какую обработку можно проводить с помощью электрохимической технологии

Электрические методы обработки металлов

Обработка очень хрупких, прочных и непластичных металлов и сплавов путем механического воздействия иногда бывает очень сложной или практически невыполнимой, потому были изобретены электрические методы обработки металлов.

При помощи инновационных технологий можно создавать детали со сложной формой поверхностей, получать сверхточные результаты, полностью соответствующие чертежам. Эти методы широко применяются в машиностроении, изготовлении бытовых приборов и электроники.

Крупные предприятия с серийным и массовым производством все чаще используют специальные станки, которые позволяют изготавливать продукцию под воздействием электрического тока. Рассмотрим более детально, какие методы обработки металлов током существуют на сегодняшний день, в чем заключаются их особенности и достоинства.

Существуют такие методы электрической обработки:

Технология электроэрозионной обработки

Этот метод обработки изделий используется для получения сложных фигурных пазов, отверстий, гравировки, также он дает возможность изготавливать штампы, кокили, пресс-формы и другие приспособления, которые также используются в металлообработке.

Воздействие на поверхность заготовки осуществляется посредством электроэрозии. Это процесс, в ходе которого электрический разряд разрушает поверхности электродов.

Электроискровые и электроимпульсные станки используют для проведения процедур, инструментом является электрод, имеющий форму, соответствующую той, которую нужно придать обрабатываемой заготовке.

Деталь помещается в ванную, наполненную жидкостью, не проводящей ток. Инструмент является катодом, а деталь – анодом, они подключаются к источнику тока, и сближаются.

В определенный момент искровой промежуток становится настолько малым, что между анодом и катодом возникает электрический разряд. Это приводит к мгновенному нагреванию обрабатываемой поверхности до 10 000 градусов по Цельсию, материал локализировано плавится, испаряется и происходит выброс его микрочастиц с поверхности, похожий на микровзрыв, они моментально застывают в жидкости и опускаются на дно ванны.

Такие электрические методы обработки металлов очень выгодны финансово, поскольку они помогают создать практически безотходное и энергосберегающее производство деталей.

Технология электрохимической обработки

Такая обработка проводится при помощи электролита – жидкости, проводящей ток, в которую помещается деталь. Под воздействием электролита верхние слои металла растворяются, этот эффект используется для полировки изделий, затачивания режущего инструмента, очистки поверхностей от ржавчины и оксидов, гравирования, профилирования заготовок, нанесения металлических покрытий и изготовления изделий с очень малой толщиной.

Также электрохимический метод обработки позволяет менять размеры деталей, для этого дополнительно используются режущие механизмы, которые снимают верхний слой растворенной пленки металла.

Технология анодно-механической обработки

Этот метод сочетает в себе принципы действия электроэрозионной и электрохимической обработки. Анодом является заготовка, а катодом – вращающийся инструмент.

Анод и катод погружены в электролит, между ним и катодом пропускается постоянный ток. Заготовка постоянно плавится, и на ее поверхности образуется пленка, которая не проводит ток.

Вращающийся инструмент точечно срывает пленку, в обработанных местах проходит ток с большой плотностью, что приводит к локализованному оплавлению деталей.

Оплавления, которые не нужны, убирает механически вращающийся инструмент. Применение такой технологии эффективно для обработки очень твердых и вязких сплавов и металлов.

Преимущества применения электрических методов обработки

Современные электрические методы обработки металлов используются в производстве довольно широко, поскольку имеют ряд преимуществ перед другими технологиями. Прежде всего, они дают возможность работать с очень прочными и твердыми материалами, которые невозможно обрабатывать другими методами.

Также технологии позволяют значительно сократить расход материалов, что особенно важно для ювелирной индустрии. Для выполнения всех задач не требуется применение специальных инструментов, таких как абразивы и кристаллы, которые имеют высокую прочность.

Все станки можно включать в автоматизированные линии, что дает возможность минимизировать участие человека в процессе, следовательно, и затраты на содержание квалифицированного штата.

Электрические методы обработки металлов, однако, имеют и некоторые недостатки, например, низкую скорость обработки и высокую энергозатратность. Несмотря на эти факторы, технологии активно развиваются и все чаще внедряются в производства самого различного типа.

Последние новинки в сфере электрической обработки металлов

Специализированная выставка «Металлообработка» состоится в московском ЦВК «Экспоцентр». Это одно из самых грандиозных международных мероприятий, которые проводятся на территории России и стран СНГ, в нем будут участвовать экспоненты из разных стран.

Гости выставки смогут узнать, какие электрические методы обработки металлов сейчас используются на лучших предприятиях, какие инновационные технологии предлагают специалисты ведущих компаний, и какие у них планы на будущее.

Источник

Сущность метода электрохимической обработки металлов

По сути, электрохимическая обработка металлов является одним из способов придания детали определенной формы, размера, а также характера покрытия поверхностного слоя. Иными словами, такая обработка может видоизменить металлическую деталь и покрыть ее поверхность специальным напылением с помощью электрохимии.

