Технічні характеристики эхро

Процес формоутворення поверхні деталі відбувається таким чином. На початку обробки ділянки профілю інструменту розташовані на різних відстанях від поверхні деталі. Від цих відстаней (зазорів) залежить величина струму, що протікає через кожну локальну ділянку інструменту і деталі. Чим менше зазор, тим більше щільність струму, а, отже, і швидкість анодного розчинення ділянки деталі. В результаті зазори між електродами вирівнюються, поверхня деталі набуває форми інструменту (див. мал. 2.2).

Електрод-інструмент для ЭХРО виготовляють з металів з достатньо хорошою электропроводимостью і високою стійкістю проти корозії (наприклад, з міді, латуні, титану, коррозионностойкой стали і т.д.). Для кращої локалізації процесу неробочі ділянки інструменту ізолюють діелектричними матеріалами (епоксидними смолами, поліпропіленом і ін.).

Процес електрохімічного формоутворення поверхонь може здійснюватися з нерухомими або рухомими електродами, з односторонньою або двосторонньою обробкою деталі.

Продуктивність процесу оцінюють по кількості матеріалу, що знімається з оброблюваної поверхні в одиницю часу. Згідно закону Фарадея швидкість питомого знімання буде прямо пропорційна електрохімічному еквіваленту матеріалу , що розчиняється , виходу цього матеріалу по струму і анодній щільності струму :

(2.6) Qa=a

Вихід по струму визначається як відношення дійсної кількості розчиненої речовини до того, яке повинне було б розчинитися, якби важ струм витрачався тільки на реакцію розчинення, виключаючи можливі побічні реакції. Значення зазвичай знаходиться в межах 0,4-1,0.

Електрохімічний еквівалент сплаву підраховують по формулі:

(2.7)

де Аi - процентний вміст i-го елементу в сплаві; - його електрохімічний еквівалент; N - число компонентів сплаву. Згідно закону Фарадея і Ома практичну лінійну швидкість (інтенсивність знімання металу Vпр (мм/мін), рівну швидкості подачі катода-інструменту Vк, розраховують по рівнянню:

(2.8)

де U - напруга, що подається на електроди (заготівку і інструмент), В; - падіння напруги на міжфазових межах між електродами і електролітом. У; - локальний міжелектродний зазор, мм; у якому вектори , співпадають і рівні; - питома электропроводимость електроліту, 0м-1, см-1 ; -объемный електрохімічний еквівалент, мм3 /(А мін); - вихід по струму.

В цілях забезпечення стабільності процесу і високої якості обробки з міжелектродного проміжку (МЭП) за рахунок руху електроліту безперервно видаляють газоподібні і нерозчинні продукти електрохімічних реакцій.

Інтенсивний обмін розчину необхідний також для відведення тепла, що виділяється при нагріві електроліту в робочій зоні. Процес йде нормально, якщо перепад температур по довжині МЭП не перевищує 10--15 ^oС, для чого необхідно забезпечити витрату розчину 0,3-35 см3 /с на 1А технологічного струму.

Для визначення необхідних значень витрати F і швидкості перебігу розчину електроліту в зазорі w користуються формулами:

(2.9)

(2.10)

де - температурний коефіцієнт питомої электропроводимости; l- довжина міжелектродного проміжку; I - струм; - перепад температури по довжині МЭП; Се - питома теплоємність розчину електроліту; iа - щільність анодного струму; - щільність електроліту.

Досяжна швидкість обробки при ЭХРО визначається граничною анодною щільністю струму, яка лімітується мінімальним зазором, досяжним за умовами видалення продуктів процесу, нагріву електроліту і можливістю електричного пробою проміжку. Видалення анодних продуктів полегшується, якщо траса протоки електроліту невелика і міжелектродний зазор рівномірний. Для кожної величини зазору існує своя оптимальна швидкість електроліту, при якій досягається максимальна продуктивність процесу. При ЭХРО вдається досягти щільності струму до ( 200-500) А/см2, що забезпечує швидкості знімання до 8-10 мм/мін. для широкого діапазону оброблюваних матеріалів.

Точність обробки залежно від складності профілю і його розмірів зазвичай знаходиться в межах 8-11 квалитета (0,1-0,4 мм). Підвищення точності ЭХРО в даний час є найбільш важливим завданням, рішення якого дозволить повністю реалізувати високі показники процесу, особливо в приладобудуванні. Останнім часом для підвищення точності ЭХРО до 7-8 квалитета (до 0,02-0,1мм) застосовують вібрацію електроду-інструменту, імпульсний технологічний струм, введення в електроліт різних газів, стабілізацію параметрів процесу, коректування інструментів і інші методи.

Шорсткість поверхні, отриманої після ЭХРО залежить від багатьох чинників, основними з яких є: хімічний склад і структура оброблюваного матеріалу; склад, температура і ступінь очищення електроліту; щільність струму; величина міжелектродного зазору і припуск матеріалу, що видаляється з поверхні заготівки; швидкість і стабільність руху електроліту в зазорі.

Зі всіх перерахованих чинників найбільший вплив на шорсткість надає склад, температура і швидкість подачі електроліту, і щільність струму.

Залежно від умов розчинення і матеріалу деталі шорсткість поверхні змінюється в широкому діапазоні від Rz = 10-40 мкм до Rz = 0,1-0,8 мкм. При оптимальному режимі розчинення шорсткість зазвичай знаходиться в межах Rа=0,32-2,5 мкм (Rz =10-1,6).

