Требуется определить качество обработанной поверхности (шероховатость) при электромеханической обработке стальных деталей, предварительно обработанных точением или шлифованием. Электромеханическая обработка (ЭМО) основана на сочетании термического и силового воздействия, она существенно изменяет физико-механические показатели поверхностного слоя деталей и позволяет резко повысить их износостойкость, предел выносливости и другие эксплуатационные характеристики деталей. Процесс ЭМО имеет основные разновидности: электромеханическое сглаживание (ЭМС) и электромеханическую высадку металла (ЭМВ). Как правило, ЭМС сопровождается упрочнением поверхностного слоя, поэтому в некоторых случаях его называют электромеханическим упрочнением (ЭМУ), а по существу ЭМУ есть следствие ЭМС.
Сущность и особенности электромеханического способа
упрочнения. Электромеханическое упрочнение (ЭМУ) основано на сочетании термического и силового воздействия на поверхностный слой обрабатываемой детали. Сущность этого способа заключается в том, что в процессе обработки через место контакта инструмента с изделием проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего выступающие гребешки поверхности подвергаются сильному нагреву, под давлением инструмента деформируются и сглаживаются, а поверхностный слой металла упрочняется.
Электрический ток проходит через место контакта детали с инструментом. Сила тока и напряжение регулируются в зависимости от площади контакта, исходной шероховатости поверхности и требований к качеству поверхностного слоя. Деталь имеет вращательное движение, а инструмент — поступательное. При этом относительно «грубая» поверхность, образованная резцом или предварительным шлифованием, получает профиль требуемого качества после рабочего хода сглаживающего инструмента. Сглаживающий инструмент представляет собой пружинную державку, на которой закреплена пластина из твердого сплава или роликовая головка. Силу сглаживания при использовании установки ЭМО на токарном станке регулируют путем натяга поперечного суппорта. С помощью лимба станка или специального индикатора, встроенного в инструмент, можно определить сжатие пружины, а следовательно, и силу, действующую на обрабатываемую деталь. С точки зрения металловедения, процессы ЭМО можно отнести к особому типу поверхностной термомеханической обработки (ТМО). Принципиальное отличие от ТМО состоит в том, что этот процесс, как правило, относится к упрочняюще-отделочной обработке. К особенностям теплообразования и термических процессов следует отнести: наличие двух основных источников теплоты, создаваемых электрическим током и трением; локальный нагрев, сопровождающийся действием значительных давлений; термический цикл (нагрев, выдержка и охлаждение) весьма кратковременный и измеряется долями секунды; высокая скорость охлаждения определяется интенсивным отводом теплоты вовнутрь детали. Эти отличия обусловливают получение особой мелкодисперсной и твердой структуры поверхностного слоя, обладающего высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
Теплообразование в поверхностном слое. Для сохранения точности деталей машин в течение длительного времени необходимо, чтобы глубина упрочненного слоя была не меньше допуска на односторонний износ детали.
Тепловые явления, происходящие при электромеханической обработке, связаны с выделением теплоты вследствие прохождения электрического тока, трения инструмента об обрабатываемую деталь и деформированием металла в поверхностном слое, а также с теплообменом между инструментом и поверхностным слоем и теплопередачей в окружающую среду и вовнутрь металла.
Таким образом, наибольшее значение имеют теплота, обусловленная трением инструмента об обрабатываемую деталь, и теплота, выделяемая при прохождении тока через место контакта изделия с инструментом. Эти два потока теплоты образуют в месте контакта сверхвысокотемпературный объем. Высокотемпературным объемом условно можно назвать такой объем, температура в котором не ниже 600°С, т. е. такая температура, которая существенно влияет на пластические свойства материала. Сверхвысокотемпературным объемом можно назвать объем, температура нагрева в котором превышает температуру фазового превращения стали.
В данной работе требуется определить среднее арифметическое отклонения профиля шероховатости при электромеханической обработке наружных цилиндрических поверхностей деталей из стали 45, предварительно обработанных точением (при точении достигается шероховатость Rа исх =1,5-6,3 мкм) или шлифованием (при шлифовании достигается шероховатость Rа исх =0,32-1,5 мкм). Сравнить между собой результаты расчетов, полученных для альтернативных методов предварительной подготовки поверхности (точение - шлифование).