Подобного рода процесс необходимо производить только в особых электролитических ваннах. Принцип данного метода основан на воздействии электрического тока на металл, погруженный в электролит. То есть, когда ток действует на деталь в электролите, ее анодный поверхностный слой растворяется.

Виды электрохимической обработки

Электрохимическая обработка металлов проводится в соответствии с назначенными параметрами образца в зависимости от свойств имеющейся заготовки металла. Основными видами воздействия электрохимии на металл являются:

Кроме того, выделяют еще 4 вида проведения самой обработки:

Преимущества воздействия на металл электрохимическим методом

Кропотливая работа исследователей и метрологов над созданием различных режимов электрохимической обработки металлов объясняется тем, что такое воздействие на деталь повышает производительность металлургической промышленности и имеет массу плюсов:

Использование электрохимического станка для обработки металла

Для проведения подобной обработки используется узкоспециализированное оборудование – электрохимические станки. Из-за низкой производительности такие технологические установки создаются лишь под определенный процесс, но подобное оборудование незаменимо. Такие станки могут иметь доступ к тем частям заготовки металла, куда не добраться никаким другим способом обработки металла.

Уникальными эти станки делает то, что после их воздействия на деталь, нет необходимости использовать полировочные машинки или шлифовальное оборудование, которым должен управлять лишь высококвалифицированный персонал. Электрохимические станки имеют уникальное строение и поэтому часто выпускаются в единичном экземпляре.

Посмотреть подобное оборудование для электрохимической обработки можно на международной выставке «Металлообработка», посвященной инструментам, оборудованию и приборам для металлургической промышленности, которая пройдет в ЦВК «Экспоцентр». На этой выставке будут представлены различные модернизированные модели металлообрабатывающих машин и приборов.

Особенно интересно будет взглянуть на оборудование для электрохимической обработки металлов и сплавов, которое получило признание уже во многих странах Европы и мира.

Специалисты со всей планеты представят вниманию зрителей самые высокоэффективные и передовые технологии сборки электрохимических станков.

Источник

Электрохимическая обработка

Электрохимическая обработка (ЭХО) заключается в изменении формы, размеров и микрогеометрии поверхности заготовки вследствие растворения ее материала в электролите под действием электрического тока. Механизм съема (растворения, удаления) металла основан на электролизе — процессе, при котором происходит окисление или восстановление поверхностей электродов, соединенных с током источником питания (ИП) и помещенных в токопроводящий раствор- электролит. Один из электродов (заготовка) присоединяется к положительному полюсу ИП (анод), а другой (инструмент) — к отрицательному (катод). ЭХО применяется для заготовок из токопроводящих материалов, ее производительность зависит от плотности тока, свойств электролитов и обрабатываемых материалов.

Электрохимическая обработка может быть отделочной и размерной. Она применяется в виде электрохимического полирования и электрохимического формообразования.

Электрохимическое полирование (рис. 12.15) выполняется в ванне с электролитом, в качестве которого для повышения интенсивности обработки служат подогретые до температуры 315. 350 К растворы кислот или щелочей. Обрабатываемые заготовки подключаются к аноду, инструменты, изготовленные из свинца, меди, стали, — к катоду.

При подаче напряжения на электроды начинается процесс растворения материала анода-заготовки. Вследствие более высокой плотности тока на вершинах выступов поверхности именно на них в первую очередь наиболее интенсивно протекает растворение материала. Во впадинах процесс протекает медленнее не только из-за меньшей плотности тока, но и по причине осаждения в них продуктов растворения: оксидов или солей, имеющих пониженную электропроводность. В результате наблюдаются уменьшение выступов неровностей и их сглаживание.

Процесс электрохимического полирования приводит к снятию микрозаусенцев, уменьшению глубины микротрещин в подповерхностном слое материала и надрезов, исключению деформации материала и термического изменения его состояния. Электрохимическому полированию может подвергаться одновременно партия заготовок по всей их поверхности. Процесс может использоваться для подготовки поверхностей под покрытие, доводки инструментов, очистки проката и заготовок, при изготовлении тонких лент.

Рис. 12.15. Схема электрохимического полирования:

1 — ванна; 2 — заготовка-катод; 3 — пластина-электрод; 4 — электролит; 5 — микровыступ; 6 — впадина с продуктами анодного растворения

Электрохимическая размерная (формообразующая) обработка выполняется в струе прокачиваемого под давлением через межэлектродный промежуток (зазор) электролита. Он растворяет образующиеся на поверхности анода-заготовки соединения и удаляет их из зоны обработки. При этом под воздействием струи электролита находится вся обрабатываемая поверхность, что предопределяет высокую производительность формообразования поверхности. Участки заготовки, не требующие обработки, изолируются.

Катоду-инструменту обычно придается форма, являющаяся обратным отражением формы поверхности детали. Формообразование поверхности происходит методом копирования катода-инструмента, изнашивание которого практически отсутствует, так как основную нагрузку по разрушению металла несет струя электролита.

