4.4. Электрохимическая размерная обработка

В основе электрохимической размерной обработки (ЭХРО) лежит процесс анодного растворения проводящих материалов — электрополирование (рис. 4.5), заключающийся в растворении металла анода 1 под действием тока в среде электролита 3 благодаря переходу в раствор образующихся на поверхности анода солей 2 (4 — катодная пластина, 5 — газы). Таким образом, этот процесс можно рассматривать как процесс, обратный гальваническому осаждению.

Рис. 4.5. Процесс анодного растворения: 1 — анод-заготовка; 2 — продукты растворения; 3 — электролит; 4— катодная пластина; 5— газы, образующиеся поляризацией анода

Процесс анодного растворения, протекающий на поверхности анода-заготовки, в основном проходит (см. рис. 4.5) на микровы­ступах вследствие более высокой плотности тока на вершинах микровыступов и заполнения впадин непроводящими продуктами растворения. Образующиеся при поляризации анода газы способ­ствуют разрушению пленки также главным образом на микровыс­тупах. В результате избирательного растворения, т.е. большей ско­рости растворения выступов, нежели впадин, происходит сглажи­вание поверхности, снижается ее шероховатость (в полтора-два раза по сравнению с исходной, которая должна быть не ниже Rz =10... 20 мкм), появляется металлический блеск, изменяются те электро­физические характеристики заготовки, которые зависят от нали­чия микротрещин, удаляемых при анодном растворении.

Возможности метода заключаются в следующем. Применение метода ЭХРО, как показывает практика, приводит к улучшению физических и механических характеристик деталей, например, у ряда никелевых сплавов происходит улучшение электрических и магнитных свойств, повышается коррозионная стойкость. Появ­ляется возможность обрабатывать тончайшие пленки (до 1,5... 2 мкм) для ленточных и конденсаторных микрофонов и пр.

Важной особенностью электрополированных поверхностей яв­ляется то, что они не имеют деформированного и разрушенного слоя, наклепа и термических изменений. Однако при неудачно выбранных режимах могут растравливаться границы зерен. Вслед­ствие этого, например, у жаропрочных материалов понижаются характеристики длительной прочности. Таким образом, электро­полирование целесообразно применять, когда наряду со снижени­ем шероховатости необходимо убрать дефекты предшествующей обработки (наклеп, прижоги, микротрещины) или довести размер заготовки до требуемого.

Статические механические характеристики (кратковременная прочность и пластичность) после электрополирования не меняют­ся. Однако усталостная прочность повышается за счет удаления с поверхности концентраторов напряжения.

Существенно уменьшается величина коэффициента трения (в 2…2,5 раза) за счет изменения микрорельефа поверхности (даже при обработке только одной из трущихся поверхностей). Это свя­зано с уменьшением высоты микронеровностей и соответствен­ным увеличением контактной площади.

Сущность метода ЭХРО состоит в проведении обработки при прокачивании электролита в щель, образованную электродами - так называемый межэлектродный промежуток. Этот процесс можно осуществлять как в электролитической ванне (рис. 4.6, д), так и в закрытой камере (рис. 4.6, б). При электрохимической обработке непрерывно подводимая в межэлектродный промежуток струя 2 свежего электролита растворяет образующиеся на аноде соли и удаляет

Рис. 4.6. Схема электрохимической обработки: а — в электролитической ванне; б — в закрытой камере; 1 — электрод-инструмент; 2 — электролит; 3 — анод-заготовка; 4 — межэлектродный промежуток; 5 - изоляция инструмента; 6 — отверстие для прокачивания электролита; D_sв — движение вертикальной подачи

их из зоны обработки. Чтобы удаление металла с анод- заготовки 3 осуществлялось ориентированно, участки заготовки, не нуждающиеся в обработке, изолируют, а электроду-инструменту 1 придают форму, зеркально отображающую получаемую поверхность. Для ЭХРО применяют нейтральные электролиты, с которыми металл детали или не реагирует, или реагирует слабо По сравнению с растворами сильных минеральных кислот применяемые для размерной обработки нейтральные электролиты и обладают меньшей электропроводимостью, но зато не оказывают разрушающего действия на оборудование и практически безвредны для рабочих.

