Экспериментальное исследование наложения вибрации на процесс электрохимической размерной обработки

УДК 621.9.047

Машиностроение и машиноведение

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАЛОЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ НА ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

А.И. Болдырев, А.А. Болдырев, В.В. Григораш

При электрохимической размерной обработке вследствие засоров межэлектродного промежутка довольно часто возникают короткие замыкания, которые ведут к разрушению рабочей части электрода-инструмента. Для стабилизации анодного растворения в промышленном производстве применяются различные технические решения. Однако они не всегда достаточно эффективны, т.к. нередко ведут к снижению производительности и точности обработки.

В работе рассмотрены результаты экспериментальных исследований по устранению засоров межэлектродного промежутка при электрохимической размерной обработке. Предложено уменьшить образование засоров путем наложения на электроды вибрации, которая способствовала бы устранению неоднородности среды, разрывов потока, удалению прианодной пленки из рабочей зоны. Исследования осуществлялись в электрохимической ячейке на экспериментальной установке, где имелась возможность накладывать на электрод-инструмент колебания частотой 20, 40, 80 Гц с амплитудой 0,15 мм. Сравнительные исследования проводились без наложения вибрации на электрод-инструмент.

В результате исследований установлено, что вибрации, наложенные на электрод-инструмент при электрохимической размерной обработке, существенно уменьшают возможность образования засоров в межэлектродном промежутке. Наложенные вибрации ведут к некоторому повышению производительности процесса по сравнению с обработкой без вибрации. При этом какого-либо существенного влияния на точность не обнаружено

Ключевые слова: электрохимическая обработка, вибрация, устранение засоров

Введение

Как известно, при электрохимической размерной обработке нередко происходят засо-ры межэлектродного промежутка и, как следствие, короткие замыкания, приводящие в конечном итоге к разрушению электродов [1]. Причинами, вызывающими их разрушение, являются разрыв потока электролита из-за несовершенства гидравлического тракта, прерывание процесса анодного растворения в зонах разрыва потока электролита и др. [2].

В промышленном производстве применяются различные способы устранения короткого замыкания. Одним из способов является изменение давления электролита в рабочей камере: повышение давления на входе в рабочую камеру или поддавливание на выходе. В ряде случаев применяется и то, и другое [3,4].

Другим способом стабилизации процесса анодного растворения является увеличение рабочего зазора между электродами. Однако это влечет за собой снижение производительности и точности обработки [5].

Ранее теоретически было предложено уменьшить образование засоров путем наложе-

Болдырев Александр Иванович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, e-mail: aiboldyrev@mail.ru Болдырев Александр Александрович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: alexboldyrev@yandex.ru Григораш Владимир Васильевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: svarka@vgasu.vrn.ru

ния на электроды вибрации, которая способствовала бы устранению неоднородности среды, разрывов потока, удалению прианодной пленки из рабочей зоны [6]. Результаты экспериментальных исследований, выполненных на Воронежском механическом заводе, подтвердили эффективность предложенного технического решения.

Условия проведения эксперимента Экспериментальные исследования осуществлялись в электрохимической ячейке на специальной установке, созданной на базе станка СЭХ0-901, где имелась возможность накладывать на электрод-инструмент колебания частотой 20, 40, 80 Гц с амплитудой 0,15 мм. Сравнительные исследования проводились без наложения вибрации на электрод-инструмент.

Рабочая поверхность электрода-инструмента имела ступенчатую форму с высотой ступенек 1,5 мм, а рабочая поверхность исследуемого образца - плоскую (рис. 1,а). Электрод-инструмент и исследуемый образец выполнялись из высоколегированной стали 12Х18Н9Т (ГОСТ 5632-72).

Экспериментальные исследования выполнялись на следующих режимах:

электролит - водный раствор 16 % НаС1 + 9 % ЫаЫ03;

температура электролита - 25-30° С; давление электролита - 120 кПа;

напряжение источника питания - 12 В; начальный межэлектродный зазор на центральной площадке - 0,3 мм;

время обработки с наложением вибрации определенной частоты и амплитуды - 30 мин.

б

Рис. 1. Форма рабочих поверхностей электродов: а - до обработки; б - после обработки

На каждом режиме с интервалом 3 мин обработка прекращалась, и производились измерения величин удаленного припуска z с исследуемого образца по каждой площадке, т.е. за время полного цикла обработки осуществлялось по 10 измерений снятого припуска по каждой площадке. По полученным результатам измерений определялись значения образовавшихся на образце ступенек Л. В ходе проведения исследований установлено, что во всех случаях обработки с наложением вибрации на электрод-инструмент засоров межэлектродного промежутка не наблюдалось.

Контрольный образец обрабатывался на тех же режимах, но без наложения на электрод-инструмент вибрации. Однако обработать исследуемый образец до конца не удалось, т.к. на 27 минуте на площадках, расположенных на выходе электролита, стали появляться засоры.

Результаты эксперимента

Изменение во времени съема металла zo с площадки центральной ступени в зависимости

от частоты вибрации представлено на рис. 2. Все зависимости за исключением обработки при /= 80 Гц практически носят прямолинейный характер. Это свидетельствует о том, что скорость подачи электрода-инструмента была установлена достаточно точно, и межэлектродный зазор 0,3 мм являлся установившимся.

Рис. 2. Съем металла с центральной ступеньки: 1 - 0 Гц; 2 - 20 Гц; 3 - 40 Гц; 4 - 80 Гц

Зависимости, характеризующие наложение вибрации, располагаются выше линии /= 0 Гц, что свидетельствует о повышении производительности электрохимического процесса с вибрацией электрода-инструмента, чем без нее. Это наиболее заметно для частоты колебаний 20 Гц. Такое повышение производительности объясняется разрушающим действием вибрации на прианодную окисную пленку и прика-тодный газовый слой, ведущим к уменьшению электрического сопротивления и повышению рабочей силы тока.

Изменение во времени съема металла z1 и 21' с площадок, расположенных симметрично слева и справа от центральной, в зависимости от частоты вибрации представлено на рис. 3. Как видно из графика, съем металла с этих площадок при / = 0 Гц неодинаков (21 > z/), что объясняется увеличением загазованности межэлектродного пространства по ходу движения электролита. При наложении вибрации любой частоты съем металла по площадкам ступенек, расположенным симметрично центральной ступеньке, одинаков (зависимости на рис. 3 сливаются в одну линию для каждой частоты). Аналогично центральной ступеньке, съем металла на боковых площадках выше при обра-

а

ботке с наложением вибрации, чем без вибрации.

Наряду с изменением производительности при электрохимической размерной обработки с наложением вибрации на электрод-инструмент и без наложения вибрации определялась точность формообразования ступенек на исследуемом образце. Формообразование оценивалось по величине образующейся ступеньки как функции снятого припуска.

Л 30 t мин

Рис. 3. Съем металла с боковых ступенек: 1 - 0 Гц; 2 - 20 Гц; 3 - 40 Гц; 4 - 80 Гц

Рис. 4. Изменение величины ступеньки Д1-0 от снятого припуска z0: 1 - 0 Гц; 2 - 20 Гц; 3 - 40 Гц; 4 - 80 Гц

На рис. 4 представлена зависимость изменения величины ступеньки А1-0 (центральной и соседней левой ступеньками) от снятого припуска z0. Из графика видно, что все кривые, характеризующие разные частоты вибрации, с

некоторым разбросом по мере «внедрения» электрода-инструмента в образец асимптотически приближаются к значению Л1-0 = 1,5 мм, т.е. к величине ступеньки, заданной чертежом электрода-инструмента.

Разброс кривых для всех частот вибрации, в том числе и при f = 0 Гц, не превышает погрешности эксперимента. В связи с этим нет никаких оснований делать вывод о каком-либо влиянии вибрации на точность формообразования.

Выводы

1. Вибрации, наложенные на электрод-инструмент при электрохимической размерной обработке, существенно уменьшают возможность образования засоров в межэлектродном промежутке.

2. Наложенные вибрации ведут к некоторому повышению производительности процесса по сравнению с обработкой без вибрации.

3. Какого-либо существенного влияния на точность формообразования не обнаружено.

Литература

1. Технология электрических методов обработки / В.П. Смоленцев, А.В. Кузовкин, А.И. Болдырев и др. Воронеж: ВГУ, 2001. 310 с.

2. Теория электрических и физико-химических методов обработки. Обработка материалов с применением инструмента / В.П. Смоленцев, А.И. Болдырев, Е.В. Смоленцев и др.; под ред. В.П. Смоленцева. Воронеж: ВГТУ, 2008. Ч. 1. 248 с.

3. Экспериментальные исследования технологических возможностей электрохимического формообразования / А.И. Болдырев, С.В. Усов, А.А. Болдырев и др. // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2014. Т. 10. № 3.1. С. 120-122.

4. Болдырев А.И. Моделирование процесса комбинированной электрохимикомеханической обработки/ А.И. Болдырев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т.6. №2. С. 141-145.

5. Болдырев А.И. Достижение заданного качества материала управлением технологическими условиями комбинированной обработки/ А.И. Болдырев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. Т. 3. № 1 (46). С. 27-31.

6. Болдырев А.А. Способы очистки электролита при электрохимической и комбинированной обработке/А.А. Болдырев, А.И. Болдырев // Проблемы и перспективы развития машиностроения: сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. Липецк: ЛГТУ, 2016. С. 51-56.

Воронежский государственный технический университет

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF VIBRATION APPLICATION ON THE ELECTROCHEMICAL DIMENSIONAL PROCESSING

A.I. Boldyrev1, A.A. Boldyrev2, V.V. Grigorash3

'Full Doctor, Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation

e-mail: aiboldyrev@mail.ru 2PhD, Associate Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation

e-mail: alexboldyrev@yandex.ru 3PhD, Associate Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation

e-mail: svarka@vgasu.vrn.ru

During electrochemical dimensional processing due to clogging of the inter-electrode gaps, short circuits often occur, which lead to destruction of the working part of a tool electrode. To stabilize anodic dissolution in industrial production, various technical solutions are used. However, they are not always effective enough, because they often lead to a decrease in productivity and accuracy of processing.

In the paper, the results of experimental studies on eliminating the clogging of the inter-electrode gaps during electrochemical dimensional processing are considered. It is suggested to reduce the formation of clogs by applying vibration to the electrodes, which would help eliminate the inhomogeneity of the medium, the flow disruption, and remove the near-anode film from the working zone. The studies were carried out in an electrochemical cell using an experimental unit, where it was possible to apply oscillations of the frequency 20, 40, 80 Hz with the amplitude of 0.15 mm to the tool electrode. Comparative studies were conducted without applying vibration to the electrode tool.

As a result of the research, it was established that the vibrations applied to a tool electrode during electrochemical dimensional processing significantly reduce the possibility of clogs in the inter-electrode gap. Superimposed vibrations lead to a certain increase in the productivity of the process compared to the treatment without vibration. At the same time, there was no significant effect on the accuracy

Key words: electrochemical treatment, vibration, elimination of blockages

References

1. Smolentsev V.P., Kuzovkin A.V., Boldyrev A.I. "Electrical processing methods technology" ("Tekhnologiya elektrich-eskikh metodov obrabotki"), Voronezh, VSU, 2001, 310 p.

2. Smolentsev V.P., Boldyrev A.I., Smolentsev E.V. "The theory of electrical, chemical and physical processing methods. Processing materials using tools" ("Teoriya elektricheskikh i fiziko-khimicheskikh metodov obrabotki. Obrabotka materialov s primeneniem instrumenta"), Voronezh, VSTU, 2008, part 1, 248 p.

3. Boldyrev A.I., Usov S.V., Boldyrev A.A. "Experimental studies of technological possibilities of electrochemical formation", Bulletin of Voronezh State Technical University, 2014, vol.10, no. 3-1, pp. 120-122

4. Boldyrev A.I. "Simulation of combined electrochemical mechanical processing", The Bulletin of Voronezh State Technical University, 2010, vol.6, no. 2, pp. 141-145.

5. Boldyrev A.I. "Achieving the given quality of the material by controlling the technological conditions of the combined treatment", The Bulletin of SSTU, 2010, vol.3, no. 1(46), pp. 27-31.

6. Boldyrev A.A., Boldyrev A.I. "Methods of electrolyte purification during electrochemical and combined treatment", Proc. of the international scientific and technical conference "Problems and prospects of the mechanical engineering development", Lipetsk, LSTU, 2016, pp. 51-56.