Введение	3
История развития электроэрозионной и электрохимической обработки	4
Разновидности электрофизических и электрохимических методов обработки	6
Электрофизические методы обработки	7
Электрохимические методы обработки	13
Технология электроэрозионной обработки	15
Сущность электроэрозионной обработки	15
Общая характеристика процесса электроэрозионной обработки	18
Типовые операции электроэрозионной обработки	18
Метод электрохимической обработки	20
Физико-химическая сущность метода электрохимической обработки	20
Технологические преимущества метода электрохимической обработки	21
Технологические схемы обработки	22
Заключение	26

Введение

Электрохимические и электрофизические технологии в настоящее время применяют на всех этапах изготовления деталей, начиная от получения заготовок и заканчивая их отделочной обработкой. Используя эти технологии, решают уникальные технологические задачи, обеспечивающие заданное удаление, перемещение или приращение (большого или малого) объема материала заготовки.

Широкое использование в машиностроении материалов с особыми физико-механическими характеристиками, обуславливающими их плохую обрабатываемость традиционными методами резания; создание деталей со сложными формами, повышенными требованиями к качеству поверхностного слоя и точности изготовления; необходимость снижения себестоимости обработки и повышения производительности труда – все это привело к появлению и распространению в производстве электрохимических и электрофизических методов обработки.

История развития электроэрозионной и

электрохимической обработки

В конце 18 века английским ученым Дж. Пристли было описано явление эрозии металлов под действием электрического тока. Было замечено, что при разрыве электрической цепи в месте разрыва возникает искра или более продолжительная электрическая дуга. Причем искра или дуга оказывает сильное разрушительное воздействие на контакты разрываемой цепи, называемое эрозией. Электрической эрозии подвержены контакты реле, выключателей, рубильников и других подобных устройств. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению такого разрушения контактов.

Датой рождения электроэрозионной обработки материалов (ЭЭО) считается 1943 год, от которого отсчитывается приоритет изобретения наших соотечественников Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко. Поместив электроды в жидкий диэлектрик и размыкая электрическую цепь, ученые заметили, что жидкость мутнела уже после первых разрядов между контактами. Они установили, что это происходит из-за того, что в жидкости появляются мельчайшие металлические шарики, которые возникают вследствие электрической эрозии электродов. Ученые решили усилить эффект разрушения и попробовали применить электрические разряды для равномерного удаления металла. С этой целью они поместили электроды (инструмент и заготовку) в жидкий диэлектрик, который охлаждал расплавленные частицы металла и не позволял им оседать на противолежащий электрод. В качестве генератора импульсов использовалась батарея конденсаторов, заряжаемых от источника постоянного тока; время зарядки конденсаторов регулировали реостатом. Так появилась первая в мире электроэрозионная установка. Электрод-инструмент перемещали к заготовке. По мере их сближения возрастала напряженность поля в межэлектродном промежутке (МЭП). При достижении определенной напряженности поля на участке с минимальным расстоянием между поверхностями электродов, измеряемым по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности и называемым минимальным межэлектродным зазором, возникал электрический разряд, под действием которого происходило разрушение участка заготовки. Продукты обработки попадали в диэлектрическую жидкость, где охлаждались, не достигая электрода-инструмента, и затем осаждались на дно ванны. Через некоторое время электрод-инструмент прошил пластину, причем контур отверстия точно соответствовал профилю инструмента. Так, явление, считавшееся вредным, было применено для размерной обработки материалов.

Изобретение электроэрозионной обработки (ЭЭО) имело выдающееся значение. К традиционным способам формообразования (резанию, литью, обработки давлением) прибавился совершенно новый, в котором непосредственно использовались электрические процессы.

Первоначально для осуществления электроэрозионной обработки применялись исключительно искровые разряды, создаваемые конденсатором в так называемом RC-генераторе. Поэтому новый процесс в то время называли электроискровой обработкой.

В 1948 году М.М. Писаревским на основе использования импульсов дугового разряда была предложена электроимпульсная обработка. Этот метод стал внедряться в промышленность в начале 50-х годов.

В последующие годы эволюция динамично продолжалась: 1967 год - разработка малоизнашиваемых электродов-инструментов, 1975 год - внедрение систем ЧПУ и адаптивного управления, 1979 год - использование планетарных головок и получение зеркальных поверхностей, 1987 год - достижение сверхмалого износа инструмента. Погрешность обработки деталей на электроэрозионных станках снизилась с ±30 до ±5 мкм, а ежегодный выпуск станков вырос в 8-10 раз.

Практическое использование электрохимических методов обработки началось с 30-х годов 19 века (гальваностегия и гальванопластика). Первый патент на электролитическое полирование был выдан в 1910 году Е.И. Шпитальскому.

Один из базовых способов электрохимической размерной обработки - "анодное растворение при высоких плотностях тока с удалением анодных продуктов потоком электролита" был предложен В.Н. Гусевым и Л.А. Рожковым в 1928 году. Работы, выполненные под руководством В.Н. Гусева (1904-1956 гг.), позволили установить основные закономерности управляемого съема материала при высокоскоростном анодном растворении металлов и сплавов, создать и внедрить в промышленное производство первые образцы соответствующего оборудования. В годы войны и, особенно в послевоенные годы электрохимическая обработка материалов стала получать все большее распространение на предприятиях оборонных отраслей промышленности. К середине шестидесятых годов в авиационной промышленности СССР работало уже около 300 единиц электрохимического оборудования, а в семидесятых годах на передовых предприятиях авиадвигателестроения функционировали уже специализированные цехи и участки, в каждом из которых насчитывалось по 30 - 50 единиц оборудования.

История развития электроэрозионного и электрохимического методов обработки материалов является не только яркой иллюстрацией завоевания мирового технологического пространства наукоемкими технологиями, но и подчеркивает государственную важность обладания такими технологиями и их дальнейшего развития.

Разновидности электрофизических и электрохимических методов обработки

Электрофизические и электрохимические методы обработки - это общее название методов обработки конструкционных материалов непосредственно электрическим током, электролизом и их сочетанием с механическим воздействием. В электрофизические и электрохимические методы обработки включают также методы ультразвуковые, плазменные и ряд других методов. С разработкой и внедрением в производство этих методов сделан принципиально новый шаг в технологии обработки материалов — электрическая энергия из вспомогательного средства при механической обработке (осуществление движения заготовки, инструмента) стала рабочим агентом. Всё более широкое использование электрофизических и электрохимических методов обработки в промышленности обусловлено их высокой производительностью, возможностью выполнять технологические операции, недоступные механическим методам обработки. Классификацию различных методов обработки можно увидеть на рис. 1.

Рисунок 1. Электрофизические и электрохимические методы обработки

Электрофизические методы обработки

Электроэрозионная обработка основана на вырывании частиц материала с поверхности импульсом электрического разряда. Если задано напряжение (расстояние) между электродами, погруженными в жидкий диэлектрик, то при их сближении (увеличении напряжения) происходит пробой диэлектрика — возникает электрический разряд, в канале которого образуется плазма с высокой температурой.

Так как длительность используемых в данном методе обработки электрических импульсов не превышает 10—2 сек, выделяющееся тепло не успевает распространиться в глубь материала и даже незначительной энергии оказывается достаточно, чтобы разогреть, расплавить и испарить небольшое количество вещества. Кроме того, давление, развиваемое частицами плазмы при ударе об электрод, способствует выбросу (эрозии) не только расплавленного, но и просто разогретого вещества. Поскольку электрический пробой, как правило, происходит по кратчайшему пути, то прежде всего разрушаются наиболее близко расположенные участки электродов. Таким образом, при приближении одного электрода заданной формы (инструмента) к другому (заготовке) поверхность последнего примет форму поверхности первого (рис. 2). Производительность процесса, качество получаемой поверхности в основном определяются параметрами электрических импульсов - их длительностью, частотой следования, энергией в импульсе. Электроэрозионный метод обработки объединил электроискровой и электроимпульсный методы.

