3.1. Заготовительные операции
Заготовки для изготовления различных деталей наиболее часто получают резкой пруткового и листового проката. Наибольшую сложность представляет резка нержавеющих, жаропрочных и других труднообрабатываемых механическими способами металлов. В этих случаях выгодно применять анодно-механическую и электрохимическую алмазными кругами отрезку.
Анодно-механическая отрезка. Эта операция выполняется токопроводящими металлическими дисками или лентами. В отличие от резки дисками, когда длина отрезаемой заготовки практически не ограничена, при отрезке лентами этот размер не может быть больше расстояния между ветвями ленты, что ограничивает область применения ленточной отрезки. В то же время на ленточных отрезных станках можно отрезать заготовки большей толщины или диаметра; обычно дисками режут заготовки толщиной или диаметром до 150—200 мм, а лентами — до 700 мм.
Ограничение размеров разрезаемых заготовок является следствием невозможности использования дисков большого диаметра ввиду их малой жесткости.
Диски изготовляют из конструкционных сталей, например СтЗ, а ленты — из стали 65Г. Наружный диаметр дисков в зависимости от размеров нарезаемых заготовок может составлять 300—700 мм; толщина дисков равна 1—2 мм. Толщина лент не превышает 0,8—1,0 мм; ширина их обычно равна 30—40 мм. В некоторых случаях, например при вырезке фасонных заготовок из листового металла, ширина лент составляет 15—20 мм.
Характерной особенностью анодно-механической отрезки дисками и лентами является затрудненный доступ электролита в зону обработки, что замедляет, а в некоторых случаях приостанавливает процесс отрезания. Для обеспечения надежного доступа электролита в межэлектродный промежуток дискам и лентам сообщают принудительные боковые колебания (биение) с небольшой амплитудой (0,5—1,5 мм). За счет такого биения дисков и лент увеличивается ширина реза, что обеспечивает свободный доступ электролита в рабочую зону.
Принудительное биение дисков создается применением специальных оправок (рис. 3.1,а). Фланец оправки 1, к которому гайкой 3 прижат диск 2, выполняют с небольшим скосом; этим создается своеобразный перекос диска и, как следствие, его биение. Сильное биение дисков недопустимо, так как это приводит к значительному увеличению ширины реза (более двух толщин
диска). При этом эффективность процесса ЭХО резко падает из-за дополнительного расхода электрической энергии на съем с боковых поверхностей разрезаемой заготовки большего, чем при незначительном биении диска, слоя металла. Рабочая подача диска при повышенном биении значительно падает, так как анодное растворение металла происходит в основном на боковых поверхностях заготовки, а не в направлении рабочей подачи.
Для создания принудительного биения у лент на ленточно-отрезных станках имеются специальные направляющие устройства 5 (рис. 3.1, б), ограничивающие амплитуду колебаний ленты 4 за счет регулирования устройств в осевом направлении.
Электротермические явления анодно-механической отрезки обусловливают значительный износ дисков и лент. При правильно выбранных режимах отрезки износ этих инструментов может составлять 15—30 % от слоя удаленного металла. Например, при разрезке бруска из стали Х18Н9Т сечением 100X100 мм диск диаметром 300 мм уменьшается в диаметре после каждого реза на 5 мм. Из-за значительного износа дисков и лент на рабочем месте оператора анодно-механических отрезных станков должен быть определенный запас таких инструментов (10—150 дисков или лент).
Диски изготовляют обычно механическим способом. Сначала на ножницах нарезают квадратные заготовки, склепывают их в пакеты по 15—20 шт., а затем на токарных станках растачивают центральное посадочное отверстие. Наружный диаметр дисков обрабатывают также на токарных станках; при этом пакет заготовок закреплен в оправке.
