3.3. Формообразование внутренних поверхностей

При электрохимическом формообразовании внутренних поверхностей различают операции, в результате которых отверстия или полости окончательно формируются без их предварительной обработки, и операции, позволяющие доработать, т. е. изменить, форму, размеры или качество обработки отверстия или полости, предварительно полученных другими методами. В обоих случаях используют размерную ЭХО; иногда, например, при формообразовании отверстий цилиндрической формы в деталях из твердых сплавов применяют электрохимическое сверление алмазными инструментами. При этом электрод-инструмент, реже заготовка, при линейном перемещении в направлении рабочей подачи одновременно вращается.

Размерную ЭХО внутренних поверхностей можно выполнять неподвижным относительно заготовки электродом-инструментом при удалении небольших припусков и подвижным относительно заготовки электродом-инструментом при снятии больших припусков. В первом случае наиболее часто производят доработку отверстий и полостей, предварительно обработанных другими методами, во втором — выполняют как доработку отверстий или полостей, так и формообразование их без предварительной обработки. При работе с подвижным относительно заготовки электродом-инструментом рабочая подача может осуществляться также и за счет перемещения и вращения заготовки.

В обоих случаях обработки подачу электролита в межэлектродный промежуток осуществляют через полость (отверстие) в электроде-инструменте или по наружной его образующей.

Особенности конструкции электродов-инструментов. На практике применяют три вида электродов-инструментов для размерной ЭХО внутренних поверхностей (рис. 3.32). Наиболее простыми являются электроды-инструменты, активной

частью которых служат торец и наружная образующая (рис. 3.32, а). При обработке отверстий или полостей таким электродом-инструментом по мере углубления его в металл заготовки происходит дальнейшее анодное растворение стенок отверстий или полостей со стороны входа инструмента. В результате этого образуется конусность обработанных (боковых) поверхностей, так как стенки отверстия или полости находятся под электрохимическим воздействием более продолжительное время, чем участки у торцовой активной поверхности электрода-инструмента. В отдельных случаях конусность боковых поверхностей может достигать 7—8°. Для снижения конусности боковых стенок отверстий или полостей применяют электролиты, обладающие пассивирующей способностью, например NaN0₃, или вводят в электролит под определенным давлением воздух. Воздух, перемешиваясь с электролитом, попадает в межэлектродный промежуток в виде смеси его пузырьков с электролитом. В местах увеличенного межэлектродного промежутка, т. е. на участках отверстия с появившейся конусностью, давление смеси электролита с воздухом снижается, в результате чего пузырьки воздуха расширяются, занимая относительно несжимаемого электролита больший объем. С увеличением объема, занимаемого пузырьками воздуха, резко возрастает электрическое сопротивление току на указанных участках, при этом процесс дальнейшего растворения металла заготовки на этих участках резко снижается или полностью прекращается. Соответственно этому увеличение межэлектродного промежутка на этих участках не происходит, что снижает конусность отверстий до 0,5— 1°. Однако полностью предотвратить образование конусности отверстий или полостей при электрохимическом формообразовании такими электродами-инструментами практически не удается. Поэтому ЭХО такими электродами-инструментами выполняют в тех случаях, когда требования к точности отверстий или полостей относительно невысокие.

Исключить образование конусности отверстий и полостей при размерной ЭХО можно применением электродов-ин-струментов со сплошным электроизоляционным слоем (рис. 3.32, б) на наружной образующей. Такой слой наносят на электрод-инструмент обмазкой его материалами на основе эпоксидных смол. Затем этот слой обрабатывают термически, т. е. сушат в термостатах при 180—220°С. Обмазку производят окунанием электрода-инструмента в раствор электроизоляционного материала. Таким методом обычно получают равномерный слой толщиной порядка 0,15—0,20 м без последующей его обработки.

При размерной ЭХО внутренних поверхностей с большими межэлектродными промежутками (1—1,5 мм), что характерно, например, для формообразования неточных отверстий или полостей, толщина электроизоляционного слоя может составлять 0,3—0,5 мм. На электроды-инструменты такого типа напрессовывают втулки из фторопласта, стеклотекстолита или других диэлектрических материалов. Тонкостенные втулки обычно закрепляют на электродах-инструментах такого типа не прессованием, а клеем.

Электроды-инструменты с электроизоляционным слоем обеспечивают постоянство бокового межэлектродного промежутка а_б (см. рис. 3.32, б), а следовательно, уменьшают конусность отверстий или полостей.

