RU2539283C1

RU2539283C1 - Method of processing of viscous valve metals

Info

Publication number: RU2539283C1
Application number: RU2013135424/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Валентинович Скифский (умер); Елена Владимировна Корешкова
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: method comprises the pre-change of physico-chemical properties of a surface layer of a detail and its processing with an abrasive tool with the cutting depth exceeding the width of the pre-changed surface layer. The physico-chemical properties of the surface layer of the detail are changed by polarisation in electrolyte medium with initiation of electrical discharges on the detail surface at the source voltage above 300 V.

EFFECT: increase of processing productivity.

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при абразивной обработке деталей из вязких вентильных металлов, преимущественно алюминиевых сплавов.The invention relates to mechanical engineering and can be used for abrasive processing of parts from viscous valve metals, mainly aluminum alloys.

В металлообработке известен способ чистовой анодноабразивной обработки, при котором процесс анодного окисления совмещен с абразивным съемом. Но при обработке вязких вентильных металлов, в частности алюминиевых сплавов, происходит налипание стружки на инструмент (засаливание), что отрицательно влияет на производительность и качество обработанной поверхности [Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: Учеб. Пособие / В 2-х томах /. Т.2. - М.: Высшая школа, 1983. С.149-160].In metalworking, a method of finishing anodic abrasive processing is known, in which the anodic oxidation process is combined with abrasive removal. But when processing viscous valve metals, in particular aluminum alloys, chips stick to the tool (greasing), which negatively affects the productivity and quality of the treated surface [Electrophysical and electrochemical methods of processing materials: Textbook. The allowance / In 2 volumes /. T.2. - M.: Higher School, 1983. S.149-160].

Известен также способ абразивной обработки, согласно которому поверхность резания предварительно упрочняют вращающимся импрегнированным кругом с усилием, вызывающим локальную пластическую деформацию поверхностного слоя [А.С. №942949, МПК B24B 1/00, 1982]. В этом случае в связи с равномерностью свойств снимаемого слоя материала, известный способ абразивной обработки сопровождается засаливанием инструмента, снижающим производительность и качество обработанной поверхности.There is also known a method of abrasive treatment, according to which the cutting surface is pre-hardened by a rotating impregnated circle with a force that causes local plastic deformation of the surface layer [A.S. No. 942949, IPC B24B 1/00, 1982]. In this case, due to the uniformity of the properties of the material layer being removed, the known method of abrasive treatment is accompanied by the salting of the tool, which reduces the productivity and quality of the treated surface.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым технико-экономическим показателям к заявляемому является способ обработки вязких металлов, при котором предварительно изменяют физико-химические свойства поверхностного слоя оксидированием в кислотном растворе на режимах твердого анодирования, а абразивную обработку осуществляют с глубиной резания, превышающей толщину измененного слоя [А.С. №1479259, МПК B24B 1/00, 1989]. Образование оксида согласно известному способу происходит за счет электрохимических реакций на границе «деталь-электролит». Для образования слоя с измененными физико-химическими свойствами толщиной, достаточной для реализации прерывистого резания при шлифовании, необходимо анодирование производить в течение длительного промежутка времени. Таким образом, невысокая производительность известного способа является его недостатком.The closest in technical essence and achievable technical and economic indicators to the claimed one is a method for processing viscous metals, in which the physicochemical properties of the surface layer are preliminarily changed by oxidation in an acid solution under solid anodizing conditions, and abrasive treatment is carried out with a cutting depth exceeding the thickness of the changed layer [A.S. No. 1479259, IPC B24B 1/00, 1989]. The formation of oxide according to the known method occurs due to electrochemical reactions at the boundary "part-electrolyte". For the formation of a layer with altered physicochemical properties, a thickness sufficient for the implementation of intermittent cutting during grinding, it is necessary to anodize for a long period of time. Thus, the low productivity of the known method is its disadvantage.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение производительности обработки за счет изменения физико-химических свойств поверхностного слоя металла поляризацией в среде электролита инициированием на поверхности электрических разрядов с использованием подвижных микроисточников высококонцентрированной энергии.The technical result of the proposed method is to increase the processing productivity by changing the physicochemical properties of the surface metal layer by polarization in the electrolyte medium by initiating electric discharges on the surface of the electric discharges using highly concentrated mobile micro sources.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе обработки вязких вентильных металлов, преимущественно алюминия и его сплавов, при котором предварительно изменяют физико-химические свойства поверхностного слоя металла поляризацией в среде электролита, а затем производят обработку абразивным инструментом с глубиной резания, превышающей толщину предварительно измененного слоя, особенностью является то, что поляризацию осуществляют с инициированием электрических разрядов на поверхности детали.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method for processing viscous valve metals, mainly aluminum and its alloys, in which the physicochemical properties of the surface layer of the metal are preliminarily changed by polarization in the electrolyte medium, and then they are processed with an abrasive tool with a cutting depth exceeding the thickness previously altered layer, a feature is that the polarization is carried out with the initiation of electrical discharges on the surface of the part.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

