3.7.2. Гидравлические системы

Виды агрегатов подачи электролита. Если процесс ЭХО протекает в течение нескольких секунд, на­пример, при маркировании деталей по схеме с неподвижными электродами, то электролит не успевает загрязниться продуктами обработки. В этих условиях электролит не прокачивают. При вре­мени процесса до 8...10 с для перемещения электролита могут быть использованы ультразвуковые или низкочастотные вибрации электродов или влажные ленты, перемещаемые через межэлек­тродный зазор. Если обрабатыва­ют детали, предназначенные для перемещения газов или жидкостей (крыльчатки компрессоров, насо­сов, шнеков и др.), то электролит можно перемещать за счет вра­щения самой заготовки. Жидкость протекает по зазору между элек­тродами со скоростью, регулируе­мой частотой вращения заготовки. В остальных случаях используют насосы. При небольших расходах электролита, например для про­шивания отверстий малого диаметра, применяют прокачку с по­мощью пневмонагнетателей (рис. 3.38).

Рис. 3.38. Принципиальная схема пневмонагнетателя: 1…8 - вентили.

Пневмонагнетатель состоит из двух цилиндров с поршнями, связанными между собой жестким рычагом. На один из поршней давит сжатый воздух и выжимает электролит. В это время в другой цилиндр поступает электролит из ванны. Если давление создается левым по рисунку поршнем, то вентили 1, 4, 5, 8 открыты, а вентили 2, 3, 6, 7 закрыты. После того как весь электролит будет вытеснен из левого цилиндра, вентили переключатся и электролит к стан­ку начнет поступать из другого цилиндра. Когда необходимо создать давление больше, чем в пневмосети, устанавливают дополнительный пневмоусилитель.

Пневмонагнетатели позволяют получить высокое давление элек­тролита без использования электропривода. Однако они обладают малой производительностью, а также низкой надежностью при пло­хой очистке электролита.

Наиболее широко применяются центробежные насосы, выпол­няемые из нержавеющей стали. Они не боятся загрязнения перека­чиваемой жидкости и надежны в работе. Для подбора промышлен­ного насоса необходимо рассчитать его напор и подачу.

Расчет насосов. Подачу насоса находят через среднюю скорость и площадь поперечного сечения межэлектрод­ного промежутка :

, (3.51)

где – коэффициент, учитывающий степень износа насоса (новый, бывший в употреблении). Обычно = 1,5...2,0. Площадь , где – ширина промежутка; – наибольший межэлектродный зазор. Для схемы с неподвижными электродами, кроме того, учи­тывают припуск на обработку: , где – начальный зазор, – припуск.

Для нахождения напора насоса необходимо знать перепад давлений на входе в межэлектродный промежуток и на выходе из него, необходимый для перемещения электролита и вы­носа газообразных продуктов обработки. Кроме того, следует учесть местные , путевые потери напора, противодавление на выходе , дополнительный напор для перемещения электро­лита от насоса к заготовке и вдоль нее (если заготовка установле­на не горизонтально):

. (3.52)

где – плотность жидкости; – ускорение свободного падения.

Перепад давления находят через среднюю скорость электролита , если:

обрабатываемый участок вдоль направления течения электро­лита имеет небольшую длину ( , где – размер зазора) и плоскую форму (или расположен горизонтально), то

, (3.53а)

где – динамическая вязкость;

обрабатывают круглые отверстия радиусом электродом-инст­рументом, расположенным концентрично заготовке, то

. (3.53б)

Если сечения имеют форму овала, эллипса, многогранника, то рас­чет для них средней скорости течения электролита значительно усложняется и его выполняют с использованием средств вычислитель­ной техники.

В зависимости (3.52) перепад давления , необходимый для выноса газообразных продуктов обработки (главным образом во­дорода), находят по формуле

, (3.54)

где = 0,11...0,12 – коэффициент, учитывающий соотношение меж­ду объемом твердых и газообразных продуктов обработки; – плотность тока на аноде; – площадь обрабатываемой поверхно­сти.

Противодавление на выходе электролита из зазора создают для устранения разрыва струи. Для схемы прошивания и протягивания 150 кПа; при точении и при обработке непо­движными электродами 50 кПа.

Путевые потери , зависящие от конструкции тру­бопроводов, их длины, скорости и вязкости электролита, рассчиты­вают для конкретных установок по уравнениям гидродинамики. Местные потери напора рассчитывают по значениям коэффи­циентов местных сопротивлений трубопровода и скорости жид­кости:

_, (3.55)

где – ускорение свободного падения. Дополнительный на­пор зависит от высоты , расположения насоса относитель­но обрабатываемой заготовки и положения заготовки при обработ­ке :

.

