Анодно-абразивная обработка (ААО)

Анодно-абразивная обработка основана на анодном растворении и механическом воздействии на обрабатываемое изделие. При этом на поверхность, электрода заготовки могут воздействовать электрический ток, обеспечивающий анодное растворение; механическая сила, создаваемая частицами абразива, режущими или царапающими поверхность электрода заготовки (ЭЗ); тепловой поток, приводящий к тепловой эрозии поверхности слоя ЭЗ.

Электрод-инструмент (ЭИ), поверхность которого со скоростью v_и движется вдоль поверхности ЭЗ подключен к отрицательному полюсу, а к положительному полюсу подключен ЭЗ, рис.5.5.

Рис. 5.5. Схема анодно-абразивной обработки: 1 – электрод-инструмент;

2 – источник постоянного тока; 3 –электрод-заготовка; 4 – раствор электролита; 5 – межэлектродный промежуток

Межэлектродный промежуток заполняется раствором электролита. Приложенная к электроду-инструменту извне сила G поджимает его к ЭЗ, но так, чтобы между обоими телами не было обширного контакта и их электропроводные поверхности оказались разделенные зазором а_min. При этом через межэлектродный промежуток проходит ток I, а расходуемая на обработку электрическая мощность Р = U×I, где U – напряжение источника питания. Внешняя сила G вызывает силу трения Gтр, которая приложена к поверхности ЭИ, движущегося со скоростью v_и. Таким образом, для обработки детали затрачивается также и механическая энергия А = v_и×G_тр (она обычно меньше электрической).

При анодно-абразивной обработке удаляются выступы 5 на ЭЗ (см. рис.5.5,а). Во впадинах материал снимается менее интенсивно. Снятое с поверхности ЭЗ вещество может находиться в трех конечных состояниях:

– химически связанном с составляющими электролита (как при электрохимической обработке);

– в виде застывших капель металла (как при электроэрозионной обработке);

– в виде металлических сколотых частиц.

Каждое из состояний соответствует одному из упомянутых воздействий. Менять роль любого из воздействий можно подбором режима, а также созданием рабочих сред различного состава.

При анодно-абразивной обработке одновременно с процессом анодного растворения некоторого микроучастка на нем нарастает пассивирующая пленка, препятствующая дальнейшему снятию металла. Пленка образуется вследствие применения соответствующего рабочего раствора. В процессе обработки используются электролиты, которые образуют слои оксидов или нерастворимых соединений металла. Поэтому по истечению некоторого времени на первоначально токопроводящем микроучастке ЭЗ плотность токе снижается. Для возобновления анодного растворения на пассивном участке необходимо удалить образовавшуюся на его поверхности пленку. Для очистки микровыступов от возникшей пленки применяется механическое (абразивное) воздействие на ЭЗ.

Ускоряют обработку микровыступов подбором параметров режима, при которых плотность тока на выступах, больше, чем во впадинах.

Напряжение для параллельного межэлектродного промежутка определяется по закону Ома:

(5.3)

где j – плотность тока в межэлектродном промежутке; а – межэлектродное расстояние; σ_р – средняя электропроводность электролита, зависящая от местных значений температуры и газонаполнения.

Средняя кажущая плотность тока

где F₃ – площадь обрабатываемой поверхности ЭЗ.

Распределение действительной местной плотности тока в межэлектродном промежутке крайне неравномерно. В соответствии с уравнением (5.3)

(5.4)

Плотность тока ј_з имеет максимальное значение на выступах, где а = a_min, и минимальное во впадинах, где а = a_min + R_zmax. Действительная плотность тока на выступах j_выст больше наблюдаемой средней плотности, а во впадинах j_вп меньше.

Силовые линии электрического поля концентрируются на микровыступах, которые имеют малый радиус кривизны и составляют небольшие значения. Такие отношения обеспечиваются подбором режимов в сочетании с применением пассивирующего раствора.

Среда, заполняющая межэлектродный промежуток, расширяется при прохождений через нее рабочего тока вследствие газовыделения и выделения теплоты. Для сближения электродов необходимо приложить внешнее усилю G, уравновешивающее гидростатическое давление. Равновесие такое наступает при зазоре, которому соответствует среднее давление электрода-инструмента При давлениях выше P_ин электропроводные участки касаются друг друга, что приводит к механическому срыву пассивирующей пленки и короткому замыканию на большой площади. При малой внешней силе длина одного промежутка увеличивается, при этом снижается отношение плотностей тока С возрастанием зазора анодно-абразивная обработка переходит в электрохимическую обработку.

В процессе анодно-абразивной обработки, либо частицы абразива вводят в электропроводный материал дискового ЭИ, либо в качестве электролита применяют раствор, содержащий абразивные частицы.

В первом случае (рис.5.5.б) зерна абразива 2 выходят из электропроводной связки рабочей поверхности электрода-инструмента 1, выполненного в виде диска. Они обеспечивают некоторый минимальный зазор между электропроводными поверхностями электродов, механически счищают микровыступы на поверхности ЭЗ, а также способствуют подаче в зону обработки свежего электролита. В этом случае обработку ведут при малом зазоре между электродными поверхностями анода и катода.

Во втором случае, когда частицы абразива подаются вместе с электролитом, электроды могут быть установлены на сравнительно большом расстоянии друг от друга. В результате движения абразивных частиц относительно ЭЗ пассивирующая пленка удаляется преимущественно с микровыступов на поверхности ЭЗ, вследствие чего металл в этих местах быстро растворяется, а зазор между электродами увеличивается, что приводит к снижению плотности тока и снижению производительности. Этот тип обработки применяется для улучшения качества поверхности ЭЗ.