Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы разделения металлических материалов 11
1.1 Анализ методов разделения материалов 11
1.2. Гидроабразивное разделение 15
1.3. Анодно-абразивная обработка металлических материалов 30
Анализ известных исследований и обоснование задач работы 39
Глава 2. Методика решения поставленных задач 41
2.1. Рабочие гипотезы 41
2.2. Объекты обработки 42
2.3. Обоснование и выбор способа подведения электрического поля в зону обработки при гидроабразивном разделении металлов с анодным растворением поверхности разделения
2.4 Новые материалы для инструментов при гидроабразивном разделении с наложением электрического поля
2.5. Экспериментальная установка и оснастка 56
2.6. Порядок выполнения работы 57
Выводы 59
Глава 3. Механизм гидроабразивного разделения материалов с. наложением электрического поля
3.1. Физическая модель комбинированного разделения 61
3.2. Математическое описание процесса удаления шаржированного . слоя при комбинированной обработке
3.3. Математическое описание процесса удаления загрязнения с поверхности используемого абразива при комбинированной обработке
Выводы 77
Глава 4. Экспериментальные исследования гидроабразивного разделения материалов с наложением электрического поля
4.1. Анализ дефектов поверхности после гидроабразивного разделения
4.2. Удаление шаржированного слоя при комбинированном разделении
4.3. Шероховатость и точность поверхности разделения после комбинированного разделения
4.4. Восстановление режущих свойств абразива при 100
комбинированном разделении
Выводы 103
Глава 5. Реализация комбинированного способа разделения в машиностроении
5.1. Схема промышленной установки для комбинированного разделения материалов и рекомендации по модернизации гидроабразивных установок
5.2. Технологический процесс комбинированного разделения токопроводящих материалов
5.3. Технологические возможности способа разделения 113
5.4 Перспектива использования комбинированной гидроабразивной обработки с наложением электрического поля
Выводы 128
Результаты и выводы по работе 130
Литература
- Анодно-абразивная обработка металлических материалов
- Обоснование и выбор способа подведения электрического поля в зону обработки при гидроабразивном разделении металлов с анодным растворением поверхности разделения
- Математическое описание процесса удаления шаржированного . слоя при комбинированной обработке
- Удаление шаржированного слоя при комбинированном разделении
Введение к работе
Актуальность темы. Постоянно растущие требования потребителей к показателям качества и производительности процессов разделения материалов, использование новых материалов с особыми свойствами, большой сортамент и номенклатура разделяемых изделий, многократность использования операции резки на стадиях изготовления заготовок потребовали новых технологий разделения материалов, так как традиционное механическое разделение имеет ограничение возможности и отличается значительной энергоемкостью, относительно низкой скоростью резания, сложностью получения изделий сложной формы (ограничением являются геометрические размеры механического инструмента), осыпанием кромок хрупких материалов, нежелательным термическим воздействием на обрабатываемый материал и образованием пыли, вызывающей профессиональные заболевания. Для некоторых широко используемых металлов применение традиционных методов механического разделения материалов не желательно, т.к. вызывает ухудшение эксплуатационных характеристик изделий. Примерами таких материалов могут быть металлы, для которых не допустим чрезмерный нагрев в зоне обработки (титан и т.д.), обладающие малой твердостью (алюминий, медь и т.д.), хрупкие материалы (полупроводники, эльбор и т.д.).
Одним из методов, снижающих негативное воздействие на зону разделения, является гидроабразивная резка материала. В процессе освоения этого метода выявлены недостатки, главным из которых является возникновение в зоне разделения металлов с малой твердостью элементов шаржирования поверхности абразивными зернами, которые вызывают трудности при последующей обработке. Абразив, застрявший в материале, требует дорогостоящей последующей операции, ухудшает эксплуатационные свойства детали и может вызвать выход изделия из строя в процессе эксплуатации.