До абразивной обработки производят поляризацию детали в электролите с инициированием электрических разрядов на ее поверхности. При этом на обрабатываемой поверхности с высокой скоростью роста образуется охрупченный слой. Затем осуществляют абразивную обработку, совмещая удаление порций охрупченного слоя и исходного металла, вскрывающегося на поверхности резания, т.е. используя схему прерывистого резания. Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал следующее. Поляризацию вентильных металлов в среде электролита с инициированием электрических разрядов на поверхности производят при напряжениях выше 300 В, причем наиболее эффективна анодно-катодная поляризация. В результате высокой напряженности электрического поля происходит инициирование искровых или микродуговых разрядов на поверхности детали, являющихся микроисточниками высококонцентрированной энергии. Кратковременность единичных разрядов и их возникновение вновь на микроучастках поверхности, имеющих меньшее электросопротивление, обеспечивают эффект подвижности микроисточников энергии. В сравнении с прототипом в заявляемом техническом решении изменяется механизм оксидообразования - слой оксида формируется при воздействии термоэлектрохимических реакций. Скорость роста слоя с измененными физико-химическими свойствами возрастает.Before abrasive treatment, the part is polarized in the electrolyte with the initiation of electrical discharges on its surface. At the same time, a brittle layer forms on the treated surface with a high growth rate. Then abrasive treatment is carried out, combining the removal of portions of the embrittled layer and the starting metal opening on the cutting surface, i.e. using intermittent cutting scheme. A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype showed the following. The polarization of valve metals in an electrolyte medium with the initiation of electric discharges on the surface is carried out at voltages above 300 V, the most effective anodic-cathodic polarization. As a result of high electric field strength, spark or microarc discharges are initiated on the surface of the part, which are micro sources of highly concentrated energy. The short duration of individual discharges and their occurrence again on the surface microregions with lower electrical resistance provide the effect of the mobility of microsources of energy. In comparison with the prototype in the claimed technical solution changes the mechanism of oxide formation - the oxide layer is formed when exposed to thermoelectrochemical reactions. The growth rate of a layer with altered physicochemical properties increases.

Преимущества предлагаемого способа обработки вязких вентильных металлов подтверждаются следующим примером его реализации для схемы плоского шлифования. В качестве образцов использовали плоскопараллельные пластинки (60×40×8) алюминия марки А5 ГОСТ 11069 - 2001. Заданная исходная шероховатость Rz 80÷96 мкм. Предварительное изменение свойств поверхностного слоя металла осуществляли двумя методами: твердое анодирование в кислотном растворе (базовый вариант) и поляризация в среде электролита с инициированием электрических разрядов на поверхности образца.The advantages of the proposed method for processing viscous valve metals are confirmed by the following example of its implementation for a plan of flat grinding. Plane-parallel plates (60 × 40 × 8) of aluminum grade A5 GOST 11069–2001 were used as samples. The specified initial roughness Rz was 80–96 μm. A preliminary change in the properties of the surface layer of the metal was carried out by two methods: solid anodization in an acid solution (basic version) and polarization in an electrolyte medium with the initiation of electric discharges on the sample surface.

