способ комбинированной обработки деталей из алюминия и его сплавов

Формула изобретения

Способ комбинированной обработки деталей из алюминия и его сплавов, включающий последовательное шлифование и анодное полирование при температуре 70-90°С в электролите, содержащем хлориды, при следующем соотношении в нем компонентов, мас.%:

хлорид калия	2-3
хлорид железа	3-4
соляная кислота	0,1-0,2
вода	92,8-94,9

при плотности тока 3-4 А/дм² и напряжении 270-290 В, отличающийся тем, что обрабатываемую деталь вращают, полностью погружают в электролит, проводят шлифование прерывистым абразивным кругом до обеспечения шероховатости R_a=0,07-0,08 мкм и полирование до R_a=0,02-0,03 мкм, причем абразивный круг в процессе анодного полирования отводят до положения совмещения его оси вращения с осью вращения детали и дополнительно сообщают ему возвратно-поступательное перемещение вдоль обрабатываемой поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, и именно к технологии отделочной обработки деталей из алюминия и его сплавов, и может быть использовано для обработки отверстий втулок и длинномерных изделий.

Известен способ обработки алюминия и его сплавов, предназначенный для изготовления диффузного отражателя, включающий анодное травление при температуре 80-100°С и плотности тока 4-5 А/дм² в электролите, содержащем серную кислоту и хлоридионы, с последующим осветлением, анодное травление ведут в течение 100-120 минут в водном растворе, содержащем серную кислоту и хлорид натрия, г/л:

Серная кислота	150-200;
Хлорид натрия	10-15,

с последующем нагревом до 150-200°С, осветляющем вводном растворе азотной кислоты и вакуумной сушкой при комнатной температуре. [SU 1713993 А1, МПК 7 C25F 3/04, опубл. 23.02.1992, бюл. № 32, авторы Н.В.Нефедов. «Способ обработки алюминия и его сплавов»].

Недостаток данного способа состоит в том, что он не обеспечивает высокого качества обрабатываемых поверхностей деталей из алюминия и его сплавов. Длительное анодное травление приводит к значительному растравливанию поверхности. Иногда на полированной поверхности в оптический микроскоп видна ее структура, т.е. отдельные зерна металла и локальные ямки травления. Это отрицательно сказывается на отражающей способности (потемнению поверхности) и относительном сглаживании обрабатываемой поверхности. Кроме того, обрабатываемая поверхность подвергается интенсивной коррозии с микропитингами. Таким образом, данный способ не решает двуединую задачу: существенное уменьшение шероховатости поверхности и высокое качество полировки деталей.

Наиболее близким по технологической сущности предложенного способа является способ комбинированной обработки деталей из алюминия и его сплавов, включающий анодное полирование при температуре 70-90°С в электролите, содержащем хлориды, детали частично погружают в электролит, приводят во вращение и производят последовательное шлифование и полирование, причем шлифование осуществляют абразивным кругом до обеспечения шероховатости R_a=0,10-0,12 мкм, а полирование до R_a=0,04-0,05 мкм при плотности тока 3-4 А/дм² и напряжении 270-290 В при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хлорид калия	2-3;
Хлорид железа	3-4;
Соляная кислота	0,1-0,2;
Вода	94,9-92,8.

[RU 2260079 С2, МПК C25F 3/20, опуб. 10.05.2005, бюл. № 25, авторы В.Г.Рахчеев, А.Б.Пашенцев, К.Ю.Лукьянов, А.Н.Филин и Е.В.Рахчеева. «Способ комбинированной обработки деталей из алюминия и его сплавов»].

Недостатком данного способа является недостаточное качество обрабатываемых поверхностей деталей из алюминия и его сплавов. Недостаточное качество обрабатываемых поверхностей объясняется, прежде всего, тем, что детали частично погружают в электролит. При этом воздействие электролита на обрабатываемую поверхность детали существенно снижается. Происходит охлаждение электролита и это приводит к снижению его электрической проводимости и увеличению вязкости. Затрудняется процесс перехода твердого вещества с обрабатываемой поверхности в раствор электролита. Нарушаются условия непрерывного растворения металла. Эти явления приводят к нарушению равномерности растворения, в результате чего на поверхности образуются макродефекты, снижающие точность и качество обработки. Кроме того, недостаточное качество обрабатываемых поверхностей объясняется еще и тем, что при шлифовании применяется абразивный круг со сплошной рабочей поверхностью. Учитывая, что круг не омывается электролитом и взаимодействует с мягкой обрабатываемой поверхностью деталей алюминия и его сплавов, то его рабочая поверхность достаточно быстро засаливается шламом и снятым металлом. Абразивный круг теряет свои режущие свойства, начинается процесс вибрации и отжима его от обрабатываемой поверхности. Это приводит к снижению точности обработки и увеличению шероховатости поверхности. Таким образом, данный способ не решает задачу обеспечения высокого качества обрабатываемых поверхностей деталей из алюминия и его сплавов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества обрабатываемых деталей из алюминия и его сплавов в отверстиях втулок и длинномерных изделий.

Технический результата достигается тем, что обрабатываемую деталь, вращая, полностью погружают в электролит и проводят шлифование прерывистым абразивным кругом до обеспечения шероховатости R_a=0,07-0,08 мкм и полирование до R _a=0,02-0,03 мкм, причем абразивный круг в процессе анодного полирования отводят до положения совмещения его оси вращения с осью вращения детали, дополнительно сообщая ему возвратно-поступательное перемещение вдоль обрабатываемой поверхности.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами: фиг.1 - схема электрохимического шлифования; фиг.2 - схема анодного полирования; фиг.3 - форма прерывистого абразивного круга.

Деталь 1 типа длинномерной втулки устанавливается в приспособлении 2 и полностью погружается в ванну с электролитом 3, содержащим хлориды и имеющим температуру 70-90°С. Соответствующим подключением источника тока обеспечивается анод на обрабатываемой детали 1 и катод на ванну с электролитом 3. Ванне с электролитом 3 сообщается режим с плотностью тока 3-4 А/дм² и напряжением 270-290 В. Электролит 3 имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: хлорид калия 2-3; хлорид железа 3-4; соляная кислота 0,1-0,2; вода 94,9-92,8. Для осуществления процесса шлифования предназначен прерывистый абразивный круг 4 с характеристикой 92А10НСМ17К6, имеющий выступы 5 и впадины 6.

Способ комбинированной обработки деталей из алюминия и его сплавов производится следующем образом.

Обрабатываемую деталь 1 устанавливают в приспособление 2, полностью погружая в электролит 3 с температурой 70-90°С, содержащий хлориды калия и железа с использованием малой добавки соляной кислоты, приводят во вращение со скоростью V_д и производят последовательное шлифование и полирование (Фиг.1; 2). Через источник тока обеспечивают анод на обрабатываемой детали 1 и катод на ванне с электролитом 3. В ванне с электролитом 3 поддерживают режим с плотностью тока 3-4 А/дм² и напряжением 270-290 В при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлорид калия 2-3; хлорид железа 3-4; соляная кислота 0,1-0,2; вода 94,9-92,8. К обрабатываемой детали 1 подводят со скоростью вращения V_k прерывистый абразивный круг 4 (фиг.1), имеющий режущие выступы 5 и впадины 6 (фиг.3), с подачей на врезание S_вр и продольным возвратно-поступательным перемещением S_пр вдоль обрабатываемой поверхности детали 1 (фиг.1). Применение прерывистого абразивного круга 4 на стадии электрохимического шлифования обеспечивает, за счет режущих выступов 5, высокую вихревую (турбулентную) скорость течения электролита 3 в обрабатываемом отверстии длинномерной детали 1. При этом рабочая поверхность абразивного круга 4 не засаливается шламом и снятым металлом, поддерживается его высокая режущая способность и происходит эффективное воздействие на обрабатываемую поверхность детали 1. Абразивный круг 4, несмотря на значительную длину детали 1, не отжимается от обрабатываемой поверхности и тем самым повышается точность обработки. Процесс шлифования осуществляют до обеспечения шероховатости обрабатываемой поверхности R_a=0,10-0,12 мкм. После этого абразивный круг 4 в процессе анодного полирования отводят до положения совмещения его оси вращения с осью вращения детали 1 (фиг.2). При этом создаются условия непрерывного и активного растворения металла. За счет режущих выступов 5 абразивного круга 4 электролиту 3 в обрабатываемом отверстии детали 1 обеспечивается режим гидродинамического течения. Поток электролита 3 из обрабатываемого отверстия детали 1, вращаясь по спирали, выходит наружу. По мере активного растворения металла в обрабатываемом отверстии детали 1 образуется шлам, состоящий из оксидов и гидрооксидов. Так как частицы шлама неэлектропроводны, то при достижении определенной их концентрации нарушается стабильность обработки. Для поддержания стабильных условий обработки прерывистому абразивному кругу 4 дополнительно сообщают продольное возвратно- поступательное перемещение S_пр вдоль обрабатываемой поверхности детали 1. При этом перемещении прерывистый абразивный круг 4, работая как вращающаяся турбина и как поршень, периодически выбрасывает из обрабатываемого отверстия детали 1 шлам и загрязненный электролит и нагнетает в него очищенный. В результате обрабатываемая поверхность детали 1 получает зеркальный блеск с шероховатостью R_a=0,02-0,03 мкм. Соотношение компонентов электролита 3 подобрано экспериментальным путем из условия обеспечения высокой точности качества обрабатываемой поверхности детали 1.

Результаты обработки данного способа приведены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты обработки
Способ обработки	Точность обработки	Качество поверхности	Время обработки, мин
Отклонения от круглости, мкм	Волнистость поверхности, мкм	Шероховатость поверхности Ra, мкм	Качество блеска
Существующий (шлифование сплошным кругом)	0,5	0,15	0,04-0,05	отличный блеск	0,5
Предлагаемый (шлифование прерывистым кругом)	0,3	0,05	0,02-0,03	зеркальный блеск	0,3

Предлагаемый способ позволяет повысить производительность при увеличении качества обработки на 20-25% и уменьшить время обработки на 0,2 мин.