Повышению точности обработки способствует импульсное рабочее напряжение. Точность увеличивается также при уменьшении межэлектродного промежутка между инструментом и заготовкой. Контроль МЭП в станках ЭХО осуществляется встраиваемыми в следящую систему высокочувствительными элементами. ЭХО рекомендуется для обработки заготовок из высокопрочных и труднообрабатываемых материалов. Отсутствие непосредственного воздействия инструмента на материал позволяет обрабатывать тонкостенные, нежесткие и неравножесткие заготовки с обеспечением соответствующих точности обработки и качества поверхностей.

На рис. 12.16 представлены схемы электрохимической формообразующей обработки в струе проточного электролита.

К средствам технологического оснащения ЭХО относятся электрохимический станок, источник питания с токопроводами, оборудование

Рис. 12.16. Схемы электрохимической размерной (формообразующей)

а — лопатки турбины; б — полости штампа; в — сквозного цилиндрического отверстия; 1 — инструмент; 2 — заготовка; 3 — электроизоляционное покрытие (ЭИП)

Рис. 12.17. Структурная схема средств технологического оснащения ЭХО:

1 — ИП; 2 — токопроводы; 3 — станок; 4 — система контроля, регулирования и управления работой станка; 5 — оборудование для хранения, подачи, сбора, очистки и регулирования параметров электролита; 6 — приспособление для установки ЭИ; 7 — приспособление для установки заготовки

для хранения, подачи, очистки и регулирования состава электролита; система управления работой станка; приспособления для установки заготовки и ЭИ; устройства для отсоса выделяемых при ЭХО газообразных продуктов, промывки заготовок и деталей станка от остатков электролита, сушки обработанных и промытых заготовок, а при необходимости и их пассивирования (образования слоев или пленок,

Рис. 12.18. Одноэтажное размещение средств технологического оснащения ЭХО:

1 — бак для электролита; 2 — система контроля электропроводности электролита; 5 — пульт управления работой стайка; 6 — блок контроля расхода и давления электролита; 7 — станок; 8 — вентилятор отсоса из рабочей зоны станка водорода; 9 — насос прокачки электролита через теплообменник; 10 — токопроводы; 11 — ИП; 12 — теплообменник для поддержания заданной рабочей температуры электролита; 13 — насос откачки отфильтрованного электролита в бак; 14 — трубопровод сброса воды в канализацию; 15 — трубопроводы подачи горячей или холодной воды; 16 — трубопровод очистки центрифуги от шлама; 17 — центрифуга очистки электролита; 18 — трубопроводы подачи загрязненного электролита в центрифугу приводящих к повышению коррозионной стойкости материала заготовок) и подачи в рабочую зону сжатого воздуха или газа (рис. 12.17).

Схема одноэтажного (одноярусного) размещения технологического оснащения ЭХО приведена на рис. 12.18. При двухэтажной (двухъярусной) схеме на нижнем этаже обычно находится оборудование для хранения, подачи и очистки электролита. Двухэтажная планировка применяется при централизованном обеспечении группы электрохимических станков электролитом и при больших габаритных размерах станков. При этом уменьшается производственная площадь, приходящаяся на один станок.

Приспособления для многоэлектродной обработки четырех прямоугольных окон в заготовке (рис. 12.20, а) показаны на рис. 12.20, 6.

Рис. 12.19. Кинематическая схема универсального электрохимического станка мод. 4А423ФЦ:

1 — пиноль; 2 — опоры качения; 3 — зубчатое колесо; 4, 5 — шестерни; 6 — сельсин для подачи сигнала о перемещении пиноли; 7 — винт перемещения пиноли; 8 — червяк с электродвигателем (последний па схеме не показан); 9 — червячное колесо; 10 — нониус перемещения пиноли; 11 — шкала визуального наблюдения за величиной перемещения пиноли; 12 — подэлектродная плита

Приспособление (электрододержатель) корпусом 7 закреплено в пи- ноли 6 станка 4А423ФЦ. Четыре полых электрода-инструмента 5 установлены в плите 8 приспособления. Электролит подается в зону обработки через пиноль, корпус приспособления, полые ЭИ, межэлектродный промежуток и затем выливается в поддон станка. Приспособление для базирования и закрепления заготовки 4 корпусом 2 установлено на столе 1 станка. Заготовка 4 базируется по нижней плоскости и двум отверстиям на рабочую поверхность корпуса 2 и два пальца 3. Закрепление заготовки обеспечивается прихватами 9 с помощью опор 10. К ЭИ подключен полюс «-», к заготовке — полюс «+» ИП. При обработке плоской заготовки, например, из стали 12Х18Н10Т используется электролит — натрий азотнокислый (NaN0₃) 25%-й концентрации с температурой Т_э = 300 К. Обработка осуществляется при давлении электролита р_вх = 0,4 МПа, подаче ЭИ 5=1 мм/мин, напряжении U = 12 В, силе тока I 3 с содержанием 100. 300 г/л.