Условия анодирования:Anodizing conditions:

серная кислотаsulphuric acid 200 г/л200 g / l щавелевая кислотаoxalic acid 10 г/л10 g / l

Анодная плотность тока 1,2÷2,2 А/дм², температура 5-7°C, отношение анодной и катодной площадей 1:3.The anode current density is 1.2 ÷ 2.2 A / dm ² , the temperature is 5-7 ° C, the ratio of the anode and cathode areas is 1: 3.

Условия поляризации с инициированием разрядов:Discharge initiation polarization conditions:

едкое калиpotassium hydroxide 2 г/л2 g / l силикат натрияsodium silicate 2 г/л2 g / l алюминат натрияsodium aluminate 2 г/л2 g / l

Формирующее напряжение источника тока: анодной цепи - 320 В, катодной - 80 В. Суммарная плотность тока 15 А/дм². Соотношение анодной и катодной составляющих тока 1:1; отношение площадей образца и противоэлектрода (сталь 12Х18Н10Т) 1:40.Forming voltage of the current source: anode circuit - 320 V, cathode circuit - 80 V. Total current density 15 A / dm ² . The ratio of the anodic and cathodic components of the current 1: 1; the ratio of the areas of the sample and the counter electrode (steel 12X18H10T) 1:40.

Абразивную обработку проводили на станке ЗГ71 кругом 25АМ40СМ8К5 с режимами:Abrasive processing was carried out on a ZG71 machine around 25AM40SM8K5 with the following modes:

скорость резанияcutting speed 30 м/с30 m / s продольная подачаtraverse 10 м/мин10 m / min глубина шлифованияgrinding depth 0,005 мм/дв. ход0.005 mm / dv. move

По предложенному и базовому вариантам обработали по 5 образцов. Шлифование прекращали при исчезновении следов слоя с измененными свойствами. Для создания идентичных условий шлифования начальная толщина слоя во всех случаях была одинаковой 100-110 мкм. При формировании слоя указанной толщины твердое анодирование проводили в течение 30 мин. В среде электролита при инициировании электрических разрядов на поверхности образца данная толщина обеспечивается поляризацией в среднем в течение 14 мин, т.е. в 2,1 раза быстрее.According to the proposed and basic options, 5 samples were processed. Grinding was stopped when traces of the layer with altered properties disappeared. To create identical grinding conditions, the initial layer thickness in all cases was the same 100-110 microns. When a layer of the indicated thickness was formed, solid anodizing was carried out for 30 min. In an electrolyte medium, upon the initiation of electric discharges on the sample surface, this thickness is ensured by polarization on average for 14 min, i.e. 2.1 times faster.

Шлифование во всех 10 опытах обеспечивало получение чистоты поверхности Rz 4-6 мкм. Макродефекты (задиры, прижоги и т.п.) отсутствовали на обработанной поверхности.Grinding in all 10 experiments ensured that the surface cleanliness Rz 4-6 microns. Macrodefects (burrs, burns, etc.) were absent on the treated surface.

Таким образом, испытания предложенного способа обработки вязких вентильных металлов показали его производительность на стадии изменения физико-химических свойств поверхностного слоя в 2,1 раза более высокую в сравнении с базовым вариантом при одинаковых показателях качества.Thus, tests of the proposed method for processing viscous valve metals showed its productivity at the stage of changing the physicochemical properties of the surface layer is 2.1 times higher in comparison with the base case with the same quality indicators.

Claims

A method of processing parts from viscous valve metals, mainly aluminum and its alloys, including a preliminary change in the physicochemical properties of the surface layer of the part and its processing with an abrasive tool with a cutting depth exceeding the thickness of the previously modified surface layer, characterized in that the change in physicochemical properties the surface layer of the part is polarized in an electrolyte medium with the initiation of electrical discharges on the surface of the part when current source is higher than 300 V.