Для ленточных электродов-инструментов применяют мерный по толщине и ширине прокат. Ленту отрезают на ножницах, а затем концы ее сваривают внахлестку (рис. 3.2, а) или встык (рис. 3.2, б). Наиболее долговечны ленты, сваренные встык медно-цинковыми припоями. Ленты, сваренные внахлестку, разрушаются быстрее из-за частых ударов соединенных концов ленты о кромки разрезаемой заготовки. Поэтому сварку лент внахлестку применяют редко.
Правильный выбор режимов анодно-механической отрезки во многом предопределяет производительность процесса. Машинное время отрезки определяется напряжением на электродах, скоростью вращения диска или перемещения ленты, усилием касания рабочей части электрода-инструмента с поверхностью заготовки и расположением заготовки относительно инструмента.
Напряжение при анодно-механической отрезке находится в пределах 17—20 В. С уменьшением напряжения (ниже 17 В) резко понижается скорость резания, а с увеличением его (более 20 В) образуется устойчивая электрическая дуга, которая при-
водит к повышенному износу электрода-инструмента и к снижению качества поверхности реза. Следует отметить, что существует общая закономерность анодно-механической отрезки, заключающаяся в том, что для получения оптимальной производительности при увеличении размеров разрезаемой заготовки от 100 до 600 мм напряжение повышают от 17 до 20 В. С этой же целью повышают усилие касания электрода-инструмента поверхности заготовки от 49 до 196 кПа. При этом скорость вращения диска или перемещения ленты составляет 16—20 м/с. При анодно-механической отрезке дисковыми электродами-инструментами направление их вращения и подачи заготовки совпадают, т. е. отрезка производится при попутной подаче.
При анодно-механической отрезке с увеличением высоты отрезаемой заготовки, т. е. с увеличением длины реза, скорость подачи электрода-инструмента снижается незначительно. Поэтому для сохранения времени отрезки заготовку следует ориентировать относительно электрода-инструмента таким образом, чтобы линия реза была бы наибольшей. При этом перемещение электрода-инструмента в направлении отрезки становится наименьшим, а следовательно, время отрезки сокращается. На рис. 3.3, а показано правильное расположение заготовки круглого сечения при отрезке дисковым электродом-инструментом. Заготовка круглого сечения располагается по оси дискового электрода-инструмента. При отрезке заготовок прямоугольного сечения (рис. 3.3, б) их устанавливают по оси дискового электрода-инструмента меньшей стороной в направлении рабочей подачи. При анодно-механической отрезке заготовок ленточными электродами-инструментами (рис. 3.2, в) их устанавливают меньшей стороной в направлении рабочей подачи.
Анодно-механическую отрезку заготовок производят в водном растворе жидкого стекла с концентрацией 1,27—1,3 г/см3. Указанные значения параметров: напряжение, усилие касания электрода-инструмента, рабочая подача, а также концентрация электролита при анодно-механической отрезке могут несколько
изменяться. Поэтому перед началом работы, а также при резании необходимо периодически проверять соответствие параметров установленным значениям и при необходимости корректировать их.
Как правило, на станках для анодно-механической отрезки производят отрезку заготовок больших размеров, что связано с применением для установки их на станок подъемно-транспортных средств (тельферов, кранов, тележек и т. д.). При перемещении таких заготовок массой более 15—20 кг необходимо соблюдать правила безопасного ведения работ. Перемещение и установку на станок заготовок массой более 40 кг должен выполнять специально подготовленный рабочий-такелажник. При этом особое внимание следует уделять правильной строповке заготовок.
На анодно-механических отрезных станках заготовки круглого сечения крепят в тисках с призматическими губками (рис. 3.4). После предварительного крепления заготовки в тисках упор 5 закрепляют на столе станка на расстоянии от плоскости диска, равном длине отрезаемой заготовки К. При этом используют масштабную линейку 4. Чтобы предотвратить падение на стол отрезанной части заготовки, перед началом резания под нее рекомендуется подложить подкладку из любого материала. Затем легким постукиванием по противоположному неотрезанному торцу заготовки подводят ее к плоскости упора и окончательно крепят заготовку в тисках. После этого наладочным перемещением стола подводят заготовку к диску на расстояние 3—5 мм от его образующей. Закрывают рабочую камеру станка и режут заготовку.