Материалы ЭИ должны обладать хорошей электропроводностью (малым удельным сопротивлением), коррозионной стойкостью к воздействию электролитов, хорошей адгезией к электроизоляционным покрытиям, достаточной механической прочностью и хорошей обрабатываемостью. К ним относятся стали 65Г, 12Х18Н10Т, 20X13, латунь Л63, бронза БрА5, углеграфит, графит ГЛ-2 и др.

В качестве электроизоляционных покрытий (ЭИП) инструментов используются листовой винипласт, текстолит, оргстекло (толщина

3. 6 мм); титановая эмаль Т1, ЭВ-55, ЭВ-300 (толщина 0,05. 0,30 мм); эпоксидно-полиамидный лак ЭП-075, эпоксидный лак Э-4100 и др. Они применяются для предотвращения электрохимического воздействия пассивных поверхностей ЭИ на неподвергаемые ЭХО или уже обработанные поверхности заготовок (например, рис. 12.16, в). ЭИП наносятся на ЭИ кистью, окунанием, пневмораспылением и другими способами.

Параметры режима ЭХО отверстий длиной 150. 200 мм в жаропрочных сплавах ЭИ с торцовой активной поверхностью и ЭИП боковой поверхности толщиной не более 0,05 мм представлены в табл. 12.6.

Источник

Электрохимическая обработка материалов

Электрохимическими способами обработки материалов условно принято, называть группу новых методов электротехнологии, которые применяются для удаления материала с обрабатываемой поверхности, его переноса, формообразования деталей, осуществляемых с помощью электрической энергии, вводимой непосредственно в зону обработки.

Наиболее распространён процесс анодного растворения, т.е. перехода металла, помещаемого в электролизёр в качестве анода, из металлического состояния в различные неметаллические соединения.

Процесс идёт следующим образом:

В начале металл анода отдаёт п электронов и переходит в ионное состояние. Затем образуются различные соединения, состав которых зависит от продуктов электролиза или состава электролита. Если это растворы кислот, то присутствует кислотный остаток R (например, SO]», СГ и так далее), а результатом соединения будет соль кислоты (растворима). Если это нейтральный или щелочной раствор, то присутствует гидроксильная группа ОН», а результатом соединения будет гидрат оксида металла, практически не растворимого в электролите (выпадает в осадок). Для удаления осадка из зоны обработки повышают скорость движения электролита, увеличивают плотность тока.

В кислых растворах продукты реакции растворимы, поэтому обработка производится при малой плотности тока (0,02-0,03) А/мм 2 и медленном перемещении электролита.

В связи с этим возможны два вида обработки: электрохимическая обработка при малой плотности тока в стационарном электролите и при высокой плотности тока в проточном электролите.

Принцип действия установки состоит в следующем.

Установка электрохимической обработки в проточном электролите (рис. 11.8) предназначена для копирования формы путём анодного растворения.

Рис. 11.7. Схема электрохимической обработки в стационарном электро- лите(пояснения в тексте)

Рис. 11.8. Схема электрохимической обработки в проточном электроли- те(пояснения в тексте)

Кроме этого электрохимическим способом можно производить следующие операции:

К электрохимическим методам обработки материалов относятся гальванотехника (гальваностегия, гальванопластика), анодирование.

Источник

Реферат: Электрохимическая размерная обработка

1 Историческая справка

2 Методы размерной электрохимической обработки

3 Теоритические основы электрохимического процесса формообразования

4 Особенности рабочих процессов физико-химических методов

В современном машиностроении возникают технологические проблемы, связанные с обработкой новых материалов и сплавов (например, жаро и кислотостойкие, специальные никелевые стали, тугоплавкие сплавы, композиты, неметаллические материалы: алмазы, рубины, германий, кремний, порошковые тугоплавкие материалы и т.п.) форму и состояние поверхностного слоя которых трудно получить известными механическими методами.

К таким проблемам относится обработка весьма прочных или весьма вязких материалов, хрупких и неметаллических материалов (керамика), тонкостенных нежестких деталей, а также пазов и отверстий, имеющих размеры в несколько МКМ; получение поверхностей деталей с малой шероховатостью, и очень малой толщиной дефектного поверхностного слоя.

В этих условиях, когда возможность обработки резанием ограничены плохой обрабатываемостью материала изделия, сложностью формы обрабатываемой поверхности или обработка вообще невозможна, целесообразно применять электрофизические и электрохимические методы обработки. Их достоинства следующие:

1) механические нагрузки либо отсутствуют, либо настолько малы, что практически не влияют на суммарную погрешность точности обработки;

2) позволяют изменять форму обрабатываемой поверхности заготовки (детали);

3) позволяют влиять и даже изменять состояние поверхностного слоя детали;

4) не образуется наклеп обработанной поверхности;

5) дефектный слой не образуется;

6) удаляются прижоги поверхности, полученные при шлифовании;

7) повышаются: износостойкость, коррозионная стойкость, прочность и другие эксплуатационные характеристики поверхностей деталей.

