Электрохимическая обработка металлов

Принцип работы электроискрового станка

Базируется обработка металлов электроискровым способом на свойстве электрического тока переносить вещество при пробое. При высоком напряжении и силе постоянного тока (1-60 А) анод (положительно заряженный электрод) нагревается до высокой температуры в пределах 10-15 тысяч градусов Цельсия, расплавляется, ионизируется и устремляется к катоду. Там, в силу электрических взаимодействий он осаживается.

Чтобы в процессе работы не возникала полноценная электрическая дуга, электроды сближаются только на короткие мгновения, длящиеся доли секунда. За это время возникает искра, разрушающая анод и наращивающая катод. Обрабатываемый участок подвергается нагреву и воздействию электротока на протяжении миллисекунд, при этом соседние области и лежащий ниже слой не успевают прогреться и структура их не нарушается. Проблема пограничных состояний не возникает в принципе.

Если требуется резка или сверление — катодом служит рабочий инструмент, а анодом — обрабатываемая деталь. При наращивании, укреплении поверхности или восстановлении формы детали, они меняются местами. Для этих видов обработки созданы специальные станки, каждый из которых выполняет свои операции.

Инструментом в установках электроэрозионного действия служат латунные или медно-графитные электроды, хорошо проводящие ток и недорогие в изготовлении. С их помощью можно резать и сверлить самые твердые сплавы. Чтобы металл катода не оседал на электроде и не увеличивал его размера, процесс происходит в жидкой среде — жидкость охлаждает капли расплава, и он не может осесть на электроде, даже если и достигает его. Вязкость жидкости определяет скорость движения материальных частиц, и они не успевают за током. Металл оседает в ванне в виде осадка и не мешает дальнейшему прохождению тока.

При наращивании поверхности деталей или укреплении, металл с анода переносится на катод. В этом случае на вибрационной установке закрепляется положительный электрод, служащий донором металла, а деталь присоединяется к отрицательному полюсу. Вода или масло в этом процессе не используются, все происходит в воздухе.

Виды электрохимической обработки

Электрохимическое объемное копирование — Электрохимическая обработка, при которой форма электрода-инструмента отображается в заготовке

Электрохимическое прошивание — Электрохимическая обработка, при которой электрод-инструмент, углубляясь в заготовку, образует отверстие постоянного сечения

Струйное электрохимическое прошивание — Электрохимическое прошивание с использованием сформированной струи электролита

Электрохимическое калибрование — Электрохимическая обработка поверхности с целью повышения её точности

Электрохимическое точение — Электрохимическая обработка, при вращении заготовки и поступательном перемещении электрода-инструмента

Электрохимическая резка — Электрохимическая обработка, при которой заготовка разделывается на части

Электрохимическое удаление заусенцев(ЭХУЗ, Electrochemical debuting) — Электрохимическая обработка, при которой удаляются заусенцы заготовки

Электрохимическое маркирование

Многоэлектродная электрохимическая обработка — Электрохимическая обработка осуществляемая электродами, подключенными к общему источнику питания электрическим током и находящимися во время обработки под одним потенциалом

Непрерывная электрохимическая обработка — Электрохимическая обработка при непрерывной подаче напряжения на электроды

Импульсная электрохимическая обработка — Электрохимическая обработка при периодической подаче напряжения на электроды

Циклическая электрохимическая обработка — Электрохимическая обработка, при которой один из электродов перемещается в соответствии с заданной циклограммой,

а также другие смешанные виды электрофизикохимической обработки (ЭФХМО) включающие ЭХО:

  • анодно-механическая обработка;
  • электрохимическая абразивная обработка;
  • электрохимическое шлифование;
  • электрохимическая доводка (ЭХД);
  • электрохимическое абразивное полирование;
  • электроэрозионнохимическая обработка (ЭЭХО);
  • электрохимическая ультразвуковая обработка и др.

Как же происходит электрохимическая обработка металла?

Обрабатываемая деталь подсоединяется к положительному источнику тока и становится анодом, а электрод-инструмент — к отрицательному и становится катодом. Расстояние между катодом и анодом устанавливают от 0.05 до 0.5 мм , и в этом малом зазоре, с помощью насоса, непрерывно прокачивается электролит.

Нерабочие поверхности катода покрывают тонким слоем изоляции и, т.к. зазор между электродами очень мал, напряжённость электрического поля очень высока и плотность тока достигает больших величин ( до 250 а/см2 ).

