Электрохимические процессы

Из электрохимических процессов в самолетостроении находят применение анодно-механический и анодно-гидравлический.

Анодно-механическая обработка — метод направленного раз­рушения металла заключается в совместном электрохимическом и термическом действии тока напряжением 10 ... 30 В, протекающего между электродами 1 и 3 (рис.2), которые находятся в среде 2 водного раствора жидкого стекла, в сочетании с механи­ческим воздействием электрода-инструмента на обрабатываемую поверхность. При протекании тока через электролит на поверхности заготовки образуется окисная пленка, обладающая большим электрическим сопротивлением. Непрерывно перемещающийся инструмент (диск, бесконечная лента) разрушает и удаляет пленку с неровностей обрабатываемой поверхности. Процесс снятия пленки сочетается с непрерывным ее ростом. В местах, где пленка тоньше или совсем разрушена, под действием тока резко возрастает температура, металл расплавляется и выбрасывается быстро перемещающимся инструментом.

При удельном давлении 50 ... 100 кПа (0,5 ... 1,0 кгс/см²) инструмента на полуфабрикат и плотности тока 1 ... 6 А/см² (10 ... 60 кА/м²) металл снимается в основном путем механического удаления продуктов электрохимического окисления. В этом случае интенсивность съема металла небольшая, но поверхность получается высокого (6 ... 8) класса шероховатости. С увеличением плотности тока и давления инструмента на заготовку растет производительность, но снижается класс шероховатости обрабатываемой поверхности, так как металл в зоне обработки разрушается преимущественно вследствие расплавления.

Рис.2.

Схема анодно-механической обработки: а – вращающимся инструментом; б – вибрирующим инструментом.

Анодно-механическую обработку плоских поверхностей и поверхностей вращения выполняют вращающимся электродом-инструментом (рис. 2а), часто помещая заго­товку с инструментом в ванну с электролитом вместо подачи электролита через сопло. При обработке фасонных поверхностей инструменту сообщают вибрирующие движения в вертикальном направлении (см. рис. 2б). Электролит подается через сопло или полый инструмент.

Анодно-механическую резку полуфабрикатов производят при следующих режимах: напряжение 20 … 30 В, сила тока 20 .... 600 А, плотность тока 7 ... 500 А/см² (0,07 ... 5 мА/м²), скорость перемещения инструмента 10 ... 25 м/с при его удельном давление на заготовку 50 ... 200 кПа (0,5 ... 2,0 кгс/см²). Интенсивность съема металла на указанных режимах 2 ... 10 см/мин, а шероховатость поверхности 2 ... 4-го класса. В качестве инструмента на отрезном станке 4820 применен диск из малоуглеродистой стали диаметром 280 ... 350 мм и толщиной 0,8 ... 2 мм, а на ленточных разрезных станках 4822 и 4823—бесконечная стальная лента толщиной 0,8... 1,2 мм и шириной 30 ... 40 мм. Станки 4820, 4822 и 4823 позволяют разрезать на заготовки полуфабрикаты с наибольшими размерами сечения соответственно 75х75, 300х600 и 600х600 мм.

Анодно-механическую резку экономически целесообразно применять для высокопрочных токопроводящих материалов. Например, при анодно-механической резке жаропрочных и коррозионно-стойких сталей производительность в 2 ... 3 раза выше, чем при разделении их на заготовки резанием. Для материалов небольшой прочности она целесообразна, когда затруднительна обработка резанием: вырезка заготовок и деталей из тонкостенных полуфабрикатов, не допускающих приложения значительных усилий.

К недостаткам анодно-механической обработки следует отнести воздействие электролита на поверхности заготовок и деталей и вредность выделяемых испарений. Это вызывает необходимость последующей нейтрализации деталей в содовом растворе и снабжения анодно-механических станков индивидуальным отсосом.

Анодно-гидравлическая обработка — метод размерной обработки (рис.3.), основан на анодном растворении металлов в результате электролиза при малом напряжении (12 В) и большой силе, тока. Продукты растворения удаляются из зоны обработки электролитом, который под давлением прокачивается через межэлектродный зазор. Электролитом также отводится тепло, выделяющееся при электролизе. Межэлектродный зазор (0,1 ... 0,5 мм) в направлении перемещения инструмента в процессе обработки поддерживается постоянным с помощью следящей системы.

Рис.3.

Схема анодно-гидравлической обработки: 1 – обрабатываемая заготовка; 2 – инструмент.

Анодно-гидравлический метод позволяет получать фасонные поверхности из высокопрочных металлов, обеспечивает высокое качество обрабатываемой поверхности и скорость удаления металла, являющуюся функцией плотности тока, до 0,5 мм/мин. Введение сжатого газа (например, углекислого) в электролит повышает класс шероховатости поверхности (до 7 ... 8-го класса), точность и стабильность обработки (предотвращает искрообразование).

В качестве электролита для обработки стали, никеля и жаро­прочных сплавов на его основе используют 20 %-ный раствор NaCl.

Электрохимическое полирование состоит также в анодном растворении металла заготовки, помещенной в электролитную ванну. Образующаяся при этом на поверхности заготовки вязкая пленка солей защищает от действия тока микровпадины, не препятствуя растворению гребешков, в результате чего поверхность сглаживается.

Шероховатость поверхности после электрохимического полирования зависит от шероховатости ее до полирования. Для получения шероховатости поверхности 7 ... 8-го классов необходимо, чтобы до полирования она имела шероховатость не ниже 4-го класса.

Электрохимическое полирование — высокопроизводительный и технологически простой процесс — заменяет трудоемкое и тяжелое ручное полирование, но недостаточно освоен. На протекание процесса и его результаты оказывают большое влияние химический состав сплава, его структура и другие факторы.