Кинематика формообразования поверхностей деталей электрофизическими и электрофизическими методами обработки, как правило, проста, что обеспечивает точное регулирование процессов и их автоматизацию.

Цель работы: доказать преимущества, а в некоторых случаях незаменимость электрохимической размерной обработки. Понять механизм действия методов электрохимической обработки.

1 ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Разработка основ электрохимического метода и технологического его применения принадлежит талантливому ученому В.Н.Гусеву (1904…1956 г.г.). В 1929 г. он получил патент на электрохимическую обработку. Первые опыты по размерной электрохимической обработке металлов были проведены в 40-х годах прошлого столетия. В 1954 г. он получил патент на заточку сверл с вершинами из карбидов.

Начальный период развития метода характеризуется тем, что наряду с его использованием в производстве (для получения профиля пера турбинных и компрессорных лопаток, ковочных штампов, пресс форм, кольцевых деталей, прошивки отверстий и щелей, заточки инструмента, удаления заусенцев и др.) происходило накопление экспериментальных и статических данных; делались попытки теоретических обобщений, которые позволили бы заранее, без испытаний, предсказать конечные результаты обработки.

Химические методы, кроме способов травления, включают электрохимическую обработку.

Этот метод можно использовать для обработки особо твердых и вязких электропроводных материалов. При этом достигается:

а) высокая скорость съема металла (более 1000 мм/мин);

б) высокий класс точности;

в) отсутствует износ инструмента;

г) отсутствуют остаточные напряжения;

д) отсутствуют повреждения материала детали;

е) отсутствуют заусенцы на кромках реза.

Известный русский химик Е.И.Шпитальный в 1911г. разработал процесс электролитического полирования. В 1928 г. В.Н.Гусев применил этот процесс для размерной обработки станин крупных металлорежущих станков. Электролит не прокачивался. Катод-плиту на время убирали и ручным инструментом удаляли слой продуктов растворения. Процесс был трудоемким и медленным. В.Н.Гусев и Л.А.Рожков предложили уменьшить зазор между электродами до десятых долей мм, а электролит принудительно прокачивать через межэлектродный промежуток.

Это было рождением нового вида обработки — размерной электрохимической обработки (ЭХО) – за счет анодного растворения металла.

В 1948г. была создана электрохимическая установка для изготовления отверстий в броневой стали. Тогда же были проведены первые опыты по обработке турбинных лопаток. Значительные успехи в развитии теории и совершенствовании технологии были достигнуты благодаря работам Ю.Н. Петрова, И.И.Мороза, Л.Б. Дмитриева и др.

2 МЕТОДЫ РАЗМЕРНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

2 .1 Обработка с неподвижными электродами

По этой схеме получают местные облегчения в деталях, отверстия в листовых материалах, наносят информацию (порядковые номера, шифры изделий и др.), удаляют заусенцы. [Схема обработки с неподвижными электродами показана на рисунке 1]

Требуемая форма углубления или отверстия получается за счет нанесения на заготовку 2 слоя диэлектрика 3. Электрод-инструмент 1 не перемещается к обрабатываемой поверхности – межэлектродный зазор по мере съема металла с заготовкой 2 возрастает, а скорость прокачки электролита снижается. Процесс будет неустановившимся с нестационарным по времени режимов обработки.

Схема обработки с неподвижными электродами:

1 – электрод — инструмент;

2. 2 Прошивание полостей и отверстий

При такой схеме электрод-инструмент 1 имеет одно рабочее движение — поступательное движение со скоростью к детали 2. Межэлектродный зазор S — постоянный, т.е. режим стационарный. Электролит прокачивается со скоростью .

По этой схеме изготовляют рабочие полости ковочных штампов, пресс — форм, прошивают отверстия, пазы, перья лопаток турбин, вырезают заготовки различного профиля. [Схема прошивания полости показана на рисунке 2]

2 .2.1 Получение отверстий струйным методом

Электрод-инструмент состоит из токопровода 1, омываемого потоком электролита. Токопровод находится внутри корпуса 3 из диэлектрика. Электролит создает токопроводящий канал между токопроводом 1 и заготовкой 2.[Схема прошивания струйным методом показана на рис ] В месте контакта жидкости с обрабатываемой поверхностью материал заготовки растворяется и образуется углубление. Процесс идет достаточно быстро только при высоких напряжениях (до нескольких сотен вольт). Так получают отверстия диаметром 1,5…2,0 мм и вырезают контуры деталей сложной формы.

Схема прошивания струйным методом:

3 – диэлектрический корпус.

1.3 Точение наружных и внутренних поверхностей.