Металл анода растворяется с большой скоростью одновременно под всей рабочей поверхностью катода и с обрабатываемой детали снимается значительный слой, со скоростью от 0.5 до 6 мм в минуту.

При этом на аноде воспроизводится форма и размеры катода с очень высокой точностью. По мере растворения металла на аноде, катод постепенно приближают к аноду для сохранения величины зазора.

В качестве электролита применяют водные растворы неорганических солей например, азотнокислый или хлористый натрий.

Что же происходит в межэлектродном пространстве?

Рассмотрим пару—железный анод в водном растворе хлористого натрия. При электролитической диссоциации вода разлагается на катионы водорода и анионы гидроксила:

Металл растворяется на аноде и ионы железа реагируют с ионами гидроксила, образуя гидраты окислов железа, которые не растворяются в воде и выпадают в осадок:

Гидраты окислов металла заполняют межэлектродное пространство, мешают нормальному процессу электролиза и поэтому, зазор непрерывно прокачивают свежим электролитом, который отводит тепло, подводит реагенты и удаляет продукты реакции.

Таким образом , растворение тела анода и есть электрохимическая обработка изделия с целью придать ему нужную форму.

Электрохимическая обработка металлов позволяет:

  • обрабатывать любые металлы и сплавы, независимо от химсостава и механических свойств;
  • инструмент-катод не изнашивается;
  • эта обработка не меняет структуру металла, не даёт трещин и других дефектов;
  • упрощается технология обработки, особенно если необходимо выполнить фигурное отверстие и полость сложной формы, т.к. необходимо только поступательное движение катода нужной конфигурации.

Электрохимические методы обработки металлов нашли широкое применение при изготовлении различных деталей, в особенности тех, которые трудно или невозможно изготовить другим способом.

Разновидности обработки

Режущие операции

За счет того что ток можно уплотнить до очень высоких показателей, с поверхности металла в области протекания электролиза съем частиц будет более интенсивным. На этом принципе основана электрохимическая резка. Чтобы электрохимический процесс был стабильным, добиваются постоянной скорости окисления с одновременной подачей в рабочую область электрода катода. В итоге прорезь канавок в заготовке будет проходить непрерывно.

Дополнительно для эффективного удаления окислов из рабочей зоны при помощи насоса в емкости постоянно прокачивают раствор электролита. Катодом в таком автоматизированном процессе обычно служит металлическая проволока, которая с заданной скоростью перематывается между двумя барабанами с одного на другой. Электрохимический процесс позволяет получить очень узкий рез, сопоставимый с десятыми долями миллиметра.

Получение отверстий методом прошивания

Материал электрода в этом случае подбирают очень тщательно. Недопустимо, чтобы в процессе движения происходила вибрация электрода, что приведет к неточности образования отверстия. Все части электрода, которые не участвуют в операции, надежно изолируют, дабы избежать электролиза в других частях заготовки и не испортить последнюю. Точность диаметра, с какой можно получить отверстие путем электрохимического прошивания, не выходит за пределы 0.15 мм.

Метод копирования

Метод имеет свои сложности из-за необходимости тщательно контролировать толщину зазора, причем по трем осям координат. Точность обработки при этом может доходить до практически идеальных показателей при отклонениях до 3 микрон. Еще одна сложность – достичь высокого сходства параметров у деталей, полученных от одной прецизионной матрицы. Здесь разбег может составлять до 10 микрон.

Получение точных размеров путем электролиза

Для получения высокоточных параметров размера детали в электрохимической обработке применяют способ принудительной прокачки электролита под давлением с одновременным его обновлением. Это позволяет создавать стабильно высокую плотность тока в зазоре и уменьшать зазор до максимально возможного значения.

Операции по заточке инструмента

Метод электрохимической заточки основан на принципе создания неравномерной плотности тока, направленной вдоль кромки режущего инструмента. В результате выборка металла идет под углом, и резец заостряется. Можно изменить угол заточки путем изменения угла наклона анодного инструмента.

