При увеличении напряжения до 18 В интенсивность роста составляющих несколько меньше. Это явление можно объяснить увеличением роли электрических процессов в общем процессе съема припуска. Однако с увеличением напряжения интенсифицируются электроэрозионные процессы в зоне контакта, увеличивается удельный износ алмазов и возрастает шероховатость обработанной поверхности.
Необходимо отметить, что изменение эффективной мощности адекватно изменению нормальной составляющей, а не тангенциальной. Из этого следует, что имеющий достаточно широкое распространение способ расчета мощности процесса по тангенциальной составляющей неправомерен.
В результате комплексной оценки работоспособности кругов на различных связках было установлено явное преимущество кругов на связке М5-2, которые при условии стабильного обеспечения шероховатости поверхности в пределахRa =0,63-1-0,32 (8-й класс) обеспечивают максимальную производительность при минимальном удельном расходе.
После выбора связки круга для построения уравнения связи между технологическими параметрами и показателями процесса шлифования были проведены специальные эксперименты с применением математических методов планирования. Применение методов многофакторного планирования для исследования процессов электрохимического шлифования алмазными кругами позволило выдвигать различные гипотезы о характере и степени влияния технологических факторов исследуемого процесса на его конечные показатели, осуществить объективную проверку этих гипотез, по результатам данной выборки с определенной степенью достоверности оценить параметры функции распределения с учетом неопределенности, вносимой ограниченным числом экспериментов.
Эксперименты. проводили при шлифовании кругами формы АПП и АЧК. Методика и порядок проведения этих экспериментов, а также результаты проверки статической однозначности показателей электрохимического шлифования жаропрочных сплавов приведены в работе [3]. При использовании кругов АПП реализовывали схему дробного факторного эксперимента на двух уровнях с числом опытов 25-1. Шлифование кругами формы АЧК проводили по схеме 24~J. Выбор уровней осуществляли с учетом возможностей оборудования, чувствительности регистрирующей аппаратуры и режущей способности алмазного инструмента. Обработку результатов экспериментов, определение коэффициентов регрессии, расчет дисперсий адекватности воспроизводимости, критериев Фишера и определение доверительных интервалов производили с помощью ЭВМ.
Анализ приведенных зависимостей для удельного расхода показал, что на исследуемый фактор существенно влияют механические режимы шлифования, причем наибольшее влияние на износостойкость оказывает глубина шлифования. Видимо, это объясняется тем, что, с одной стороны, с увеличением глубины шлифования увеличивается сечение стружки, снимаемой единичным зерном, и возрастает нагрузка на зерно, в результате чего интенсифицируются все виды износа алмазов, а с другой стороны, при увеличении глубины шлифования падает роль анодного растворения в общем съеме материала, что также интенсифицирует износ алмазов.
Как показывает анализ приведенных зависимостей, для всех кругов увеличение скорости продольной и поперечной подач вызывает рост износа алмазов. Однако необходимо отметить различие в абсолютных значениях удельного расхода для кругов различных характеристик. Минимальные значения износа отмечены у кругов зернистостью 125/100 с концентрацией 100%. Уменьшение зернистости приводит к росту величины износа. Такое же действие оказывает рост концентрации. Видимо, это может быть объяснено следующим образом. Уменьшение зернистости при данной глубине шлифования вызывает рост числа зерен, приходящихся на единицу поверхности катода, и повышает нагрузку на зерно.
Скорость круга, хотя и в меньшей степени, чем другие составляющие механических режимов, также оказывает влияние на удельный расход алмазов. Как видно из приведенных формул, увеличение скорости вызывает некоторое снижение износа алмазов. Это обстоятельство объясняется суперпозицией действия двух полярно направленных факторов. Увеличение скорости шлифования приводит к уменьшению сечения стружки, снимаемой каждым зерном, что снижает нагрузку на каждое зерно. При этом очевидно, что все виды износа алмазного или абразивного инструмента — вырывание зерна с разрушением мостиков связки, объемное разрушение зерна по нескольким поверхностям, микроразрушение режущих кромок зерен, истирание зерна с образованием площадок износа, адгезионный износ — будут протекать менее интенсивно.
Вследствие же увеличения аэрогидродинамического эффекта затрудняется доступ электролита в зону обработки и увеличивается доля механического съема металла, что вызывает соответствующее увеличение износа алмазов. Так как превалирует действие первого фактора, то суммарный эффект показывает определенное снижение удельного расхода при росте скорости круга. Видимо, этот процесс особенно характерен для алмазных кругов крупной зернистости. Чем меньше зернистость, тем ниже интенсивность снижения нагрузки на зерно и тем меньше должно быть влияние скорости круга на износостойкость. Так, при изменении зернистости от 125/100 до 80/63 влияние скорости круга на износ алмазов уменьшилось примерно вдвое.