На практике электроды-инструменты, наружные образующие которых полностью покрыты электроизоляционным слоем (см. рис. 3.32, б), применяют редко. Это объясняется недолговечностью электроизоляционного слоя и сложностью обеспечения заданной скорости прокачки электролита через межэлектродный промежуток. Разрушение электроизоляционного слоя происходит в процессе ЭХО под действием пузырьков водорода, выделяющегося на активной (торцовой) части электрода-инструмента, гидравлических явлений (ударов), образующихся при изменении направления потока электролита. Последнее происходит, например, при выходе электролита из торцового межэлектродного промежутка а_т. Разрушение электроизоляционного слоя у торца электрода-инструмента такого типа (см. рис. 3.32, б) происходит на кромках его торцовой части, т. е. в местах, где изменяется направление потока электролита. Появление на наружной образующей электрода-инструмента мест с разрушенным электроизоляционным слоем, т. е. дополнительных активных участков, вызывает повторное электрохимическое растворение ранее обработанных стенок отверстия или полости. Это приводит к увеличению размера D₀ относительно заданного чертежом.

Обеспечить заданную скорость прокачки электролита через межэлектродный промежуток при размерной ЭХО такими электродами-инструментами (см. рис. 3.32, б) очень сложно из-за бокового межэлектродного промежутка. Межэлектродный промежуток а_б в этом случае уменьшается на толщину электроизоляционного слоя. Вследствие этого в местах уменьшенного а_б промежутка значительно возрастает сопротивление движению электролита. Скорость истечения его через межэлектродный промежуток при этом существенно снижается и соответственно нарушается нормальное течение процесса ЭХО. Для нормализации размерной электрохимической обработки внутренних поверхностей такими электродами-инструментами производят прокачку электролита под большим давлением. Увеличение давления электролита в межэлектродном промежутке способствует надежному удалению продуктов растворения. Однако в то же время увеличить давление электролита при уменьшенном значении а_б во многих случаях не удается из-за ряда технических причин, обусловленных особенностями оборудования.

Из-за указанных недостатков электроды-инструменты со сплошным электроизоляционным слоем на наружных образующих применяют, как правило, при формообразовании отверстий и полостей небольшого сечения (10—20 мм²). При таких размерах через межэлектродный промежуток прокачивают сравнительно небольшое количество электролита (3—5 л/мин), что обеспечивается, даже при уменьшенном значении Об, повышением давления до 3000—4000 кПа.

Электроды-инструменты со сплошным электроизоляционным слоем на наружных образующих применяют и при больших размерах обрабатываемых отверстий или полостей, так как их проще изготовить, чем электроды- инструменты с электроизоляционным слоем и оголенным пояском высотой h. Поясок, как и торцовая поверхность электрода-инструмента, является активной его частью. Однако такие электроды-инструменты (рис. 3.32, б, в) сложнее изготовить, чем электроды-инструменты без электроизоляционного слоя (рис. 3.32, а), поэтому их применяют только при формообразовании отверстий и полостей с параллельными стенками, т. е. при обработке с более высокими требованиями к точности размеров и геометрической формы деталей.

На рис. 3.32, в изображен электрод-инструмент, имеющий на наружных образующих оголенный поясок высотой h. Электрод-инструмент такой конструкции обеспечивает по сравнению с электродом-инструментом со сплошным электроизоляционным слоем лучшую прокачку электролита через межэлектродный промежуток при размерной ЭХО вследствие увеличения бокового межэлектродного промежутка

С увеличением высоты активного пояска h боковой межэлектродный промежуток возрастает. Следовательно, сопротивление потоку электролита в боковом межэлектродном промежутке при этих условиях снижается и соответственно улучшаются условия удаления продуктов растворения из зоны обработки.

В процессе размерной ЭХО внутренних поверхностей при относительно низких давлениях электролита до 588—604 кПа можно обеспечить за счет увеличения пояска h на электроде-инструменте прокачку большего, чем в предыдущем случае (см. рис. 3.32, б), количества электролита (более 5 л/мин) через межэлектродный промежуток, что положительно сказывается на протекании процесса ЭХО.

Необходимо отметить, что при наличии у электрода-инструмента активного пояска отверстие (или полость) одного и того же сечения может быть обработано при меньшем, чем у электрода-инструмента со сплошным электроизоляционным слоем, диаметре D_и. Это обусловлено наличием на электроде-инструменте пояска h, увеличивающего значение

Конструкция электрода-инструмента с активным пояском кроме указанных преимуществ предотвращает разрушение электроизоляционного слоя под действием гидравлических явлений, происходящих при прокачке электролита через межэлектродный промежуток.

