A A A

ELEKTRYCZNE SPOSOBY OBRÓBKI METALI

Istota obróbki elektrochemicznej polega na niszczeniu powierzchnio­wych warstw metalu w wyniku oddziaływania prądu elektrycznego na część obrabianą, umieszczoną w elektrolicie. Przy obróbce elektrochemicznej anodą jest obrabiana część, katodą zaś metalowy korpus wanny lub specjalna płyta — elektroda (rys. 30). Obrabianą część 1 i elektrodę 4 zanurza się w wannie z elektrolitem. Przy przepływie prądu stałego przez elektrolit na anodzie, tj. na części obrabianej następuje rozpuszczanie warstwy powierzchniowej. Procesowi elektrolizy zawsze towarzyszy zjawisko polaryzacji tj. tworzenia się biernej błonki izolacyjnej przeszkadzającej rozpuszczaniu anody. Ze zwiększaniem gęstości prądu polaryzacja anodowa staje się tak znaczna, że proces rozpuszczania anody może ulec całkowitemu przer­waniu. Błonkę przeciwdziałającą przebiegowi procesu, można usuwać dwo­ma sposobami: pierwszy sposób polega na zmianie gęstości prądu, tj. błonkę niszczy się siłami pola elektrycznego; drugi sposób polega na me­chanicznym usuwaniu błonki za pomocą szczotki, tarczy metalowej lub innego narzędzia. W przypadkach gdy obróbka jest potrzebna tylko do oczyszcze­nia powierzchni (trawienie) lub na­dania jej większej gładkości i blas­ku (polerowanie) oraz nie zachodzi potrzeba dokładnej zmiany kształ­tu i wymiarów części, stosuje się sposób pierwszy. Przy obróbce wy­miarowej, której celem jest zmiana kształtów i wymiarów części, błon­kę usuwa się drugim sposobem. Szczególną cechą procesu oczyszczania elektromechanicznego powierzchni (trawienia anodowego) jest zastosowanie prądu o większej gęstości, który przez działanie pola elektrycznego zrywa z całej powierzchni anody błonkę i w sposób ciągły rozpuszcza powierzchnię anody. Przy przepływie prądu linie sił pola elektrycznego rozkładają się nie­równomiernie i najbardziej koncentrują się na występach i ostrzach, wskutek czego proces rozpuszczania przebiega nierówno na całej po­wierzchni części. Dlatego obróbka za pomocą trawienia anodowego na­daje się tylko do oczyszczania powierzchni półfabrykatów, kiedy nie jest wymagana dokładność kształtów i wymiarów. Proces polerowania elektrochemicznego odbywa się przy znacznie mniejszej gęstości prądu, gdy jeszcze nie następuje całkowita polaryza­cja i nie zachodzi całkowite zniszczenie błonki, jak to ma miejsce przy trawieniu anodowym. W tym przypadku błonka jest usuwana tylko na wierzchołkach nierówności powierzchni, gdzie koncentruje się najwięcej linii sił pola elektrycznego. Wobec tego następuje rozpuszczanie mikro-nierówności, co czyni powierzchnię bardziej gładką i błyszczącą. Natężenie prądu i skład elektrolitu można zmieniać w szerokim zakresie w zależności od obrabianego materiału i wymaganej gładkości powierzchni. Zwykle napięcie nie przewyższa 20 V. Wydajność tej metody jest mała i nie może ona chwilowo zastąpić obróbki metali skrawaniem. Elektryczne sposoby obróbki metali polegają na koncentracji ener­gii elektrycznej na powierzchni obrabianej części. Rozróżnia się dwa za­sadnicze sposoby: elektrotermiczny i elektroiskrowy. Sposób elektrotermiczny. Elektrotermiczny sposób obróbki metali polega na wykorzystaniu wysokiej temperatury przy przepływie prądu o dużej gęstości między elektrodami, którymi są obrabiana część i narzę­dzie, w wyniku czego zachodzi powierzchniowe roztapianie metalu ułat­wiające jego usunięcie. Schemat pracy piły tarczowej pracującej wg tego sposobu jest przed­stawiony na rys. 31. Jeden biegun przy przepływie prądu o dużym natę­żeniu i małym napięciu dołącza się do przecinanego metalu, a drugi do okrągłej piły. Przy .zetknięciu się ostrza zęba piły z metalem, wskutek małej powierzchni styku, przepływa prąd o wysokiej gęstości, wywołują­cy powierzchniowe nagrzanie się me­talu do temperatury topienia. Zęby piły przy jej obracaniu się wyrzucają roztopiony metal. Duża prędkość obwodowa piły (ok. 120m/sek) zapewnia szybkie prze­suwanie się zębów, wskutek czego nie następuje ich zbyt silne nagrzewanie się. Elektrotermiczna metoda cięcia jest bardzo wydajna. Posuw piły dochodzi do 1 m/min, co przewyższa posuw przy cięciu mechanicznym 3—4 razy. Metoda ta ma następujące główne wady: powierzchniowe hartowanie się czół przeciętej