В рассматриваемой работе проблема получения окончательного профиля несопрягаемых участков поверхностей решена применением комбинированной механической струйной гидроабразивной и электрохимической обработки путем анодного съема с поверхности разделения припуска, достаточного для удаления шаржированного слоя. Из теории электрохимической размерной обработки известно, что скорость съема материала анодным растворением будет выше на концентраторах поля, которыми являются неровности. Это способствует снижению шероховатости. Одновременно происходит съем металла, налипшего на поверхность абразива. Это приводит к стабилизации процесса разделения металла, повышению качества обработанной поверхности, производительности, срока службы инструмента, а также достигается значительное снижение себестоимости обработки. Таким образом, предлагаемый способ, сохраняя все преимущества гидроабразивного разделения, устраняет нежелательные факторы ранее
используемого процесса, расширяет технологические возможности гидро-абразивного метода, что востребовано промышленностью и является актуальным в научном и прикладном аспекте.
Работа выполняется в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. и научным направлением ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в соответствии с планом ГБ НИР № 2010.15 «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике».
Научная проблема: создание способа и установление закономерностей передачи энергии электрического поля через токопроводящий канал, разработка механизма анодного растворения шаржированного слоя, совмещенного в реальном масштабе времени с механическим воздействием несвязанных абразивных гранул в процессе разделения материалов и очистки используемых абразивных зерен от продуктов обработки.
Цель работы: исследование процесса и разработка технологии комбинированного гидроабразивного разделения с анодным удалением шаржированного слоя управляемым электрическим полем, обеспечивающим получение чистовой геометрии токопроводящих заготовок и сопутствующей очистки используемого абразива от продуктов обработки.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
1. Установить пути повышения качества поверхности при разделении
токопроводящих материалов комбинированным воздействием гидроабра
зивной струи и управляемого электрического поля.
2. Создать новые инструменты с переменной анодной и абразивной
составляющей съема материала.
-
Разработать новый способ и раскрыть механизм удаления шаржированного слоя с адаптивным управлением электрическим полем по обратной связи с местом разделения материалов.
-
Разработать новый способ и раскрыть механизм очистки абразивных гранул от продуктов обработки в процессе разделения комбинированным методом.
-
Разработать рекомендации для проектирования средств технологического оснащения при комбинированном разделении материалов.
-
Разработать технологию комбинированного разделения материалов для получения заготовок, не требующих последующей обработки несо-прягаемых поверхностей.
-
Оценить технологические возможности комбинированной обработки для получения поверхностей деталей с требуемой геометрией микро-и макропрофиля.
Методы исследований. В работе были использованы: теория обработки свободным абразивом; проектирование комбинированных методов
обработки с наложением электрического поля; моделирование процессов с адаптивными связями; закономерности электрохимической размерной и комбинированной электроабразивной обработки; классические закономерности электротехники, гидродинамики и химической кинетики.
Научная новизна полученных результатов работы включает:
-
Разработку механизма локального комбинированного разделения токопроводящих материалов с наложением электрического поля, отличающегося тем, что он включает адаптивное управление параметрами процесса анодного растворения с депассивацией зоны обработки за счет энергии воздействия абразивных гранул, используемых для гидроабразивной обработки.
-
Механизм управления комбинированным процессом, отличающийся тем, что впервые установлены взаимосвязи режимных параметров анодного процесса с механическим воздействием абразивных гранул, необходимые для достижения технологических показателей разделения материалов и обеспечение эксплуатационных требований к изделию.
-
Научное обоснование предельных технологических возможностей комбинированной обработки с учетом взаимного воздействия на процесс абразивных частиц и анодного растворения припуска с поверхности разделения.
-
Раскрытие механизма интенсивного управляемого переноса электрического поля при использовании в качестве инструмента нетокопрово-дящих абразивных гранул с токопроводящим твердым покрытием, удаляемым тепловым и динамическим воздействием струи при контакте с обрабатываемой поверхностью.
Практическая значимость работы:
-
Создание нового способа комбинированного разделения материалов, обеспечивающего совмещенное механическое воздействие абразивных несвязанных сред и локального действия электрического поля с регулированием времени протекания процесса по положению струи в зоне разделения.
-
Создание новой технологической схемы и инструмента для комбинированной обработки, позволившим устранить существенный недостаток гидроабразивного разделения - шаржирование поверхности разделения материала.
-
Разработка технологических режимов и технологии гидроабразивного разделения материалов с управляемым наложением электрического поля, позволяющим обеспечить повышение качества обработанной поверхности и снизить шероховатость в соответствии с требованиями к заготовке, создать условия для исключения последующей обработки несопря-гаемых поверхностей деталей.