Рисунок 2. Электроэрозионный метод обработки (схема)

Электроискровая обработка основана на использовании искрового разряда. При этом в канале разряда температура достигает 10000°С, развиваются значительные гидродинамические силы, но сами импульсы относительно короткие и, следовательно, содержат мало энергии, поэтому воздействие каждого импульса на поверхность материала невелико. Метод позволяет получить хорошую поверхность, но не обладает достаточной производительностью. Кроме того, при этом методе износ инструмента относительно велик и может достигать 100% от объёма снятого материала. Метод используется в основном при прецизионной обработке небольших деталей, мелких отверстий, вырезке контуров твердосплавных штампов проволочным электродом.

Электроимпульсная обработка основана на использовании импульсов дугового разряда. В отличие от искрового, дуговой разряд имеет температуру плазмы ниже (4000—5000°С), что позволяет увеличивать длительность импульсов, уменьшать промежутки между ними и таким образом вводить в зону обработки значительные мощности (несколько десятков квт), то есть увеличивать производительность обработки. Характерное для дугового разряда преимущественно разрушение катода приводит к тому, что износ инструмента (в этом случае он подключается к аноду) ниже, чем при электроискровой обработке, составляя 0,05—0,3% от объёма снятого материала. Иногда инструмент вообще не изнашивается. Более экономичный электроимпульсный метод используется в основном для черновой обработки и для трёхкоординатной обработки фасонных поверхностей. Оба метода - электроискровой и электроимпульсный - дополняют друг друга.

Например, при изготовлении некоторых типов штампов механическими способами более 50% технологической стоимости обработки составляет стоимость используемого инструмента. При обработке этих же штампов электроэрозионными методами стоимость инструмента не превышает 3,5%. Условно технологические приёмы электроэрозионной обработки можно разделить на прошивание и копирование. Прошиванием удаётся получать отверстия диаметром менее 0,3 мм, что невозможно сделать механическими методами. В этом случае инструментом служит тонкая проволочка. Этот приём на 20—70% сократил затраты на изготовление отверстий в фильерах, в том числе алмазных. Более того, электроэрозионные методы позволяют изготовлять спиральные отверстия. При копировании получила распространение обработка ленточным электродом (рис. 3). Лента, перематываясь с катушки на катушку, огибает копир, повторяющий форму зуба. На грубых режимах лента «прорезает» заготовку на требуемую глубину, после чего вращением заготовки щель расширяется на нужную ширину. Более распространена обработка проволочным электродом, то есть лента заменяется проволокой. Этим способом, например, можно получать из единого куска материала одновременно пуансон и матрицу штампа, причём их соответствие практически идеально. Возможности электроэрозионной обработки при изготовлении деталей сложной формы видны из рис. 4. Другие её разновидности: размерная обработка, упрочнение инструмента, получение порошков для порошковой металлургии и др.

Рисунок 3. Обработка пазов ленточным электродом (схема)

Рисунок 4а. Половина ковочного штампа

Рисунок 4б. Рабочее колесо газовой турбины, обработанное электроэрозионным методом

Первый в мире советский электроэрозионный станок был предназначен для удаления застрявшего в детали сломанного инструмента. С тех пор в нашей стране и за рубежом выпущено большое число разнообразных по назначению, производительности и конструкции электроэрозионных станков. По назначению различают станки универсальные, специализированные (например, рис. 5) и специальные, по требуемой точности обработки — общего назначения, повышенной точности, прецизионные. Общими для всех электроэрозионных станков узлами являются устройство для крепления и перемещения инструмента (заготовки), гидросистема, устройство для автоматического регулирования межэлектродного промежутка (между заготовкой и инструментом). Генераторы искровых или дуговых импульсов изготовляются, как правило, отдельно и могут работать с различными станками. Основные отличия устройств для перемещения инструмента (заготовки) в электроэрозионных станках от таковых в металлорежущих станках — отсутствие значительных силовых нагрузок и наличие электрической изоляции между электродами. Гидросистема состоит из ванны с рабочей жидкостью, гидронасоса для прокачивания жидкости через межэлектродный промежуток и фильтров для очистки жидкости, поступающей в насос, от продуктов эрозии.

Рисунок 5. Электроэрозионный станок

Электроимпульсный станок отличается от электроискрового практически только генератором импульсов. Советская промышленность выпускала генераторы различного назначения. Развитие техники полупроводниковых приборов позволило создать генераторы, обеспечивающие изменение параметров импульсов в широких пределах. Например, у советского генератора ШГИ-125-100 диапазон частот следования импульсов 0,1—100 кгц, длительность импульсов 3—9000 мксек, максимальная мощность 7,5 квт, номинальная сила тока 125 А. Диапазон рабочих напряжении, вырабатываемых для электроискровой обработки 60-200 в, а для электроимпульсной 20-60 в. Современные электроэрозионные станки — высокоавтоматизированные установки, зачастую работающие в полуавтоматическом и полностью автоматическом режиме.

Электромеханическая обработка объединяет методы, совмещающие одновременное механическое и электрическое воздействие на обрабатываемый материал в зоне обработки. К ним же относят методы, основанные на использовании некоторых физических явлений, например, гидравлический удар, ультразвук и др.

Электроконтактная обработка основана на введении в зону механической обработки электрической энергии — возбуждении мощной дуги переменного или постоянного тока (до 12 кА при напряжении до 50 в) между, например, диском, служащим для удаления материала из зоны обработки, и изделием (рис. 6). Применяется для обдирки литья, резки и других видов обработки, аналогичных по кинематике движений почти всем видам механической обработки. Преимущества метода — высокая производительность (до 106мм3/мин)на грубых режимах, простота инструмента, работа при относительно небольших напряжениях, низкие удельные давления инструмента — 30—50 кН/м2 и, как следствие, возможность использования для обработки твёрдых материалов инструмента, изготовленного из относительно мягких материалов. Недостатки — большая шероховатость обработанной поверхности, тепловые воздействия на металл при жёстких режимах.

Рисунок 6. Электроконтактная обработка (схема)

Разновидностью электроконтактной обработки является электроабразивная обработка — обработка абразивным инструментом, в том числе алмазно-абразивным, изготовленным на основе проводящих материалов. Введение в зону обработки электрической энергии значительно сокращает износ инструмента.

Электроконтактные станки по кинематике не отличаются практически от соответствующих металлорежущих станков; имеют мощный источник тока.

Магнитоимпульсная обработка применяется для пластического деформирования металлов и сплавов, т.е. обжатие и раздача труб, формовка трубчатых и листовых заготовок, калибровка и т.п. и основана на непосредственном преобразовании энергии меняющегося с большой скоростью магнитного поля, возбуждаемого, например, при разряде батареи мощных конденсаторов на индуктор, в механическую работу при взаимодействии с проводником (заготовкой) (рис. 7). Преимущества метода — отсутствие движущихся и трущихся частей в установках, высокая надёжность и производительность, лёгкость управления и компактность, наличие лишь одного инструмента — матрицы или пуансона (роль другого выполняет поле) и др.: недостатки — относительно невысокий кпд, затруднительность обработки заготовок с отверстиями или пазами (мешающими протеканию тока) и большой толщины.

