Электрические эрозии

При проектировании нового инструмента  целесообразно предусматривать  припуск 3—5 мм на подгонку частоты. При  подгонке 1асть припуска срезается, если резонансная частота головки с этим инструментом оказывается слишком низкой. При проектировании инструмента следует также учитывать боковую разбивку отверстия величина которой (0,06—0,36) мм зависит от размера зерна  абразивива.

В процессе обработки необходимо обеспечить непрерывное перемещение инструмента (движение подачи), а также создать определенную статическую нагрузку между ним и заготовкой. Кроме того, при обработке глухих отверстий и полостей необходимо периодически выводить инструмент для заполнения полости свежим абразивом и удаления продуктов износа. Эти функции выполняет акустическая головка. Акустическая головка позволяет автоматически и вручную осуществлять необходимые перемещения шпинделя станка, поддерживает заданный режим работы. Приборы, устанавливаемые на акустической головке, позволяют определить, необходимую силу подачи.

 

ГЛАВА    ЧЕТВЕРТАЯ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

 

 

1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ   ОБРАБОТКА В СТАЦИОНАРНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ

 

 

Электрохимическими называются методы обработки металлов,, основанные на использовании явления электролиза, т. е. явлений,., возникающих при прохождении электрического тока через растворы электролитов. В большинстве электрохимических методов обработки используется преимущественно процесс анодного растворения — переход металла, помещенного в электролитическую ванну в качестве анода, из металлического состояния в различные неметаллические соединения (соли, гидроокиси, окислы).

В электролитах молекулы вещества распадаются  на электрически заряженные частицы — ионы, каждый из которых переносит один или несколько электрических зарядов. Число положительных И отрицательных зарядов, переносимых ионами, одинаково, и поэтому в целом электролит электрически нейтрален. Например, молекула хлористого натрия, растворяясь в воде, распадается на катион натрия Na+ и анион хлора С1, кроме того, вода содержит Ионы водорода Н+ и гидроокиси ОН-. Если к электродам, погруженным в этот раствор, приложить разность потенциалов, то анионы гидроокиси ОН~ и хлора С1~ будут двигаться к аноду, а катионы водорода Н+ и натрия Na+ — в сторону катода (рис.68). Электрическая цепь (источник питания — электрод — электролит — электрод — источник питания) при этом замкнется, и источник питания будет перемещать электроны по внешней цепи. Ионы металла Me будут переходить в раствор. Для железа,   например,   это можно записать   следующим   образом:

Fe—2e^Fe+2.

Рис. 68. Схема анодного растворения металла

Рис. 68. Схема анодного растворения металла

 

 

 

 

 

Образующийся ион металла Me связывается с ионом гидроокиси ОН~, образуя гидрат окиси металла Ме(ОН), который плохо растворяется в воде и выпадает в осадок

Fe+2 + 2ОН~ -* Fe (ОН),.

Ионы водорода Н+ разряжаются на катоде, образуя атомы водорода, которые в виде пузырьков уходят из раствора:

Н+ + е -> Н;   Н + Н -> H2f.

Кроме указанных основных электродных  реакций, возможны и другие побочные. Например, выделение газообразного  кислорода «а аноде

2ОН- — 2е

 Н2О

 О;   О + О -> O2f.

Содержащиеся в растворе ионы хлора  и натрия переносят электрические заряды, их присутствие может вызвать или образование щелочи NaOH и хлористого железа FeCl, или выделение газообразного хлора на аноде.

Классификация операций электрохимической  обработки. Операции электрохимической  обработки, осуществляемые по одному и тому же принципу, по существующей классификации могут быть разделены на две различные (по технике проведения и результатам) группы: 1) при невысокой плотности тока в стационарном электролите; 2) при высокой плотности тока в проточном электролите (анодно-гидравлическая обработка).

Электрохимическую   обработку  в стационарном   электролите  делят на полирование, профилирование (копирование), заострение' (затачивание), доводку.

Электрохимическую обработку в  проточном электролите подразделяют на профилирование (копирование), резание, прошивание, протягивание и калибрование.

 

 

Рис. 69. Схема    электрохимической  обработки    в стационарном электролите

а— схема установки;  б—д—последовательные стадии  сглаживания   поверхности;  1 — источник тока;  2 — резистор;  3 — электролит:  4 — ванна; 5—заготовка;  6 — пленка  продуктов растворения во впадинах поверхности; 7 — силовые линии тока; 8 — катод

 

При электрохимической обработке  с высокой плотностью тока необходимо интенсивное удаление из зоны обработки  продуктов анодного растворения. Последнее может осуществляться одним из трех способов: поточным электролитом, прокачиваемым под давлением через зону обработки; механическим, электроэрозионным и ультразвуковым воздействием на обрабатываемую поверхность; механическим удалением шлифовальным диском, хонами или абразивными   частицами,   свободно   находящимися   в   электролите.