В процессе размерной ЭХО полостей и глухих отверстий на дне, против отверстия в электроде-инструменте, образуется выступ, который нарушает плоскостность дна полости или глухого отверстия. Этот выступ образуется в результате замедления на этом участке растворения металла по отношению к растворению его на участках дна, расположенных против активных торцовых поверхностей полого электрода-инструмента.

Размеры выступа на дне глухого отверстия или полости зависят от диаметра отверстия в электроде-инструменте, через которое подается электролит в рабочую зону. Так, при размерной ЭХО глухого отверстия в нержавеющей стали марки 2X13 с применением электролита NaCl полым электродом-ин-

струментом, имеющим отверстие (рис. 3.33) диаметром d — = 3 мм, высота выступа с на дне полости или отверстия может составлять 0,1—0,2 мм (рис. 3.33, а). При увеличении диаметра отверстия в электроде-инструменте до d=30 мм (рис. 3.33, б) высота выступа с на дне при тех же режимах ЭХО может составить 6—7 мм.

Для снижения трудоемкости удаления выступа механической обработкой размерную ЭХО глухих отверстий или полостей стремятся проводить электродом-инструментом с минимально возможным диаметром отверстия для подачи электролита (1— 3 мм) и, наоборот, при размерной ЭХО сквозных отверстий, когда указанный технологический выступ отделяется от заготовки, формообразование стремятся проводить электродом-ин-струментом с максимально возможным диаметром отверстия для подачи электролита, но с учетом обеспечения жесткости полого электрода-инструмента (рис. 3.33, б).

При размерной ЭХО внутренних поверхностей электродом-инструментом полого типа с относительно малым сечением отверстия по сравнению с площадью торцовой активной части электрода-инструмента (см. рис. 3.33, а) заметно сокращается количество электролита, прокачиваемого через межэлектродный промежуток. В результате этого на некоторых участках межэлектродного промежутка образуются своеобразные разрывы потока электролита, так называемые «сухие зоны». В них съем металла существенно замедляется или полностью прекращается, т. е. нарушается нормальное течение процесса ЭХО.

Из-за образования «сухих зон» на дне обрабатываемого отверстия или полости появляются характерные технологические выступы, не превышающие высотой межэлектродного промежутка. При соприкосновении торцовой активной части электрода-инструмента с этими выступами возникают токи короткого замыкания, которые оплавляют активную часть электрода-инструмента и соответствующий участок обрабатываемой поверхности заготовки.

Для предотвращения этих явлений применяют различные способы прокачки электролита через межэлектродный промежуток. Если электроды-инструменты имеют размеры наружного контура не более чем в 2—3 раза превышающие размеры отверстия для подвода электролита, то последний подают в межэлектродный промежуток через указанное отверстие (рис. 3.34, а). Такой способ подачи электролита успешно применяют при обработке отверстий электродами-инструментами, имеющими D_и = 6 мм при d = 2 мм и D_и= 75 мм при d = 25 мм.

С увеличением соотношения этих диаметров возрастает опасность возникновения «сухих зон». В таких случаях для нормализации процесса ЭХО искусственно создают определенное сопротивление потоку электролита, т. е. так называемое противодавление на выходе его из межэлектродного промежутка (рис. 3.34, б). В этом случае электролит после прохождения межэлектродного промежутка попадает в накопительную камеру 1, у которой имеется ряд отверстий или щелей для его слива. Суммарный размер этих отверстий или щелей на 10—15% меньше межэлектродного промежутка. Это позволяет создавать на выходе электролита из межэлектродного промежутка противодавление, которое обычно составляет 20—30% от рабочего давления электролита на входе его в межэлектродный промежуток. Например, при рабочем давлении электролита на входе в межэлектродный промежуток 600 кПа противодавление должно составлять приблизительно 190 кПа. Такие условия способствуют надежному заполнению электролитом всего межэлектродного промежутка, т. е. препятствуют возникновению «сухих зон».

При использовании полых электродов-инструментов с соотношением размеров D_и/d, превышающим 6—8, применяют другой способ прокачки электролита через межэлектродный промежуток (рис. 3.34, в). В этом случае поток электролита через отверстия или щели в камере поступает в ее полость, а затем, проходя через межэлектродный промежуток, отводится по отверстию электрода-инструмента. Размер отверстия в электроде-инструменте меньше суммарного размера отверстий камеры, в результате чего создается противодавление и обеспечивается нормальное течение процесса. Этот способ успешно применяют, в частности, при размерной ЭХО полостей прямоугольного сечения; при этом значение указанного соотношения размеров не учитывают, так как на угловых участках инструмента прямоугольного сечения часто образуются «сухие зоны».