Рисунок 7. Магнитоимпульсная обработка (схема)

Электрогидравлическая обработка, главным образом штамповка основана на использовании энергии гидравлического удара при мощном электрическом (искровом) разряде в жидком диэлектрике (рис. 8). При этом необходимо вакуумирование полости между заготовкой и матрицей, поскольку из-за огромных скоростей движения заготовки к матрице воздух не успевает уйти из полости и препятствует плотному прилеганию заготовки к матрице. Метод прост, надёжен, но обладает небольшим кпд, требует высоких электрических напряжений и не всегда даёт воспроизводимые результаты.

Рисунок 8. Устройство для электрогидравлической штамповки (схема)

К электромеханической обработке относится также ультразвуковая обработка.

Лучевая обработка - обработка материалов электронным пучком и световыми лучами. Электроннолучевая обработка осуществляется потоком электронов высоких энергий - до 100 кэВ. Таким путём можно обрабатывать все известные материалы, современная электронная оптика позволяет концентрировать электронный пучок на весьма малой площади, создавать в зоне обработки огромные плотности мощности. Электроннолучевые станки могут выполнять резание, в том числе прошивание отверстий, и сварку с большой точностью. Основой электроннолучевого станка является электронная пушка. Станки имеют также устройства контроля режима обработки, перемещения заготовки, вакуумное оборудование. Из-за относительно высокой стоимости, малой производительности, технической сложности станки используются в основном для выполнения прецизионных работ в микроэлектронике, изготовления фильер с отверстиями малых диаметров (до 5 мкм), работ с особо чистыми материалами.

К электрофизическим методам обработки относится также плазменная обработка.

Электрохимические методы обработки

Основаны на законах электрохимии. По используемым принципам эти методы разделяют на анодные и катодные, по технологическим возможностям — на поверхностные и размерные.

Поверхностная электрохимическая обработка. Суть метода состоит в том, что под действием электрического тока в электролите происходит растворение материала анода, причём быстрее всего растворяются выступающие части поверхности, что приводит к её выравниванию. При этом материал снимается со всей поверхности, в отличие от механического полирования, где снимаются только наиболее выступающие части. Электролитическое полирование позволяет получить поверхности весьма малой шероховатости. Важное отличие от механического полирования — отсутствие каких-либо изменений в структуре обрабатываемого материала.

Размерная электрохимическая обработка. К этим методам обработки относят анодно-гидравлическую и анодно-механическую обработку.

Анодно-гидравлическая обработка впервые была применена в Советском Союзе в конце 20-х гг. для извлечения из заготовки остатков застрявшего сломанного инструмента. Скорость анодного растворения зависит от расстояния между электродами: чем оно меньше, тем интенсивнее происходит растворение. Поэтому при сближении электродов поверхность анода (заготовка) будет в точности повторять поверхность катода (инструмента). Однако процессу растворения мешают продукты электролиза, скапливающиеся в зоне обработки, и истощение электролита. Удаление продуктов растворения и обновление электролита осуществляются либо механическим способом, либо прокачиванием электролита через зону обработки (рис. 9).

Рисунок 9. Анодно-гидравлическая обработка поверхности подвижными электродами (схема)

Этим методом, подбирая электролит, можно обрабатывать практически любые токопроводящие материалы, обеспечивая высокую производительность в сочетании с высоким качеством поверхности. Используемые для анодно-гидравлической обработки электрохимические станки просты в обращении, используют низковольтное - до 24 в - электрооборудование. Однако значительные плотности тока - до 200 А/см2 - требуют мощных источников тока, больших расходов электролита, иногда до 1/3 площади цехов занимают баки для электролита.

Комбинированные методы обработки сочетают в себе преимущества электрофизических и электрохимических методов. Используемые сочетания разнообразны. Например, сочетание анодно-механической обработки с ультразвуковой в некоторых случаях повышает производительность в 20 раз. Существующие электроэрозионно-ультразвуковые станки позволяют использовать оба метода как раздельно, так и вместе.

Технология электроэрозионной обработки

Сущность электроэрозионной обработки

Разрушение поверхностных слоев материала под влиянием внешнего воздействия электрических разрядов называется электрической эрозией. На этом явлении основан принцип электроэрозионной обработки.

Электроэрозионная обработка заключается в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием электрических разрядов в результате электрической эрозии (ГОСТ 25331-82).

Под воздействием высоких температур в зоне разряда происходят нагрев, расплавление, и частичное испарение металла. Для получения высоких температур в зоне разряда необходима большая концентрация энергии. Для достижения этой цели используется генератор импульсов. Процесс электроэрозионной обработки происходит в рабочей жидкости, которая заполняет пространство между электродами; при этом один из электродов — заготовка, а другой — электрод-инструмент.

Под действием сил, возникающих в канале разряда, жидкий и парообразный материал выбрасывается из зоны разряда в рабочую жидкость, окружающую его, и застывает в ней с образованием отдельных частиц. В месте действия импульса тока на поверхности электродов появляются лунки. Таким образом осуществляется электрическая эрозия токопроводящего материала, показанная на примере действия одного импульса тока, и образование одной эрозионной лунки.

Материалы, из которых изготавливается электрод-инструмент, должны иметь высокую эрозионную стойкость. Наилучшие показатели в отношении эрозионной стойкости электродов-инструментов и обеспечения стабильности протекания электроэрозионного процесса имеют медь, латунь, вольфрам, алюминий, графит и графитовые материалы.

Рабочая среда

Рабочие жидкости должны удовлетворять следующим требованиям:

— обеспечение высоких технологических показателей электроэрозионной обработки;

— термическая стабильность физико-химических свойств при воздействии электрических разрядов с параметрами, соответствующими применяемым при электроэрозионной обработке;

— низкая коррозионная активность к материалам электрода-инструмента и обрабатываемой заготовки;

— высокая температура вспышки и низкая испаряемость;

— хорошая фильтруемость;

— отсутствие запаха и низкая токсичность.

При электроэрозионной обработке применение получили низкомолекулярные углеводородистые жидкости различной вязкости; вода и в незначительной степени кремнийорганические жидкости, а также водные растворы двухатомных спиртов.

Для каждого вида электроэрозионной обработки применяют рабочие жидкости, обеспечивающие оптимальный режим обработки. На черновых режимах рекомендуется применять рабочие жидкости с вязкостью (смесь керосин и масло индустриальное), а на чистовых (керосин, сырье углеводородное).

Электрод-инструменты

Электрод-инструменты (ЭИ) должны обеспечивать стабильную работу во всем диапазоне рабочих режимов электроэрозионной обработки и максимальную производительность при малом износе. Электроды-инструменты должен быть достаточно жестким и противостоять различным условиям механической деформации (усилиям прокачки рабочей жидкости) и температурным деформациям. На поверхности электродов-инструментов не должно быть вмятин, трещин, царапин и расслоения. Поверхность электродов-инструментов должна иметь шероховатость Ra = 2,5  0,63

При обработке углеродистых, инструментальных сталей и жаропрочных сплавов на никелевой основе используют графитовые и медные электроды-инструменты. Для черновой электроэрозионной обработки заготовок из этих материалов применяются электроды-инструменты из алюминиевых сплавов и чугуна, а при обработке отверстий — электроды-инструменты из латуни. При обработке твердых сплавов и тугоплавких материалов на основе вольфрама, молибдена и ряда других материалов широко применяют электроды-инструменты из композиционных материалов, так как при использовании графитовых электродов-инструментов не обеспечивается высокая производительность из-за низкой стабильности электроэрозионного процесса, а электроды-инструменты из меди имеют большой износ, достигающий десятка процентов, и высокую стоимость.