На рис. 69 показана принципиальная схема электрохимической обработки  в стационарном электролите для  наиболее типичной; операции — электролитического шлифования или полирования. Электрический ток, проходя через электролит 3 и электроды 8 и 5, вызывает растворение поверхности анода 5 в электролите и образование продуктов растворения 6, которые, задерживаясь в углублениях шероховатости поверхности, изолируют последние or прохождения тока, сосредоточивая его силовые линии на незащищенных участках поверхности анода. Происходит быстрое растворение выступов, и поверхность анода сглаживается.

Электрополирование имеет многообразное  применение. Наилучшее качество поверхности достигается при электрополировании чистых и однородных металлов и сплавов. Полирование турбинных лопаток из легированных и труднообрабатываемых сплавов (удаление поверхностно-напряженных слоев металла после-механической обработки, повышение коррозионной стойкости и уменьшение шероховатости поверхности, уменьшение трудоемкости операции), полирование зубьев зубчатых колес (улучшение прирабатываемости, удаление дефектного поверхностного слоя, снижение трудоемкости операции), наружное и внутреннее полирование труб из легированных сталей и специальных сплавов (улучшение   качества   поверхности   и снижение  трудоемкости).

Процесс профилирования осуществляется за счет анодного растворения заготовки,   помещенной внутрь полого цилиндрического катода. Растворение происходит интенсивнее на участках, более близких к катоду, результатом чего является изменение формы, в данном случае округление заготовки. Электролит — растворы кислот и солей.

Заострение и затачивание режущего инструмента осуществляют за счет создания на лезвии повышенной плотности тока, что обеспечивается соответствующим расположением лезвия инструмента относительно катода; характер заострения зависит также •от первоначального угла заточки. Электролитом являются растворы кислот.

Доводку электрохимическим методом  при стационарном электролите используют для обработки поверхностей штампов, пресс-форм и литейных форм после  электроэрозионной обработки. При  затачивании и доводке можно  получить точность до 0,1 мм при высоте микронеровностей обработанных поверхностей Ra = = 0,32ч-0,63 мкм.

Достоинства электрохимической обработки  в стационар ном электролите: возможность получения поверхностей с малой высотой микронеровностей, отсутствие необходимости в специальном  инструменте. Недостатки: невысокая удельная производительность, чувствительность к изменениям состава электролита и его состояния, проявляющаяся в нарушении стабильности процесса,  влияние на процесс неоднородности строения  заготовки.

 

2. АНОДНО-ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ  ОБРАБОТКА

 

 

При анодно-гидравлической обработке применяют токи высокой плотности. Локализация процесса обработки обеспечивается конструкцией инструмента и созданием малых межэлектродных зазоров. Образующиеся при электролизе продукты растворения удаляются из межэлектродного промежутка потоком электролита. На рис. 70 дана принципиальная схема электрохимической обработки в проточном электролите. Ток, проходя между катодом-инструментом 3 и анодом — заготовкой 1, вызывает растворение поверхности анода, в результате чего в нем воспроизводится про--филь катода-инструмента в виде углубления 4 негативной формы. В начале процесса отдельные участки катода 3 располагаются значительно ближе к заготовке-аноду /, и через них за счет меньшего сопротивления электролита 2 проходит ток большей величины. В результате находящиеся здесь участки заготовки подвергаются анодному разрушению быстрее.

Электрический ток проходит и на других участках, но за счет меньшей  плотности тока на этих участках скорость их анодного растворения менее интенсивная.

 

 

 

 

 

Рис. 70. Схема электрохимической  обработки в проточном электролите  — воспроизведение профиля катода на аноде

 

 В конце обработки, когда  анод приобретает отображенную  форму катода, плотность тока  выравнивается по всей поверхности.  В реальных условиях процесс значительно усложняется, что приводит к неравномерному съему металла. Поэтому рабочая часть электрода-катода представляет собой, в свою очередь, несколько откорректированный профиль обрабатываемого элемента заготовки.

