Электрохимическое формообразование

2.1. Копирование электрода-инструмента на заготовке

Точность копирования электрода-инструмента на заготовке зависит от скорости растворения участков заготовки, отстоящих на различных расстояниях от электрода-инструмента. Рассмотрим получение углубления в плоской заготовке 2 электродом-инструментом 1, имеющим выступ ah (рис. 10). В начале процесса граница заготовки занимает положение I - I. На расстоянии s₁ от нее расположен выступ ab электрода-инструмента, который перемещается к заготовке с такой скоростью v_и, чтобы сохранялся постоянный зазор s₁. Через межэлектродный прометок прокачивают электролит со скоростью v_э. Если приближенно принять выход по току, удельную проводимость электролита и напря-пие одинаковыми по всей длине межэлектродного прометка, то скорости анодного растворения материала под участками ab и cd согласно зависимости (7) составят

v_ab = U/(s₁); v_cd = U/(s₂).

Введем обозначение K = U/. Тогда скорость анодного растворения на участках ab и cd будет зависеть только от размеров межэлектродных зазоров между начальной границей заготовки и ответствующей поверхностью электрода-инструмента:

v_ab = K/s₁; v_cd = К/s₂ (22)

Рис.10

Как видно на рис. 10, в начальный момент обработки зазор s₂ > s₁, следовательно, скорость растворения на участке ab будет больше, чем на участке cd, в s₂/s₁ раз, т. е.

v_ab/v_cd = s₂/s₁. (23)

По мере растворения металла заготовки и перемещения электрода-струмента зазор s₂ уменьшается, но остается справедливым условие s₂>s₁ т. е. съем металла под выступом идет быстрее. Через которое время в плоской заготовке будет получено углубление с границей II - II. Форма электрода-инструмента отобразилась на аноде, и достигнута размерная обработка.

2.2. Межэлектродный зазор

Как следует из уравнения (23), и скорость анодного растворения, и точность обработки тем выше, чем меньше межэлектродный зазор. Однако с уменьшением зазора усложняется процесс его регулирования, возрастает сопротивление прокачке электролита, может произойти пробой, вызывающий повреждение обрабатываемой поверхности. Из-за увеличения газонаполнения при малых зазорах снижается скорость анодного растворения. Следует выбирать такой размер зазора, при котором достигаются оптимальные скорость съема металла и точность формообразования.

Для ЭХО отверстий и небольших полостей, лопаток газотурбинных двигателей, а также при разрезании заготовок устанавливают и поддерживают зазор s = 0,1 ... 0,3 мм; для круных полостей, лопаток энергетических машин, для схем протягивания и точения задают зазор s = 0,3 ... 0,5 мм; при струйном методе обработки расстояние между электродами выбирают в диапазоне 1 ... 15 мм; в случае неподвижных электродов в начале процесса устанавливают зазор s = 0,1 ... 0,3 мм.

При ЭXО используется три способа регулирования межэлектродных зазоров.

1. При работе с неподвижными электродами (см. рис. 1) зазор постоянно возрастает, скорость анодного растворения снижается. Режим изменяется в течение обработки заготовки, т. е. является нестационарным. В начале процесса анодного растворения электрод-инструмент 1 находится относительно заготовки 2 на расстоянии s₀ (рис. 11).

Рис.11

Через некоторое время т граница обрабатываемой поверхности заготовки, занимавшая положение I - I, переместится в положение II - II, а зазор возрастает на толщину растворенного слоя. Обозначим на рис. 11 ось х, направленную по потоку электролита, и ось у, перпендикулярную обрабатываемой поверхности заготовки. Если в уравнении (7) скорость растворения металла записать через dy/d, то при  = const

dy/d = U/y.

Интегрируем это выражение:

где s_k – межэлектродный зазор в конце обработки:

2.При непостоянной скорости подачи инструмента режим обработки с течением времени становится близким к стационарному. Рассмотрим сдему прошивания (см. рис. 2, а) при скорости подачи v_и = const. Если выбранная скорость подачи меньше, чем скорость растворения металла, то зазор постепенно увеличивается. Это приводит к снижению скорости удаления материала. Через некоторое время скорость подачи инструмента и скорость растворения материала заготовки выравниваются и режим становится стационарным. При превышении скорости подачи электрода-инструмента над скоростью растворения металла также происходит саморегулирование зазора. Устанавливается стационарный режим (s_y = const). Тогда из уравнения (7):

s_{y =} U/(v_и). (25)

Рассмотрим случай нестационарного процесса, когда начальный зазор s₀ больше установившегося s_y, определяемого по формуле (25). Скорость изменения зазора ds/d = U/(s) - v_и где v_и - скорость подачи инструмента. Учитывая, что U/ = v_и s_y, находим .sds = s_yv_иd - v_иsd или -sds/(s - s_у) - v_ud.

Интегрируя уравнение по времени от 0 до , при изменении зазора от s_o до s_k получим

v_и = s_o - s_k + s_yln(s₀ - s_y)/(s_k - s_y). (26a)

Если начальный зазор меньше установившегося, то

v_и = s_k - s_o + s_yln(s_y - s_o)/(s_y - s_k) ). (26б)

Из уравнений (26a), (26б) можно найти установившийся зазор и зазор в конце обработки, а также время обработки .

3.При периодическом перемещении электрода-инструмента относительно заготовки через определенные промежутки времени отключают рабочий ток, подводят электрод-инструмент до контакта заготовкой, затем отводят его на расчетное расстояние и вновь включают рабочий ток. Между циклами подвода и отвода инструмента его либо оставляют неподвижным относительно заготовки, по перемещают к ней или от нее со скоростью рабочей подачи.

В момент включения рабочего тока зазор s равен расчетному. Далее, в зависимости от схемы перемещения электрода-инструмента между циклами его подвода и отвода зазор либо возрастает по закону, выражаемому зависимостью (24), либо остается постоянным. Время между циклами измеряется секундами, поэтому изменение зазора во времени незначительно и в расчетах его можно снимать равным расчетному, а режим считать стационарным.