Износ электродов-инструментов зависит от материала, из которого он изготовлен, от параметров рабочего импульса, свойств рабочей жидкости, площади обрабатываемой поверхности, а также от наличия вибрации. На выбор материала и конструкции электродов-инструментов существенное влияние оказывают материал заготовки, площадь обрабатываемой поверхности, сложность ее формы, требования к точности и серийности изделия.

Электроэрозионные станки по технологическому назначению классифицируют на:

- универсальные

- специализированные

- специальные.

В таблице 1 приведены характеристики некоторых электроэрозионных станков.

Модель станка	Наименование станка	Назначение и краткая характеристика
4720М	Станок настольный электроэрозионный копировально-прошивочный. Универсальный.	Изготовление рабочих деталей пресс-форм, фасонных деталей из труднообрабатываемых штампов. Производительность — 70 мм2/мин, шероховатость — Ra = 0,80,4.
4К721АФ1	Электроэрозионный копировально-прошивочный станок. Универсальный.	Обработка сложнопрофильных отверстий. Производительность — 250 мм2/мин, шероховатость — Ra = 1,25.
4Е723-01Ф1	Электроэрозионный копировально-прошивочный станок. Универсальный.	Изготовление элементов деталей из труднообрабатываемых сплавов, прореза отверстий. Производительность — 1200 мм2/мин, шероховатость — Ra = 2,5.
4П724Ф3М	Электроэрозионный станок копировально-прошивочный с ЧПУ. Универсальный.	Изготовление элементов деталей ковочных штампов, прореза фасонных отверстий. Производительность — 200 мм2/мин, шероховатость — Ra = 3,21,6.
4Б611	Переносной электроэрозионный станок. Специальный.	Прошивание отверстий. Производительность — скорость углубления — 15 мкм/мин.
4531Ф3	Электроэрозионный станок с программным управлением для профильной вырезки.	Вырезка проволочным ЭИ деталей вырубных штампов, матриц, шаблонов. Производительность — 18 мм2/мин. Шероховатость — Ra=1,25.
4735Ф3М	Электроэрозионный станок, вырезной, высокой точности с ЧПУ. Специализированный.	Вырезка проволочным ЭИ деталей вырубных штампов, матриц, фасонных резцов, шаблонов. Производительность — 40 мм2/мин. Шероховатость — Ra = 1,25.
ЭФА	Электроэрозионный станок, фотокопировальный. Специализированный.	Вырезка проволочным ЭИ деталей вырубных штампов, матриц, шаблонов, изделий народного потребления. Производительность — 20 мм2/мин. Шероховатость — Ra = 1,25.

Общая характеристика процесса электроэрозионной обработки

Типовой технологический процесс электроэрозионной обработки на копировально-прошивочных станках заключается в следующем:

Заготовку фиксируют и жестко крепят на столе станка или в приспособлении. Тяжелые установки (весом выше 100 кг) устанавливают без крепления. Устанавливают и крепят в электродержателе электрод-инструмент. Положение электрода-инструмента относительно обрабатываемой заготовки выверяют по установочным рискам с помощью микроскопа или по базовым штифтам. Затем ванну стакана поднимают и заполняют рабочей жидкостью выше поверхности обрабатываемой заготовки.
Устанавливают требуемый электрический режим обработки на генераторе импульсов, настраивают глубинометр и регулятор подачи. В случае необходимости включают вибратор и подкачку рабочей жидкости.
В целях повышения производительности и обеспечения заданной шероховатости поверхности обработку производят в три перехода: предварительный режим — черновым электродом-инструментом и окончательный — чистовым и доводочным.

Типовые операции электроэрозионной обработки

По технологическим признакам устанавливаются следующие виды электроэрозионной обработки:

отрезка (ЭЭОт)
объемное копирование (ЭЭОК)
вырезание (ЭЭВ)
прошивание (ЭЭПр)
шлифование (ЭЭШ)
доводка (ЭЭД)
маркирование (ЭЭМ)
упрочнение (ЭЭУ)

Прошивание отверстий

При электроэрозионной обработке прошивают отверстия на глубину до 20 диаметров с использованием стержневого электрода-инструмента и до 40 диаметров — трубчатого электрода-инструмента. Глубина прошиваемого отверстия может быть значительно увеличена, если вращать электрод-инструмент, или обрабатываемую поверхность, или и то и другое с одновременной прокачкой рабочей жидкости через электрод-инструмент или с отсосом ее из зоны обработки. Скорость электроэрозионного прошивания достигает 2-4 мм/мин.

Маркирование

Маркирование выполняется нанесением на изделие цифр, букв, фирменных знаков и др. Электроэрозионное маркирование обеспечивает высокое качество, не вызывает деформации металла и не создает зоны концентрации внутреннего напряжения, которое возникает при маркировании ударными клеймами. Глубина нанесения знаков может колебаться в пределах от 0,1 до 1 мм.

Операция может выполняться одним электродом-инструментом и по многоэлектродной схеме. Изготавливаются электроды-инструменты из графита, меди, латуни, алюминия.

Производительность составляет около 3-8 мм/с. Глубина знаков зависит от скорости движения электрода. При скорости движения электрода более 6 мм/с четкость знаков ухудшается. В среднем на знак высотой 5 мм затрачивается около 4 с.

Вырезание

В основном производстве электроэрозионное вырезание применяют при изготовлении деталей электро-вакуумной и электронной техники, ювелирных изделий и т.д. в инструментальном производстве, при изготовлении матриц, пуансонов, пуансонодержателей и других деталей, а также вырубных штампов, копиров, шаблонов, цанг, лекал, фасонных резцов и др.

Шлифование

Процесс электроэрозионного шлифования применяют для чистовой обработки труднообрабатываемых материалов, магнитных и твердых сплавов.

Отклонение размеров профиля после электроэрозионного шлифования находится в пределах от 0,005 до 0,05 мм, шероховатость Ra = 2,50,25, производительность — 260 мм2/мин.

С появлением электрических способов обработки оказалось в принципе возможным осуществление методами электротехнологии всего комплекса операций, необходимых для превращения заготовки в готовую деталь, включая и ее термическую обработку.

Метод электрохимической обработки

Физико-химическая сущность метода электрохимической обработки

Механизм съема материала при электрохимической обработке (ЭХО) основан на процессе электролиза. Съем металла происходит по закону Фарадея, согласно которому количество снятого металла пропорционально силе тока и времени обработки.

Принципиальная схема процесса электролиза следующая: На два металлических электрода, погруженных в водный раствор нейтральной соли, подается напряжение. Электрод-заготовка (анод) подсоединен к положительному полюсу источника питания, электрод-инструмент (катод) - к отрицательному.

На рисунке показана схема электрохимической ячейки, на которой в качестве анода и катода выбраны железные электроды, в качестве электролита - водный раствор азотнокислого натрия, молекулы которого диссоциированы на нитрат-ионы и ионы натрия. В растворе, кроме того, присутствуют продукты диссоциации воды: Н+ и ОН-

Схема электролиза: 1 - электрод-заготовка; 2 - электролит; 3 - электрод-инструмент; 4 - источник тока.

При приложении к электрохимической ячейке напряжения на катоде начинается процесс восстановления, а на аноде - окисления. Атом железа отдает два электрона и выходит из кристаллической решетки в электролит в виде двухвалентных ионов Fe+2. Эти ионы при взаимодействии с нитрат-ионами электролита образуют растворимое соединение нитрата железа [Fe(NO3)2]. В результате последовательных реакций нитрата железа с ионами ОН- вначале происходит образование гидроокиси железа [Fe(OH)2], а затем переход ее в Fe(OH)3, которая осаждается в виде шлама. Он легко удаляется из электролита при помощи фильтров или сепараторов. Нитрат-ионы снова вступают в реакцию с новыми ионами железа.