Прямоугольные, квадратные и фасонные заготовки также крепят в тисках или прихватами, болтами и гайками. Выверку положения заготовок по отношению к режущей части диска или ленты производят угольником и масштабными линейками.
При анодно-механической отрезке могут возникать определенные неполадки, связанные с отклонениями параметров отрезки от заданных значений. В случае, если диск прекращает вращаться, а лента не перемещается, а также если нет следов оплавления на рабочей поверхности диска или ленты, причиной неполадки является пониженное значение напряжения на электродах. При наличии следов оплавления на рабочих поверхностях диска или ленты неполадки обусловливаются недостаточным биением боковой поверхности диска (ленты) или низкой плотностью электролита. При появлении неполадок оператору следует соответствующим образом устранить причины их возникновения.
Электрохимическая отрезка алмазными кругами. В отличие от анодно-механической отрезки этот процесс ЭХО характеризуется отсутствием дефектного слоя на поверхности реза, что обеспечивает меньший расход металла заготовок. Наиболее эффективная область применения электрохимической отрезки — получения заготовок из таких труднообрабатываемых металлов, как вольфрам, титановые и твердые сплавы. Заготовки из таких металлов отличаются небольшими размерами сечений.
В качестве электродов-инструментов при электрохимической отрезке используют алмазные отрезные круги (рис. 3.5) Они состоят из металлической основы — конструкционных сталей и металлоалмазного токопроводящего слоя. Последний содержит алмазные зерна зернистостью 315—80 мкм, связанные между собой сплавом на медной основе. Алмазные зерна смешивают с опилками медной связки и методом прессования наносят на металлическую основу. Такие круги могут иметь наружный диаметр от 50 до 400 мм. Для электроалмазной отрезки наиболее часто применяют серийно выпускаемые круги с размерами (рис. 3.5), мм: D = 90-160; d = 25-32; S= 2,54-5 и Н = 0,45--0,7. Диаметр отверстия таких кругов, как и металлических дисков для анодно-механической отрезки, выполняют по 7-му квалитету.
Электрохимическую отрезку алмазными кругами выполняют по двум технологическим схемам: с рабочей подачей заготовок навстречу направлению вращения круга (рис. 3.6, а) и с рабочей подачей, совпадающей с направлением вращения круга (рис. 3.6, б). При отрезке по любой из этих схем заготовку ориентируют относительно круга таким образом, чтобы отрезка выполнялась при наименьшей длине реза. Это обусловливается тем, что при электрохимической отрезке в отличие от анодно-механической с увеличением длины реза из-за ухудшения условий обновления электролита в межэлектродном промежутке заметно понижается скорость съема металла. Схему со встречной подачей применяют, в частности, при отрезке заготовок небольшой толщины, когда при прочих равных условиях обработки
длина реза относительно невелика, что обеспечивает сохранение свойств электролита на всей длине межэлектродного промежутка. При отрезке заготовок толщиной более 5 мм по этой схеме длина межэлектродного промежутка возрастает, что приводит к изменению свойств электролита на отдельных участках реза и соответственно к уменьшению производительности. Схема с попутной подачей позволяет разрезать заготовки большей толщины (диаметра). В этом случае создаются более благоприятные условия для поступления в зону резания электролита, причем изменение его свойств происходит на выходе круга из заготовки, что практически не оказывает отрицательного влияния на производительность резания.
Электроалмазная отрезка заготовок наиболее распространена в серийном и массовом производстве, где за счет применения этого процесса удается получить значительную экономию времени.
В этих условиях наиболее целесообразно разрезать заготовки набором отрезных кругов, т. е. многоместными электродами-инструментами.
