2. Электрохимическая обработка
2.1. Разновидности электрохимической обработки
В основе электрохимической обработки (ЭХО) металлов и сплавов лежит принцип анодного растворения обрабатываемой заготовки в растворе электролита. Для осуществления процесса необходимо иметь два электрода, из которых один - заготовка (анод), другой - инструмент (катод), электролит между ними, а также источник питания. Совокупность двух электродов (анода, катода) и электролита между ними называется электролитической ячейкой. Разновидности ЭХО можно условно разделить на две различные группы:
1.Электрохимическая обработка в стационарном электролите или медленно перемешиваемом.
2. Электрохимическая размерная обработка в проточном электролите (ЭХРО).
К 1 группе могут быть отнесены такие операции, как очистка поверхностей металлов от окислов, ржавчины, жировых пленок и других загрязнений; заострение и затачивание режущего инструмента; электрополирование; гравирование и маркирование по металлам и др.
Отличительной особенностью операций 1 группы являются то, что:
обработка осуществляется при низких плотностях тока (не более 2 А/см );
обеспечиваются сравнительно небольшие скорости растворения (10 - 10 мм/мин);
общий объем удаляемого материала невелик;
в межэлектродном пространстве отсутствуют (или имеется лишь малое количество) нерастворенных продуктов процесса;
межэлектродное расстояние достаточно велико и может составлять сотни миллиметров.
На рис. 2.1 показана принципиальная схема электрохимической обработки в стационарном электролите для наиболее типичной операции - электролитического полирования, которая широко применяется при изготовлении различных деталей приборов (например, сильфонов, зубчатых колес, упругих элементов, полупроводниковых подложек для интегральных схем и др.). Прохождение электрического тока через электролит 3 и электроды 1 и 5 сопровождается растворением поверхности анода 5 в электролите 3 и образованием продуктов растворения 6, которые задерживаясь в углублениях шероховатой поверхности, изолируют последние от проходящего тока, сосредотачивая силовые линии 2 на незащищенных выступах поверхности анода. Выступы растворяются значительно быстрее впадин и сглаживаются. Процесс протекает при режимах: напряжение на электродах U=7-15 В, температура электролита (20-90) °С, плотность тока (2,5-100) А/дм . Из многих электролитов для полирования наиболее употребительными являются растворы на основе ортофосфорной, серной кислоты и хромового ангидрида, которые применяются при обработке черных и цветных металлов.
С целью интенсификации процесса анодного растворения в 1928г. советские инженеры В.Н.Гусев и Л.П.Рожков предложили непрерывно обновлять электролит в межэлектродном промежутке. Их работы послужили основой для развития способов группы, которые объединены общим названием электрохимическая размерная обработка в проточном электролите (ЭХРО) (см. рис. 2.2).
Эта обработка осуществляется при напряжении на электродах (5-35) В и характеризуется:
интенсивной циркуляцией электролита в межэлектродном пространстве (скорость электролита 5-50 м/с);
малым межэлектродным зазором (0,8-0,1 мм);
большой анодной плотностью тока ( от 10 А/см до 500 А/см );
высокой скоростью растворения (съема) металла (до 10 мм/мин);
большим объемом удаляемого металла в единицу времени по сравнению с обработкой в стационарном электролите.
Изготовление изделий с использованием способов ЭХРО имеет ряд преимуществ по сравнению с другими известными видами размерной обработки:
принципиальная возможность обработки почти всех токопроводящих материалов - независимо от их химического состава и механических свойств;
производительность ЭХРО деталей сложных форм в 5-15 раз выше, чем при обработке резанием, а себестоимость операции - в 2-7 раз ниже;
электрод-инструмент не изнашивается;
обеспечивается высокое качество поверхности: шероховатость выработанной поверхности Ra=2,5-0,32 мкм, отсутствуют остаточные напряжения и упрочненный поверхностный слой после обработки. Существуют, однако, следующие недостатки использования этого процесса, которые несколько ограничивают область его применения:
высокая энергоемкость процесса (8-25 кВт-ч/кг), обусловленная переходом металла в качественно новое (ионное) состояние, на что тратится большое количество энергии;
необходимость надежной антикоррозионной защиты элементов оборудования;
в ряде случаев относительно низкая точность обработки.
Таким образом, при определении целесообразности использования ЭХРО необходимо учитывать не только преимущества, но и недостатки процесса, при этом окончательное решение о выборе метода обработки должно основываться на экономическом сравнении различных вариантов технологического процесса изготовления детали.
Рис. 2.1 Схема электролитического полирования (обработка в стационарном электролите):
катод, 2- силовые линии тока, 3- электролит, 4- ванна, 5- заготовка (анод), 6- продукты растворения.
Рис. 2.2 Схема электрохимической размерной обработки:
1- инструмент-катод, 2- электроизоляционное покрытие, 3- каналы для подачи электролита, 4- заготовка, 5- электролит, 6- профиль обработанной поверхности, 7- силовые линии тока.