На катоде идет процесс восстановления воды. Ионы водорода, принимая электроны катода, образуют атомы водорода, которые в паре дают газообразную молекулу водорода. Ионы натрия в силу своей электрохимической природы при электролизе водных растворов не восстанавливаются и формально не принимают участие в процессе. Теоретически при электролизе кроме электроэнергии расходуется только вода.

Технологические преимущества метода электрохимической обработки

Полное отсутствие износа инструмента.
Отсутствие заусенцев на обработанной поверхности детали.
Выходные технологические показатели практически не зависят от твердости и прочности обрабатываемых материалов.
В отличие от электроэрозионной обработки отсутствует термическое влияние на структуру поверхностного слоя обработанной детали.
Принципиальное отсутствие механического контакта инструмента с заготовкой позволяет с высокой производительностью обрабатывать нежесткие и ажурные детали.
Возможность снижения шероховатости обрабатываемой поверхности при одновременном повышении производительности. Такого преимущества нет ни у одного из известных механических и электрофизических методов обработки. При финишной обработке деталей с требуемой шероховатостью поверхности Raмкм метод ЭХО обеспечивает в 10-100 раз большую производительность, чем электроэрозионная обработка, при хороших показателях по точности.
В отличие от механических методов обработки (фрезерование, шлифование) электрод-инструменты изготавливаются из легкообрабатываемых металлов и могут иметь твердость и прочность значительно ниже чем у материала детали.
Обработка осуществляется на низких (менее 12 В) напряжениях с использованием электролитов (водных растворов нейтральных минеральных солей малой концентрации), что позволяет повысить электробезопасность труда операторов и исключить возможность возникновения пожара в зоне обработки.

Сравнение технологических показателей электроэрозионной электрохимической обработки

Технологические схемы обработки1

Копировально-прошивочная технологическая схема обработки на импульсном токе с вибрацией электрод-инструментом

Сущность данной технологической схемы состоит в следующем:

Электрод-инструмент движется в направлении обрабатываемой поверхности электрода-заготовки со скоростью подачи Vk и совершает периодические колебания по заданному закону S(t). В процессе сближения электродов давление электролита P(t) в межэлектродном промежутке возрастает. При этом скорость течения электролита замедляется, а находящийся в нем газ сжимается и частично растворяется. Относительное объемное газонаполнение Kg(t) уменьшается. Образуется гомогенная межэлектродная среда. В этот момент времени через межэлектродный промежуток начинают пропускать технологический ток I(t) высокой плотности. При его прохождении начинается интенсивное развитие известных физико-химических реакций, сопровождающих электролиз: рост температуры T(t), газонаполнения Kg(t) электролита, анодное растворение материала заготовки. По мере отвода электрода-инструмента от заготовки давление P(t) в межэлектродном промежутке падает, и он заполняется газопаровой фазой. В этот момент времени прекращают подачу технологического тока I(t). Величина межэлектродного зазора S(t) возрастает, существенно облегчая условия для обновления межэлектродной среды и удаления продуктов электрохимических реакций. Периодическое повторение описанного цикла составляет принцип этой схемы обработки.


Технологическая схема импульсной ЭХО c вибрацией электрод-инструмента	Характерные временные зависимости. Основные параметры процесса.

Типовые схемы выполнения копировальных и прошивочных операций


Копирование	Прошивка

Аэродинамическая поверхность в Ti-Al-Vn сплаве	Прямоугольное окно в Ti-Al сплаве

Многокоординатная электрохимическая обработка сложных пространственных поверхностей непрофилированным электрод– инструментом простой геометрической формы.

Данная схема реализуется на многокоординатных электрохимических станках с ЧПУ класса CNC.

Сущность технологической схемы ЭХО непрофилированными электрод- инструментами состоит в следующем: стержневой ЭИ с полусферическим рабочим торцом r, вращаясь вокруг продольной оси, перемещается со скоростью Vk над поверхностью заготовки на некотором расстоянии s по заданной регулярной траектории (как правило, зигзаг). ЭИ подключен к отрицательному, а заготовка – к положительному полюсам источника питания. В МЭП под давлением через сопла подается высокоскоростная напорная струя электролита с заданными физико-химическими параметрами. Для стабилизации потока электролита в МЭП, исключения разбрызгивания и возникновения электролитного тумана над заготовкой поддерживается определенный (30 – 50 мм) уровень рабочей жидкости, создающий стабилизирующий слой.

Управление контурной скоростью Vk и параметрами (напряжением, током) источника питания осуществляется от системы ЧПУ. Это позволяет по программе изменять интенсивность и характер процесса съема в каждой точки обрабатываемой поверхности.

Технологическая схема последовательно-строчного ЭХО непрофилированным ЭИ с полусферическим рабочим торцом

Типовые схемы многокоординатной электрохимической обработки

Крыльевой элемент аэродинамического профиля из высокопрочной стали
Фрагмент операционной заготовки моноротора с вырезанным межлопаточным пазом из высокопрочного сплава

Заключение

Изобретение электроэрозионной обработки вот уже несколько десятилетий позволяет машино- и приборостроителям решать сложные технологические задачи при изготовлении деталей сложной конфигурации из обрабатываемых материалов. ЭЭО позволяет конструкторам и технологам выбрать оптимальный вариант конструкции, материала детали и технологического процесса.

Электроэрозионные способы не исключают механическую обработку, а дополняют ее, занимая свое определенное место, соответствующее их особенностям, а именно: возможности обработки токопроводящих материалов с любыми физико-механическими свойствами и отображения формы инструмента в изделии.

Особо перспективным является использование электрических способов для обработки деталей из твердых сплавов, жаропрочных сталей и специальных трудно обрабатываемых сплавов, получающих все большее применение в связи с повышением давлений, температур и скоростей в машинах и аппаратах.

Область наиболее эффективного применения электрохимической обработки - это инструментальное производство различных отраслей промышленности, в частности, изготовление формообразующих элементов штампов, пресс-форм и литейных форм, изготовление ажурных и малоразмерных деталей из высокопрочных сталей и сплавов в ряде областей высоких технологий.

Появление в последнее десятилетие нового поколения электрохимических станков, оснащенных адаптивными системами управления, широкодиапазонными импульсными источниками питания, существенно возросший уровень теоретических представлений о механизме процесса анодного растворения и развитие методов математического моделирования гидродинамики потока электролита, электрических и тепловых полей в электролизерах создали реальную основу для постановки и практического решения задач прецизионного объемного электрохимического формообразования.

Список литературы

Артамонов Б.А., Волков Ю.С. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Москва, "Высшая школа", 1983
Лившиц А.Л. Электроэрозионная обработка металлов. Москва, "Высшая школа", 1979
Артамонов Б.А. и др. Размерная электрическая обработка металлов. Москва, "Высшая школа", 1978
Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. Под ред. Волосатова В.А. Ленинград, "Машиностроение", 1988
Вишницкий А. Л., Ясногородский И. 3., Григорчук И. П., Электрохимическая н электромеханическая обработка металлов, Л., 1971
Черепанов Ю. П., Самецкий Б. И., Электрохимическая обработка в машиностроении, М., 1972

1 по данным сайта НИИ "Проблем теории и технологии электрохимической обработки"

gigabaza.ru

Реферат - Электрофизические и электрохимические методы обработки

Электрофизические и электрохимические методы обработки

Общее название методов обработки конструкционных материалов непосредственно электрическим током, электролизом и их сочетанием с механическим воздействием. В Э. и э. м. о. включают также методы ультразвуковые, плазменные и ряд других методов. С разработкой и внедрением в производство этих методов сделан принципиально новый шаг в технологии обработки материалов — электрическая энергия из вспомогательного средства при механической обработке (осуществление движения заготовки, инструмента) стала рабочим агентом. Всё более широкое использование Э. и э. м. о. в промышленности обусловлено их высокой производительностью, возможностью выполнять технологические операции, недоступные механическим методам обработки. Э. и э. м. о. весьма разнообразны и условно их можно разделить на электрофизические (электроэрозионные, электромеханические, лучевые), электрохимические и комбинированные (рис. 1).

