и отражательная способность) после галтования ухудшился, и его полностью исправить не смогло даже последующее ЭХП. Это говорит о том, что параметры галтования после операций ЭХП необходимо очень тщательно подбирать.