По такой схеме электрод-инструмент 1 исполняет роль резца, без контакта. В зазор S прокачивается электролит со скоростью _. [Схема обработки наружной поверхности показана на рис 3]

Рисунок 3 Схема точения наружных поверхностей

При точении внутренней поверхности электрод-инструмент 1 перемещается вдоль заготовки 2 со скоростью . Межэлектродный зазор S может поддерживаться диэлектрическими прокладками 3. [Схема показана на рис3.1 на странице 6]

Схема точения внутренних поверхностей:

1 – электрод — инструмент;

3 – прокладки диэлектрические.

2 .4 Протягивание наружных и внутренних поверхностей в заготовках

Заготовки должны иметь предварительно обработанные поверхности, по которым можно базировать электрод-инструмент. Его устанавливают относительно заготовки с помощью диэлектрических прокладок. Электрод-инструмент продольно перемещается (иногда вращается). По такой схеме выполняют чистовую обработку цилиндрических отверстий, нарезание резьбы, шлицев, винтовых канавок.

Для выполнения в заготовках различных фигурных пазов, щелей особенно в нежестких материалах применяется непрофилированный инструмент-электрод в виде проволоки из латуни, меди или вольфрама. [Схема разрезания непрофилированным инструментом показана на рисунке 4.1 на странице 7]

Для устранения влияния износа проволоки на точность обработки проволока непрерывно перематывается с катушки на катушку, что позволяет участвовать в работе все новым ее элементам.

Схема разрезания профилированным инструментом:

1 – электрод — инструмент (диск);

Схема разрезания непрофилированным инструментом:

1 – инструмент — электрод (проволока);

При этом используется вращающийся металлический инструмент цилиндрической формы, который поступательно движется вдоль заготовки 2 со скоростью . [Схема шлифования показана на рисунке5] Это окончательная операция при изготовлении пакетов пластин из магнитомягких материалов.

При обработке недопустимы механические усилия. Применяется также для изготовления деталей из вязких и прочных сплавов.

1 – электрод — инструмент;

3 Теоретические основы электрохимического процесса формообразования (ЭХО)

Электрическая ячейка состоит в основном из двух не контактирующих электродов, погруженных в электролит, между которыми имеется разность потенциалов. Если условия электролиза выбраны правильно, прохождение тока через ячейку приводит к растворению материала анода со скоростью, определяемой согласно первому закону Фарадея:

— количество вещества, осажденного или растворенного при электролизе, пропорционально количеству пропущенного электричества

m = Q , г

где m — масса материала, растворенного с анода, г;

— коэффициент пропорциональности (электрохимический эквивалент);

Q — количество электричества, пропущенное через электролит Кл (А∙с).

Поскольку каждый компонент сплава имеет свой электрохимический эквивалент, то соответственно и свою скорость анодного растворения. Для нормального протекания электрохимических реакций необходимо обеспечить интенсивный вынос продуктов обработки из межэлектродного промежутка (из зазора), поэтому электролит должен иметь определенную скорость. Электролит может иметь ламинарный или турбулентный характер течения. Вынос продуктов при турбулентном течении – быстрее! Однако расчет ламинарного потока значительно проще, поэтому в технологических расчетах принимают течение ламинарным!

От состава электролита зависят его электропроводность и скорость растворения металла. Для получения высоких технологических показателей процесса необходимо, чтобы:

а) в электролите не протекали вовсе или протекали в минимальном количестве побочные реакции, снижающие выход по току;

б) растворение заготовки происходило только в зоне обработки;

в) на всех участках обрабатываемой поверхности протекал расчетный ток.

Таких универсальных электролитов не существует, поэтому при подборе состава электролита приходится в первую очередь учитывать те требования, которые являются определяющими для выполнения данной операции.

Для увеличения скорости растворения берут электролиты с большей удельной проводимостью, а для повышения точности лучше использовать электролит с пониженной проводимостью.Электролиты подбирают в зависимости от обрабатываемого материала.

3 .2 Требования при подборе электролита

1) Содержащиеся в водном растворе электролита анионы (отрицательно заряженные ионы) и катионы (положительно заряженные ионы) должны хорошо диссоциировать (разъединяться) при любых комбинациях.

2) Потенциал материала электрода — инструмента был более положительным, чем потенциал осаждения катионов. Это препятствует осаждению металлических катионов на электрод- инструмент.

Данное условие выполняется, если катионы электролита обладают большим отрицательным стандартным потенциалом.*

(* это потенциал, измеренный относительно нормального водородного электрода, на поверхности которого в стандартных условиях протекает обратимая реакция e).

3) Наличие в электролите активирующих анионов, разрушающих под действием тока поверхностные оксидные пленки. Это обеспечивает преимущественное протекание на аноде реакции растворения и высокую производительность.

4) Необходимо, чтобы сродство компонентов обрабатываемого сплава к анионам электролита и их сродство к кислороду были близки между собой. Это обеспечивает избирательность растворения сплава, высокое качество поверхности и точность обработки.

5) Соответствие концентрации анионов, имеющих близкое сродство к тому или иному компоненту обрабатываемого сплава, содержанию этого компонента в сплаве. Это позволяет достичь равномерного анодного растворения всей поверхности заготовки.