Электрофизические методы обработки

Т. к. длительность используемых в данном методе обработки электрических импульсов не превышает 10—2 сек, выделяющееся тепло не успевает распространиться в глубь материала и даже незначительной энергии оказывается достаточно, чтобы разогреть, расплавить и испарить небольшое количество вещества. Кроме того, давление, развиваемое частицами плазмы при ударе об электрод, способствует выбросу (эрозии) не только расплавленного, но и просто разогретого вещества. Поскольку электрический пробой, как правило, происходит по кратчайшему пути, то прежде всего разрушаются наиболее близко расположенные участки электродов. Т. о., при приближении одного электрода заданной формы (инструмента) к другому (заготовке) поверхность последнего примет форму поверхности первого (рис. 2). Производительность процесса, качество получаемой поверхности в основном определяются параметрами электрических импульсов (их длительностью, частотой следования, энергией в импульсе). Электроэрозионный метод обработки объединил электроискровой и электроимпульсный методы.

Электроискровая обработка была предложена советскими учёными H. И. и Б. Р. Лазаренко в 1943. Она основана на использовании искрового разряда (См. Искровой разряд). При этом в канале разряда температура достигает 10000 °С, развиваются значительные гидродинамические силы, но сами импульсы относительно короткие и, следовательно, содержат мало энергии, поэтому воздействие каждого импульса на поверхность материала невелико. Метод позволяет получить хорошую поверхность, но не обладает достаточной производительностью. Кроме того, при этом методе износ инструмента относительно велик (достигает 100% от объёма снятого материала). Метод используется в основном при прецизионной обработке небольших деталей, мелких отверстий, вырезке контуров. твердосплавных штампов проволочным электродом (см. ниже).

Электроимпульсная обработка основана на использовании импульсов дугового разряда (См. Дуговой разряд). Предложена советским специалистом М. М. Писаревским в 1948. Этот метод стал внедряться в промышленность в начале 1950-х гг. В отличие от искрового, дуговой разряд имеет температуру плазмы ниже (4000—5000°С), что позволяет увеличивать длительность импульсов, уменьшать промежутки между ними и т. о. вводить в зону обработки значительные мощности (несколько десятков квт), т. е. увеличивать производительность обработки. Характерное для дугового разряда преимущественно разрушение катода приводит к тому, что износ инструмента (в этом случае он подключается к аноду) ниже, чем при электроискровой обработке, составляя 0,05—0,3% от объёма снятого материала (иногда инструмент вообще не изнашивается). Более экономичный электроимпульсный метод используется в основном для черновой обработки и для трёхкоординатной обработки фасонных поверхностей. Оба метода (электроискровой и электроимпульсный) дополняют друг друга.

Электроэрозионные методы особенно эффективны при обработке твёрдых материалов и сложных фасонных изделий. При обработке твёрдых материалов механическими способами большое значение приобретает износ инструмента. Преимущество электроэрозионных методов (как и вообще всех Э. и э. м. о.) состоит в том, что для изготовления инструмента используются более дешёвые, легко обрабатываемые материалы. Часто при этом износ инструментов незначителен. Например, при изготовлении некоторых типов штампов механическими способами более 50% технологической стоимости обработки составляет стоимость используемого инструмента. При обработке этих же штампов электроэрозионными методами стоимость инструмента не превышает 3,5%. Условно технологические. приёмы электроэрозионной обработки можно разделить на прошивание и копирование. Прошиванием удаётся получать отверстия диаметром менее 0,3 мм, что невозможно сделать механическими методами. В этом случае инструментом служит тонкая проволочка. Этот приём на 20—70% сократил затраты на изготовление отверстий в фильерах, в том числе алмазных. Более того, электроэрозионные методы позволяют изготовлять спиральные отверстия. При копировании получила распространение обработка ленточным электродом (рис. 3). Лента, перематываясь с катушки на катушку, огибает копир, повторяющий форму зуба. На грубых режимах лента «прорезает» заготовку на требуемую глубину, после чего вращением заготовки щель расширяется на нужную ширину. Более распространена обработка проволочным электродом (лента заменяется проволокой). Этим способом, например, можно получать из единого куска материала одновременно пуансон и матрицу штампа, причём их соответствие практически идеально. Возможности электроэрозионной обработки при изготовлении деталей сложной формы видны из рис. 4а, б. Другие её разновидности: размерная обработка, упрочнение инструмента, получение порошков для порошковой металлургии и др. См. также Вихрекопировальная обработка.

Первый в мире советский электроэрозионный (электроискровой) станок был предназначен для удаления застрявшего в детали сломанного инструмента (1943). С тех пор в СССР и за рубежом выпущено большое число разнообразных по назначению, производительности и конструкции электроэрозионных станков. По назначению (как и металлорежущие станки (См. Металлорежущий станок)) различают станки универсальные, специализированные (см., напр., рис. 5) и специальные, по требуемой точности обработки — общего назначения, повышенной точности, прецизионные. Общими для всех электроэрозионных станков узлами являются устройство для крепления и перемещения инструмента (заготовки), гидросистема, устройство для автоматического регулирования межэлектродного промежутка (между заготовкой и инструментом). Генераторы соответствующих импульсов (искровых или дуговых) изготовляются, как правило, отдельно и могут работать с различными станками. Основные отличия устройств для перемещения инструмента (заготовки) в электроэрозионных станках от таковых в металлорежущих станках — отсутствие значительных силовых нагрузок и наличие электрической изоляции между электродами. Гидросистема состоит из ванны с рабочей жидкостью (технического масла, керосин и т. п.), гидронасоса для прокачивания жидкости через межэлектродный промежуток и фильтров для очистки жидкости, поступающей в насос, от продуктов эрозии.

Электроимпульсный станок отличается от электроискрового практически только генератором импульсов. Советская промышленность выпускает генераторы различного назначения. Развитие техники полупроводниковых приборов позволило создать генераторы, обеспечивающие изменение параметров импульсов в широких пределах. Например, у советского генератора ШГИ-125-100 диапазон частот следования импульсов 0,1—100 кгц, длительность импульсов 3—9000 мксек, максимальная мощность 7,5 квт, номинальная сила тока 125 а. Диапазон рабочих напряжении, вырабатываемых для электроискровой обработки, — 60—200 в, а для электроимпульсной — 20—60 в. Современные электроэрозионные станки — высокоавтоматизированные установки, зачастую работающие в полуавтоматическом режиме.

Электромеханическая обработка объединяет методы, совмещающие одновременное механическое и электрическое воздействие на обрабатываемый материал в зоне обработки. К ним же относят методы, основанные на использовании некоторых физических явлений (например, гидравлический удар, ультразвук и др.).

Электроконтактная обработка основана на введении в зону механической обработки электрической энергии — возбуждении мощной дуги переменного или постоянного тока (до 12 ка при напряжении до 50 в) между, например, диском, служащим для удаления материала из зоны обработки, и изделием (рис. 6). Применяется для обдирки литья, резки и других видов обработки, аналогичных по кинематике движений почти всем видам механической обработки. Преимущества метода — высокая производительность (до 106 мм3/мин) на грубых режимах, простота инструмента, работа при относительно небольших напряжениях, низкие удельные давления инструмента — 30—50 кн/м2 (0,3— 0,5 кгс/см2) и, как следствие, возможность использования для обработки твёрдых материалов инструмента, изготовленного из относительно мягких материалов. Недостатки — большая шероховатость обработанной поверхности, тепловые воздействия на металл при жёстких режимах.