Як вже наголошувалося, при ЭХРО на поверхні відсутні залишкові напрузі і шар, що наклепує. Проте в окремих випадках можливе зниження якості поверхневого шару із-за роз'ятрення матеріалу по межах зерен. До найбільшого роз'ятрення схильні сплави на основі нікелю і у меншій мірі сплави на основі заліза. Глибина роз'ятрення збільшується з підвищенням температури електроліту і зменшенням щільності струму, змінюючись від 0,007 до 0,06 мм. Проте, існує критична щільність струму, вище за яку роз'ятрення не спостерігається, так наприклад, для нікелевих сплавів вона лежить в межах (18-60) А/см2 .

Устаткування і технологічні операції ЭХРО

Найбільш поширені електрохімічні верстати по своїй структурі дуже близькі до електроерозійних копировально-прошивочним верстатів і включає: механічну частину, джерело технологічного струму (ИТТ), систему автоматичного регулювання процесу і гідросистему. Проте специфіка ЭХРО (застосування агресивних розчинів, подача електроліту під тиском і т.д.) висуває ряд приватних вимог до елементів верстата таких як: підвищена жорсткість механічної частини, необхідність корозійного захисту, герметизація робочої камери і ін. Структурна схема електрохімічного верстата показана на рис, 2.5.

Механічна частина верстата забезпечує установку і кріплення електроду-інструменту і деталі, а при необхідності має пристрій відносного переміщення електродів. Для захисту елементів верстата і оператора від бризок і пари електроліту зона обробки захищена робочою камерою, з якої щоб уникнути вибуху в процесі обробки віддаляються продукти анодного розчинення: водень і кисень. ИТТ - зазвичай джерело постійного струму, який складається із знижувального трансформатора, випрямляча і системи захисту електродів від короткого замикання. Відмітною особливістю джерел є значне струмове навантаження (до 25 кА і більш) при щодо низькій вихідній напрузі (від 5 до 35В). Гідросистема установки включає місткість для електроліту, насос високого тиску, систему очищення електроліту від шлаку і забруднень і систему стабілізації температури і рН електроліту.

Мал. 2.5. Структурна схема електрохімічного верстата.

Копировально-прошивочные операції використовуються для виготовлення складних поверхонь, різних отворів і пазів в деталях приладів. Особливість операцій - копіювання на заготівці форми інструменту при його простому поступальному переміщенні. Швидкість знімання металу: 0,3-10 мм/мін, шорсткість поверхні Rа =2,5-0,16 мкм, точність обробки 8-11 квалитет (0,1-0,4 мм). Обробка крізних отворів здійснюється порожнистим електродом, зовнішня бічна поверхня якого ізольована для оберігання від роз'ятрення бічної поверхні отвору (див. мал. 2.6 а). За допомогою ЭХРО виготовляють отвори діаметром від 0,6-20 мм завглибшки до 40% мм. Для здійснення перерахованих операцій застосовуються універсальні копировально-прошивочные верстати мод. 4421; 4422; 4423; 4А423ФЦ і ін.

Електрохімічне профільне фрезерування (мал. 2.6 б) - обробка проводиться дисковим електродом-інструментом (1), що обертається, на периферійній циліндровій поверхні якого нанесений негативний профіль деталі (2). Електроліт нагнітається в зазор за рахунок обертання інструменту, окружна швидкість якого складає 20-30 м/с. Точність виготовлення різних профільних виробів лежить в межах 7-8 квалитета (0,01-0,03мм) шорсткість поверхні Ra = 2,5-0,16 мкм залежно від оброблюваного сплаву, електроліту і режиму обробки. Якщо профільний електрод замінити на дисковий з бічними ізольованими стінками, то можна здійснювати операцію розрізання.

Електрохімічне точіння використовується при обробці тіл обертання при цьому на супорті верстата замість різця закріплюється катод--інструмент, що має форму, близьку до форми деталі.

Мал. 2.6. Операції розмірної електрохімічної обробки:

а- прошивка отворів, б- електрохімічне фрезерування, в- обробка непрофільованим електродом-інструментом, г- зняття задирок:

1- інструменту-катода, 2- заготівки, 3- сопла, 4- шайби для створення противодавления, 5- струменя електроліту, 6- робочий стіл, 7- електроізоляційне покриття.

Електрохімічна обробка не профільованим інструментом (дротом, стрижнем (див. мал. 2.6 в)) застосовується при виготовленні фасонних поверхонь деталей, отворів, пазів (зокрема глухих), а також для чистових операцій розрізання. Електрод-дріт (1) або стрижень нерухомий, уздовж якого про допомогою сопла (3) подається з швидкістю до 50 м/с струмінь електроліту круглого перетину (5). При складно контурному вирізуванні траєкторія руху деталі (2) щодо інструменту задається за допомогою пристроїв ЧПУ. Процес забезпечує швидкість різання 0,5-10 мм/мін, точність обробки 7-8 квалитет (0,02-0,06 мм). Електрохімічне зняття задирок, округлення кромок (мал. 2.6 г) здійснюється при зазорі між електродами 0,3-5 мм щільності анодного струму 5-25 А/см2, напрузі на електродах (6-15) В і тиску електроліту 0,01-0,8 Мпа, час обробки 0,1-5 мин. Після видалення задирок проводиться промивка деталей водою з метою видалення продуктів електрохімічних реакцій і залишків електроліту, а також пасивація і сушка деталей. Пасивація зазвичай здійснюється у водному розчині, що містить 3% NaNO3, 0,5% NaCO3, 10 % хромпика, за час 10-30 з.