1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА ЖС-26У

Исходные данные:

Эскиз обрабатываемой детали (рис. 1.1);

Рисунок 1.1 Эскиз обрабатываемой детали

Габаритные размеры:

 длина полости (А) 33 мм;

 глубина полости (H) 34 мм;

Режимы обработки:

– электролит 15% NaCl;

– межэлектродный зазор a = 0,2 мм;

– напряжение на клеммах источника U = 30 В;

– температура электролита T = 24 C.

Необходимо:

 рассчитать электрохимический эквивалент обрабатываемого материала;

 из справочной литературы в зависимости от состава, концентрации и температуры электролита выбрать его электропроводность.

Учитывая размеры и формы обрабатываемой детали, выбранных или назначенных режимов обработки провести необходимые расчеты:

 скорость анодного растворения,

 величину технологического тока, плотность тока,

 минимально необходимую скорость течения электролита,

 необходимый перепад давления при перемещении электролита в зазоре,

 определить расход электролита,

 рассчитать размеры формообразующей части электрода инструмента,

 площадь сечения токоподвода.

1.1 Расчёт электрохимического эквивалента обрабатываемого материала ЖС-26У

При электрическом разложении различных электролитов одним и тем же количеством электричества содержание полученных на электродах продуктов химической реакции пропорционально их химическим эквивалентам.

Электрохимический эквивалент сплава рассчитывается по формуле [4, с.11]:

(1.1)

где: x_i – процентное содержание химического элемента в сплаве (табл. 1.1);

z_i – степень окисления химического элемента в сплаве (табл. 1.1);

А_i – атомная масса химического элемента в сплаве (табл. 1.1);

F – число Фарадея (F=96500 Кл=26,8 A·ч).

При электрическом разложении различных электролитов одним и тем же количеством электричества содержание полученных на электродах продуктов химической реакции пропорционально их химическим эквивалентам.

Таблица 1.1 – Содержание химических элементов в сплаве.

Химический элемент	Атомная масса элемента	Валентность	Процентное содержание
Cr	51,99	3	5,5%
Сo	59,93	2	10%
W	183,85	2	11%
Mo	95,94	2	1,25%
Al	26,98	3	6,5%
Ti	47,88	4	1,75%
Nb	92,91	3	1,25%
C	12,01	4	0,16%
Ni	58,69	2	62,84%

Объемный электрохимический эквивалент сплава находится по формуле:

(1.2)

где: γ– плотность сплава, γ = 8,567 г/см³ [2, c.73].

1.2 Электропроводность электролита χ

Из справочной литературы в зависимости от состава, концентраций и температуры электролита выберем удельная электропроводность:

при T=24⁰C [5, с. 43].

С ростом концентрации, вследствие увеличения кулоновского взаимодействия ионов между собой, электропроводность ионов уменьшается. Электропроводность более подвижных ионов с возрастанием концентрации убывает медленнее, чем электропроводность менее подвижных ионов.

Электропроводность ионов возрастает с увеличением их радиуса электропроводности ионов из-за понижения вязкости и десольватации (дегидратации).

1.3 Расчёт скорости анодного растворения

Для практических целей необходимо знать скорость анодного растворения, которая позволяет найти скорость подачи электрода-инструмента при изготовлении деталей.

Скорость анодного растворения определяется выражением [2, с.23]:

(1.3)

где: η – выход по току материала заготовки η = 0,86;

– объемный электрохимический эквивалент сплава 1,86 мм;

χ – удельная электропроводность электролита, χ = 0,01858См/мм;

ΔU – суммарная поляризация электродов, ΔU = 5 В [2, c.23];

- межэлектродный зазор 0,2 мм;

1.4 Расчёт величины технологического тока и плотности тока

Величина технологического тока рассчитывается по формуле;

, [2, стр. 25] (1.4)

где: U – напряжение на зажимах источника тока 30 В;

ΔU – сумма анодного и катодного потенциалов 5 В;

S – площадь обрабатываемой поверхности мм²;

χ – удельная электропроводность раствора 0,01858 См/мм;

a – межэлектродный зазор 0,2 мм;

Площадь обрабатываемой поверхности рассчитывается:

Величина технологического тока:

Плотность тока определяется выражением:

(1.5)

где: I – величина технологического тока, А;

S – площадь обрабатываемой поверхности, мм².

