Лекция №30 Характеристика технологического процесса электрохимической обработки
Электрохимические методы обработки основаны на законах электрохимии. По используемым принципам эти методы разделяют на анодные и катодные, по технологическим возможностям — на поверхностные и размерные.
Поверхностная электрохимическая обработка. Практическое использование электрохимических методов началось с 30-х гг. 19 в. (гальваностегия и гальванопластика). Первый патент на электролитическое полирование был выдан в 1910 Е. И. Шпитальскому. Суть метода состоит в том, что под действием электрического тока в электролите происходит растворение материала анода (анодное растворение), причём быстрее всего растворяются выступающие части поверхности, что приводит к её выравниванию. При этом материал снимается со всей поверхности, в отличие от механического полирования, где снимаются только наиболее выступающие части. Электролитическое полирование позволяет получить поверхности весьма малой шероховатости. Важное отличие от механического полирования — отсутствие каких-либо изменений в структуре обрабатываемого материала.
Размерная электрохимическая обработка. К этим методам обработки относят анодно-гидравлическую и анодно-механическую обработку.
Анодно-гидравлическая обработка впервые была применена в Советском Союзе в конце 20-х гг. для извлечения из заготовки остатков застрявшего сломанного инструмента. Скорость анодного растворения зависит от расстояния между электродами: чем оно меньше, тем интенсивнее происходит растворение. Поэтому при сближении электродов поверхность анода (заготовка) будет в точности повторять поверхность катода (инструмента). Однако процессу растворения мешают продукты электролиза, скапливающиеся в зоне обработки, и истощение электролита. Удаление продуктов растворения и обновление электролита осуществляются либо механическим способом (анодно-механическая обработка), либо прокачиванием электролита через зону обработки (рис. 49).
Рис. 49. Схема анодно-гидравлической обработки поверхности турбинной
лопатки подвижными электродами: 1 - лопатка; 2 - электроды; 3 - электролит.
Стрелками показано направление движения электродов и электролита.
Этим методом, подбирая электролит, можно обрабатывать практически любые токопроводящие материалы, обеспечивая высокую производительность в сочетании с высоким качеством поверхности. Используемые для анодно-гидравлической обработки электрохимические станки просты в обращении, используют низковольтное (до 24 в) электрооборудование. Однако значительные плотности тока (до 200 а/см2) требуют мощных источников тока, больших расходов электролита (иногда до 1/3 площади цехов занимают баки для электролита).
Размерная ЭХО предназначена для изменения формы, размером и шероховатости поверхностей обрабатываемой заготовки. При размерной ЭХО растворение металла происходит при прохождении тока через электролит, прокачиваемый под давлением в зазоре между электродом-инструментом и заготовкой. Наиболее интенсивное растворение происходит на участках, где зазор минимален, а плотность тока наибольшая. В ходе размерной ЭХО происходит выравнивание плотности тока в межэлектродном зазоре и, как следствие, копирование профиля электрода - инструмента на заготовки. В связи с растворением металла заготовки и необходимостью поддержания оптимальной ширины межэлектродного зазора для продолжения процесса инструменту - катоду сообщается движение подачи, направленное к обрабатываемой поверхности.
В качестве электролитов используют растворы солей NaCl, NaNO3, Na2SO4 с добавлением слабого раствора соляной кислоты. Наиболее часто используют водный раствор NaCl, который дёшев и обеспечивает длительную работоспособность благодаря непрерывному восстановлению в растворе хлористого натрия.
В среднем электрические параметры размерной ЭХО следующие: напряжение U = 6 … 60 В; плотность тока i = 5…250 A/см2. При этом достигается параметр шероховатости обработанной поверхности Ra = 2,5… 0,32 мкм, который с увеличением плотности тока снижается.
Размерной электрохимической обработке подвергаются наружные и внутренние поверхности. Она служит так же для прошивки и калибрования отверстий (рис. 50. а), обработки лопаток турбин (рис. 50. б), труб, фасонных полостей и т.д. Выполняют размерную ЭХО на специальных станках, включающих механизмы, реализующие кинематическую схему обработки: источник электропитания; гидросистему, обеспечивающую очистку и подачу электролита в межэлектродный зазор; устройства, контролирующие работу систем и средства автоматики, поддерживающие оптимальный межэлектродный зазор и другие параметры процесса.
Рис. 50. Размерная электрохимическая обработка:
а – прошивка и калибрование отверстий; б – обработка лопаток турбин.
Отделочная ЭХО предназначена для изменения состояния и свойств поверхностей (например, удаление грата, окалины, скругление заусенцев, снижение шероховатости до Ra = 0,04 мкм и Rz = 0,025 мм). При проведении отделочной ЭХО заготовка помещается в ванну с электролитом, подключается к аноду, а катодом служит металлическая пластина (медь, свинец и т.д.) После подачи напряжения на электроды, начинается интенсивное растворение выступов микронеровностей заготовки вследствие повышенной плотности тока на их вершинах. Поверхности впадин микронеровностей растворяются значительно медленнее, так как заполняются экранирующими их продуктами растворения, имеющими пониженную проводимость. В результате такого неравномерного растворения происходит сглаживание толщины дефектного слоя и увеличение коррозионной стойкости поверхности. Для повышения интенсивности растворения используют электролит, нагретый до 40…800 С.