stali, tworzenie się znacznych narostów w wyniku nad­topienia metalu i szybkie zużywanie się piły. Te wady znacznie ograniczają zastosowanie elektrotermicznego spo­sobu cięcia metali w przemyśle. Sposobu tego nie stosuje się do przecinania półfabrykatów podlegają­cych obróbce mechanicznej. Elektroiskrowa metoda obróbki metali. Elektroiskrowa metoda obróbki metali, opracowana przez laureatów nagrody Stalinowskiej B. R. Łazarenko i N. J. Łazarenko, polega na wykorzystaniu zjawisk erozji elektrycznej przy iskrowych wyładowaniach elektrycznych w miejscach podlegających obróbce. Następuje przy tym odrywanie cząstek metalu, co stanowi właśnie obróbkę części. Wyładowanie iskrowe otrzymuje się przez zamykanie i przerywanie obwodu w tak krótkich odstępach czasu, że tworzy się łuk elektryczny. Samoindukcia towarzysząca przerywaniu obwodu jest kompensowana przez równoległe włączenie pojemności (kondensatorów). Sprzyja to jedno­cześnie koncentracji energii elektrycznej przy następnych wyładowaniach elektrycznych. Proces obróbki elektroiskrowej praktycznie polega na tym, że na­rzędzie i część, stanowiące dwie elektrody, włącza się w obwód wyła­dowczy (oscylacyjny). Przy zamykaniu obwodu impuls prądu bezpośred­nio odrywa cząstki metalu z części stanowiącej anodę i kieruje na narzę­dzie będące katodą. Proces odbywa się w ośrodku ciekłym, dielektryku (olej transforma­torowy, nafta itp.), co powoduje, że odrywające się od anody cząstki metalu nie dolatują do katody-narzędzia, lecz zamieniają się na proszek. W ten sposób chroni się narzędzie od tworzenia się na nim narostów. Tym sposobem można obrabiać materiały przewodzące prąd o do­wolnej twardości. Na rys. 32 przedstawiono schemat obrabiarki o działaniu elektroero- zyjnym do drążenia otworów. Zasadniczą częścią roboczą tych obrabiarek jest część elektryczna; część mechaniczna służy tylko jako element po- . mocniczy. Przy zbliżeniu elektrod, którymi są narzędzie i część, na określoną odległość następuje przebicie wypełnionej cieczą przestrzeni między elektrodami. W wyniku wyładowania elektrycznego (impulsu) z materiału anody-części są odrywane cząstki metalu, które w warunkach ośrodka ciekłego przybierają kształt kulek. Dzięki siłom pola elektrycznego oraz pod działaniem ciśnienia gazu powstającego przy stygnięciu metalu, cząstki metalu w kształcie kulek są wyrzucane z wielką szybkością ze strefy obróbki i zapewniają w ten sposób zachowanie stałego luzu między elektrodami. Elektrody zbliża się przez mechaniczny posuw narzędzia lub za po­mocą solenoidu. Elektryczna część obrabiarki składa się z następujących elementów: 1) źródła zasilania prądem stałym o napięciu 220 V i mocy 3—5 kW; 2) oporników w kształcie spirali nichromowych; wielkość oporów odpowiada zakresowi prądów od 40 do 0,1 A; baterii kondensatorów o ogólnej pojemności 500 uF; przyrządów mierniczych. Wszystkie elementy układu elektrycznego są wbudowane w pulpit sterowniczy. Część mechaniczną urządzenia wyjaśnia przytoczony schemat. Elektroerozyjny proces obróbki za pomocą obecnie znanych urządzeń często jeszcze nie jest dostatecznie wydajny. Jednakże wobec tego, że proces ten pozwala na wykonanie takich prac, które trudno jest lub w ogóle nie można wykonać przy pomocy obróbki skrawaniem, jest on w szeregu przypadków niezastąpiony. Na przykład jest on stosowany do drążenia otworów o osi krzywoliniowej, przebijania otworów okrągłych i profilowych w węglikach spiekanych itd. Tym też objaśnia się, dlaczego elektroiskrowa metoda, pomimo mniej­szej wydajności niż obróbka skrawaniem, znalazła zastosowanie w prze­myśle maszynowym. Przy zastosowaniu tej metody można wykonać następujące roboty: 1) drążenie otworów o średnicy mniejszej od jednego milimetra (np. w częściach wtryskiwaczy silników wysokoprężnych); drążenie otworów w przeciągadłach z twardych stopów; drążenie otworów profilowych w zahartowanych wykrój nikach; pokrycie twardą warstwą krawędzi roboczych narzędzi skrawa­jących dla podniesienia odporności na ścieranie; usuwanie z otworów części ułamanych narzędzi hartowanych (uła­mane gwintowniki, przeciągacze, wiertła itp.). Ponadto przy zastosowaniu tego sposobu można wykonać również inne prace, których wykonanie sposobem mechanicznym jest trudne lub wręcz niemożliwe.