Наиболее широко применяют электролиты, состоящие из растворов солей натрия NaCl, NaN0₃ и Na₂S0₄, нейтральность которых достигается добавлением в электролит слабого раствора сояной кислоты.

Снятие металла интенсивнее всего происходит на периферии менее интенсивно в центре, поэтому плоская поверхность не может быть получена плоским электродом.

Точность обработки и шероховатость поверхности зависят точности исполнения оборудования, инструмента, приспособлений, колебаний режима, неоднородности материала и т.д. В дополнение к перечисленным факторам следует отнести факторы имеющие отношение непосредственно к данному процессу, а именно постоянство плотности тока по всей обрабатываемой поверхности в течение машинного времени обработки, постоянство межэлектродного промежутка А₀, обеспечиваемого соответствующей скоростью подачи, равномерность распределения и циркуляции электролита по обрабатываемой поверхности и в межэлектродном промежутке.

В результате процессов, происходящих при электрохимической обработке, обычно выпадает осадок, поэтому необходимо не только поддерживать требуемую концентрацию и чистоту элект­ролита, но и удалять нерастворимые продукты процесса. Многи­ми моделями станков управляют системы ЧПУ. В процессе обра­ботки система ЧПУ задает и контролирует величины напряже­ния и тока, постоянство рабочего зазора, скорость подачи элект­рода-инструмента, скорость потока и концентрацию электроли­та. Соблюдение этих параметров режима обеспечивает высокую точность и производительность обработки заготовок. На модер­низированных электрохимических или электроэрозионных стан­ках осуществляют комбинированную обработку заготовок электроэрозионно-химическим способом. Этот процесс обработки, ос­нованный на сочетании анодного растворения и эрозионного разрушения металла, более производителен, чем электрохими­ческий, но уступает по точности и шероховатости обработанной поверхности. Скорость обработки до 50 мм/мин; точность 0,2... 0,4мм; шероховатость Ra= 10...20 мкм.

Применяемые для размерной электрохимической обработки ис­точники тока (машинные генераторы, выпрямители и т.д.) долж­ны иметь напряжение 10...20 В и обеспечивать плотность тока 0,6... 1 МА/м², в зависимости от которых подбирают мощность ис­точников.

Инструмент для такой обработки изготавливают из сплавов свин­ца с сурьмой, из меди, латуни, олова, чугуна, нержавеющей стали, меднографитовых композиций и т.д.

Изоляцию катода в тех местах, где не должна проходить обра­ботка, осуществляют эбонитом, капроном, пластмассами, плек­сигласом и т.д.

Рис. 4.7. Сравнение методов ме­ханической обработки и элект­рохимической обработки: 1 — механический способ; 2 — элек­трохимический способ

Основные преимущества рассматриваемого метода— это высо­кая производительность, точность и требуемый микрорельеф по­верхности. Например, скорость углубления инструмента для элект­рохимической обработки соизмерима со скоростью механического сверления и достигает 10... 12 мм/мин в материалах высокой твердости, по­этому электрохимический способ особенно эффек

тивен при обработ­ке материалов с твердостью выше НВ 40 (рис. 4.7). Это позволяет обраба­тывать высокопрочные сплавы, кар­бидные материалы и т.д. При элект­рохимической обработке можно обеспечить точность линейных раз­меров до ± 0,025 мм и шероховатость поверхности Ra= 0,16... 0,32 мкм. При этой обработке практически отсут­ствует давление инструмента на за­готовку и не выделяется теплота, поэтому можно обрабатывать тонкостенные заготовки, не опасаясь коробления, и получать поверхности, свободные от трещин и штрихов обработки.