Большой интерес представляет влияние на износ алмазов напряжения источника тока, характеризующего электрические режимы обработки. Анализ экспериментальных данных показывает, что влияние напряжения на износ алмазов незначительно. Это свидетельствует, по-видимому, о малой доле анодного растворения в общем объеме съема металла. Независимо от характеристики круга доминирующее влияние на стойкость инструмента оказывают механические режимы шлифования.
Незначительная роль анодного растворения в общем объеме материала видна при анализе формулы для определения производительности процесса. Установлено, что, как и при обычном шлифовании, производительность процесса определяется произведением подач. Влияние скорости круга и напряжения источника тока незначительны, что подтверждает малую роль анодного растворения в общем съеме металла при данных условиях шлифования.
Весьма интересна полученная модель для шероховатости поверхности при электрохимическом шлифовании. Анализ зависимостей для всех исследованных кругов показывает, что величины микронеровностей обработанных поверхностей в основном определяются напряжением источника тока, скоростью продольной подачи и глубиной шлифования. При этом необходимо отметить, что увеличение скорости продольной подачи приводит к существенному снижению величины микронеровностей. Это обстоятельство противоречит известным зависимостям для абразивного шлифования. Действительно, из геометрической теории шлифования известно, что увеличение скорости продольной подачи вызывает увеличение стружки, снимаемой единичным зерном, вследствие чего возрастает шероховатость обработанной поверхности. Многочисленные эксперименты, проведенные при обработке самых разнообразных по своим свойствам материалов, подтверждают это положение. С другой стороны, известно, что при электрохимическом процессе, чем ниже скорость перемещения детали, тем меньше величины микронеровностей, что также убедительно подтверждается экспериментально. Однако это справедливо для материалов с относительно мелкой зернистостью, обеспечивающей равномерность структуры, в результате чего на различных микроучастках поверхности скорость анодного растворения одинакова и при увеличении времени воздействия на элементарную поверхность шероховатость ее не изменяется.
Жаропрочные сплавы отличаются весьма большими размерами зерен, что обусловливает неравномерность анодного растворения на различных участках поверхности. В этих случаях следовало ожидать, что при относительно малом времени воздействия на элементарный участок поверхности границы между зернами будут растворяться более интенсивно, чем сами зерна, и величина микронеровностей будет определяться временем анодного растворения. Так как.при увеличении скорости продольной подачи уменьшается время контакта круга с деталью, то и растравливание поверхности происходит на меньшую глубину.
Относительно большая роль в образовании рельефа обработанной поверхности поперечной подачи объясняется тем, что часть высоты круга, проходящая по уже обработанной поверхности детали, резания не совершает, но создает электрическую цепь и вызывает растравливание поверхности, обработанной при предыдущем проходе, вызывая этим самым увеличение шероховатости.
Существенное влияние, оказываемое напряжением источника тока на шероховатость поверхности, объясняется, видимо, тем, что с ростом напряжения резко увеличивается избирательное межкристаллитное растравливание, что приводит к весьма заметному увеличению шероховатости поверхности. Кроме того, с увеличением напряжения, очевидно, возрастает растравливание в порах литого сплава, имеет место частичное смыкание пор, что также увеличивает шероховатость поверхности. Вместе с тем увеличение напряжения источника тока приводит к увеличению числа кратковременных локальных пробоев, что вызывает на обработанной поверхности следы электрической эрозии, которые увеличивают шероховатость обработанной поверхности.
Совокупное действие всех этих факторов и объясняет преимущественную роль напряжения источника тока в образовании рельефа обработанной поверхности. По результатам экспериментов очевидно, что шероховатость поверхности в зависимости от режимов, в первую очередь от напряжения источника тока, колеблется в весьма широких пределах — отRz =20 доRa =0,16 мкм (5-9 класс).Анализ полученной модели для нормальной составляющей силы резания показал, что с ростом механических режимов обработки и с уменьшением напряжения холостого хода источника тока в исследованном диапазоне режимов сила резания растет. Увеличение скорости продольной подачи, с одной стороны, уменьшает долю анодного растворения в общем съеме металла, что должно вызывать рост силы резания. С другой стороны, увеличение скорости продольной подачи приводит к увеличению общего объема стружки, снимаемой в единицу времени, что также вызывает увеличение силы резания.