Обработка металлов с применением электролитов и паст

Категория:
Химическая обработка


Обработка металлов с применением электролитов и паст

Химически активные вещества, употребляемые при химико-механической обработке, в настоящее время большей частью распространены в виде растворов электролитов и паст. При грубых процессах (шлифовании и резании) применяют электролиты, а при тонких (полировании, доводке и притирке) — пасты.

Обработка с помощью электролитов. Растворы электролитов являются весьма активными химическими средами.

Обработка при помощи паст. Пасты, применяемые в процессах доводки, притирки и полирования, отличаются рядом особенностей. Основная особенность состоит в том, что пасты химико-механического действия не режут металл, как это свойственно абразивным пастам. Это свойство зависит от состава пасты п способа подготовки ее компонентов. Основными компонентами, входящими в составах паст, являются окиси металлов (окись хрома, окись алюминия, железа и др.). Кроме того, в пастах содержатся стеарин, олеиновая кислота, силикагель и керосин. В настоящее время наряду с доводочными пастами Государственного оптического института (ГОИ) известного состава применяют пасты для взаимной притирки сопряженных поверхностей и полирования.

Свойства окиси хрома. Окись хрома — один из лучших материалов для доводочно-полировочных работ. Производительность процесса и качество получаемой поверхности зависят от исходных материалов, из которых получают окись хрома, от режима термической обработки окиси хрома и ее фракционирования.

Из всех известных в настоящее время исходных материалов для получения окиси хрома (хлористый хромил, бихроматы калия, натрия, аммония, хромовой кислоты, хромовых квасцов и др.) только хлористый хромил и бихромат калия, восстановленные до окиси хрома серой, обеспечивают необходимые полирующие свойства.

Из пяти марок окиси хрома, выпускаемых по ГОСТ 2912-58, пригодны для доводки и полировки только две марки — ОХ-Э и ОХ-В. Эти марки, так же как и окись хрома, полученная из бихромата калия, требуют дальнейшей термической обработки и фракционирования.

Окись хрома, полученная из других солей (бихромата аммония, Громовых квасцов), не обладает полирующей способностью; восстановленная, например, углем или спиртом она в 3 раза менее производительна, чем восстановленная серой.

Наибольшей полирующей способностью (40—45 мк) обладает паста из окиси хрома, прокаленной при температуре 1600° С в течение 8 час. Подъем температуры до 1600 °С длится 16—18 час., охлаждение с печью — в течение 8 час. Содержание катализатора — 5%. Окись хрома после такого режима термической обработки получается в виде мелких спекшихся агрегатов черного цвета размером до 3 мм. При растирании они трудно распадаются на отдельные кристаллы.

Окись хрома для 15-микронной пасты подвергают нагреву до 1200 °С в течение 12 час. Продолжительность нагрева при конечной температуре (1200 °С)—6 час., охлаждение с печью — в течение 6—7 час.

Помимо окиси хрома значительную роль играют входящие в состав паст стеариновая и олеиновая кислоты. Они служат не только связывающим окись хрома материалом. Стеариновая и олеиновая кислоты адсорбируются на поверхностях обрабатываемой детали и полировальника. Отличаясь большой активностью, они способны вступать и в химические соединения с окислами металла (например, при обработке сплавов на основе меди). Установлено, что пасты с одинаковым количеством стеарина и парафина дают разную производительность (пасты на парафине на 15—20% менее производительны) . Применение в качестве связывающего вещества индустриального масла вместо олеиновой кислоты почти в 2 раза снижает производительность. Оптимальное весовое количество стеарина, которое достаточно ввести в состав пасты, составляет 10%. На практике вводят обычно 20—30%, а при использовании весьма твердых материалов в качестве основных паст количество жирных кислот может быть увеличено до 65—70%.

Так, например, пасты на основе карбидов кремния и бора при содержании 70% жирных кислот позволяют применить их для притирки бронзовой арматуры. В этом случае не образуется грубых рисок и схватывания поверхностей. На процесс обработки пастами влияют смачивающие жидкости (керосин, вода, скипидар, растворы солей и др.). Керосин в сочетании со стеарином и олеиновой кислотой является лучшей жидкостью, при этом желательно применение керосина из грозненской нефти вязкостью 1,05.

Производительность достигает максимального значения при смачивании полировальника небольшим количеством керосина и нанесении равномерного тонкого полусухого слоя пасты. При смачивании несколько большим количеством керосина вязкость пленки уменьшается, паста наносится толстым неравномерным слоем, а производительность снижается до 10 раз.

Наличие в составе паст силикагеля способствует улучшению адсорбционной способности. Износ достигает максимума во время прилипания и быстро падает во время проскальзывания трущихся поверхностей. Поэтому производительность зависит не только от состава пасты, но и от толщины нанесенного слоя. Пасты химико-механического действия одновременно оказывают на металл механическое, химическое и адсорбционное действие.