Разновидностью электроконтактной обработки является электроабразивная обработка — обработка абразивным инструментом (См. Абразивный инструмент) (в т. ч. алмазно-абразивным), изготовленным на основе проводящих материалов. Введение в зону обработки электрической энергии значительно сокращает износ инструмента.

Магнитоимпульсная обработка применяется для пластического деформирования металлов и сплавов (обжатие и раздача труб, формовка трубчатых и листовых заготовок, калибровка и т. п.) и основана на непосредственном преобразовании энергии меняющегося с большой скоростью магнитного поля, возбуждаемого, например, при разряде батареи мощных конденсаторов на индуктор, в механическую работу при взаимодействии с проводником (заготовкой) (рис. 7). Преимущества метода — отсутствие движущихся и трущихся частей в установках, высокая надёжность и производительность, лёгкость управления и компактность, наличие лишь одного инструмента — матрицы или пуансона (роль другого выполняет поле) и др.: недостатки — относительно невысокий кпд, затруднительность обработки заготовок с отверстиями или пазами (мешающими протеканию тока) и большой толщины.

Электрогидравлическая обработка (главным образом штамповка). Основана на использовании энергии гидравлического удара (См. Гидравлический удар) при мощном электрическом (искровом) разряде в жидком диэлектрике (рис. 8). При этом необходимо вакуумирование полости между заготовкой и матрицей, поскольку из-за огромных скоростей движения заготовки к матрице воздух не успевает уйти из полости и препятствует плотному прилеганию заготовки к матрице. Метод прост, надёжен, но обладает небольшим кпд, требует высоких электрических напряжений и не всегда даёт воспроизводимые результаты.

К электромеханической обработке относится также Ультразвуковая обработка.

Лучевая обработка. К лучевым методам обработки относится обработка материалов электронным пучком и световыми лучами (см. Лазерная технология). Электроннолучевая обработка осуществляется потоком электронов высоких энергий (до 100 кэв). Таким путём можно обрабатывать все известные материалы (современная Электронная оптика позволяет концентрировать электронный пучок на весьма малой площади, создавать в зоне обработки огромные плотности мощности). Электроннолучевые станки могут выполнять резание (в т. ч. прошивание отверстий) и сварку с большой точностью (до 50 Å). Основой электроннолучевого станка является Электронная пушка. Станки имеют также устройства контроля режима обработки, перемещения заготовки, вакуумное оборудование. Из-за относительно высокой стоимости, малой производительности, технической сложности станки используются в основном для выполнения прецизионных работ в микроэлектронике, изготовления фильер с отверстиями малых (до 5 мкм) диаметров, работ с особо чистыми материалами.

К электрофизическим методам обработки относится также Плазменная обработка.

Электрохимические методы обработки

Основаны на законах электрохимии (См. Электрохимия). По используемым принципам эти методы разделяют на анодные и катодные (см. Электролиз), по технологическим возможностям — на поверхностные и размерные.

Поверхностная электрохимическая обработка. Практическое использование электрохимических методов началось с 30-х гг. 19 в. (гальваностегия и гальванопластика, см. Гальванотехника). Первый патент на электролитическое полирование был выдан в 1910 Е. И. Шпитальскому (См. Шпитальский). Суть метода состоит в том, что под действием электрического тока в электролите происходит растворение материала анода (анодное растворение), причём быстрее всего растворяются выступающие части поверхности, что приводит к её выравниванию. При этом материал снимается со всей поверхности, в отличие от механического полирования, где снимаются только наиболее выступающие части. Электролитическое полирование позволяет получить поверхности весьма малой шероховатости. Важное отличие от механического полирования — отсутствие каких-либо изменений в структуре обрабатываемого материала. См. статьи Анодирование, Пассивирование.

Размерная электрохимическая обработка. К этим методам обработки относят анодно-гидравлическую и анодно-механическую обработку (См. Анодно-механическая обработка).

Анодно-гидравлическая обработка впервые была применена в Советском Союзе в конце 20-х гг. для извлечения из заготовки остатков застрявшего сломанного инструмента. Скорость анодного растворения зависит от расстояния между электродами: чем оно меньше, тем интенсивнее происходит растворение. Поэтому при сближении электродов поверхность анода (заготовка) будет в точности повторять поверхность катода (инструмента). Однако процессу растворения мешают продукты электролиза, скапливающиеся в зоне обработки, и истощение электролита. Удаление продуктов растворения и обновление электролита осуществляются либо механическим способом (анодно-механическая обработка), либо прокачиванием электролита через зону обработки (рис. 9).

Этим методом, подбирая электролит, можно обрабатывать практически любые токопроводящие материалы, обеспечивая высокую производительность в сочетании с высоким качеством поверхности. Используемые для анодно-гидравлической обработки электрохимические станки просты в обращении, используют низковольтное (до 24 в) электрооборудование. Однако значительные плотности тока (до 200 а/см2) требуют мощных источников тока, больших расходов электролита (иногда до 1/3 площади цехов занимают баки для электролита).

Лит.: Вишницкий А. Л., Ясногородский И. 3., Григорчук И. П., Электрохимическая электромеханическая обработка металлов, Л., 1971; Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки материалов, М., 1971; Черепанов Ю. П., Самецкий Б. И., Электрохимическая обработка в машиностроении, М., 1972; Новое в электрофизической и электрохимической обработке материалов, Л., 1972.

Рис. 1. Классификация основных электрофизических и электрохимических методов обработки.

Рис. 2. Схема электроэрозионного метода обработки: 1 — инструмент; 2 — заготовка; 3 — жидкий диэлектрик; 4 — электрические разряды.

Рис. 3. Схема обработки пазов ленточным электродом: 1 — лента; 2 — катушки; 3 — копир; 4 — заготовка.

Рис. 5. Электроэрозионный станок для извлечения обломков свёрл из глубоких отверстий в коленчатых валах.

Рис. 6. Принципиальная схема электроконтактной обработки: 1 — заготовка; 2 — диск; 3 — источник питания.

Рис. 7. Схема магнитоимпульсной обработки: 1 — индуктор; 2 — заготовка. Пунктиром показаны магнитные силовые линии; жирными стрелками — механические силы.

Рис. 8. Схема устройства для электрогидравлической штамповки: 1 — электроды; 2 — заготовка; 3 — вакуумная полость матрицы; 4 — матрица; 5 — рабочая жидкость.

Рис. 9. Схема анодно-гидравлической обработки поверхности турбинной лопатки подвижными электродами: 1 — лопатка; 2 — электроды; 3 — электролит. Стрелками показано направление движения электродов и электролита.

Рис 4. Половина ковочного штампа.

Рис. 4б. Рабочее колесо газовой турбины, обработанное электроэрозионным методом.

www.ronl.ru

Реферат - Размерная электрохимическая обработка металлов

Реферат - Размерная электрохимическая обработка металловскачать (157.5 kb.)Доступные файлы (1):

n1.doc

Министерство образования РФ

Курский государственный технический университет

Кафедра охраны труда и окружающей среды

Реферат на тему:

Размерная электрохимическая обработкаВыполнила студентка группы

Проверил доцент

Содержание

Введение-------------------------------------------------------------------------------------3

1.Основы процессов ЭХО----------------------------------------------------------------4

2. Разновидности процессов ЭХО------------------------------------------------------6

3. Электролиты----------------------------------------------------------------------------12

4.Технологические характеристики---------------------------------------------------13

5.Общая характеристика оборудования для ЭХО----------------------------------17

6. Особенности участков ЭХО----------------------------------------------------------19

7. Влияние ЭХО на работающих и на окружающую среду-----------------------19

Введение.