Применение электрохимических станков:

– авиадвигателестроение. К типовым деталям современных газотурбинных двигателей, обрабатываемых или имеющих перспективы обработки методом электрохимической обработки, относятся:

  • – компрессорные лопатки и лопатки турбины низкого давления из титановых, алюминиевых, интерметаллидных (Ti-Al, Ni-Ti-Al) и наноструктурных материалов, спроектированные на основе трёхмерного компьютерного моделирования нестационарных турбулентных течений, к которым предъявляются высокие требования к качеству поверхностного слоя;
  • – кольцевые детали пальчиковых уплотнений, имеющие круговой массив узких (0,3…0,6 мм) криволинейных пазов и особые микрорельефы на подъёмных площадках пальчиков;
  • – компрессорные и турбинные лопатки, имеющие регулярный микрорельеф как на поверхности пера, так и замковой части;
  • – турбинные лопатки, имеющие сложнофасонные отверстия для высокоэффективного охлаждения;
  • – детали жаровой трубы и турбины, имеющие массивы охлаждающих наклонных отверстий;
  • – кольцевые детали, имеющие сложнофасонные радиальнорасположенные пазы, к которым предъявляются высокие требования по качеству поверхностного слоя (отсутствие термического влияния и заусенцев);
  • – зубчатые колёса и шестерни выносной коробки агрегатов, имеющие сложный поперечный профиль и продольную линию зубьев;

– автомобилестроение. Для автомобилестроения актуальным является обработка следующих деталей:

  • – высокоточных зубчатых колёс, имеющих сложный профиль (например, с гипоциклоидным зацеплением), торцевых муфт и деталей шлицевых соединений;
  • – различных деталей, имеющих высокоточные отверстий малого диаметра (например, распылители форсунок, кольцевые детали подшипников);

– медицина. Применительно к медицине и медицинской технике электрохимические станки используются для изготовления следующих деталей:

  • – медицинский инструмент для микрохирургических операций (скальпели, чоперы, пречоперы, рассекатели), имеющих очень острую кромку (менее 1 мкм);
  • – медицинские инструменты и приборы (например, зонды, канюли для ирригации, микрозахваты), имеющие узкие пазы и отверстия малого диаметра;
  • – стальные и титановые имплантаты, имеющие фасонные поверхности со специальным регулярным микрорельефом (на внутрикостных и дентальных имплантатах) или наоборот оптически гладкие поверхности;
  • – имплантаты, имеющие различные по форме пазы и отверстия (например, пластины для черепно-челюстно-лицевой хирургии, хирургии позвоночника, медицинские штифты и пр.);
  • – изготовление формообразующего инструмента (штампов, пресс-форм) для изготовления медицинского инструмента (ножниц, зажимов, иглодержателей, пинцетов и т.п.), имплантатов и других деталей;

– микроприборостроение. Электрохимические станки используются для изготовления следующих деталей:

  • – микромодульные зубчатые колёса и шестерни;
  • – магниты специальной формы и малых размеров;
  • – тонкие мембраны сенсоров;

– производство инструмента, изготовление матриц, изготовление пуансонов;

– ювелирная промышленность и геральдика.

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 ЭХО

ЭХО подобна электролитической полировке в том отношении, что при ее использовании происходит процесс растворения анода под действием постоянного тока высокой плотности при постоянном напряжении между деталью и инструментом (катодом) заранее подготовленной формы. На поверхности анодной детали металл послойно растворяется и форма инструмента копируется на детали.Электролит перемешивают в зазоре между электродами с высокой скоростью, обычно превышающей 5 м/с, для интенсификации процесса переноса массы/заряда в слое, примыкающем к аноду, удаления продуктов реакции (продуктов растворения анода – гидрооксидов металла), выделяющихся пузырьков газа и отвода тепла. Обычно в промышленных технологиях инструмент подают в направлении образца, поддерживания небольшой зазор. При приложении электрического потенциала к электродам возможно протекание нескольких реакций.Для растворения железа в водном растворе хлорида натрия характерны следующие реакции электролитической диссоции (рис. 1б):

H2O → H++(OH)-
и
NaCl → Na++Cl-

приводящие к образованию отрицательно заряженных анионов (ОН)-, Cl- и положительно заряженных катионов H+ и Na+ на катоде.На аноде протекает реакция Fe → Fe++ + 2е, а на катоде – реакция образования водорода и гидроксильных ионов 2Н2O + 2е → Н2 + 2OН-. Результирующим эффектом этих реакций является соединение ионов железа с анионами, сопровождающееся выделением гидрата оксида железа Fe(OH)2 (рис. 1б).