Знак « + » употребляют, если заготовка расположена выше насоса и если подвод электролита осуществляют через нижний конец за­готовки. Если заготовка длиной , установлена под углом к го­ризонтали, то

. (3.56)

Рассмотрим пример расчета режима обработки для схемы протягивания трубы из стали 45 с внутренним диаметром = 27 мм электродом-инструментом диаметром = 25 мм и длиной = 400 мм. Труба расположена горизонтально на 1 м выше насоса. Электролит – 10%-ный раствор хлорида натрия ( См/мм); напряжение 9 В; выход по току . Кинематическая вязкость среды =15 мм²/с; плотность = 2,8∙10³ кг/м³, с_а = 0,95; = 0,04; Т = 293 К.

По формуле (3.12) находят коэффициент диффузии мм²/с. По формуле (3.16) определяют среднюю скорость электролита = 9,4 м/с. По за­висимости (3.19) находят = 4,8 м/с. В качестве расчетной выбирают .

Находят площадь кольцевого зазора между трубой и электродом-инструмен­том в начальный момент обработки и по формуле (3.51) определяют подачу насоса м³/с. По формулам (3.53 б), (3.54) вычисляют = 1,6∙10⁵ Па. = 1,08∙10⁵ Па. Путевые и местные потери не рассматриваются, так как в принятой системе они пренебрежимо малы.

При противодавлении = 1,5∙10⁵ Па напор насоса по формуле (3.52) составит Н = 42,8 м.

В табл. 3.5 приведены рекомендуемые для различных схем ЭХО диапазоны скоростей электролита и напоров.

Полученный расчетом напор укладывается в рекомендуемый диапазон. Из каталога серийно выпускаемых насосов подбирают марку с характеристиками, близкими к расчетным.

Таблица 3.5.

Диапазоны скоростей электролита и напоров,

рекомендуемые для различных схем ЭХО

Схема обработки	Средняя скорость течения электролита , м/с	Противо-давление , Па	Напор насоса , м
1	2	3	4
Обработка неподвижным электродом-инструментом	12…20	(0,2…0,5)∙105	30…80
Прошивание: отверстий, мелких полостей крупных полостей обработка профиля пера лопаток	6…10 10…16 15…20	(1…1,5)∙105 (0,5…0,8)∙105 (0…0,5)∙105	100…150 30…80 30…50
Точение	10…15	(0…0,5)∙105	30…50
Протягивание	9…18	(0,2…1,5)∙105	40…80
Разрезание: диском непрофилированным электродом-проволокой	10…12 6…18	- -	- 150…250
Шлифование	12…15	(0,2…0,5)∙105	30…80

__________

* Подача электролита осуществляется поливом.

Выбор ванн для рабочих сред. Ванны служат для хранения и приготовления электролита, про­мывки, консервации и пассивации деталей. Форма и размеры ванн для хранения электролита обусловлены необходимостью отстоя продуктов обработки, периодического их удаления, стабилизации температуры жидкости. В ваннах устанавливают теплообменники для подогрева и охлаждения электролита. Регулирование темпе­ратуры и состава жидкости осуществляют автоматическими систе­мами.

Ванны обычно изготовляют из нержавеющей стали или химически стойких диэлектриков. Они могут иметь одну или несколько секций. Для удобства транспортировки и монтажа ванны вмести­мостью до 1,5 м³ обычно делают односекционными, более вмести­тельные – двухсекционными. При большом числе станков элек­тролит хранят в бетонных емкостях или в бассейнах. Бассейны удобны тем, что в них электролит методом отстаивания очищается от продуктов обработки, имеет стабильный состав, температуру. Бассейны чистят не чаще одного раза в год.

Открытые бассейны занимают большую площадь, велика длина трубопроводов, трудно регулировать состав и температуру жидкости. Нагрев и охлаждение больших емкостей требуют дополнительных затрат энергии, занимают много времени, а зимой бассейны замерзают. Поэтому для хранения больших масс электролита ча­ше используют бетонные емкости, расположенные в закрытых по­мещениях. Если число станков не превышает 10...12 шт., то ис­пользуют индивидуальные ванны.

Максимальная сила тока, необходимая для обработки деталей и рассчитываемая по формуле (3.49), связана с объемом ванны V соотношением

,

где – удельный объем ванны. В зависимости от объема ванны удельный объем имеет значения, представленные в табл. 3.6:

Таблица 3.6.

