8.3. Робоча рідина.
універсальним електролітом для анодно-механічної обробки є водний розчин силікату натрію. знімання металу може бути представлене таким чином.
Оброблювана деталь і інструмент сполучені з полюсами джерела постійного струму: деталь з позитивним, а інструмент – з негативним. При протіканні електричного струму через розчин електроліту Nа2SiO3 відбувається дисоціація з виділенням на аноді двоокису кремнію і кисню:
Nа2SiO3 = 2Nа + SiO3
2SiO3 = 2SiO2 + О2
На катоді виділяється натрій, вступаючий в реакцію з водою:
2Nа + 2Н2О = 2NaОН + Н2.
У результаті електролізу силікату натрію на поверхні анода утворюється зв'язана з поверхнею анода плівка, яка володіє високими діелектричними властивостями і перешкоджає металевому контакту електродів.
Після утворення анодної плівки розвиток процесу залежить від анодної щільності струму і величини напруги на електродах. При достатньо високій електричній потужності, підведеній до міжелектродного проміжку, і напрузі на електродах вище 15 – 17 в настає електроерозійна стадія процесу, що супроводиться виникненням електричних розрядів між електродами.
В цьому випадку знімання металу відбувається головним чином в результаті теплової дії електричного струму. При напрузі на електродах, яка не перевищує напруги початку розряду, зйом металу відбувається унаслідок електрохімічного розчинення поверхні анода (оброблюваній поверхні деталі) і механічного видалення продуктів анодного розчинення електродом - інструментом, що обертається (металевим диском).
В умовах теплового руйнування металу виникненню електричних розрядів передує обезводнення силікатної плівки, що пов'язане з виділенням в міжелектродному проміжку, володіючому високим омічним опором, тепла за законом Джоуля-Ленца.
Із збільшенням густини рідкого скла зростає кількість диссоційованих молекул силікату натрію у водному розчині і кількість іонів і колоїдних часток, які переміщються під дією електричного струму. У зв'язку з цим відбувається інтенсивніше пасивування анодної поверхні аніонами SiO3 і інтенсивність зйому матеріалу зростає.
При густині рідкого скла 1,3–1,38 г/см3 провідність досягає максимальної величини, і процес утворення анодної плівки відбувається інтенсивніше. При подальшому підвищенні щільності електроліту рухливість колоїдних часток знижується, що зменшує інтенсивність утворення плівки і швидкість зйому матеріалу.
Разом з тим при підвищенні питомої ваги рідкого скла збільшуються його клейкість і твердіння, що створює деякі утруднення при його експлуатації. Тому краще застосовувати рідке скло з невеликою питомою вагою, хоча це і призводить до деякого зниження швидкості знімання. Так, наприклад, при обробці твердих сплавів на режимах електроерозійної стадії процесу з окружною швидкістю електроду-інструменту V = 35 м/с зниження питомої ваги рідкого скла з 1,36 до 1,2 г/см3 зменшує швидкість знімання приблизно на 30%. Важливо відзначити, що із збільшенням окружної швидкості V електроду-інструменту швидкість знімання при всіх практично застосовуваних густинах струму зростає, а глибина сітки мікротріщин h зменшується. Отже при роботі з рідким склом питомої ваги 1,2 і 1,36 г/см3 при V = 35 м/с значення h = f (I) практично збігаються.
Таким чином, застосування рідкого скла питомої ваги 1,2 г/см3 при V = 35 – 50 м/с забезпечує при обробці твердих сплавів практично ті ж результати по продуктивності і якості обробки, що і при роботі з рідким склом питомої ваги 1,36 г/см3, але при V = 10 – 12 м/с.
Перевага ж застосування рідкого скла з меншою питомою вагою – в значному зниженні його клейкості і швидкості твердіння. Деяке зниження цих нетехнологічних властивостей електроліту досягається також додаванням в рідке скло 5–10% веретенного або трансформаторного масел, гліцерину чи етиленгліколю.
Важливою характеристикою рідкого скла є його модуль М:
де А – процентний вміст в рідкому склі SiO2; D – процентний вміст в рідкому склі Na2O; 1,032 – відношення молекулярної ваги окислу натрію до молекулярної ваги кремнезему.
При підвищенні модуля рідкого скла досягається деяке підвищення інтенсивності знімання.
Початкове рідке скло рекомендується застосовувати з модулем 2,25 – 2,75 і питомою вагою 1,43 – 1,55. Для анодно-механічної обробки технічне рідке скло розчиняють у воді до необхідної питомої ваги. При експлуатації електроліту його склад і питома вага змінюються за рахунок випаровування води, витрат силікатної частки на плівкоутворення, а також унаслідок забруднення електроліту відходами, які утворюються в процесі анодно-механічної обробки. Склад і густина електроліту впливають на зміну його лужності і електропровідності. Щільність електроліту у виробничих умовах зазвичай контролюється за допомогою ареометра.
Коректування питомої ваги електроліту проводиться додаванням чистої води. Якщо на режимах електрохімічного розчинення помічається іскріння, а чистота обробленої поверхні нижче звичайної, то в електроліт вводиться добавка селітри з розрахунку 10г на 1л розчину. При виснаженні основного складу і сильному забрудненні електроліт підлягає повній заміні.
Тривалість експлуатації електроліту залежить від його початкової густини, загального об'єму і від інтенсивності анодно-механічного процесу.
Підвищенню механічної міцності анодної плівки сприяє різка зміна властивостей рідкого скла при нагріві. При температурі вище 100°С розчини рідкого скла загусають і при подальшому нагріві повністю зневоднюються, утворюючи тверду речовину. В результаті цього стає можливим створювати порівняно великий тиск катода на оброблювану поверхню через анодну плівку і прошарок робочої рідини. Для різних операцій анодно-механічної обробки застосовують розчини рідкого скла різної концентрації.
Робоча рідина повинна знаходитися в зоні обробки в достатній кількості. Це досягається подачею рідини насосом, застосуванням дисків, на робочій частині яких є канавки, які полегшують доступ робочої рідини в зону заточування, і іншими способами. Необхідно строго дотримуватися вимоги інтенсивної подачі робочої рідини до оброблюваної поверхні, абсолютно унеможлививши зіткнення цієї поверхні з ділянками катода, не змоченими робочою рідиною. Товщина плівки регулюється тиском подачі між деталлю і інструментом.