Соль, например NaCl, не расходуется в электрохимическом процессе, поэтому для поддержания концентрации электролита на заданном уровне обычно требуется только добавлять воду.При данном сочетании «металл – электролит» в результате электролиза происходит растворение железа на аноде и выделение водорода на катоде. Никакие другие процессы на электродах не протекают. Из этого следует, что форма катода не изменяется при использовании электролита на основе NaCl и он может быть использован в качестве инструмента для формоизменения детали-анода .Для повышения точности изготовления детали и скорости удаления металла процесс проводят при очень высоких значениях плотности тока и относительно низком напряжении, поддерживая зазор между электродами шириной около 0,1 мм при подаче инструмента 1-20мм/мин. Растворенный металл, тепло и газ отводят из зазора принудительным перемешиванием электролита со скоростью 5-50 м/с (табл. 1).

Табл.1. Технические характеристики электрохимической обработки

Электрохимическая обработка, не являющаяся процессом механического удаления металла, может применяться к любым электропроводным материалам в широком диапазоне скоростей обработки независимо от их механических свойств.В частности, на показатели ЭХО не оказывают влияния твердость, вязкость и другие механические свойства материала. Применение ЭХО особенно оправданно в тех случаях, когда необходимо изготавливать детали сложной формы из материала, плохо поддающегося обработке всеми другими способами.Для ЭХО отличительной чертой является отсутствие необходимости использовать инструмент, более твердый, чем обрабатываемая деталь, при этом износ инструмента практически отсутствует.Поскольку контакт между инструментом и деталью отсутствует, ЭХО является незаменимой технологией для изготовления тонкостенных, легкодеформируемых и хрупких компонентов, склонных к образованию трещин в поверхностном слое.

Как уже упоминалось, в большинстве разновидностей ЭХО формы инструментального электрода просто отражаются на поверхности детали, подсоединенной к аноду. Поэтому детали сложной формы можно получать посредством простого поступательного перемещения инструмента. По этой причине, а также из-за того, что ЭХО не оставляет заусенцев, эта технология может заменить несколько операций механической обработки. ЭХО удаляет дефектные слои материала, а также поверхностную часть материала, имеющую повреждения от предшествующей обработки или остаточные напряжения .

Электрохимические станки:

Электрохимические станки предназначены для прецизионной электрохимической размерной обработки токопроводных термообработанных (и не термообработанных) сталей и сплавов, таких как: жаропрочные, быстрорежущие, нержавеющие, инструментальные, легированные, конструкционные, коррозионно-стойкие, высокоуглеродистые, хромистые стали, а также медь, бронза, латунь, никель, цветные сплавы, драгоценные металлы, магниты и магнитные сплавы, стеллиты, титан.

Способ электрохимической размерной обработки основан на растворении материала обрабатываемой детали с высокой скоростью при одновременном воздействии импульсного тока в потоке электролита, поступающего через малый межэлектродный зазор между материалом обрабатываемой детали (анодом) и электродом-инструментом (катодом). При этом, в соответствии с законом Фарадея, масса удалённого с заготовки материала пропорциональна силе тока и времени обработки.

Для осуществления процесса электрохимической размерной обработки два металлических электрода (инструмент и заготовку), в пространстве между которыми находится электролит, подключают к противоположным полюсам источника тока. Отрицательный полюс источника, подсоединённый к электроду-инструменту (катоду), сдвигает его потенциал в отрицательную сторону вследствие увеличения концентрации электронов. Положительный полюс отбирает электроны от подключённого к нему электрода-заготовки (обрабатываемой детали, анода), что сдвигает его потенциал в положительную сторону. Такое отклонение потенциалов электродов от равновесных значений вызывает протекание электродных процессов: на катоде начинается восстановление катионов, на аноде — окисление металла.

Обработка ведется в однокомпонентном электролите (12% раствор азотнокислого натрия (NaNO3) и воды).

В качестве электрода-инструмента для электрохимического станка может быть использован:

  • – образец изделия, припаянный легкоплавкими припоями к электроду,
  • – электрод, специально спроектированный и изготовленный из токопроводящего материала традиционным методом (гальванопластика, фрезерно-гравировальный станок, лазерная резка, гравировка и прочие методы изготовления).

Электрод-инструмент изготавливается из легкообрабатываемых механическим методом (в основном медь, латунь, бронза, незакаленные типы стали) металлов. При этом электрод-инструмент не зависит от таких параметров, как твердость и прочность – они могут быть значительно ниже, чем у материала обрабатываемой заготовки. В дальнейшем, электродом-инструментом, на изготовление которого было потрачено время рабочего цикла только один раз, можно будет изготовить большую (практически без ограничений по количеству) партию рабочего инструмента (штамповой оснастки, матриц, клейм, вставок пресс-форм) или готовых деталей;

Имеющимся готовым электродом-инструментом можно восстановить до рабочих размеров изношенный в процессе штамповки рабочий штамп за минимальное время.

