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.