Важнейшим условием повышения эффективности общественного производства и улучшения качества продукции является ускорение темпов научно-технического прогресса, что достигается, в частности, техническим перевооружением производства и широким внедрением прогрессивной техники и технологии.

Первостепенная роль в решении этих задач принадлежит машиностроению – отрасли промышленности, производящей машины, оборудование, приборы, а также предметы культурно-бытового назначения. При этом к продукции машиностроения предъявляются высокие эксплуатационные и технико-экономические характеристики, особое внимание уделяется улучшению качества выпускаемых машин, оборудования, приборов, повышению их технического уровня, производительности, надежности и безопасности в эксплуатации.

Для достижения высоких эксплуатационных и технико-экономических характеристик необходимо совершенствовать технологию, повышать качество обработки деталей, применять новые конструкционные материалы, совершенствовать и разрабатывать новые технологические методы обработки.

К числу современных технологических процессов, сокращающих трудоемкость обработки металлических материалов, относится электрохимическая обработка (ЭХО) заготовок и деталей в токопроводящем растворе (электролите).

В настоящее время область практического применения ЭХО распространяется от простых операций по отрезке заготовок из труднообрабатываемых сталей и сплавов вплоть до операций по формообразованию сложнопрофильных деталей, например турбинных лопаток.

Созданы и успешно эксплуатируются станки для электрохимического формообразования профиля пера лопаток турбин и компрессоров, отрезки заготовок, заточки режущих инструментов, формообразования отверстий, пазов и щелей и для других технологических операций; разрабатываются и осваиваются новые и совершенствуются существующие технологические процессы и оборудование; повышаются технико-экономические и эксплуатационные характеристики станков и установок для ЭХО.1.Основы процессов ЭХО.

Явление анодного растворения. Электрохимическая обработка металлов основана на способности их растворяться в результате окислительных реакций, происходящих в среде электропроводного раствора – электролита – под действием на него постоянного электрического тока. Такой химический процесс растворения металлов называют электролизом. Электролиз протекает при наличии источника питания, электролита и двух металлических проводников, называемых электродами, каждый из которых находится в электролитической ванне с электролитом.

В электролите свободными электрическими зарядами являются ионы, образующиеся при растворении, например, в воде солей, кислот или щелочей. Молекулы таких веществ, взаимодействуя с молекулами растворителя – воды, распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы. При этом движение ионов в электролите неупорядоченное. Под действием электрического поля, создаваемого источником питания, между электродом, соединенным с положительным полюсом и называемым анодом, и электродом – катодом, соединенным с отрицательным полюсом, возникает направленное движение ионов – отрицательно заряженные ионы (анионы) движутся к аноду, а положительно заряженные ионы (катионы) – к катоду. В электролите, таким образом, возникает электрический ток, представляющий упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных ионов.

Рисунок 1. 1 – электрод-анод; 2 – электролит; 3 – электрод-катод; 4 – источник питания.

Схема движения ионов в наиболее часто применяемом для ЭХО электролите – водном растворе хлористого натрия NaCl – приведена на рисунке 1. при растворении хлористого натрия в воде его молекула распадается на катион натрия Na+ и анион хлора Cl–. Вода Н2О при этом также частично диссоциирует на катионы водорода Н+ и анионы гидроксила ОН–. При подаче на электроды напряжения от источника питания анионы гидроксила и катионы водорода вместе с анионами хлора и катионами натрия вынуждены под действием сил электрического поля перемещаться соответственно к катоду и аноду. Атомы поверхностного слоя электрода-анода 1, получая от движущихся к нему анионов хлора и гидроксила дополнительные отрицательные заряды, превращаются в положительные ионы железа. Последние под действием сложных катодных и анодных реакций взаимодействуют с ионами гидроксила и образуют гидрат окиси железа Fe(OH)3, который в виде нерастворимого химического соединения выпадает в осадок. Таким образом происходит электрохимическое анодное растворение железа. Одновременно с этим на катоде выделяется водород, выходящий из электролита в виде пузырьков. Реакции, протекающие на катоде как правило, не разрушают его, т.е. катод при ЭХО не изнашивается.

Параметры анодного растворения. Электролиз протекает в межэлектродном промежутке, под которым принято понимать пространство между поверхностями катода и анода. Следовательно, электрохимическое анодное растворение происходит без непосредственного механического контакта поверхностей катода и анода.

В соответствии с первым законом Фарадея объем V растворенного металла при электролизе прямо пропорционален объемному электрохимическому эквиваленту k данного металла, сила тока I и времени t:

Объемный электрохимический эквивалент k металла зависит от его валентности и атомной массы.

На практике объем растворенного металла не всегда соответствует величине, рассчитанной по этому уравнению. Так, объем растворенного металла существенно зависит от плотности тока на аноде, определяемой отношением силы тока I к площади S анода:

При определенном сочетании параметров процесса – плотности тока, вида обрабатываемого металла, состава и скорости обновления электролита в межэлектродном промежутке – объем V растворенного металла относительно расчетного его значения может уменьшаться, а в некоторых случаях процесс анодного растворения полностью прекращается. Это объясняется образованием на поверхностях анода труднорастворимых окисных пленок, часто называемых пассивными.

При наличии в электролите достаточного количества активирующих анионов, например анионов хлора Cl–, происходит вытеснение из окисной пленки кислорода и разрушение ее без дополнительных затрат электрической энергии. В таких процессах, называемых активными, электрическая энергия расходуется непосредственно на электрохимическое растворение металла анода. Если в электролите недостает активирующих анионов, то на электрохимическое анодное растворение этих пленок затрачивается дополнительная электрическая энергия. При этом эффективность процессов ЭХО существенно снижается. Такой процесс электрохимического анодного растворения металла называют пассивным.

Активное анодное растворение отличается от пассивного особенностями реакций, происходящих на аноде. Активное растворение характеризуется хорошей растворимостью металла анода, так как при этом побочные реакции, кроме основной – анодного растворения, не протекают. Активное растворение металла происходит, например, при электрохимическом травлении. При пассивном растворении часть электрической энергии расходуется на побочные реакции, обеспечивающие удаление с поверхностей анода труднорастворимых окисных пленок. Пассивное растворение металла происходит, например, при электрохимическом полировании.

Повышение плотности тока i относительно оптимального ее значения может привести при определенных условиях к образованию окисных пленок сложного состава, которые не растворяются при электролизе. При этом наступает полная пассивация, т.е. переход поверхностного слоя металла из активного состояния в пассивное, при котором процесс анодного растворения прекращается. Подобные пленки удаляют с поверхностей анода механически, например абразивной обработкой.

Эффективность процессов ЭХО оценивают так называемым коэффициентом выхода металла по току:

Vф

η = — ,

где Vф – фактический объем растворенного металла при пропускании определенного количества электричества, см3; V – расчетный объем металла, который должен раствориться при пропускании того же количества электричества, см3.

С учетом коэффициента η уравнение, характеризующее объем растворенного металла, приобретает следующий вид:

Vф = kIt, см3.

Vф, как правило, всегда меньше расчетного V, т.е. η <1. Значение этого коэффициента η отражает характер анодного растворения: активное и пассивное. При активном растворении коэффициент выхода металла по току составляет обычно 0,5-1,0; при пассивном растворении η <0,5.

nashaucheba.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..