-
Создание нового инструмента, обладающего управляемой проводимостью при подаче электрического поля в зону обработки, что дает воз-
можность повысить режущую способность инструмента за счет очистки гранул от загрязнений продуктами обработки. Личный вклад соискателя включает:
-
Создание нового, защищенного патентом (№2465994) способа комбинированного разделения токопроводящих материалов, заключающегося в одновременном сверхзвуковом воздействии гидроабразивной струи на разделяемый материал с удалением шаржированной части поверхностного слоя анодным растворением.
-
Разработку механизма удаления шаржированного слоя с поверхности разделения при адаптивном гидроабразивном разделении материалов с наложением электрического поля по сигналам обратной связи о геометрии зоны разделения.
-
Создание нового, защищенного патентом (№2455132) способа удаления с абразивных зерен то ко проводящего загрязняющего слоя продуктов обработки путем их управляемого растворения внешним электрическим полем.
-
Разработку метода повышения чистоты поверхности за счет анодного выравнивания поверхностного слоя при комбинированном механическом и депассивирующем воздействии абразивных гранул, а также электрохимического растворения микронеровностей.
-
Методику расчета режимов и проектирования ТП комбинированного разделения токопроводящих материалов, обеспечивающих получение технологических показателей, отвечающих требованиям к поверхностям деталей в процессе эксплуатации без их последующей обработки.
-
Конструкции инструментов, обеспечивающих повышение технологических показателей комбинированной обработки.
-
Рекомендации по модернизации оборудования для комбинированного гидроабразивного разделения материалов с подводом в зону обработки электрического поля.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили одобрение специалистов на:
Международных конференциях: МК-130-411, г. Пенза, 2011 г.; VI Международная научно-практическая конференция «Технологическое обеспечение качества машин и приборов, г. Москва, 2011 г.; ОАО "Концерн "Авиационное оборудование" Перспектива развития авиационного оборудования и агрегатов г. Москва, 2012 г.; ССП-2012, г. Воронеж, 2012 г.; VIII международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в науке, технике и образовании», г. Пицунда, 2012 г; ССП-2013, г. Воронеж, 2013 г.
Всероссийских конференциях: АКТ 2011, г. Воронеж; Новые материалы и технологии в ракетно-космической и авиационной технике "Центр подготовки космонавтов", г. Москва, 2011 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 6 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получены 2 патента РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1, 3, 8, 12] - исследование разделенной поверхности гидроабразивным и проектируемым методом; [2]
экспериментальные исследования качества поверхностного слоя от режимов гидроабразивного разделения с наложением электрического поля и выведение зависимостей для определения режимов разделения; [4, 5, 9, 11]
предложен новый метод разделения; [6] - разработка схемы удаления дефектного слоя и проведение экспериментальных исследований; [10] -исследование анодного растворения концентраторов напряжения и течения жидкости из отверстия малого сечения; [15] - сформированы рекомендации по выбору оптимального способа подведения электрического поля в зону обработки; [16, 17] - согласно закону «Об интеллектуальной собственности» каждый автор имеет равные права на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, 5 глав, заключение. Основная часть работы изложена на 155 страницах, содержит 61 рисунок, 7 таблиц, список литературы из 102 наименований, приложения.
Анодно-абразивная обработка металлических материалов
Сущностью процесса электроэрозионного разделения проволочным электродом является воздействие на деталь искровых разрядов, образующихся вследствие протекания импульсного тока с частотой около 240 кГц между электродом-проволокой и деталью, находящихся в непосредственной близости друг от друга в среде жидкого диэлектрика. В результате этих разрядов из материала детали выбиваются микрочастицы, которые выносятся из межэлектродного зазора струей диэлектрика.
Преимущества электроэрозионного разделения проволочным электродом: - относительно низкая стоимость оборудования; - относительно высокая скорость разделительного разделения больших и средних толщин материала; - автоматизация процесса резки; - высокое качество поверхности разделения; - небольшая ширина реза; - высокая точность разделения; - высокая экономичность резания благодаря удалению малого объема материала; - очень быстрое и простое перепрограммирование. Недостатки электроэрозионного разделения проволочным электродом: - ограничение перечня подвергающихся резке материалов токопроводящими металлами; - появление измененного слоя на разделяемой поверхности; - неблагоприятное воздействие на экологию вследствие выделения вредных газов и испарений в процессе разделения; - недостаточно высокая скорость разделения тонколистового металла.