На одной оправке закрепляют несколько отрезных кругов; расстояния между ними ограничены прокладками, которые определяют толщину отрезаемых заготовок. Разрезаемый пруток 6 закрепляется в приспособлении 4, которое крепится к столу 5 станка, затем вертикальной подачей стола осуществляется отрезка заготовок.
Характерно, что при резании заготовок многоместными электродами-инструментами наружный диаметр каждого следующего круга, считая их от отрезаемого торца заготовки, должен быть меньше предыдущего. Этим обеспечивается последовательное отделение от заготовки очередной отрезаемой части; при этом связь остальных отрезаемых частей не нарушается. Разница в диаметрах каждого очередного круга составляет обычно 0,1— 0,2 мм. Набор комплектуют кругами одного наружного диаметра, а затем, установив его на станок, занижают наружный диаметр каждого последующего круга на указанный размер. Занижение диаметров кругов производят при одновременном электрохимическом растворении связки круга и механическом удалении алмазных зерен с помощью алмазного карандаша (рис. 3.8). К алмазному кругу 1 подводят положительный полюс источника питания током, к дополнительному катоду 3, выполненному из графита, подключают отрицательный полюс. Алмазный карандаш 4 закрепляют в стойке 5, которую крепят болтами к столу 6 станка. Во время правки в зазор (0,5 мм) между рабочей поверхностью вращающегося круга и дополнительным катодом через сопло 2 подается электролит, находящийся в баке станка. Напряжение, подводимое к кругу и катоду, составляет 8 В. Одновременно с растворением связки круга, применяя продольную
и поперечную подачу стола, производят правку круга наконечником алмазного карандаша.
Важным условием для обеспечения высокопроизводительной и качественной электрохимической отрезки является отсутствие торцового и осевого биения кругов. Биение их после сборки на оправке устраняют также электрохимическим растворением связки круга и правкой алмазными карандашами.
Состав электролита и режим электрохимической отрезки зависят от свойств разрезаемого металла и устанавливаются требованиями технологического процесса. Для отрезки сплавов на никелевой основе в качестве электролита применяют, например, раствор азотнокислого натрия в воде 10—20 %-ной концентрации с добавлением 0,5 % глицерина. При этом напряжение на электродах 8—9 В; окружная скорость вращения круга 30—36 м/с. Давление круга в зоне касания на заготовку обычно 780—980 кПа. Указанные режимы позволяют разрезать заготовки из твердых сплавов с производительностью 6—15 мм/мин из углеродистых, нержавеющих и титановых сплавов и сталей с производительностью 20—60 мм/мин.
При выдержке заданного напряжения на электродах и требуемой рабочей подачи износ алмазных кругов обычно составляет 1—2 % от объема удаленного метала. При электрохимической отрезке необходимо следить за износом кругов и в случае превышения указанного значения снизить напряжение на электродах и уменьшить рабочую подачу до минимально допустимых значений. К увеличению износа кругов может приводить и недостаточное поступление электролита в межэлектродный промежуток. Признаком, характеризующим нехватку электролита, является интенсивное искрение в рабочей зоне. В этом случае оператор должен прекратить обработку и увеличить подачу электролита в межэлектродный промежуток. Повышение износа кругов определяется не только отклонением параметров обработки от значений, указанных в технологической документации, но и в результате увеличения электрического сопротивления цепи протекания технологического тока. Последнее может возникать в результате окисления мест присоединения токоподводов, загрязнения щеток коллектора или при наличии окалины на токопроводящих поверхностях заготовок. Признаком, характеризующим увеличение сопротивления цепи, является пониженное значение технологического тока, которое указывается стрелкой амперметра, расположенного на пульте управления станком. При соответствии напряжения на электродах и концентрации электролита значениям, указанным в технологической документации, и в то же время меньшем технологическом токе все места присоединения токоподводов следует отсоединить, зачистить, смазать техническим вазелином и снова смонтировать; щетки и коллектор промыть бензином.