6) Обеспечение в ходе реакций в электролите перехода продуктов реакции анодного растворения в нерастворимое состояние. Это дает возможность постоянно удалять продукты обработки из раствора (например, отстоем, фильтрованием, центрифугированием) и поддерживать требуемый состав электролита.

7) Необходимо, чтобы электролит обладал невысокой вязкостью для облегчения прокачки и ускорения процессов тепло – и массопереноса в зазоре.

8) Электролит должен обладать невысокой коррозионной активностью к оборудованию, быть безвредным для здоровья, пожаро-и взрывобезопасным.

В растворы могут вводиться добавки:

а) буферные вещества для снижения защелачивания электролита (борная, лимонная, соляная кислоты);

б) ингибиторы (от латинского – удерживаю) коррозии (нитрит натрия); производные азотистой кислоты – HNO₂ ;

в) активирующие вещества, которые снижают пассивирующее действие оксидной пленки;

г) поверхностно — активные вещества для снижения гидравлических потерь и устранения кавитации (моющая жидкость ОП— 7);

д) коагуляторы – ускорители осаждения продуктов обработки (1…5 г/л полиакриламида).

Чаще используются следующие электролиты: 8…18% растворы хлорида натрия (NaCl) и 15…20% растворы нитрата натрия (Na₂ SO₄ ).

Для каждого электролита удельная проводимость может быть самой различной в зависимости от его состава, концентрации, температуры.

Для хлорида натрия наибольшая удельная проводимость при концентрации – 250 г/л, а для нитрата натрия – 210 г/л.

С увеличением концентрации электролита удельная проводимость растет, достигает максимума, а затем снижается, так как сильнее проявляется взаимное притяжение ионов, которое снижает их подвижность и возможность переноса зарядов.

3 .3 Технологические показатели ЭХО

3 .3.1Точность обработки

Точность размеров и формы детали зависят от погрешности электрода — инструмента и от погрешности, вызванной отклонениями режима ЭХО от расчетного. Кроме того, погрешность детали зависит от припуска на обработку, его неравномерности, стабильности процесса анодного растворения по обрабатываемой поверхности, точности оборудования. Погрешность размеров детали зависит от начальной погрешности размеров заготовки, зазора и припуска на обработку. Кроме того, рабочей поверхности электрода-инструмента придают форму, несколько отличающуюся от той, которую требуется получить в детали. Этот процесс называют корректированием электрода-инструмента.

Различные факторы неодинаково влияют на общую погрешность обработки:

а) наибольшее влияние оказывает нестабильность электропроводности электролита, зазора, выхода по току – до 50%;

б) отклонения от расчетного режима течения электролита – до 20%;

в) упругие и температурные деформации – до 15%;

г) погрешности настройки и установки – до 15% от общей погрешности.

3 .3.2 Пути снижения погрешности

а). Форма исходной поверхности заготовки должна иметь минимальный припуск с минимальной его неравномерностью;

Одним из способов уменьшения межэлектродного зазора является применение импульсного напряжения. В период пауз удается добиться полного выноса продуктов обработки из зазора, стабилизировать температуру, состав электролита. Импульсный ток используют одновременно с ускоренным сближением и отводом электродов. Напряжение на электроды подают как в момент сближения электродов, отключая его непосредственно перед их касанием, так и во время отводов электродов после касания.

Или другой способ — чередуют включение напряжения и прокачки электролита, что позволяет стабилизировать режим ЭХО и избежать местных дефектов от неравномерного движения потока электролита.

в). Вибрация электродов применяется совместно с импульсным напряжением или при постоянном токе. Вибрация электродов может осуществляться параллельно или перпендикулярно направлению подачи как с одинаковой, так и с разной амплитудой колебаний по обоим направлениям.

г). Локализация процесса анодного растворения позволяет ограничить прохождение тока через участки заготовки, прилегающие к обрабатываемому, и за счет этого повысить точность формообразования;

д). Для чистовой обработки турбинных лопаток применяют растворы NaCl с малой массовой концентрацией (50…60 г/л). За счет малого количества ионов резко снижается степень рассеяния;

е.) Введение в электролит воздуха и других газов под напором;

ж). Применение локальной обработки заготовки отдельными секциями электрода- инструмента, на которые последовательно подают напряжение. Последовательность включения секций направлена против движения электролита, поэтому все продукты отработки удаляются из зазора, минуя работающую секцию;

з). Наиболее широко применяют локализацию обрабатываемого участка путем диэлектрических покрытий детали (например, с помощью фотохимии).

Если бы удалось получить одинаковые режимы обработки по всей обрабатываемой поверхности, то погрешность при изготовлении деталей любой сложности не превышала бы нескольких мкм. Наиболее сложно добиться постоянства проводимости электролита, которая зависит от температуры, количества газообразных продуктов обработки. Задача облегчается, если в зазоре отсутствуют газообразные продукты обработки.