Процесс газокислородного разделения протекает следующим образом: разрезаемый материал предварительно нагревается подогревающим пламенем резака, которое образуется в результате сгорания горючего газа в смеси с кислородом. При достижении температуры воспламенения материала в кислороде, на резаке открывается вентиль чистого кислорода (99–99,8%) и начинается процесс резки. Чистый кислород из центрального канала мундштука, предназначенный для окисления разрезаемого материала и удаления оксидов, называют режущим в отличие от кислорода подогревающего пламени, поступающего в смеси с горючим газом из боковых каналов мундштука. Струя режущего кислорода вытесняет в разрез расплавленные оксиды, которые, в свою очередь, нагревают следующий слой материала, способствуя его интенсивному окислению. В результате разрезаемый лист подвергается окислению по всей толщине, а расплавленные оксиды удаляются из зоны резки под действием струи режущего кислорода. Преимущества газокислородного разделения: - относительно низкая стоимость оборудования; - относительно высокая скорость разделительной резки малых и средних толщин при увеличенных допусках; - высокая универсальность использования для любых материалов, различной толщины.
Недостатки газокислородного разделения: - низкая точность реза криволинейных поверхностей; - обгорание и оплавление кромок; - появление напряжения и микротрещин, а также структурных изменений в обрабатываемых материалах; - необходимость дополнительной механической обработки; - высокая стоимость эксплуатации установок при резке материалов толщиной свыше 25 мм; - неблагоприятное воздействие на экологию вследствие выделения вредных газов и испарений в процессе разделения; - требуются дополнительные затраты на приобретение мощной вытяжной вентиляции; - взрыво-пожароопасность процесса.
Гидроабразивное разделение 1.2.1 Принцип гидроабразивного разделения Технология гидроабразивного разделения основана на принципе эрозионного воздействия струи абразива в водной рабочей среде на разделяемый материал [28, 30, 34, 41, 80]. Их высокоскоростные твердофазные частицы работают в качестве переносчиков энергии и, соударяясь об изделие, удаляют часть разделяемого материала. Скорость эрозии зависит от кинетической энергии воздействующих частиц [47, 86, 93], их массы, твердости, формы и угла удара, а также от механических свойств обрабатываемого материала.
Вода, нагнетаемая насосом и мультипликатором до давления 1000–8000 атмосфер, подается в режущую головку. Проходя через сопло обычно диаметром 0,05–0,5 мм, струя со сверхзвуковой скоростью поступает в смесительную головку, где смешивается с частицами абразива. Струя жидкости с абразивом выходит из смесительной головки с внутренним диаметром 0,5–1,5 мм и разделяет материал заготовки [42, 101]. Для гашения остаточной энергии струи после ее выхода из разделяемого материала используется слой воды толщиной, как правило, 600–1000 мм.
При гидроабразивном разделении разрушительная способность струи создается в гораздо большей степени за счет абразива [96], а вода выполняет преимущественно функцию переноса. Максимальный габаритный размер абразивных частиц, как правило, назначают в пределах 10–30% от диаметра режущей струи, что позволяет обеспечить наиболее эффективное ее воздействие и стабильность истечения. Обычно размер абразивного зерна составляет 0,1–0,3 мм, а в ряде случаев – порядка 0,05–0,1 мм, если необходимо получение разделенной поверхности с низкой шероховатостью.
Обоснование и выбор способа подведения электрического поля в зону обработки при гидроабразивном разделении металлов с анодным растворением поверхности разделения
Для разделения неметаллических материалов (пластик, картон, резина, текстиль и т.д.) предлагается производить обработку с применением в качестве абразива частиц льда. Для реализации технологии в струю жидкости добавляют жидкий азот, что приводит к образованию непосредственно из рабочей жидкости частиц льда, которые с высокой скоростью подаются в сторону заготовки через сопло. В работе [11, 13] показано, что добавление в камеру смешивания уже сформированных частиц льда имеет большую эффективность, по сравнению с образованием его непосредственно в струе. Эта технология позволяет повышать производительность процесса по сравнению с гидрорезкой и в отличие от гидроабразивного разделения не оставлять на разделенной поверхности частиц абразива, но не может применяться для обработки металлических изделий, т.к. лед имеет высокую хрупкость и раскалывается даже при воздействии с материалами, обладающими малой твердостью и прочностью. Разрушение ледяных гранул обусловлено как ударным, так и тепловым воздействием. Также видно, что разрушение гранул происходит при столкновении с обрабатываемым материалом, а не во время их транспортировки струей рабочей жидкости. Из вышесказанного можно сделать вывод, что для обработки металлических изделий необходимо использовать более твердый абразивный наполнитель. Также видно, что при сверхзвуковом воздействии ледяных гранул с металлической заготовкой, они будут разрушаться практически не проникая в обрабатываемый материал и при этом затрачивать незначительную часть энергии струи на это.