По сравнению с абразивными пастами и абразивными порошками, в том числе высокой твердости, пасты химико-механи-ческого действия обладают высокой полирующей способностью. Вместе с тем для них весьма характерна пониженная стойкость по сравнению с абразивными материалами.

Паста ГОИ 45 мк снимает с закаленного образца за 440 м пути (почти до полной потери полирующей способности) слой металла толщиной 220 мк, микропорошок М28 такой же слой снимает за 720 м пути, а М20 — за 840 м. Отсюда следует, что паста ГОИ 45 мк имеет меньшую стойкость, чем микропорошки М28 и М20. Однако для съема необходимого припуска при помощи пасты образец должен пройти в среднем в 2 раза меньший путь.

Аналогичные результаты получены при сравнении стойкости пасты ГОИ 40 мк химико-механического действия с пастами на основе микропорошков абразивного действия (рис. 2,6). Как видно из приведенных в табл.7 данных, паста ГОИ 40 мк снимает за 1 м пути в среднем в 2 раза больше металла, чем абразивные пасты.

Еще заметнее выявляется высокая полирующая способность пасты ГОИ 40 мк при механизированной доводке. В этом случае с закаленной пластины 10 X 30 мм может быть достигнут съем 40 мк примерно за 35 оборотов диска-полировальника диаметром 400 мм. Следовательно, за 350 оборотов диска эта паста должна снять слой металла толщиной 0,4 мм. На самом же деле этого не происходит. Практически толщина снятого слоя получается в несколько раз меньше. Объясняется это тем, что пасты ГОИ, как указывалось, обладают весьма низкой стойкостью — после 7—10 проходов по одному и тому же слою пасты ее полирующая способность почти полностью исчерпывается.

Если не возобновлять слоя пасты на полировальнике (вращающемся стеклянном диске), то за первые 45 сек. съем металла (например, на алюминиевых сплавах) возрастает почти пропорционально времени обработки. Затем наступает быстрая потеря полирующей способности пасты, и съем металла уменьшается, причем на полировальнике обнаруживается столь большое количество продуктов износа, что становится невозможным продолжать процесс обработки до тех пор, пока они не будут удалены.

Следовательно, при условиях, когда полирующий слой пасты будет периодически возобновляться, величина съема должна быть близка к расчетной. Опыты полностью подтвердили сказанное. С этой целью сконструировано приспособление к доводочному диску, позволившее сначала механизировать, а затем и автоматизировать процессы нанесения паст и удаления продуктов износа.

Рис. 1. Сравнительные данные стойкости:
а — пасты ГОИ и абразивных микропорошков: 1 — паста ГОИ 45 мк; 2 — абразивный микропорошок М28; 3— абразивный микропорошок М20; б — пасты ГОИ и абразивных: 1 — паста ГОИ 40 мк\ 2—6 — абразивные пасты.

В результате опытов с применением приспособления установлено, что если периодически возобновлять полирующий слой с учетом быстрой потери полирующей способности паст, то в одинаковых условиях величина съема металла, например, с закаленной стали при доводке на чугунном полировальнике достигает примерно 0,4 мм, а с алюминия на стеклянном полировальнике— 1,0 мм в мин. Эта существенная технологическая особенность пасты должна быть особо учтена при решении задач механизации и автоматизации процессов доводки.

Механизация и автоматизация процессов доводки пастами должна быть в основном направлена на операции нанесения паст и своевременного удаления продуктов износа. При успешном решении этой задачи становится возможным снимать в течение нескольких минут миллиметровые припуски, получая при этом 11 — 12-й классы шероховатости.

Пониженная стойкость паст химико-механического действия и вследствие этого быстрая потеря их полирующей способности явились весьма благоприятными свойствами при доводке и притирке сплавов на основе олова, меди и алюминия. Выполненное автором исследование износа трущихся поверхностей в присутствии паст ГОИ показало, что если между трущимися поверхностями (вал и вкладыш подшипника) оставить слой пасты, то через 1000—1200 оборотов вала износ пасты прекращается (наступает стабилизация износа).

Наблюдения за большим количеством турбинных подшипников (баббит), редукторных шестерен (сталь твердостью RC = 32—35), чугунных станин, вкладышей подшипников, тормозных золотников, арматуры (бронза, латунь), обработанных химико-механическим способом, также подтвердили отсутствие абразивного действия на деталях, изготовленных из чугуна, медных и алюминиевых сплавов.

В поверхностных слоях образцов, притертых грубыми и средними сортами паст ГОИ и тщательно промытых, остатков пасты в виде зерен, способных повредить поверхность, не обнаружено.

Рис. 3. Производительность механизированной доводки пастами:
1 — электрон; 2 — дюралюминий.

Испытания показывают, что пасты не обладают режущими свойствами, присущими абразивам, они не втираются в поверхность металла и не шаржируют его.