Учеными предложены электролиты, в которых водород в атомарном виде сразу вступает в реакцию — такие электролиты называются безводородными. Это хлорид аммония, дихлорид железа, которые вызывают активную коррозию оборудования.

В настоящее время ЭХО позволяет получить:

а) при обработке неподвижными электродами со съемом по глубине до 0,2 мм-погрешность не более 0,02 мм, при большей глубине-0,03…0,050 мм;

б) при прошивании мелких отверстий (Ø до 2 мм) – точность по 9…10-му квалитету СЭВ;

в) при обработке полостей и разрезании-по12…14-му квалитету СЭВ;

г) для схем точения точность-8…10-му квалитету;

д) при шлифовании металлическими, электроабразивными и электроалмазными кругами точность по 6…7-му квалитету СЭВ.

Формирование микрорельефа поверхности при ЭХО зависит от:

а) структуры материала заготовки;

б) состава материала; его температуры;

в) скорости прокачки электролита;

3 .3.4 Физические свойства поверхности

После ЭХО в поверхностном слое не наблюдается снижение содержания углерода и изменения твердости, отсутствует наклеп. Напряжения повышаются вследствие растравливания — есть концентрация напряжений, так как межкристаллитные углубления имеют меньше радиус закруглений. Для уменьшения напряжений в поверхностном слое нужно повышать плотность тока, применять охлажденные электролиты, использовать импульсный ток, стабилизировать параметры электролита.

Влияние качества поверхности после ЭХО на механические свойства материала:

а). При эксплуатации деталей на них могут воздействовать статические, динамические (ударные) и циклические (знакопеременные) нагрузки.

б). Низкая шероховатость поверхности после ЭХО повышает механические свойства материалов, так как качество поверхности одинаково во всех направлениях.

в). Отсутствие же наклепа поверхности от воздействия инструмента снижает механические показатели, особенно сопротивление усталости.

г). Повышение предела прочности при статических и ударных нагрузках образцов из конструкционных сталей после ЭХО при растяжении, сжатии, кручении и изгибе такой же, как у механически обработанных образцов.

3 .3.5 Сопротивление усталости

По значению предела выносливости образцы из конструкционных сталей и алюминиевых сплавов после ЭХО близки к шлифованным образцам. Детали из этих материалов после ЭХО можно использовать в конструкциях, работающих в условиях вибраций, знакопеременных нагрузках.

Одним из основных методов повышения механических свойств материалов после ЭХО является последующее полирование (виброполирование) для снятия растравленного слоя и выполнения наклепа. ЭХО часто используют взамен точения, фрезерования, долбления.

3.3.6 Т ехнологичность деталей при размерной ЭХО

Для более полного использования преимуществ ЭХО необходимо проектировать детали с учетом особенностей процесса анодного растворения сплавов.

При любом режиме ЭХО высота неровностей соответствует чистовым операциям механической обработки, и с возрастанием скорости съема металла шероховатость поверхности снижается. В отличие от механической обработки технологические показания ЭХО даже повышаются с увеличением твердости материала заготовки. Кроме того, при ЭХО инструмент либо вообще не изнашивается, либо изнашивается незначительно.

3.3.7 Требования при ЭХО

При использовании ЭХО необходимо удовлетворить следующим требованиям, общим для всех видов заготовок и схем обработки:

а) Поверхность перед ЭХО должна быть очищена от окалины и других неэлектропроводных веществ.

б) В местах, где удаление металла планируют выполнить с применением ЭХО, не допускается местная зачистка поверхности, например, для контроля твердости.

в) ЭХО необходимо проводить после термической обработки заготовки. Это позволяет избежать нарушения точности за счет коробления при термической обработке, предотвращает появления обезуглероженного слоя в готовой детали.

г) При проектировании заготовок припуск не должен быть меньше некоторого предельного значения, определяемого с учетом возможного растворения на обрабатываемых и соседних поверхностях, где металл может раствориться за счет токов рассеяния и ускоренного съема на кромках детали.

д) В технологическом процессе не предусматривают операции и переходы по удалению заусенцев и округлению кромок на поверхностях после ЭХО.

4 Особенности рабочих процессов физико-химических методов и процесса резания

Особенности рабочих процессов физико-химических методов и процесса резания приведены в таблице 1.

1. Артамонов, Б. А., Волков, Ю. С., Дрожалова, В. И. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учебное пособие (в 2-х томах). /под ред. В. П. Смоленцева. — М.: Высшая школа, 1983.

2. Бирюков, Б. Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки. / Б. Н. Бирюков — М.: Машиностроение, 1981.

3. Мороз, И. И. Электрохимическая обработка металлов. / И. И. Мороз — М.: Машиностроение, 1969.

5.Петруха.П.Г.Технология обработки конструкционных материалов. / Под ред. П. Г. Петрухи — М: Высшая школа, 1991.

Источник

• ← какую обработку корня шва рекомендуется применять при двусторонней ручной дуговой сварке
• какую обработку проводят с тканью перед раскроем →