Исследование влияния электрохимической поляризации на механическую обработку хрупких диэлектрических материалов - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Исследование влияния электрохимической поляризации на механическую обработку хрупких диэлектрических материалов

Ременцов А.В. 1, Аракелян Г.А. 1
1Институт технологий (филиал) ДГТУ в г. Волгодонске
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Производительность труда при шлифовании, себестоимость и высокое качество обработки детали в значительной степени зависят от характеристики абразивного инструмента. Поэтому при его выборе должны учитываться следующие параметры [1]:

- характеристика обрабатываемого материала (химический состав, структура, физико-механические свойства);

- размеры заготовки, форма обрабатываемой поверхности (сплошная, прерывистая), необходимая точность обработки;

- величина снимаемого припуска, исходная шероховатость поверхности, требуемое качество обработки детали (шероховатость поверхности, структура поверхностного слоя);

- тип станка (круглошлифовалыный, плоскошлифовалыный, заточный), размеры, жесткость, мощность электродвигателя, соответствие техническим требованиям;

- режим работы: рабочая скорость круга и скорость заготовки, величина подачи и ее способ (автоматическая или ручная), охлаждение (вид, количество, способ подачи в зону резания).

Операции абразивной обработки большей частью являются заключающими процесс механической обработки, определяющими качество поверхности и надежность при эксплуатации обрабатываемых деталей. Поэтому при выборе характеристики абразивного инструмента и назначении режимов обработки нужно учитывать большое количество переменных факторов, участвующих в процессе резания и формирования обрабатываемых поверхностей заготовок [2].

Неправильные выбор характеристики инструмента и назначение режимов работы приводят к браку обрабатываемых заготовок, снижению экономической эффективности операций (уменьшению производительности труда и стойкостной наработки абразивного инструмента, повышению объемного износа инструмента, снимаемого при правке, и времени на ее проведение).

В настоящее время в отечественной индустрии объём абразивной обработки составляет более 30 % всей металлообработки, а в подшипниковой промышленности свыше 70 %. В зарубежной практике общий объём абразивной обработки достигает 50 % [3].

В настоящее время накоплены обширные теоретические и экспериментальные материалы, на базе которых сформированы научные основы шлифования, включая разработку различных моделей управления этим процессом. Однако вопрос о влиянии составляющих абразивного инструмента на его свойства и эксплуатационные показатели остается предметом полемики, что является одной из причин отсутствия общепринятой взаимосвязи свойств абразива и параметров шлифования. Это выгодно, в первую очередь производителям абразивного инструмента. Для отечественных производителей абразивов навязанные стереотипы, «забитые в техпроцессы предприятий», позволяют выпускать универсальную продукцию крайне низкого качества. Ведущие мировые производители практикуют специализацию абразивного инструмента, что не позволяет потребителю обдуманно выбирать характеристики абразивный инструмент под конкретную операцию шлифования.

Механическая обработка материалов является неотъемлемой частью промышлености страны, она в свою очередь невозможна без использования различных абразивных инструментов (брусков, кругов и т.д.). Их значимость трудно переоценить, поэтому решение проблем связанных с изготовлением и обработкой абразивного инструмента является весьма актуальной задачей.

Существуют различные методы механической обработки абразивного инструмента. Мы предлагаем альтернативный, комбинированный способ шлифования абразивных материалов, заключающийся в применении электрохимической поляризации зоны резания, подбора электролита в совокупности с механической обработкой, т.е. катодно-анодная поляризация режущего инструмента, смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС). Вспомогательный электрод, введенный в струю СОТС приводит к электрохимической активации раствора СОТС, при этом в качестве режущего инструмента используется медный стержень, являющийся рабочим электродом, к которому через щеточный механизм подводится постоянный электрический ток [4].

Эксперименты проводились на установке (рисунок 1) для оценки эффективности электрохимической поляризации зоны резания и влияния составов СОТС при шлифовании с постоянным усилием на базе настольно-сверлильного станка. На станине 1 настольно-сверлильного станка установлена емкость 8 с краном 9 для слива СОТС, в которой закреплены тиски 10, между губками которых установлен токонепроводящий держатель 11 с пазом для крепления образцов 12. При шлифовании медным стержнем 13 образца 12 СОТС через систему трубопроводов 4 из емкости 2 через кран 3 подается в насадку 5, в котором имеется вспомогательный электрод, а затем попадает в обрабатываемую зону. Скорость подачи СОТС регулируется краном 3.

Рисунок 1 - Схема установки для оценки эффективности электрохимической поляризации зоны резания и влияния составов СОТС при шлифовании

По медному стержню 13, с помощью щеточного узла 14 и вспомогательному электроду в насадке 5, протекает постоянный ток от регулируемого источника тока 6, контролируемый цифровым микроамперметром 7. Предварительно необходимо осуществлять по кривым «потенциал – плотность тока» выбор области эффективности величины подаваемого тока, исключающей область активного выделения водорода в одном конце диапазона тока и кислорода в другом.

В серии опытов применяли водный раствор сульфата натрия, хлорид калия и сульфата меди концентрации 0,1 моль/л. Изменение концентрации в сторону увеличения не приводило к изменению результатов измерений.

Сульфат натрия и хлорид калия оказывали существенное влияние на результаты измерения, чем сульфат меди. Сульфат натрия выявил максимальную эффективность влияния.

Линейный износ абразивного бруска осуществляли замером глубины погружения медного стержня, а стержня замером его длины. В опытах время процесса было фиксировано и равнялось 1 минуте. Материал медного стержня – медь марки М1. В качестве образцов использовались бруски на основе карбида кремния (SiC) и оксида алюминия (Al2O3) различной зернистости.

В опытах применяли анодную и катодную поляризацию. При катодной поляризации узла трения линейный износ медного стержня практически не менялся.

Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Зависимость линейного износа абразивных брусков от вида электрохимической поляризации узла трения в водном растворе Na2SO4

Маркировка образца

Линейный износ абразивного бруска, мм

Без поляризации

Поляризация

анодная

катодная

14АМ10

14АМ63

63СF36

54CF150

24АF60

2,83

2,80

2,71

2,63

1,78

2,85

2,82

2,72

2,64

1,79

5,63

5,65

5,17

4,98

3,88

Из результатов эксперимента видно, что анодная поляризация не оказывает существенного влияния на скорость механической обработки, а катодная приводит к интенсификации процесса практически в два раза.

Уменьшение твердости поверхностного слоя медного стержня происходит за счет катодной поляризации узла трения восстановлением ионов натрия. В свою очередь, абразивные зерна внедряются в торцевую поверхность медного стержня, ускоряя процесс резанья обрабатываемой поверхности.

На практике чаще используется в качестве хрупкого диэлектрического материала стекло и керамическую плитку. Их сверление медным стержнем при катодной поляризации узла трения в водном деценормальном растворе Na2SO4 при плотности катодного тока 0,03 мА/см2 дало максимальный эффект.

На выше изложенный метод получен патент [5], условия и режимы электролиза могут быть рекомендованы к внедрению в производство.

Список литературы:

1. Характеристики абразивного инструмента // Студопедия [Электронный ресурс]. URL: https://studopedia.info/8-87776.html (дата обращения: 10.02.2021).

2.Финишная обработка поверхностей при производстве деталей / С. А. Клименко [и др.]; под общ. ред. С. А. Чижика и М. Л. Хейфеца. - Минск: Белару-ская навука. 2017. - 376 с. - ISBN 978-985-08-2201-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1067607 (дата обращения: 11.02.2021).

3. Вереина, Л. И. Абразивная обработка : справочник / Л. И. Вереина, М. М. Краснов, Е. И. Фрадкин ; под общ. ред. Л. И. Вереиной. — Москва : ИНФРА-М, 2020. - 304 с. — (Справочники ИНФРА-М). — ISBN 978-5-16-010397-6. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1040115 (дата обращения: 12.02.2021).

4. Латышев В.Н. Метод электрохимической активации смазочно-охлаждающей среды при обработке хрупких неметаллических материалов [Текст]. В.Н.Латышев, В.В.Новиков, Е.А.Шварев / Трение и смазка в машинах и механизмах, 2007. - №8. - С.28-31 (прототип).

5. Пат. RU 2410210 С2 МПК В23Н 5/04 В23В 1/00 Трибоэлектрохимический способ сверления хрупких диэлектрических материалов.

Просмотров работы: 10