Полировальники. При химико-механической обработке кроме паст значительную роль играют полировальники. От них зависит точность получаемой поверхности детали. Поэтому во избежание деформаций полировальник должен быть достаточно жестким и находиться всегда в хорошем рабочем состоянии, т. е. иметь точную и гладкую поверхность.

Основное требование, предъявляемое к полировальникам, это износостойкость под действием паст. Высокая износостойкость полировальника дает возможность направить воздействие доводочного материала преимущественно на обрабатываемую поверхность, сохраняя, таким образом, точность полировальника в процессе эксплуатации. С этой точки зрения заслуживает внимания чугун марки СЧ35-56, легированный комплексной добавкой хрома, никеля и молибдена. Однако эта марка чугуна требует длительных испытаний.

Материал полировальника должен отличаться однородностью состава, структуры и твердости; он оказывает существенное влияние не только на точность получаемой поверхности, но и на производительность процесса.

По назначению все полировальники можно разделить на две группы:
1) полировальники, применяемые для точной доводки; в эту группу входят чугунные, стеклянные и фибровые;
2) полировальники, применяемые для полирования; сюда относят эластичные полировальники из пробкового дерева, фетра и полимерных материалов — фторопласта и бутилметакрилата.

Чугунные полировальники наиболее пригодны для доводки сталей закаленных (твердостью RC = 56—60) и термоулучшенных.

Для изготовления чугунных полировальников широкое распространение получил серый перлитный чугун марки СЧ28-52 без твердых включений и пористости следующего химического состава: С (общий) —2,8—3,10%, в том числе С (связанный)—0,6—0,8%; Мп — 0,5— 0,7%’; Si —1,8-2,0%; S —0,1-0,12%; Р — 0,3-0,4%.

Структура чугуна должна быть с перлитной основой (90—95% перлита) и с равномерно распределенными выделениями графита в виде отдельных гнезд и тонких пластин, малозавихренных и не переплетающихся между собой.

Исключительная роль в материале чугунного полировальника принадлежит углероду. Общее содержание углерода оказывает влияние на износостойкость и характер выделения графита. Слишком малое содержание общего углерода приводит к образованию мелкого и эвтектического графита, повышенное содержание — крупного графита. Наличие этих видов графита неблагоприятно сказывается на износостойкости чугуна. При изготовлении чугунных полировальников следует учитывать раздельно содержание углерода — свободного и связанного. Необходимо, чтобы связанный углерод, входящий в состав перлита, был в наибольшем количестве (0,6—0,8%). Чем больше связанного углерода в чугуне, тем выше его твердость и износостойкость. Твердость по Бринеллю должна быть в пределах 200— 220 кг/мм2.

Термическая обработка. При отливке чугунных полировальников в результате неравномерного охлаждения, а также фазовых и структурных превращений возникают значительные остаточные напряжения, которые являются причиной деформаций полировальников.

Наиболее эффективным методом снятия остаточных напряжений в отливках является отжиг (искусственное старение) по следующему режиму:
1. Загрузка в печь, нагретую не выше 100 °С (полировальники должны быть предварительно механически обработаны).
2. Нагрев до 450 °С со скоростью не более 60 °С в час.
3. Выдержка при 450 °С из расчета 25 мм/час по наибольшей толщине.
4. Охлаждение со скоростью не более 20 °С в час до 80 °С.
5. Выгрузка полировальников из печи при 80 °С (не выше).

Чугунные полировальники после отжига подвергают шлифованию и взаимной притирке.

Если после шлифования неровность плоскости будет в пределах 0,02—0,03 мм на длине 0,5 м, то можно производить сразу же притирку пастой ГОИ 40 мк.

Притирку чугунных полировальников производят по схеме трех плит.

Стеклянные полировальники предназначены для обработки сплавов на основе меди и алюминия. Они должны быть изготовлены из оптического бесцветного стекла марок МКР-1 («Пирекс») и J1K6 («Легкий крон») (ГОСТ 3514-57). Эти сорта стекол отличаются высокой твердостью, химической устойчивостью и наибольшей износостойкостью. Кроме того, указанные марки обладают наименьшим коэффициентом теплового расширения. Последнее свойство особенно необходимо при точной доводке, когда температурные изменения не должны вызывать искажения формы стеклянного полировальника.

Износостойкость стеклянного полировальника под действием паст имеет огромное значение не только для сохранения точности полировальника в процессе его эксплуатации, но и для повышения производительности процесса. Паста, изнашивая преимущественно обрабатываемую поверхность, естественно приводит к увеличению съема металла, а также к экономичному расходу пасты. К достоинствам стекла относится не только высокое сопротивление износу под действием химических паст, но также однородность материала, антикоррозий-ность, возможность высокопроизводительной правки его свободным абразивом без шаржирования поверхности. Полировальники из стекла на протяжении многих лет успешно применяют при обработке алюминиевых и медных сплавов. Достоинства их способствуют повышению качества доведенных поверхностей и общей культуре производства.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум