3.1.3 Електрохімічні методи обробки

Електрохімічні методи обробки засновані на явищі анодного розчинення при електролізі. При проходженні постійного електричного струму через електроліт на поверхні заготовки, включеної в електричний ланцюг, яка є анодом, відбуваються хімічні реакції і поверхневий шар металу перетворюється в хімічні сполуки. Продукти електролізу переходять у розчин чи видаляються механічним способом.

Продуктивність процесів електрохімічної обробки залежить в основному від електрохімічних властивостей електроліту, оброблюваного струмопровідного матеріалу і щільності струму.

Електрохімічне полірування. Схема обробки заготовки електрохімічним поліруванням приведена на рисунку 3.6. Обробляють у ванні, заповненій електролітом. В залежності від оброблюваного металу чи сплаву електролітом служать розчини кислот або лугів. Оброблювану заготовку підключають до аноду; другим електродом-катодом служить металева пластина із свинцю, міді, сталі і т.п. Для більшої інтенсивності процесу електроліт підігрівають до температури 40 – 80 °С.

Рисунок 3.6 – Схема електрохімічного полірування: 1 – ванна; 2 – оброблювана заготовка; 3 – пластина-електрод; 4 – електроліт; 5 – мікровиступ; 6 – продукти анодного розчинення

При подачі напруги на електроди починається процес розчинення матеріалу заготовки-анода. Розчинення відбувається головним чином на виступах мікронерівностей поверхні внаслідок більш високої щільності струму на їхніх вершинах. Крім того, впадини між мікровиступами заповнюються продуктами розчинення: оксидами чи солями, що мають знижену провідність. У результаті вибіркового розчинення, тобто більшої швидкості розчинення виступів мікронерівності згладжуються і оброблювана поверхня набуває металевий блиск. Електрополірування поліпшує електрофізичні характеристики деталей, тому що зменшується глибина мікротріщин, поверхневий шар оброблених поверхонь не деформується, виключаються зміцнення і термічні зміни структури, підвищується корозійна стійкість.

Електрополіруванння дозволяє одночасно обробляти партію заготовок по всій їхній поверхні. Цим методом одержують поверхні деталей під гальванічні покриття, доводять робочі поверхні різального інструмента, виготовляють тонкі стрічки і фольгу, очищають і декоративно обробляють деталі.

Електрохімічна розмірна обробка. Особливістю методу є обробка в струмені електроліту, який прокачують під тиском через міжелектродний проміжок, утворений оброблюваною заготовкою-анодом і інструментом-катодом.

Струмінь електроліту, який безупинно подається в міжелектродний проміжок, розчиняє продукти анодного розчинення, що утворяться на заготовці-аноді, (солі) і видаляє їх із зони обробки. При цьому способі одночасно обробляється вся поверхня заготовки, що знаходиться під активним впливом катоду, і це тим самим забезпечує високу продуктивність процесу. Ділянки заготовки, які не потребують обробки, ізолюються. Інструменту надається форма, зворотна формі оброблюваної поверхні.

Для розмірної електрохімічної обробки використовують нейтральні електроліти. Найбільш широко застосовують розчини солей NaCl, Na0₃ і Na₂S0₄, нейтральність яких забезпечується додаванням в електроліт слабкого розчину соляної кислоти.

На рисунку 3.7 показані схеми обробки заготовок у струмені проточного електроліту: турбінної лопатки (а), штампа (б) і схема прошивання наскрізного циліндричного отвору (в).

Цим методом обробляють заготовки з високоміцних сплавів, карбідних і інших важкооброблюваних матеріалів.

Рисунок 3.7 – Схема електрохімічної розмірної обробки: 1 – інструмент-електрод; 2 – заготовка; 3 – ізолятор

Оскільки при обробці відсутній тиск інструменту на заготовку, то обробляють нежорсткі, тонкостінні деталі, при цьому досягають високої якості обробленої поверхні.

Електроабразивна і електроалмазна обробка. Особливість електроабразивної обробки полягає в тому, що інструментом-електродом є шліфувальний круг, виконаний з абразивного матеріалу на електропровідній зв'язці (бакелітовій зв'язці з графітовим наповнювачем).

П ринципова схема електроабразивної обробки показана на рисунку 3.8. Як видно зі схеми, між заготовкою-анодом і шліфувальним кругом-катодом є міжелектродний зазор за рахунок зерен, що виступають із зв'язки. У цей зазор подається електроліт. Продукти анодного розчинення матеріалу заготовки видаляються абразивними зернами, для чого шліфувальний круг має обертальний рух, а заготовка зворотно-поступальний, тобто рухи, що відповідають процесу механічного шліфування.

Рисунок 3.8 – Схема електроабразивиого шліфування:

1 – заготовка; 2 – абразивні зерна; 3 – зв'язка шліфувального круга

При електроабризивній обробці близько 85 – 90% припуску віддаляється за рахунок анодного розчинення і лише 10 – 15% за рахунок механічного впливу.

Електроалмазну обробку ведуть по тій же схемі, але із застосуванням електропровідних алмазних кругів. При цьому методі обробки близько 75% припуску видаляється за рахунок анодного розчинення і 25% за рахунок механічної дії алмазних зерен. Продуктивність електроалмазної обробки вища, ніж електроабризивної.

При електроабризивній і електроалмазній обробках шорсткість поверхні менша, ніж при звичайному шліфуванні абразивними чи алмазними кругами. Тому ці методи застосовують для викінчувальної обробки важкооброблюваних матеріалів, а також нежорстких заготовок, тому що зусилля різання тут незначні.

Електрохонінгування. Принципова схема електрохонінгуванння показана на рисунку 3.9. Кінематика процесу обробки ідентична кінематиці процесу хонінгування абразивними головками. Відмінність полягає в тому, що оброблювану заготовку встановлюють у ванні, заповненій електролітом, і підключають до аноду. Хонінгувальну заготовку підключають до катоду. Крім того, хонінгувальна головка оснащена не абразивними брусками, а липовими, вільховими або пластмасовими.

П родукти анодного розчинення видаляються з оброблюваної поверхні заготовки брусками за рахунок обертального і зворотно-поступального рухів хонінгувальної головки. Для більш активного видалення продуктів анодного розчинення в електроліт додають абразивні матеріали.

Рисунок 3.9 – Схема електрохонінгування циліндра: 1 – хонінгувальна головка; 2 – заготовка циліндра; 3 – ізолятор; 4 – ванна; 5 – стіл хонінгувального верстату

Попередньо обробляють звичайно в розчині електроліту NaN0₃, у який додають абразивні матеріали зернистістю не більш М28. Остаточно обробляють у тім же електроліті, але з додаванням як абразив оксиду хрому. Після видалення припуску з оброблюваної поверхні здійснюється процес її “виходжування” при виключеному електричному струмі для повного видалення анодної плівки з обробленої поверхні.

Електрохонінгування забезпечує більш низьку шорсткість поверхні, ніж хонінгування абразивними брусками. Поверхня одержує дзеркальний блиск. Продуктивність електрохонінгування в 4 – 5 разів вища продуктивності механічного хонінгування.