книги из ГПНТБ / Де Барр, А. Е

может вызвать повышение одного или другого потенциала разряда, что, в свою очередь, приведет к возникновению новой реакции на электроде. Таким образом, при электрохимической обработке стали в растворе хлорида натрия первой реакцией, протекающей на аноде, будет растворение детали. Если этот процесс протекает при 100%-ном выходе по току, скорость обработки может быть рассчитана по законам Фарадея. Однако с увеличением плотности тока потенциал анода возрастает таким образом, что становится возможным выделение кислорода. Часть тока, протекающего

через ячейку, расходуется на выделение кислорода на аноде, и выход по току для реакции растворения металла уже не со­ ставит 100%. Фактически пере­ напряжение выделения кисло-

\',ММ-Ш1Н~'

ЧМ 1 1 і 1 1

6,2

рода с ростом плотности тока увеличивается так быстро, что дости­ гается потенциал разряда хлорид-ионов с образованием хлора. Таким образом, скорость съема металла увеличивается с возра­ станием плотности тока так, как показано на рис. 3.5.

При электрохимической обработке выход по току обычно составляет 75—90%. Суммарный процесс при электрохимической обработке можно описать уравнением

в химическую реакцию с водой и растворенным в ней кислородом или кислородом из окружающей среды с образованием гидроокиси трехвалентного железа:

Таким образом, при растворении 1. см3 железа (7,85 г) из раствора расходуется 6,3 г воды и образуется 15 г гидроокиси трехвалентного железа. При удалении 1 см3 железа образуется

примерно 4 см3 сухой гидроокиси трехвалентного железа. Во влажном состоянии объем осажденного шлама составляет при­ мерно 300 см3 . Из 6,3 г воды выделяется 0,28 г водорода, который при нормальных температуре и давлении занимает объем около 3 л, т. е. при токе в 1000 А железо будет растворяться со ско­

пространства насыщаются или обедняются и скорость реакции определяется диффузией ионов к электроду или от него. Хиггинс измерил плотность тока на никелевой проволоке, растворявшейся в неперемешиваемом IN растворе соляной кислоты и установил,

ности по сравнению с плотностью основной массы раствора. В этом случае конвекция способствовала отводу ионов, так как плотности тока в реакциях, контролируемых скоростью диффузии, были обычно меньше 2,54 А - с м - 2 . При этой плотности тока ни­ келевый электрод будет растворяться со скоростью 0,05 мм - мин - 1 , которая слишком мала для электрохимической обработки. Однако прокачивание электролита препятствует увеличению концентра­ ции ионов у анода и дает возможность достичь больших плотно­ стей тока. Существует и другой фактор, который следует учиты­ вать. Когда ток проходит через металлический или электролити­ ческий проводник, последний нагревается. Нагрев может привести к закипанию электролита, что вызовет неравномерное распределе­ ние тока и, следовательно, неравномерный съем металла. Поэтому скорость потока электролита должна быть достаточной для пре­ дотвращения повышения температуры электролита в зазоре до точки кипения.

Предполагая, что теплота не рассеивается, а расходуется на нагрев электролита, повышение температуры 6Т при прохожде­

где ДГ — изменение температуры.

кипения. Поэтому на практике скорость потока электролита определяется необходимостью предотвращения перегрева элек­ тролита, а не необходимостью поддержания реакции.

Определим давление, которое требуется для того, чтобы получить эту скорость потока электролита в реальных условиях. Характер потока жидкости в каналах определяется числом Рейнольдса;

ческих условий на входе в зазор поток будет ламинарный.

В ламинарном потоке направление движения всех частиц жидкости в основном одинаковое; жидкость находится в контакте с электродом-инструментом или обрабатываемой деталью на всей длине зазора. Поэтому ясно, что для электрохимической обра­ ботки необходим турбулентный поток для отвода от электродов или доставки к ним ионов, которые принимают участие в реак­ циях.

няка был турбулентным. Но к сожалению, для поддержания турбулентного потока требуются гораздо большие давления, чем

для ламинарного. Необходимое давление составляет сумму давле­ ний Рі на преодоление инерции:

и ри на преодоление сил вязкости, которое при этих величинах числа Рейнольдса определяется уравнением Блазиуса:

2DRU

где х — длина электродов.

В рассматриваемом примере для предотвращения кипения потребовалась скорость потока 15 м с е к - 1 , но на практике может потребоваться скорость 30 м с е к - 1 для поддержания температуры в приемлемых границах. Так как проводимость электролитов зависит от температуры, чрезмерное повышение температуры приводит к образованию неровностей на обрабатываемой поверх­

между инструментом и деталью может быть такой же величины, как при обычной обработке. Таким образом, электрохимическая обработка не позволяет обрабатывать детали без силы, разжи­ мающей инструмент и деталь. В случае электрохимической обра­ ботки деталей больших площадей гидростатические силы между инструментом и деталью могут быть очень большими. Более того, давление по поверхности детали будет переменным, и если инстру­ мент и деталь не установлены жестко, необходимая точность уста­ новки может быть нарушена.

Давление р, необходимое для получения данной скорости потока -о, пропорционально и2 . Следовательно, сила, стремя­ щаяся разжать инструмент и деталь, пропорциональна произве­

Ho xz— площадь инструмента А, так что зависимость (3.22) можно переписать:

откуда видно, что имеется значительное преимущество в том случае, если поток электролита прокачивается вдоль наименьшего размера инструмента.

В дополнение к постоянной силе, вызываемой основным гидро­ статистическим давлением, турбулентность потока или колебания давления, производимые насосами или клапанами, могут создать также переменные силы. Следовательно, конструкции электро­ химических станков должны быть жесткими, если нужно поддер­

химической обработки неизбежен. Хотя необходимо охлаждение

увеличиваться, будет возрастать и зазор. Но увеличение зазора означает, что электрическое сопротивление цепи возрастает и, следовательно, ток будет понижаться; скорость съема металла тогда будет уменьшаться, пока снова не будет достигнуто равно­

через электрохимическую ячейку, соответствующего скорости

и температуры. Большая часть его (при обработке железа в ка­

зазора выведены с учетом плоскопараллельных электродов и отно­ сятся к равновесным условиям. В действительности, однако, за­ висимости между величиной зазора, скоростью подачи, напря­ жением и током намного сложнее.

Самым важным при обработке является условие постоянной скорости подачи а и постоянного прилагаемого напряжения V, которые приводят к получению равновесного зазора. Независимо от того, движется инструмент или деталь подается по' направлению, к нему со скоростью а, удобно измерять поверхность инструмента, так как его форма остается неизменной. В анализе делаются следующие допущения: 1) сумма электродных потенциалов, вклю­ чая перенапряжения, связанных с химическими реакциями на

параллельные электроды, перпендикулярные к направлению по­ дачи (рис. 4.1). Это позволяет все основные особенности динамики процесса рассматривать без дополнительных трудностей, возни­ кающих при фасонных инструментах.

Электролит проводимостью k и плотностью р э д протекает со средней скоростью v в направлении возрастания длины зазора х, который, как предполагается, простирается от первоначальной

виями можно пренебречь. Предполагается, что все свойства си­ стемы независимы (т. е. равномерны) от направления г. Положение поверхности детали относительно инструмента (и, следовательно, величины зазора) описывается координатой у.