1.5 Расчёт минимально необходимой скорости течения электролита

Для расчёта минимально необходимой скорости течения электролита следует определить скорость V_э` электролита [1, с.100], которая могла бы обеспечить полный унос продуктов анодных и катодных реакций из указанного пространства, затем скорость V_э`` [1, с.110], которая исключила бы в нём недопустимый перегрев электролита:

, (1.6)

где: k – безразмерный коэффициент (k=4,64);

ν – кинематическая вязкость электролита в пределах диффузионного слоя, ν = 1,5 мм²/с [1, с.110];

l – длина обрабатываемой поверхности заготовки в направлении потока электролита;

ρ – плотность продуктов обработки, ρ = 2700 кг/м³ [1, с.110];

D – коэффициент диффузии, применяется в зависимости от концентрации электролита и его температуры, D = 1,3·10^-3 мм²/с [1, с.110];

С – массовая концентрация продуктов обработки (С_a – в зазоре на аноде 0,95 [1, с.109];

C_вх – на входе в зазор в электролите 0,05 [1, с.109]

Так как в сечений ЭИ характер течения электролита равнонаправленный в расчетах примем длину обрабатываемой поверхности заготовки в направлений потока электролита наибольшей:

Расчёта минимальной необходимой скорости течения электролита:

Скорость, исключающая перегрев электролита, определяется следующим образом [7, c.111]:

(1.7)

где: ΔT – допустимый нагрев электролита. Определяется точностью ЭХО. На практике ΔT = 5-10С. Для небольших по длине поверхностей принимается меньшее значение ΔT. Принято ΔT = 10С. [1, с.110];

ρ_э – плотность электролита, ρ_э = 1,06 г/см³ [1, с.107];

С_э – теплоёмкость раствора электролита (С_э = 4,18 Дж/гС) [1, с.110];

.

Окончательно принимается большее из двух полученных значений скорости V_э = 57,7 м/c.

1.6 Расчёт необходимого перепада давления при перемещении электролита в зазоре

Необходимый перепад давления при перемещении электролита в зазоре рассчитывается по формуле [2, с.21]:

(1.8)

где: V_э – средняя скорость потока электролита, м/с;

l – длина межэлектродного пространства, м;

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/c²;

D – гидравлический диаметр, отношение учетверённого сечения канала S_к к его периметру П:

(1.9)

Найдем гидравлический диаметр:

.

Подставив числовые значения в формулу (1.8), получим:

1.7 Определение расхода электролита

Напор, создаваемый агрегатом прокачки электролита (насосом, например), должен компенсировать не только перепад давления в межэлектродном пространстве ΔP, но и потери давления в подводящей магистрали и на выходе из рабочей зоны (противодавление электролита).

Расход электролита определяется выражением [2, с.21]:

, (1.10)

где - коэффициент расхода (для плоской щели =0,66-0,8);

1.8 Размеры формообразующей части электрода-инструмента

Для обеспечения постоянной формы сечения межэлектродного пространства рабочая часть электрода-инструмента имеет только токопроводящий буртик высотой h, остальная часть покрыта электроизоляционным слоем (рис 1.2).

Торцевой межэлектродный зазор задан в исходных данных a_T=а=0,2 мм.

Рисунок 1.2 – Эскиз электрод-инструмента

1–ЭИ, 2–диэлектрическое покрытие, 3–бурт.

Отверстие диаметром D=A=33 мм;

Высота токопроводящего буртика определяется по формуле [3]:

(1.11)

Боковой зазор находится следующим образом:

(1.12)

Длиновые размеры сечения ЭИ рассчитываются по формуле [3]:

(1.13)

Ширина электрод-инструмента [3]:

(1.14)

Диаметр отверстия для подачи электролита находится из формулы [3]:

(1.15)

Принимаем d=5 мм.

Длина рабочей части электрод-инструмента [3]:

(1.18)

где ν_л – относительный износ электрод-инструмента, % (ν_л = 5,6 %):

.

1.9 Площадь сечения токоподвода

Площадь сечения токоподвода рассчитывается из условия прохождения

по нему тока с предельной плотностью J_п :

, [1, с. 154] (1.15)

где: I_Т – величина технологического тока, А;

J_п – плотность тока, для медных токоподводов без охлаждения J_п = 1...2 А/мм², принимаем J_п=2 А/мм², [1, с. 154]

.

1.10 Вывод

Электрохимический метод позволяет обрабатывать заготовки из токопроводящих материалов с высокими механическими свойствами, которые трудно или практически невозможно обрабатывать другими методами. Кроме этого, метод дает возможность получать самые сложные поверхности.

Для электрохимической обработки материала ЖС-26У с использованием электролита 15% NaCl, получен следующий режим обработки:

- скорость анодного растворения, ;

- величина технологического тока, I_T= 2190А;

- плотность тока, i = ;

- минимально необходимая скорость электролита, υ_э= ;

- необходимый перепад давления, ΔР=37,2 Па;

- расход электролита, Q_э= ;

- площадь сечения токоподвода, S_T= .

10