Метод электрохимической (анодно-гидравлической) размерной обработки

В случаях, когда нужно снять значительное количество металла, изменить его форму, препятствием к ускорению процесса обработки является выделение на поверхности анода продуктов прианодных реакции, препятствующих проникновению тока в изделие. Для того чтобы преодолеть этот недостаток и обеспечить высокую производительность процесса, необходимо непрерывно удалять с поверхности обрабатываемого изделия - анода указанные продукты реакций - проводить так называемую депассивацию изделий. Депассивация может осуществляться либо чисто механически, либо сильной струёй электролита при работе в проточном электролите, вымывающем непрерывно продукты пассивации из межэлектродного пространства. Такого рода процесс носит название анодно-гидравлической размерной обработки изделий (рис. 4.1).

 

Рис. 4.1. Схема анодно-гидравлической размерной обработки изделий: копирование профиля (а); воспроизведение профиля катода в аноде (прошивание) путем электрохимической обработки в проточном электролите (б).

1 - анод; 2 - электролит; 3 - катод; 4 - профиль катода, воспроизводимый в аноде.

 

В промежуток между медным инструментом (катодом) и заготовкой изделий (анодом) подается под давлением электролит. Если инструмент фасонный, то, так как плотность тока наибольшая у выступов инструмента, там, где межэлектродный зазор минимальный (линейная скорость растворения пропорциональна зазору), будет сосредоточена наибольшая скорость растворения анода. В результате против выступов инструмента образуются на изделии впадины, и в конечном счете изделие принимает форму оттиска с инструмента (рис. 4.1, а). По этому же принципу может быть осуществлено воспроизведение профиля катода в аноде (рис. 4. 1,6) и прошивание в последнем отверстий. При движении электролита в межэлектродном пространстве можно не только удалять образующиеся гидроокиси, но и выполнять обработку при повышенных плотностях тока (до сотен А/см²), если обеспечить интенсивное охлаждение электролита, нагреваемого большими токами.

Электрохимическая обработка в проточном электролите позволяет поэтому получить очень высокую производительность (десятки тысяч мм³/мин растворяемого металла) при полном отсутствии износа рабочего инструмента (катода) и при возможности получения высокой точности обработки и чистоты поверхности. Электрохимическая обработка в стационарном электролите дает малую производительность, но позволяет обрабатывать сложнопрофилированные изделия с высокими классами чистоты и не требует специального инструмента. Поэтому ее основная область применения - электролитическое шлифование или полирование. Наоборот, электрохимическая обработка в проточном электролите применяется там, где с заготовки надо снять много металла, причем производительность ее тем выше, чем больше размеры изделий. Ее основные области применения следующие.

. Доводка поверхностей штампов, пресс-форм, литейных форм после грубой, например электроискровой, обработки.

. Затачивание режущего инструмента, оснащенного твердым сплавом.

. Профилирование изделий сложной формы, например турбинных лопаток (рис. 4.2, а).

. Профилирование деталей типа тел вращения, обтачивание цилиндрических и конических деталей (рис. 4. 2,6).

. Прошивание сквозных отверстий - круглых, прямоугольных и фасонных, крупных и очень малых (рис. 4.2, г).

. Разрезание заготовок и деталей с получением чистого реза (рис. 4.2, г).

. Сглаживание в узких каналах и фасонных полостях, удаление заусенцев.

 

 

Рис. 4.2. Схемы некоторых применений анодно-гидравлической размерной обработки.

а - профилирование перьев турбинных лопаток (пунктиром показан профиль готового изделия); б-профилирование деталей типа тел вращения; о-прошивание отверстий; г - разрезание заготовок; 1 - электрод; 2 - заготовка;

S_Э-направление перемещения электродов; S_И - направление перемещения изделия; остальными стрелками показано движение электролита.

 

Особенно эффективной является электрохимическая размерная обработка изделий из твердых сплавов, с трудом поддающихся механической обработке. Существенным преимуществом размерной анодно-гидравлической обработки является также отсутствие наклепа и вообще изменений структуры обрабатываемого материала.

Анодно-гидравлическая размерная обработка осуществляется в станках, универсальных или специализированных (например, для обработки турбинных лопаток, обработки штампов и пресс-форм, прошивки отверстий, обработки внутренних цилиндрических поверхностей, резки материалов, шлифования, снятия заусенцев и т.п.). Каждый такой станок содержит рабочую камеру, обычно закрытую прозрачным щитком для наблюдения за ходом процесса, в которую введены шпиндели с держателями инструмента (катода) и изделия. Шпиндели могут получать поступательные (подача) и вращательные движения от суппортов с электромеханическими приводами, находящихся вне рабочей камеры на станине станка. В рабочую камеру вводят электролит, вспрыскиваемый под давлением в межэлектродный зазор. Последний весьма мал: расстояния между электродами в зависимости от процесса составляют от 0,1 до 0,5 мм. В зазорах скорость электролита достигает 5 - 40 м/с. В состав станка входят также насос, источник питания, баки для хранения и приготовления электролита и устройство для очистки последнего.

В качестве электролита при обработке обычных сталей применяют 15-25%-ный раствор поваренной соли; при обработке высоколегированных сталей, твердых сплавов и других металлов и сплавов применяют также растворы других солей: NаNО₂, NаNО₃, NаСО₂. Обычно анодный выход по току при применении раствора поваренной соли достаточно велик (от 60 до 99%) и лишь для чугуна, свинца и молибдена намного меньше. Рабочие электроды выполняются из меди и латуни; нерабочая часть их поверхности изолируется эмалями. Съем металла составляет обычно от 8 до 16 см³/(кВт×ч), энергоемкость для сталей от 6 до 25 (кВт×ч)/кг. Плотность тока также изменяется в широких пределах: от 0.5-0,2 А/см² (шлифование) до 50-200 А/см². Напряжение на электродах составляет 10-30 В.

Источники питания для анодно-гидравлической размерной обработки ранее представляли собой вращающиеся преобразователи на токи 250-10000 А. Сегодня они почти вытеснены полупроводниковыми выпрямителями на напряжения постоянного тока от 3 до 12 В или от 9 до 24 В. Максимальный рабочий ток достигает 30000 А.

В некоторых случаях для питания станков анодно-гидравлической размерной обработки применяют источники, дающие униполярные или несимметричные биполярные импульсы синусоидальной, прямоугольной или пилообразной формы.

Регулирование режима процесса заключается в поддержании постоянного зазора (устанавливается периодически при выключенном рабочем токе), постоянных значений рабочего тока или напряжения на электродах, плотности тока, заданной скорости подачи электрода. В мощных станках в последнее время применяют стабилизацию рабочего тока при заданном напряжении.

 

Список литературы

 

1. Болотов А.В. Электротехнологические установки. - М.: Высш. шк., 1988.

. Свенчанский А.Д. Электротехнические промышленные установки. - М.: Энергоиздат, 1982.

. Свенчанский А.Д., Трейзон З.Л. Автоматизация электротехнических установок. - М.: Энергия, 1968.