Предотвратить образование «сухих зон» в этих случаях другими способами прокачки электролита, как правило, не удается. Следовательно, чтобы предотвратить возникновение «сухих зон», необходимо применять накопительные камеры, которые создают в рабочей зоне противодавление потоку электролита. Однако такие камеры применяют только в необходимых случаях из-за повышенных затрат на их изготовление. Более простым способом предотвращения является введение в электролит сжатого воздуха через полость электрода-инструмента.

Типовые операции. Электрохимическое формообразование внутренних поверхностей наиболее широко применяют при обработке фасонных полостей, глубоких отверстий и узких щелей, а также при необходимости одновременной обработки нескольких отверстий в одной детали.

Для формообразования глухой полости в турбинных лопатках из жаропрочного сплава марки ЭИ-607 (рис. 3.35) в серийном производстве используют операцию электрохимическое прошивание (ЭХПр). При этом для обеспечения радиусного сопряжения стенок полости с плоскостью дна применяют электрод-инструмент с оголенным пояском высотой 4,7 мм, что в сумме с принятым межэлектродным промежутком (0,3 мм) составляет указанный радиус сопряжения (5 мм).

На торце активной части электрода-инструмента выполнены перекрещивающиеся между собой щели (см. рис. 3.36, б), предназначенные для подачи в рабочую зону электролита. Чтобы снизить высоту технологического выступа на дне полости лопатки, ширину этих щелей принимают равной 1,5 мм, что обеспечивает нормальное течение процесса. В то же время из-за небольшой ширины щелей по отношению к площади торцовой активной части электрода-инструмента производят подачу электролита через накопительную камеру по наружным поверхностям электрода-инструмента; при этом в рабочей зоне создается необходимое противодавление, что также способствует нормальному течению процесса. Для предотвращения конусности стенок обрабатываемой полости наружные образующие электрода-инструмента покрыты электроизоляционным слоем.

Заготовку 5 (рис. 3.36, а) устанавливают в приспособление на плоскость хвостовой части и ориентируют в корпусе 4 при-

способления по отверстию и фиксатору (на рисунке не изображен). Окончательно закрепляют заготовку эксцентриком 7 поворотом его на оси 6. При этом плоскость хвостовой части заготовки плотно поджимается к эластичной прокладке 8, закрепленной в полости корпуса. В результате этого предотвращаются утечки электролита из рабочей зоны.

Электрод-инструмент 3 фиксируют хвостовиком в посадочном отверстии пиноли 1 станка и крепят к ней болтами. Обойма 2 имеет уплотнительную манжету, которая предотвращает утечку электролита из накопительной камеры, образованной внутренней полостью обоймы.

Манжета не препятствует также свободному вертикальному перемещению электрода-инструмента и обоймы относительно друг друга. Нижний торец обоймы прижимается к уплотнитель-ной прокладке 9, смонтированной в расточке корпуса, за счет силового воздействия электролита на нижнюю внутреннюю поверхность большей площади, чем верхняя. Следовательно, силовое воздействие электролита на нижнюю поверхность обоймы выше, что и обеспечивает надежное прижатие ее к прокладке.

С учетом значительной высоты пояска (4,7 мм) у электрода-инструмента и значения а_т = 0,3 мм боковой межэлектродный промежуток а_б составляет в данном случае 1,6—1,7 мм. При таком большом значении бокового межэлектродного промежутка обеспечить заданную точность обработки возможно только при стабилизации параметров (U_э, х, ч_э) процесса ЭХПр. В противном случае погрешность Да превысит допуск на длину и ширину полости (±0,15 мм).

Нормальное течение этой операции обеспечивается при использовании в качестве электролита 20%-ного водного раствора NaN0₃ с рабочей температурой (30±3) °С. При этом режимы обработки следующие: U_э= (14±0,25)В, давление электролита в камере (784±98)кПа, противодавление 196 кПа, v_э=(1,5± ±0,05)мм/мин, сила тока /=1300 А. Время формообразования полости при работе на этих режимах 10 мин.

Формообразование электрохимическим прошиванием цилиндрических отверстий большой глубины, в 30—40 раз превышающей их диаметр, — экономически выгодный и эффективный процесс; выполняется он, как правило, одноместными инструментами.

Вообще механическое формообразование отверстий небольшого диаметра (1—3 мм) и глубиной, во много раз превышающей их диаметр, в любых металлических материалах представляет весьма сложную технологическую задачу. Это объясняется повышенным на значительной глубине обработки трением режущей части, например сверла, о материал заготовки и малой прочностью сверл таких размеров.