Из вышесказанного можно предположить, что лед можно использовать в качестве тонкого покрытия на зернах абразива в качестве носителя электрического заряда. В этом случае ледяное покрытие снизит стекание заряда на заготовку до столкновения с обрабатываемым материалом и при этом разрушится, не мешая дальнейшему воздействию абразивного зерна с заготовкой.
Известно, что монокристаллы льда обладают сильными диэлектрическими свойствами с очень слабой проводимостью. Электросопротивление чистого льда достигает значений 108 Омм. Долгое время считалось, что механизм электропроводности кристаллов льда протонно-дырочный, т.к. это объяснялось механизмом диффузии дефектов Бьеррума. В настояшее время экспериментально доказано, что само диффузия в кристалле льда осуществляется перемещением целых молекул Н2О, а не перескоками отдельных протонов.
Однако даже пресный поликристаллический лед имеет намного большую электропроводность по сравнению с монокристаллическим при постоянном токе и является ионным проводником. Это объясняется тем, что в межзерновых зонах происходит скопление дефектов, в которых скапливается не замерзшая вода. Монокристальный лед имеет сопротивление 105 Омм. Присутствие даже небольшого количества примесей солей в растворе, который подвергается замерзанию, сильно увеличивает электропроводимость льда. Так замороженная морская вода имеет сопротивление 1000-10 Омм в зависимости от концентрации соли и температуры. Также лед из растворов солей обладает поляризуемостью при постоянном токе. При уменьшении температуры и увеличении продолжительности замерзания льда соленые растворы в межкристаллических областях промерзают, что уменьшает электропроводность. Таким образом, можно сделать вывод, что для повышения переноса электрического заряда замерзшим электролитом на поверхности абразива необходимо производить намораживание при температурах, близким к температуре таяния электролита, что приведет к увеличению объема незамерзшего электролита, и производить высокую скорость намораживания, что увеличит количество ячеек межкристаллических решеток, необходимых для накопления незамерзшего электролита (рис. 2.4). Также такое формирование слоя льда способствует уменьшению энергии, необходимой для его разрушения при воздействии с заготовкой.
Механизм передачи электрического поля в зону обработки при использовании ледяного покрытия будет такой же, как при струйной электрохимической обработке с токопроводящим наполнителем. Такой вид подвода электрического поля позволяет повысить его величину в зоне обработки и обеспечить более равномерное электрохимическое воздействия по всей глубине разделения. Проведенные исследования по струйной электрохимической обработке с токопроводящим наполнителем [31] показали, что при увеличении концентрации наполнителя и его размеров повышается удельная электропроводность рабочей суспензии, состоящей из струи электролита и наполнителя, что приводит к интенсификации процесса. При концентрации наполнителя примерно 75 - 90% электропроводность в межэлектродном пространстве приближается к значению цельного инструмента из материала наполнителя. Зависимость удельной электропроводимости от концентрации наполнителя (рис. 2.5) имеет нелинейный характер, т.к. при нахождении в составе суспензии 50% наполнителя и более происходит интенсивное взаимодействие гранул, что приводит к передаче электрического заряда между ними.
Математическое описание процесса удаления шаржированного . слоя при комбинированной обработке
Скорость очистки абразива от загрязнений при комбинированной обработке зависит в основном от времени обработки и напряжения на электродах [17, 33, 54, 57, 73]. Время обработки зависит от скорости подачи рабочих сред в направление к заготовке и имеет малый диапазон регулирования т.к. является основным параметром для обеспечения производительности разделения материалов. Поэтому для наиболее качественной и производительной очистки необходимо определить напряжение на электродах. Его можно вывести из формулы (3.18): и
Припуск на обработку “z” в данном случае можно найти как объем загрязняющего вещества (рис. 4.17) равномерно распределенного по поверхности абразива. При обработке материалов с малой твердостью (алюминий, медь, титан) почти весь снимаемый абразивным зерном материал остается на нем. В этом случае объем загрязняющего вещества на абразиве можно определить из объема материала, снимаемого одним зерном [3]: где V – объем материала, загрязняющего одно абразивное зерно; L – длина царапины; h(x) – глубина врезания абразивного зерна в обрабатываемый материал в каждой точке (х) на длине царапины.