Значения удельного объема

в зависимости от объема ванны

Объем ванны , м3	< 1	1…2,5	> 2,5
Удельный объем , м3/А	(0,5…0,6)∙10-3	(0,3…0,35)∙10-3	0,3∙10-3

Выбор агрегатов для очистки электролита. При ЭХО в электролите происходит накопление продуктов об­работки. При малых межэлектродных зазорах в загрязненном элек­тролите между электродом-инструментом и деталью происходят пробой промежутка и короткое замыкание. При нормальном проте­кании процесса ЭХО допустимая массовая концентрация твердых продуктов обработки в электролите зависит от размера зазора (табл. 3.7):

Таблица 3.7.

Значения допустимой концентрации продуктов

обработки в зависимости от размера зазора

Зазор , мм
Допустимая концентрация продуктов обработки, кг/м3	0,5	3	6	10

Очистка электролита может выполняться несколькими способами. Наиболее часто применяют отстой. Однако для ванн объемом > 0,4...0,5 м³ отстой занимает слишком много времени и его ис­пользуют в комбинации с другими способами: центрифугированием, очисткой пресс-фильтрами и вакуумными фильтрами, электрофло­тацией или осаждением продуктов обработки с помощью коагуля­торов.

Для отдельных станков и небольших участков (до 3...4) стан­ков) используют центрифугирование. Центрифуги должны быть ос­нащены устройством для автоматической выгрузки отходов. Серий­но выпускают отстойные центрифуги периодического действия типа ОМД, ОТН, шнековые осадительные центрифуги непрерывного дей­ствия типа ОГШ, НОГШ. Они обеспечивают очистку электролита с концентрацией продуктов обработки до 3 кг/м³. Если на участке работает более пяти станков, то целесообразно применять вакуум­ный фильтр, схема которого показана на рис. 3.39. Электролит по­ступает во вспомогательную ванну 1. В эту же ванну частично по­гружен вращающийся барабан 2, наружная поверхность которого покрыта мелкой сеткой. Воздух из внутренней полости барабана 2 откачивают вакуумным насосом через центральное отверстие 3.

Жидкость через ячейки попадает в барабан, а продукты обработки, оседая на наружной поверхности барабана, закрывают ячейки сет­ки и, когда участок барабана выходит из жидкости, за счет раз­ности давлений снаружи и внутри ба­рабана как бы прилипают к сетке. В процессе вращения ротора скребок 4 очищает барабан и сбрасывает загряз­нения в приемный лоток 5. Вакуумные фильтры надежны в работе, позволяют получить отходы, пригодные для даль­нейшей переработки: гидроксиды ме­таллов, содержащиеся в продуктах об­работки, успешно используются в ка­честве сырья для порошковой метал­лургии. Применение вакуумных фильтров позволяет создавать ав­томатические системы очистки электролита. Загрязненность элек­тролита после очистки в таких устройствах не превышает 0,5 кг твердого вещества в 1 м³ жидкости.

Рис. 3.39. Схема вакуумного фильтра: 1 – ванна, 2 – барабан, 3 – отверстие, 4 – скребок, 5 – приемный лоток.

Пресс-фильтры представляют собой систему уловителей (фильт­ровальной ткани, бумаги), через которую под давлением прокачи­вают электролит. Такие агрегаты имеют высокую производитель­ность, полностью механизированы, позволяют получить высокую чистоту электролита (содержание примесей 0,05...5 кг/м³). К их недостаткам следует отнести большие габариты, необходимость за­мены фильтрующих элементов после их загрязнения.

Очистка электрофлотацией заключается в отделении продуктов обработки с помощью электрического поля, создаваемого в ванне, после чего продукты обработки вместе с частью электролита сли­вают в отстойник или центрифугируют. Процесс длится несколько десятков секунд. Способ позволяет получить электролит с загряз­ненностью в пределах 0,05...0,2 кг/м³. К сожалению, этот способ недостаточно надежен и требует дополнительных затрат энергии па флотацию. Для удаления продуктов обработки используются хими­ческие вещества – коагуляторы, способствующие их переходу в не­растворимое состояние и выпадению в осадок. Коагуляторы вызы­вают образование пены, которая может нарушать стабильность процесса анодного растворения, поэтому для больших ванн (объе­мом более 1 м³) их не используют. Электрохимические станки могут комплектоваться также тарельчатыми сепараторами, пластинчаты­ми отстойниками и другими устройствами для очистки электро­литов.

199