Состав электролитов зависит от химического состава обрабатываемого материала. Для применяемых при обработке большинства марок конструкционных сталей это водные растворы поваренной соли NaCl концентрации 10—20%. Для обработки заготовок из титана рекомендуется 25%-ный раствор серной кислоты. Для обработки деталей из алюминиевых сплавов иногда применяют растворы, содержащие 10% поваренной соли и 10 г/л лимонной кислоты. Применяются электролиты и других химических составов; данные о них приведены в справочной литературе.

Питание установок размерной электрохимической обработки обычно производится выпрямленным током однофазного или трехфазного полупроводникового выпрямителя.

К достоинствам электрохимической  обработки в проточном электролите  относятся: высокая производительность, достигающая десятков тысяч кубических миллиметров в минуту; отсутствие износа электрода-инструмента; возможность повышения производительности с сохранением или повышением точности обработки при необходимой шероховатости поверхности. Недостатки: высокая энергоемкость процесса; необходимость принятия специальных мер для удаления интенсивно выделяющихся осадков гидроокисей и газов; трудность управления процессом при обработке заготовок сложного профиля с высокой точностью; необходимость обеспечения интенсивной циркуляции электролита при обработке; некоторое снижение выхода по току при возрастании плотности тока.

Производительность процесса может  характеризоваться интенсивностью анодного растворения   металла  или скоростью съема металла   (мм3/мин)   с  обрабатываемой   поверхности.   Скорость съема металла с обрабатываемой поверхности можно рассчитать ю формуле

где К — электрохимический эквивалент, мм3/мин; U — напряжение на электродах, В; х Эф — эффективная электропроводность (промежутка), Ом-; б — межэлектродный зазор, мм; т] — выход по току, % (представляет собой отношение количества фактически растворившегося металла к теоретическому, рассчитанному из предположения, что на аноде происходит лишь одна реакция растворения металла).

На величину съема, как и на другие технологические показатели, кроме свойств электролита влияют многие факторы электрического и гидродинамического характера, изменяющиеся в широких пределах. Ниже приведены пределы изменения режимов обработки.

 

 

 

 

Напряжение на электродах, В	8—24
Плотность тока, А/см2	До 300
Скорость потока электролита, м/с	1—30
Межэлектродный зазор, мм	0,1—6
Давление в электролите в  промежутке, МПа	До 5

 

Выбор скорости потока электролита  определяется в значительной мере допустимым нагревом его в промежутке. Процесс  протекает устойчиво, если перепад температур на входе и выходе электролита не превышает 8—10° С; при этом расход электролита должен составлять 200—300 л/мин на каждые 1000 А.

Скорость формообразования при  анодно-гидравлической обработке зависит  от анодной плотности тока. Предельная плотности тока в межэлектродном промежутке лимитируется минимальным зазором, допустимым по условиям удаления гидроокиси металла. нагрева электролита и возможностью электрического пробоя промежутка. При анодно-гидравлической прошивке и обработке поверхностей небольших площадей (до 50—100 см2) с равномерным припуском минимальный межэлектродный зазор может был снижен до 0,1—0,3 мм. Скорость обработки в этом случае достигает 0,5—2 мм/мин. При обработке поверхностей (0,5—2 м2) с большой неравномерностью припуска обработку ведут при больших зазорах (1-—10 мм). Скорость съема металла в этом случае составляет 0,02—0,2 мм/мин.

Производительность, оцениваемая  интенсивностью растворения металла, зависит от количества электричества, реализованного в межэлектродном промежутке. Выпускаемые источники тока позволяют довести интенсивность съема металла до 100—250 Н/ч.

Точность обработки и качество поверхности. При анодно-гидравлической обработке погрешности зависят  от неточности изготовления станков, инструментов и приспособлений и других факторов, общих для механической и электрохимической технологии. Однако не эти факторы определяют относительно низкий уровень точности электрохимического формообразования. Основной причиной возникновения погрешностей при анодно-гидравлической обработке является изменение электродного зазора под воздействием специфичных для процесса колебаний электрохимического и гидродинамического характера. В начальный момент обработки межэлектродный зазор в различных сечениях определяется начальной неравномерностью поверхности заготовки (рис. 71), поэтому процесс анодного растворения заготовки происходит с различной скоростью. Там, где зазор меньше, а плотность тока выше, съем идет интенсивнее. Межэлектродный зазор постепенно выравнивается, неровности на обрабатываемой   поверхности уменьшаются, достигая к концу обработки какой-то величины А„. Чем скорее идет выравнивание, тем быстрее стабилизируются    электрохимические и ^гидродинамические   условия   процесса,   тем меньше будут погрешности, переносимые с за'готовки на готовую деталь. Выравнивающие свойства  процесса можно оценить показателем