При ЭХПр отверстий такого размера съем металла происходит без контакта электрода-инструмента с обрабатываемыми поверхностями заготовки, что позволяет электрохимически обрабатывать отверстия малого диаметра на неограниченную глубину. Так, освоена ЭХПр отверстий диаметром 1—2 мм и глубиной 200 мм в лопатках газовых турбин. Эти отверстия предназначены для охлаждения лопаток в процессе работы турбины и повышения ее работоспособности. В качестве электродов-инструментов используют калиброванные латунные трубки соответствующего диаметра толщиной стенок 0,1—0,2 мм. Для предотвращения конусности обрабатываемых отверстий наружный диаметр таких электродов-инструментов полностью покрывают электроизоляционным слоем. Электроды-инструменты с активным пояском на их рабочей части в данном случае не применяют из-за сложности выполнения такого пояска на тонкостенных трубках малого сечения.

Для нормализации процесса ЭХПр глубоких отверстий электродами-инструментами без активного пояска толщину электроизоляционного слоя принимают равной 0,05—0,08 мм. Нанесение на электроды-инструменты электроизоляционного слоя такой

толщины способом окунания не обеспечивает в этих случаях качественного покрытия. Поэтому при малых сечениях и тонких стенках полых электродов-инструментов электроизоляционный слой небольшой толщины наносят электростатическим способом. Сущность этого способа заключается в том, что к электроду-инструменту на наружную поверхность которого наносят электроизоляционный слой, подводят положительный полюс источника высокого напряжения, а к электроду, расположенному в головке устройства-распылителя, — отрицательный полюс. Диэлектрический материал в порошкообразном состоянии засыпают в распылитель, присоединенный предварительно к цеховой магистрали сжатого воздуха.

Трубчатые электроды-инструменты устанавливают на оправки, которые закрепляют в тисках. Подводят головку распылителя к образующей электрода-инструмента и включают подачу сжатого воздуха в распылитель. При срабатывании последнего частицы диэлектрического порошка соприкасаются с электродом распылителя и получают отрицательный заряд. Заряженные частицы порошка под действием сил электрического поля, образованного головкой распылителя и наружной образующей электрода-инструмента, оседают на его наружной поверхности. Толщину слоя осевших на поверхность электрода - инструмента частиц порошка регулируют изменением расстояния между выходным торцом головки распылителя и образующей электрода-инструмента, а также использованием порошка с требуемыми характеристиками. После напыления слоя нужной толщины электрод-инструмент помещают в термостат, где под действием температуры порядка 200° С частицы порошка оплавляются; при этом электроизоляционный слой прочно сцепляется с электродом-инструментом, образуя покрытие.

Электрохимическое формообразование глубоких отверстий малого сечения выполняют, как правило, при непрерывном вращении полых электродов-инструментов. Это предотвращает неперпендикулярность оси обрабатываемого отверстия и повышает тем самым точность формообразования.

На рис. 3.37 изображено типовое приспособление для электрохимического формообразования глубоких отверстий в турбинных лопатках. Заготовку 3 лопатки устанавливают на базовые опоры 4 и 5, г затем поджимают к ним заготовку прижимами 7 и 8. Для правильной ориентации электрода-инструмента 1 относительно базовых опор приспособления служит направляющая втулка 2, запресованная в крышку приспособления. Втулка 2 выполнена из диэлектрического материала, например капролона.

Основание 6 приспособления крепят на столе станка, а затем ориентируют отверстие относительно электрода-инструмента. Для свободного его перемещения в отверстии втулки 2 диаметр последней принимают на 0,02—0,03 мм больше наружного диаметра электрода-инструмента, покрытого электроизоляционным слоем.

Электролит в процессе ЭХПр подают через полость электрода-инструмента, а удаляют его из рабочей зоны вместе с продуктами растворения через межэлектродный промежуток в полость приспобления.

В начальный период формообразования отверстия в заготовке заданное направление движения электрода-инструмента обеспечивается направляющей втулкой. При этом по мере углубления электрода-инструмента в заготовку отклонение от перпендикулярности его оси относительно плоскости стола предотвращается обработанной частью отверстия. Этому способствует также осевое вращение электрода-инструмента.

При ЭХПр отверстий малого диаметра и большой глубины создаются условия для интенсивного удаления продуктов электролиза из рабочей зоны за счет повышения давления электролита, поступающего в межэлектродный промежуток. Это позволяет ускорить процесс формообразования таких отверстий использованием электролита с максимальной электропроводностью при малых значениях торцового межэлектродного промежутка. Такие условия обработки позволяют вести формообразование отверстий с повышенной рабочей подачей электрода-инструмента.

При обработке отверстий малого диаметра и большой глубины в заготовках лопаток из жаропрочных сплавов эффективно используют 20%-ный раствор хлористого калия, обладающий высокой электропроводностью по сравнению с другими растворами нейтральных солей, что повышает скорость электрохимического растворения на 20—30%.

В рассмотренном примере ЭХПр площадь активной части электрода-инструмента имеет относительно малое значение, поэтому сила тока в этом случае не превышает обычно 15—20 А. Это позволяет ускорить процесс формообразования за счет применения ИП, имеющих низкий коэффициент пульсации тока. Благодаря этому в межэлектродном промежутке за определенное время реализуется большая электрическая энергия.

Отверстия диаметром 1—2 мм и глубиной до 200 мм обрабатывают по приведенной на рис. 3.37 схеме при напряжении на электродах U_э= 20 В, силе тока I = 20 А; при этом давление электролита на входе в межэлектродный промежуток составляет 3000—4000 кПа, расход электролита не превышает 3—5 л/мин, частота вращения электрода-инструмента 15—20 об/мин, а рабочая подача его — 6 мм/мин. При этих режимах погрешность обработки отверстия порядка 0,1 мм, а отклонение его оси не превышает 0,12 мм на каждые 100 мм глубины.

При электрохимическом формообразовании глубоких отверстий малого диаметра электрод-инструмент углубляется в заготовку в начале процесса без бокового межэлектродного промежутка, поэтому поток электролита часто разрывается, т. е. образуются «сухие зоны», что приводит к возникновению токов короткого замыкания. В этих случаях активная часть электрода-инструмента оплавляется и соответственно нарушается нормальное течение процесса ЭХО. При таких явлениях срабатывает автоматическая система управления станком, приостанавливающая процесс электрохимической обработки.

Для предотвращения токов короткого замыкания, возникающих в начальный период обработки, снижают скорость рабочей подачи электрода-инструмента до 2—3 мм/мин, а после углубления его в заготовку на 3—5 мм скорость подачи повышают до оптимального значения (6 мм/мин).

Снижение рабочей подачи электрода-инструмента в начальный период обработки отверстий малого диаметра обусловливает возникновение на входе инструмента в заготовку своеобразной воронки высотой 3—5 мм. Эту конусность обрабатываемого отверстия обычно удаляют на следующих после ЭХПр операциях снятием предварительно оставленного припуска. Этот припуск определяют, исходя из условий технологического процесса.

Электрохимическое формообразование одноместными электродами-инструментами позволяет обработать за одну технологическую операцию одно отверстие или одну полость, поэтому в условиях серийного и массового производства более рационально применять ЭХПр многоместными электродами-инструментами. Такими электродами-инструментами обрабатывают одновременно несколько отверстий или полостей в одной или нескольких заготовках, что значительно снижает тру

доемкость изготовления деталей и дает существенный экономический эффект. При оценке экономической эффективности от применения многоместных электродов-инструментов учитывают также, что изготовление их, как правило, сложнее, а следовательно, они дороже одноместных. Поэтому ЭХПр многоместными электродами-инструментами применяют в основном в серийном и массовом производстве, где увеличение стоимости изготовления многоместных инструментов оправдывается значительной экономией, получаемой от снижения трудоемкости обработки.

В качестве типового примера рассмотрим ЭХПр четырех прямоугольных отверстий в плоских заготовках из стали Х18Н9Т (рис. 3.38). Заготовку 2 устанавливают в приспособление (рис. 3.39) на фиксаторы 3, запрессованные в основание 4. Последнее заранее выверяют по отношению к базовому отверстию пиноли 10 станка и крепят болтами и гайками к столу 5. Заготовку после установки ее на фиксаторы крепят прижимами 7. Опорами прижимов являются ступенчатые подкладки 6. Четыре электрода-инструмента 1 полой конструкции смонтированы в под-электродной плите 8, которая скреплена с электрододержателем 9.

Электролит подается через центральные отверстия в пиноли станка и электрододержателе в

полость последнего. Эта полость является накопительной камерой; из нее электролит через центральные отверстия электродов-инструментов поступает в межэлектродный промежуток. Соединения деталей приспособления и станка, через которые может вытекать электролит, уплотнены резиновыми кольцами.

Латунные электроды-инструменты выполнены с пояском на их торцах; остальные (пассивные) поверхности наружного и внутреннего контуров покрыты электроизоляционным слоем, что предотвращает возникновение конусности отверстий. Электроды-инструменты закреплены в подэлектродной плите гайками. Это обеспечивает быструю замену электродов-инструментов в случае повреждения их активной части.

Обработку отверстий выполняют с применением водного раствора азотнокислого натрия 25%-ной концентрации. Рабочая подача при высоте активного пояска 1 мм составляет 1 мм/мин, а напряжение на электродах— 12 В; боковой межэлектродный промежуток 0,6 мм, а торцовый — 0,3 мин; давление электролита на входе в межэлектродный промежуток равно 392 кПа. При указанных режимах время формообразования всех четырех отверстий составляет около 18 мин. На формообразование этих отверстий поочередно одноместным электродом-инструментом затрачивается 18 мин на каждое отверстие.

При обработке отверстий многоместными электродами-инструментами трудно обеспечить сплошность потока электролита на всех участках одновременно обрабатываемых отверстий. Это обусловливает большую, чем при обработке одноместными электродами, вероятность возникновения токов короткого замыкания.

Другой особенностью обработки многоместными электродами-инструментами является применение в одном наборе электродов-инструментов с одинаковой высотой активных поясков. При разнице высот более 0.1 мм заметно изменяются размеры обрабатываемых отверстий — отверстия, обработанные инструментами с большей высотой пояска, имеют большие размеры. Поэтому электроды-инструменты для многоместной обработки отверстий изготовляют с более высокой точностью, чем одноместные.

В процессе выполнения операции ЭХПр могут возникать различные неполадки (табл. 3.5), поиски причин которых довольно затруднительны. Сведения, представленные в табл. 3.5, призваны оказать помощь оператору в отыскании причин и устранении неполадок. Однако основная обязанность оператора заключается в том, чтобы правильной настройкой оборудования, тщательной подготовкой электродов-инструментов и заготовок предотвратить появления в процессе выполнения операции любых неполадок.

Электрохимическое формообразование внутренних поверхностей, например, четырех пазов в дисках, изготовленных из легированной стали 3ОХГСА (рис. 3.40, а), выполняют после их предварительной обработки другими методами. Конструктивные особенности этой детали — относительно высокая размерная точность пазов и малая шероховатость поверхностей — не позволяют формообразовывать эти пазы другими методами, например штамповкой. Кроме того, обработка пазов резанием (протягиванием) экономически невыгодна в условиях малосерийного производства. Поэтому после механической обработки дисков по наружному и внутреннему контурам, а затем после последующей термообработки (закалки) их производят ЭХО четырех пазов.

Электрохимическое формообразование пазов выполняют в приспособлении, конструкция которого изображена на рис. 3.40, б. Пакет заготовок 4 укладывают в расточку корпуса 5, который крепят прихватами 6 на столе электрохимического станка.

На пакет заготовок устанавливают втулку 2 из диэлектрического материала, которую надевают на хвостовую часть электрода-инструмента 1 перед креплением его в цанговом зажиме пиноли станка. Втулку и пакет заготовок крепят в корпусе приспособления прихватами 3. Для правильной ориентации корпуса приспособления относительно цангового зажима и соответственно для центрования электрода-инструмента относительно набора заготовок корпус приспособления имеет выступ, входящий в центральное отверстие стола, расположенное соосно с посадочным отверстием цангового зажима.

Электролит через отверстие в пиноли станка и центральное отверстие электрода-инструмента поступает в полость корпуса приспособления, являющуюся своеобразной накопительной камерой. Далее электролит по четырем канавкам (2X14 мм) на заходной части электрода-инструмента попадает в межэлектродный промежуток. Затем электролит прокачивается в полость втулки и через отверстия в ее верхнем фланце сливается на стол станка, а далее в бак. Благодаря соосному расположению канавок на заходной части электрода-инструмента и четырех клинообразных выступов А основной поток электролита проходит из накопительной камеры корпуса приспособления в полость втулки через межэлектродный промежуток. В результате этого, а также за счет наличия электроизоляционного слоя на заходной части электрода-инструмента обеспечивается формообразование только четырех пазов.

Особенностью этой операции является большая, чем при электрохимическом формообразовании электродами-инструмен-тами с торцовой активной частью, рабочая подача. Это объясняется тем, что скорость сближения боковых активных поверхностей выступов с обрабатываемыми поверхностями заготовок значительно меньше рабочей подачи. Разница в этих скоростях тем больше, чем меньше угол наклона поверхностей клинообразных выступов. Следовательно, при электрохимическом формообразовании внутренних поверхностей электродами-инструментами, имеющими активные боковые клинообразные выступы, рабочую подачу значительно увеличивают относительно скорости электрохимического растворения металла.

Таким образом, при размерной ЭХО внутренних поверхностей с предварительно выполненными элемента

ми рабочая подача электродов-инструментов выше, чем при ЭХО внутренних поверхностей в заготовках без предварительно выполненных элементов.

Электроды-инструменты такой конструкции изготовляют, как правило, из латуни и обрабатывают до нужной формы и требуемых размеров резанием. Толщина электроизоляционного слоя на наружных поверхностях таких электродов-инструментов (кроме активных поверхностей выступов) обычно 3—5 мин.

Учитывая высокие требования, предъявляемые к обрабатываемым пазам по точности размеров и качеству обработки, в данном случае применяют электролит NaN0₃ 15%-ной концентрации с рабочей температурой (25±3)°С. Напряжение на электродах (12±0,3)В; давление электролита на входе в межэлектродный промежуток 1568 кПа. За счет разницы сечений межэлектродных промежутков в местах расположения четырех пазов на заходной части электрода-инструмента и отверстий в верхнем фланце втулки создается противодавление потоку электролита, равное 392 кПа.

При указанных параметрах формообразования четырех пазов на пакете дисков из 10 шт. время обработки с учетом необходимости выхода активной части клинообразных выступов электрода-инструмента из нижней заготовки составляет 9 мин.

Схема электрохимического калибрования отверстий с помощью неподвижного относительно заготовки

электрода-инструмента изображена на рис. 3.41. Обрабатываемая заготовка 5 представляет собой цилиндрический палец с центральным отверстием, предварительно обработанным резанием. При этом из-за значительной длины пальца (120 мм) после обработки этого отверстия указанным методом с требуемым допуском + 0,3 мм и шероховатостью 2,5 мкм по Ra выполняют трудоемкие механические операции — зенкерование и шлифование.

Заготовку пальца, отверстие которого выполнено с припуском порядка 0,5 мм, устанавливают в верхнюю расточку корпуса 7; расточку уплотняют

резиновой прокладкой, предотвращающей утечку электролита. При этом активную часть электрода-инструмента 6 размещают в отверстии пальца 5. Разница между диаметрами отверстия заготовки и активной части электрода-инструмента составляет межэлектродный промежуток; исходное значение последнего равно в данном случае 0,5 мм.

Закрепление и центрирование заготовки осуществляют хомутом основания 9; стягивание хомута производят рукояткой 4. Электрод-инструмент закрепляют на подкладке 8, выполненной, как и корпус, из диэлектрического материла. Подкладка 8 смонтирована на основании 9.

В верхней части приспособления на пиноли 1 станка закреплена промежуточная плита 2, на которой расположена прижимная втулка 3. В расточке втулки находится резиновое кольцо. При перемещении пиноли вниз прижимная втулка торцом своей расточки прочно поджимает заготовку к торцу расточки корпуса, в которой также имеется уплотнение. Эти уплотнения предотвращают утечку и разбрызгивание электролита.

Электролит через штуцер в корпусе приспособления попадает в нижнюю расточку его, являющуюся накопительной камерой. Далее электролит прокачивается через межэлектродный промежуток, попадает в полость втулки и через ее штуцер сливается в бак. Противодавление потоку электролита создается за счет разницы сечений полости втулки и отверстия ее штуцера.

Электрохимическое калибрование отверстий в пальцах, изготовленных из стали 12ХНЗА, выполняют на двухшпиндельном станке модели 4405, На станке можно обрабатывать одновременно или поочередно две заготовки. В первом случае оба шпинделя станка одновременно перемещают в верхнее положение, устанавливают в оба приспособления заготовки, а затем опускают шпиндели и обрабатывают сразу две заготовки. В этом случае при перестановке заготовок станок простаивает. Поочередную обработку заготовок такого типа производят следующим образом. В то время, когда на одной позиции станка заготовку калибруют, на другой обработанную заготовку снимают и устанавливают очередную. При поочередной обработке заготовок исключается простой станка, что положительно сказывается на экономике производства.

При электрохимическом калибровании отверстий пальцев по рассмотренной технологии используют в качестве электролита раствор хлористого натрия 10%-ной концентрации. Режимы обработки отверстий следующие: напряжение на электродах 11 В; сила тока в начальный период ЭХО 1100 А, по мере увеличения межэлектродного промежутка сила тока снижается до 620 А; давление электролита на входе в межэлектродный промежуток 392—490 кПа; противодавление 98 кПа; рабочая температура электролита 25 °С. При указанных режимах ЭХО и поочередной

обработке этих пальцев время калибрования одного отверстия составляет 1,5 мин.