Технология электрохимической обработки имеет преимущества в сравнении с традиционными методами обработки такими как: электроэрозионная обработка, метод лазерной обработки, лазерной резки, использование фрезерно-гравировальных станков, использование многокоординатных скоростных обрабатывающих центров, механической обработки.

Использование электролиза в обработке металлов

Под электролизом понимают физико-химический процесс, в результате которого происходит перенос вещества (на атомарном уровне) с поверхности токопроводящего электрода в электролит и в обратном направлении.

Используя в качестве электродов (или одного из электродов) обрабатываемые заготовки, погруженные в электролит, можно спровоцировать процесс изменения их формы и размеров. Причем скорость процесса и направление движения частиц контролируется с помощью изменения напряжения и полярности на электродах.

То есть, попеременно превращая обрабатываемую деталь то в катод, то в анод, можно «прибавлять» или «убавлять» габариты изделия. А если поверхность детали покрыть диэлектриком, который препятствует ионному обмену, то наращивание или убывание металла произойдет только в «нужных» местах.

Электрохимические методы обработки металлов

По способу воздействия на деталь электрохимические процессы подразделяются на:

  • Анодную обработку, когда заготовку подключают к положительному полюсу.
  • Катодную обработку, когда заготовку подключают к отрицательному электроду.
  • Попеременную обработку, когда заготовка может включаться в цепь, и в роли анода, и в виде катода.

К типовым разновидностям анодной обработки относятся такие процессы, как:

  • Электрохимическое травление.
  • Полировка.
  • Обработка по размеру.

Формообразование детали осуществляется за счет локализованного растворения металла на аноде или окисления верхних слоев заготовки с последующим удалением мягких оксидов.

Самые распространенные «анодные» технологии:

  • Электрохимическое травление (эхт).
  • Полирование (эхп).

Причем ЭХТ используется для глубокой очистки детали перед покраской или сборочными операциями. Кроме того, с помощью ЭХТ на поверхность заготовки можно нанести декоративный рельеф, защитив часть внешней плоскости диэлектрическими составами. А еще с помощью травления можно поднять адгезию металла и подготовить деталь к оклеиванию или сварке давлением.

Технология ЭХП (электрохимической полировки) предполагает травление шероховатостей на поверхности заготовки. Причем деталь можно «разгладить» до состояния «зеркала» (глянцевания). Еще одна сфера применения ЭХП – дезактивация побывавших в зоне радиоактивного заражения изделий. Технология ЭХП позволят в относительно короткие сроки «снять» с поверхности детали слой толщиной до 80-100 микрометров.

Кроме растворения с помощью анодных технологий можно реализовать еще и процесс формообразования, когда на анод «растворяется» до габаритов шаблона-катода. Кроме того, с помощью анодных технологий на поверхности детали можно вырастить очень тонкую оксидную пленку, защищающую изделие от всевозможных «неприятностей».

Катодная обработка распространена меньше, чем ее анодный аналог. Эта технология реализуется в виде гальванических процессов, предполагающих напыление металла. Такие технологии объединены под единым названием – гальваностегия (она же – гальванопластика). Смысл этого действа заключается в формировании на поверхности электрода, в качестве которого может выступать даже покрытая графитом модель, слоя напыляемого металла.

Производительность

Станок имеет скорость процесса снятия слоя материала ниже, чем у механического оборудования. Выигрыш времени в том, что конечный результат по сложности, выдержке формы, сравним с работой 5 фрезерных станков.

Величина производительности определяется, как объем снятого материала (мм³) в единицу времени (мин) при подведенном токе в 1 А. Каждый состав электролита имеет свой показатель. Хлористый натрий, например, имеет значение 2,2 мм³/мин, азотнокислый натрий – 1,1 мм³/мин. Использование состав из нескольких реагентов увеличивает скорость растворения анода, повышает степень обработки.

Производительность повышают, применяя методы многоэлектродного воздействия на площадь детали.