Экспериментально доказано, что для восстановления режущих свойств абразива достаточно удалить 80% загрязняющего вещества. Принимая допущение о том, что абразив имеет шаровидную форму и загрязнение на абразиве равномерное, припуск на обработку “z” можно определить из выражения: где V – объем загрязняющего вещества на абразиве; dаб - средний диаметр абразивных зерен. Время обработки можно найти из скорости перемещения гранул и расстояния участка столкновения абразивных гранул с токопроводящими. Так как в случае обработки с применением токопроводящих гранул с раздельной подачей средняя скорость движения абразивных гранул многократно превышает среднюю скорость движения токопроводящих гранул, то скорость движения токопроводящих гранул можно исключить из расчета. Расстояние участка столкновения гранул можно найти из диаметра струи рабочей среды и угла относительного поворота струи с абразивными гранулами и струи с токопроводящими гранулами. где Kdс - коэффициент изменения диаметра струи с токопроводящим наполнителем Kdс = стрК ; dстрК - конечный диаметр струи с токопроводящим наполнителем; dстр Н- начальный диаметр струи с токопроводящим наполнителем; vстр - скорость течения струи с абразивными гранулами; апов угол относительного поворота струи с абразивными гранулами и струи с токопроводящими гранулами.
Коэффициент Kdс может быть определен из теории течения жидкости.
При обработке абразивными гранулами с токопроводящим покрытием используется одна струя, соответственно параметры движения абразива и носителя электрического поля в расчетах принимаются одинаковыми.
Как показали экспериментальные данные и аналитические зависимости минимальный съем загрязняющего материала происходит в точке hр = О, учитывая это и подставляя (3.22), (3.23), (3.5) в (3.20) получаем формулу для определения оптимального напряжения на электродах для очистки абразивных гранул от загрязнения при комбинированной обработке:
При расчете напряжения на электродах источника (3.26) не учитывается скорость перемещения режущей головки вдоль контура разделения, что обосновывается незначительным ее влиянием на скорость удаления загрязнений с абразива. Это дает возможность производить очистку абразива, не влияя на скорость разделения материала гидроабразивным способом, что не снижает производительность проектируемого метода относительно гидроабразивного разделения. Однако повышение скорости перемещения режущей головки вдоль контура разделения увеличивает угол относительного поворота струи с абразивными гранулами атв и при малых значениях подачи влияет на объем загрязняющего вещества на абразиве V. Увеличение угла апов приводит к уменьшению времени удаления загрязнителя с абразива. Но учитывая, что величина изменения угла апов при рабочих режимах
гидроабразивного разделения находится в малом диапазоне, то изменение времени обработки компенсируется соответствующим повышением напряжения на зажимах источника. Объем загрязнения V на абразивном зерне при экономически целесообразных скоростях подачи режущей головки вдоль контура разделения также находится в узком диапазоне и не может значительно повлиять на производительность процесса. Ощутимое изменение объема загрязнения V наблюдается при тонком и прецизионном гидроабразивном разделении, когда абразивное зерно снимает малый слой материала и соответственно снижается объем его загрязнения относительно оптимальной или разделительной обработки. Выводы:
В главе на базе предложенных рабочих гипотез сформирован механизм анодного растворения части припуска с поверхности разделения, что способствует ослаблению силы сцепления абразива с материалом заготовки и его удалению потоком рабочей жидкости, с одновременной очисткой используемого абразива от налипших на него продуктов обработки.
Разработано математическое описание процесса удаления шаржирования с разделенной поверхности в процессе комбинированного разделения и процесса очистки используемого абразива от загрязнения в виде налипшего разделяемого материала при комбинированном разделении. Выведены зависимости для определения режимов гидроабразивного разделения материалов с наложением электрического поля, которые будут использоваться при проектировании технологического процесс в пятой главе.
Удаление шаржированного слоя при комбинированном разделении
Во втором случае в переохлажденный электролит россыпью погружается абразив, охлажденный до температуры ниже точки замерзания используемого электролита. Толщина ледяного покрытия электролитом на абразиве регулируется скоростью перемещения его по транспортировочному устройству. В этом случае целесообразно производить покрытие на абразив непосредственно перед его использованием и подавать из устройства для покрытия в устройство для подачи гранул в смесительную камеру 9 (рис. 5.2) т.к. его долгое хранение приводит к большим энергозатратам. Для исключения слипания гранул целесообразно использовать вибрацию малой амплитуды на транспортировочном устройстве и устройстве для подачи гранул в смесительную камеру 9. Также рекомендуется производить непосредственную подачу гранул с устройства для покрытия в смесительную камеру минуя емкостей для сбора. В этом случае, в связи с непосредственной подачей гранул, производить сушку или обезвоживание покрытых гранул абразива не целесообразно.
Для проведения работ по комбинированному разделению помимо применения специального сопла необходимо еще и следующая модернизация станка: - произвести диэлектрическую изоляцию режущего сопла и стола от корпуса станка; - произвести заземление корпуса станка; - укомплектовать станок источником питания и обеспечить токоподводами к режущему соплу и столу; - обеспечить надежные зажимы для прижатия заготовки к столу для гарантированного исключения электрических пробоев между ними; - при использовании в качестве подвода электрического поля в зону разделения металлических гранул, укомплектовать станок магнитным сепаратором для их отделения от абразивных гранул; - укомплектовать станок защитным устройством для исключения короткого замыкания между режущим соплом и заготовкой.
Технологический процесс гидроабразивного разделения с наложением на зону обработки электрического поля включает:
1. Получение исходных данных от проектировщика изделия: чертеж заготовки со сведениями о требуемой геометрии, шероховатости и качества разделенного поверхностного слоя, свойствах, габаритах и толщине заготовки.
2. Расчет исходных режимов обработки: - выбираем метод подвода электрического тока в зону разделения в зависимости от свойств материала, толщины заготовки и требованиям к качеству и точности поверхности разделения согласно рекомендациям, приведенным в разделе 2.3; - выбираем размер абразивных частиц по формуле 1.1 и таблице 1.1 и его расход по таблице 1.2 и графику на рисунке 1.1; - выбираем состав суспензии по рекомендациям в таблице 1.4; - назначаем давление рабочей жидкости (с учетом исследований, приведенных в разделе 1.2.2 давление рабочей среды обычно назначается максимально допустимым для используемого оборудования, минимально необходимое давление для осуществления разделения можно определить из графика на рисунке 1.2); - определяем процентное содержание токопроводящих гранул (токопроводящего покрытия) в гидроабразивной струе по графику на рисунке 2.5; - рассчитываем объем материала, загрязняющего абразивное зерно в процессе обработки, по формуле 3.21 и графику на рисунке 4.26; - рассчитываем минимально необходимое напряжение, подводимое в зону разделения, которое будет обеспечивать достаточную скорость протекания электрохимического растворения загрязнения на абразивных зернах для восстановления его режущих свойств, по формуле 3.24; - рассчитываем величину выступающей части абразивного зерна из материала-основы после гидроабразивного разделения по формуле 3.1 и графику на рисунке 4.7; - определяем силу сцепления абразивных зерен с разделяемым материалом по графикам на рисунках 4.12, 4.13, 4.14, 4.15, 4.16, 4,17 и формуле 3.16; - рассчитываем минимальный припуск на анодное растворение, обеспечивающий удаление шаржирующего слоя в поверхности разделения по системе уравнений 3.17 и графику на рисунке 4.18 с учетом изменения скорости течения струи, рассчитываемой по формулам 3.3 и 3.5; - рассчитываем время анодного растворения припуска по формуле 3.18 и скорость подачи сопла вдоль контура разделения по формуле 3.19; - сравниваем расчетную скорость подачи сопла вдоль контура разделения достаточную для удаления шаржирующего слоя с рекомендованной для обеспечения шероховатости и точности обработанной поверхности, приведенной в таблице 1.3 и графиках на рисунках 4.9, 4.10, 4.19, 4.20, 4.21, 4.22, 4.23, 4.24 и назначается наименьшее значение.
