книги из ГПНТБ / Де Барр, А. Е

Зависимость Блазиуса верна и для труб прямоугольного се­ чения, но в этом случае число Рейнольдса должно быть рассчитано с помощью гидравлического среднего диаметра по уравнению (8.15).

Величина % может быть получена с помощью рис. 8.1 и 8.2 для любой данной средней скорости, и, следовательно, по уравнениям (8.13) и (8.14) может быть определено падение давления. Изме­ нение падения давления на сантиметр длины трубы или электро­ дов при средней скорости электролита и при условии турбулент­ ного потока для нескольких выбранных диаметров труб и проме­ жутка между электродами показано на рис. 8.3.

Требования, предъявляемые к давлению. Уравнения (8.5), (8.10) и (8.11), а также рис. 8.3 позволяют определить гидростати­ ческие напоры как для капиллярных трубок, так и для близко расположенных параллельных электродов в условиях ламинар­ ного или турбулентного потока.

Опыт показывает, что предпочтительнее иметь турбулентный поток для лучшего качества обрабатываемой поверхности. Однако граница между ламинарным потоком и турбулентным обозначена не точно, и в любом случае она зависит от конструкции соедини­ тельных труб и параметров входящего в зазор электролита. Обычно эта граница зависит от числа Рейнольдса, и критический диапазон для R находится в пределах 2000—2800. В некоторых

ламинарный поток, и выше которого, как полагают, поток обычно становится полностью турбулентным, показан на рис. 8.2, а за­ висимость давления на сантиметр длины трубы от скорости для обоих типичных случаев приведена на рис. 8.4.

Следовательно, чтобы решить, какую формулу применить для расчета давления, необходимого для преодоления сил вязкости, необходимо рассчитать число Рейнольдса, и если оно превышает 2000, можно считать, что поток будет турбулентным. Рассмотрим

тельно, нужно полагать, что поток будет турбулентным. По урав­

все прилагаемое давление, необходимое для поддержания средней

давление, но фактическая величина р может быть больше. Кроме того, следует иметь в виду дополнительное падение давления при обратном потоке электролита в кольцевом зазоре между электро-

Ш

дом и деталью, а также внезапных разрывах потока в основании электрода и во входных трубах. На практике, однако, в электро­ дах этой формы и размеров применяют гораздо меньшие скорости

Необходимое давление слишком большое, и если нужно исполь­ зовать высокие скорости электролита, например выше 30 м - с е к - 1 ,

потребуется давление выше 7,0 кгс-см~2 . Но используемые в действительности давления составляют только часть этих вели­ чин. Необходимые условия потока могут быть рассчитаны, исходя из средней скорости и площади поперечного сечения межэлектрод­ ного зазора. Для операций прошивки требуются небольшие рас­ ходы электролита (0,04—14 л - м и н - 1 ) , но для формообразования штампов и лопаток они могут быть 45 л - м и н - 1 .

2. НАСОСЫ

Для подачи электролита в электрохимическом станке требуется давление порядка 7,0 кгс-см"2 .

Существуют, однако, другие факторы, о которых следует по­ мнить при выборе соответствующего насоса. Прежде всего материал рабочей части насоса должен быть пассивен к воздействию приме­ няемого электролита, что особенно важно при использовании кислотных электролитов. В последнем случае для насоса приме­ няют дорогие коррозионностойкие стали или армированные пла­ стики. Типовой кислотно-солевой электролит, состоящий из 5%-його водного раствора серной кислоты и 3% хлористого на­ трия практически разъедает все применяемые в настоящее время металлы и сплавы. Гистограмма (рис. IV. 1, приложение IV) показывает, что частично подвергаются коррозии такие металлы, как тантал, ниобий и титан.

Следовательно, применение в конструкции насоса корродиру­ ющих металлов приводит к необходимости частой замены деталей всего насоса.

Неметаллические материалы, такие как полиэтилен, органи­ ческое стекло (плексиглас) и графит, отлично противостоят кор­ розии, но заставляют увеличивать габаритные размеры насоса и усложнять элементы крепления, чтобы выдержать высокие давле­ ния электролита.

Другим важным фактором, который следует принимать во внимание, является равномерное прохождение потока электролита через насос. Плохое качество обработанной поверхности является результатом пульсации потока электролита, и, следовательно, нужно сделать все, чтобы поток был равномерным. Это требование исключает применение насосов поршневого типа, хотя гасители пульсации соответствующей конструкции и емкости могут способ­ ствовать уменьшению колебаний в потоке.

В 1962 г. был проведен анализ разнообразных насосов, вы­ пускаемых промышленностью для определения их пригодности в электрохимических станках. В результате анализа технических характеристик 100 насосов четырех основных типов: центробеж­ ных, ротационных, плунжерных и диафрагменных, пришли к за­ ключению, что ни один из них не подходит для прокачивания агрес­ сивных электролитов в электрохимическом станке. В большинстве выпускаемых промышленностью электрохимических станков ис-

пользуют многоступенчатые центробежные насосы, которые могут развивать давления до 18 кгс-см"2 ; более высокие давления могут обеспечивать ротационные насосы. Эти насосы могут пода­ вать до 23 л • м и н - 1 электролита при давлении в 35 к г с - с м - 2 . Для электрохимических станков можно рекомендовать следующие насосы: 1) шестеренный с графитовым корпусом и шестернями и валами из тантала; 2) масляный плунжерного типа, работающий с коррозионностойкой диафрагмой, например политетрафторэти-

Теория, однако, не применима к деталям, имеющим например, острые углы, и в этих случаях форму инструмента подбирают по каталогу форм деталей, которые можно получить с помощью со­ ответствующих инструментов. В дальнейшем необходимая форма инструмента определяется подгонкой по сечениям, взятым из ка­ талога, включая те, которые могут быть рассчитаны по теории cos 0.

Упомянутые методы зависят от установившегося равновесного зазора, когда окончательная форма детали не зависит от первона­

инструмента нужно определить равновесный зазор, при котором должна происходить обработка. Тогда размеры инструмента про­ порциональны равновесному зазору, который обычно принимается за единицу расстояния.

Чем меньше выбранный зазор, тем меньше разница между формами инструмента и детали, и следовательно, выше точность обработки. Но величина зазора влияет и на другие факторы. Давление, необходимое для поддержания постоянной скорости электролита, пропорционально зависит от длины пути электро­ лита. Если выбрать очень маленький равновесный зазор, то может потребоваться большое количество входных и выходных каналов на поверхности электрода.

На меньшем зазоре при одной и той же скорости обработки количество пузырьков водорода, уносимого электролитом, будет меньше, что увеличит изменение эффективной проводимости вдоль зазора, а также может появиться вероятность короткого замыка­ ния между инструментом и деталью из-за присутствия твердого вещества в электролите или дефектов на поверхности детали.

Равновесный зазор

зависит от материала детали (є, pm ), свойств электролита k, ком­ бинации инструмент—электролит—деталь (AV), а также от под­ водимого напряжения V и скорости подачи с. Идеально равновес­ ный зазор можно было бы рассчитать по таблицам переменных величин, входящих в правую часть уравнения (9.1), но это пока еще невозможно. Практически его можно получить измерением во время исследований при соответствующей комбинации инстру­ мент—электролит—деталь. При исследованиях использовали плоскопараллелытые электроды с постоянными скоростью подачи

инструмента и напряжением. Обработка должна протекать до равновесных условий, которые характеризуются постоянной ве­ личиной получаемого тока.

Равновесный зазор лучше измерять оптическими средствами в процессе обработки, но если это невозможно, то его можно изме­ рить, остановив процесс обработки. Точность измерения будет зависеть от инерционности привода подачи, а также его жесткости и наличия зазоров в приводе. Для правильно сконструированной

Рис. 9.1. Изменение напряжения V в зазоре при постоянной плотности

тока g

системы влияние этих факторов будет незначительным.

Тщательно подготовленные эксперименты позволят опреде­

лить скорость съема металла и перенапряжение A V в отдельности. Самый простой из них заключается в поддержании величины тока постоянной.

Обработка начинается между плоскопараллельными электро­

эффективное перенапряжение AV для данной комбинации ин­ струмент—электролит—деталь при плотности тока / . Величина J должна быть почти такой же, на какой будет выполняться обра­ ботка. Тогда скорость подачи составит (г/2 — ух) t, а необходимое напряжение будет в точке, соответствующей выбранному равно­ весному зазору.

Применение упрощенной теории. Инструмент с тремя пло­ скими поверхностями, расположенными под углом 0, 9 и 90° соответственно к направлению подачи, показан на рис. 9.2. Не­ обходимый равновесный зазор равен уе для поверхности инстру­ мента, перпендикулярной направлению подачи, и yjcos 0 — для наклонной поверхности.