Резка

Увеличение плотности тока приводит к более интенсивному процессу съема металла с поверхности. Выравнивая скорость растворения с подачей катода, получают непрерывный процесс прорезывания канавок в материале. Удаление продуктов реакции обеспечивают непрерывным потоком прокачиваемой жидкости. В качестве электрода выступает проволока, перематываемая с одного барабана на другой.

Прошивание

Метод сходен резке, но электрохимический процесс происходит в основном на торце катода, который подается с равной скоростью. В этой операции электрод должен иметь достаточную жесткость, чтобы не воспринимать вибрацию, которая может передаваться через станок, не деформироваться при движении. Рабочая его часть способствует поддержанию устойчивого потока электролита в зазоре. Не рабочие края надежно изолируют.

Точность обработки плоскости металла составляет ±0,13 мм, отверстий 0,1 – 0,15 мм.

Станок может быть оборудован следящей за параметрами системой.

Копирование

Форма электродов в этом случае совпадает. Зазор выдерживают в расчетном значении. В результате электрохимической реакции, материал разрыхляется, вымывается в не совпадающих местах. В точках, где зазор меньше процесс идет интенсивнее, металл растворяется сильнее. В результате промежуток становится одинаковым, происходит электрохимическое копирование формы металлов обрабатываемых деталей (с допустимыми припусками из-за трудности контроля в малом зазоре). Точность достигаемого копирования от 0,5 мкм до 3 мкм, повторяемость параметров 0,5 — 10 мкм от электрода – эталона в партии.

Распространены универсальные варианты станка для электрохимической обработки металлов – копировально-прошивочные с широкой номенклатурой изделий. Область применения – твердосплавная обработка: инструмент, штампы, пуансоны.

Размерная

Эта технология предназначена для получения у детали требуемой формы, размера. Процедура выполняется при условии скоростного, непрерывного обновления электролитической среды в зоне действия полюсов. Принудительную прокачку ведут под давлением, создаваемым насосом. Постоянный поток жидкости позволяет уменьшать величину зазора между обрабатываемыми металлами. Сопротивление среды снижается, плотность тока растет, электрохимическая реакция ускоряется.

Схема 2

Анодно-механическая обработка

Заточка

Использованы особенности электрохимических явлений при растворении кромки металлов. Получение острия происходит в неравномерном электрическом поле при постоянном перемещении. Регулируя угол наклона, получают заточку заданной формы (наконечники, иглы, электроды). Используют, в основном, соли натрия при плотности тока 4-7 А/см², напряжение 8 — 15В.

Технология электрохимической обработки

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.

Оборудование и материалы

Для электрополировки металла необходимы источники постоянного тока с низкими показателями напряжения и инструменты, для настройки электрического режима. Электролитические ванны должны быть оборудованы нагревателями, поддерживающими температуру химического раствора. Они помещаются в прочную оболочку, располагающуюся на внутренней поверхности ванны, облицованной химическими и теплостойкими материалами.

Для соблюдения техники безопасности в лабораториях для облицовки внутренних конструкций электролитической ванны применяют стеклянные, фарфоровые и керамические материалы. В лабораторных условиях источником тока являются выпрямители, изготовленные из селена или германия. В зависимости от требуемого напряжения возможна установка нескольких выпрямителей.

Для полирования стальных заготовок требуется регулировочное оборудование. Для настройки величины тока в промышленных условиях применяют первичную обмотку трансформатора, соединенного с выпрямителями. С его помощью осуществляется бесступенчатое регулирование тока посредством изменения значений напряжения.

 

Электролит

Материал заготовки

Углеродистая стальНержавеющая стальАлюминийДюралюминий
Ортофосфорная кислота65%65%70%45%
Серная кислота15%15%40%
Хромовый ангидрид6%6%10%3%
Вода14%12%30%11%
Глицерин12%

Большинство металлов полируется в фосфорносернохромовом электролите, удовлетворяющем следующим условиям:

  • высокие показатели растворимости, что способствует лучшему сглаживанию поверхности полируемой детали;
  • длительный срок эксплуатации раствора;
  • универсальность электролита;
  • безопасен для жизни и здоровья человека.

Важным показателем электролита является его температура. Чем выше этот показатель, тем интенсивнее происходит процесс полирования. Для всех электролитов предусмотрены пределы температур. Если резко понизить данный параметр во время проведения электрохимической полировки, то вязкая пленка уплотнится, что приведет замедлению растворения анодов. В результате полируемая поверхность изделия становится матовой и не приобретает зеркальный блеск.

На равномерность электрохимической полировки оказывает влияние дистанция между электродами в электролите. Оптимальное растворение происходит при расстоянии до 40 мм. При дальнейшем увеличении данного показателя удаляемый слой становится неравномерным. В итоге поверхность детали покрывается темным налетом и становится более хрупкой.

После завершения процесса электрохимической полировки требуются приспособления для очистки электролитической ванны и остального полировочного оборудования. Для этого используются растворители и щелочные средства. В их состав входят активные действующими веществами, очищающими поверхность инструментов полировки от различных видов грязи.

Комбинированные процессы электрохимической обработки

Сопротивление материала образца механической обработке резанием или шлифованием зависит от температуры, возникающей в зоне обработки. Как правило, при повышении температуры сопротивление разрушению снижается, а пластичность материала возрастает. На рис. 4 показана температурная зависимость прочности жаропрочных сплавов на основе никеля. Логично принять, что при высокой температуре усилие резания и энергозатраты снижаются, обрабатываемость материала механическими средствами его удаления улучшается. Это обстоятельство было учтено при создании комбинированных технологий, в которых для повышения производительности и качества обработки были использованы дополнительные средства воздействия на удаляемый металл: вращение катода, электрический разряд, импульсное изменение напряжения на электродах, лазерное излучение, ультразвук, вибрация и т. п. .

Рис.4. Изменение предела текучести и предела прочности жаропрочных сплавов на основе никеля в зависимости от температуры

В статье рассмотрены лишь основы электрохимической обработки и простейшие случаи ее применения. Комбинированные технологии электрохимической обработки, интенсивно развивающиеся в настоящее время, позволяют изготавливать изделия, получение которых крайне затруднено или невозможно с помощью других видов обработки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.    Advanced Methods of Machining, J.A. McGeough, Chapman and Hall, London, 1988.2.    Electrochemical machining, J. A. McGeough, in «Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology» (5th edition), Vol. 9. P. 590-606, J.I. Kroschwitz (editor), Wiley-lnterscience, NY, 2005.3.    Маслов A. P. Высокие технологии в машиностроении / А. Р. Маслов // ИТО новости. Приложение к журналу «Комплект: инструмент, технология, оборудование». 2007. N° 11. С. 8-11.4.    Machining methods: electrochemical, J. A. McGeough and X.K. Chen, in «Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology» (4th edition), Vol. 15. P. 608-622.5.    Surface Effects on Alloys Drilled by Electrochemical Arc Machining, A. DeSilva and J. A. McGeough, «Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B, Journal of Engineering Manufacture». 1986. Vol. 200. P. 237-246.6.    Deburring-2: Electrochemical Machining, D. Graham, «The Production Engineering». 1982. Vol. 61, No. 6. P 27-30.7.    Drilling Without Drills, G. Bellows and J.D. Kohls, «American Machinist». 1982. P. 178-183.8.    Study of Electrical Discharges in Electrolyte by High-Speed Photography, X. Ni, J.A. McGeough, and C.A. Greated, «Journal of Electrochemical Society». 1993. Vol. 140. P 3505-3512.9.    Study of Pulse Electrochemical Machining Characteristics, K. P. Rajurkar, J. Kozak, and B. Wei, «Annals International College for Production Research». 1993. Vol. 42. P. 231-234.10.   An Electrochemical Machining Method for Removal of Samples and Defective Zones in Metal Pipes, Vessels and Structures, D. Clifton, J. W. Midgley,andJ.A. McGeough, «Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B, Journal of Engineering Manufacture». 1987. Vol 201. P. 229-231.

А.И. Преображенский,канд. техн. наук, главный редактор журнала «Главный механик»

< Предыдущая   Следующая >

Следующие материалы:

  • Способы восстановления сверл
  • Сказка о шероховатости
  • Система ЧПУ или модуль позиционирования?
  • Алгоритм опережающего просмотра Look-ahead в современных системах ЧПУ и параметры его настройки
  • Новые функции в системе ЧПУ HEIDENHAIN TNC 640

Предыдущие материалы:

  • Автоматизированная система настройки шлифовальных станков для изготовления инструмента сложной формы
  • Повышение эффективности технического обслуживания, ремонта и модернизации металлообр. оборудования
  • Принципы управления машиной для термической резки с УЧПУ
  • Безабразивная ультразвуковая финишная обработка металлов – технология XXI века
  • Воздушные турбины расширяют возможности станков
Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий