Электрохимическая обработка

От | 03.10.2018

Электрохимические методы обработки предназначены для высокопроизводительной и точной обработки заготовок деталей из электропроводящих труднообрабатываемых (в том числе закалённых) материалов с целью получения требуемых формы, размеров и качества поверхностей путём анодного растворения её материала в электролите под действием постоянного тока большой плотности.

Заготовка при этом подключается к положительному полюсу источника питания (анод),  а инструмент – к отрицательному (катод).

При электрохимической обработке применяют такие электролиты, катионы которых не осаждаются на  поверхности катода.

Поэтому форма и размеры  инструмента в процессе обработки не изменяются.

Электрохимическая обработка находит широкое применение в авиационной, автомобильной, инструментальной, медицинской, ювелирной  и других отраслях промышленности для изготовления технологической оснастки и деталей сложной формы.

В качестве примеров таких изделий можно привести формообразующие поверхности штампов, прессформ, литьевые формы, клейма, сложные детали медицинской техники и приборов.

Электрохимическая обработка осуществляется в один проход и является чистовой окончательной.

В качестве материалов электродов используются сталь, свинец, медь, латунь и другие материалы, не подверженные коррозии в среде применяемых электролитов.
По сравнению с другими технологическими методами электрохимическая обработка обладает следующими преимуществами:

  • обеспечение высокой точности и качества поверхностей деталей из таких материалов, обработка которых другими технологическими методами или малопроизводительна, или вообще невозможна (например, высокопрочных и хрупких);
  • возможность обработки тонкостенных и нежёстких заготовок деталей благодаря минимальному силовому воздействию на них со стороны инструмента;
  • отсутствие дефектного слоя на обработанной поверхности (наклёпа, микротрещин, изменения структуры и т.п.);
  • возможность обработки труднодоступных поверхностей (полостей, отверстий и т.д.), которые невозможно обработать другими технологическими методами.


Различают следующие методы электрохимической обработки и соответствующие им электрохимические станки:

  1. поверхностная электрохимическая обработка (электрохимическое полирование);
  2. электрохимическая размерная обработка (электрохимическое объёмное копирование, прошивание, калибрование и т.д.);
  3. электрохимическая комбинированная с другими технологическими методами обработка (анодно-механическая, электрохимическое шлифование, электрохимическая доводка, электрохимическая ультразвуковая, электрохимическое хонингование и др.);
  4. электрохимическое удаление заусенцев;
  5.  электрохимическое маркирование.

По характеру воздействия на материал заготовки различают многоэлектродную, непрерывную, импульсную и циклическую электрохимическую обработку.

Станки для электрохимического полирования представляют собой ванну с электролитом и источник постоянного тока.

В ванну помещают заготовку и электрод-катод, изготовленный из свинца, меди, стали и т.д. Растворение материала заготовки происходит в основном на выступах микронеровностей.

Это объясняется двумя факторами.

Во-первых на микровыступах имеет место наибольшая плотность тока.

А во-вторых, впадины между микровыступами в процессе обработки заполняются шламом, который имеет пониженную проводимость.

Таким образом, имеет место избирательный процесс растворения микровыступов поверхности заготовки, в результате чего шероховатость поверхности уменьшается, поверхность приобретает металлический блеск.

Данный метод применяют для чистовой обработки  рабочей поверхности инструмента, подготовки поверхности под гальванические покрытия, для декоративных отделки тонких лент и фольги и т.д.
При размерной обработке инструменту придаётся форма и размеры, обратные обрабатываемой поверхности. Струя электролита непрерывно подаётся в межэлектродный промежуток, растворяет материал на поверхности заготовки  и удаляет продукты анодного растворения из зоны обработки.

Важным обстоятельством при размерной электрохимической обработке является практически полное отсутствие износа инструмента и высокая производительность за счёт одновременной обработки всей поверхности.

Станки электрохимической размерной обработки бывают универсальными и специальными.
К универсальным электрохимическим станкам, которые выпускаются серийно, относятся копировально-прошивочные станки, на них реализуется метод размерной обработки, и на них можно обрабатывать широкую номенклатуру деталей прямым копированием. Для этого инструменту придаются форма и размеры, соответствующие обратной форме и размерам обрабатываемой поверхности (с учётом межэлектродного промежутка). Формообразующим движение на этих станках является перемещение по координате  Z. Дополнительные перемещения по координатам X и Y служат в качестве установочных. С их помощью заготовка и инструмент устанавливаются в нужное взаимное положение перед началом обработки.

Станки этого типа широко применяются в инструментальной промышленности для производства штампов, пуансонов и других формообразующих деталей из высокопрочных и высокотвёрдых материалов.

Основные размерные параметры универсальных электрохимических копировально-прошивочных станков, в том числе и с ЧПУ, регламентирует ГОСТ 24772-81.

К таким параметрам относятся: ширина рабочей поверхности стола В, длина рабочей поверхности стола L и наибольшее расстояние от торца инструментальной головки до рабочей поверхности стола Н.

Указанный стандарт устанавливает следующий размерный ряд универсальных копировально-прошивочных станков (В х  L x H): 125х200х125; 200х320х250; 400х630х450; 800х1250х800 мм.

Им должны соответствовать токи источников питания (не более) 630 А, 2000 А, 6300 А и 20000 А.

Примером специального станка для размерной обработки служит электрохимический станок для обработки лопаток турбореактивных двигателей, который широко применяют в авиационной промышленности.

Специальные станки изготавливаются по техническому заданию, согласованному с заказчиком.

Станки, в которых воздействие на заготовку осуществляется комбинацией электрохимического метода обработки с другими технологическими методами, сохраняют основные черты серийно выпускаемых станков: шлифовальных, хонинговальных и т.д.

Так при электроабразивной и электроалмазной обработке инструмент и заготовка получают те же движения, что и при обычном шлифовании. Но в промежуток между инструментом и заготовкой подаётся электролит. Продукты анодного растворения поверхности заготовки удаляются абразивными зёрнами.

При электроабразивной обработке до 90 %  припуска удаляется анодным растворением, а оставшаяся часть – срезается абразивными зёрнами. При электроалмазной обработке доля растворяемого материала несколько меньше – до 75 %. Качество поверхности, достигаемое этими методами, выше, чем при обычном шлифовании, силовое воздействие на заготовку незначительно.

Поэтому электроабразивная и электроалмазная обработка применятся для отделки труднообрабатываемых нежёстких заготовок деталей.

Конструкция станка и кинематика электрохимического хонингования практически не отличается от обычного хонинговального станка и схемы обработки на нём. Особенностью являются: наличие источников постоянного тока 1000-10000 А с бесступенчатым регулированием напряжения в диапазоне 5-18 В; устройства подвода тока к хонинговальной головке и заготовке;  система  подачи электролита в зону обработки, его отвода и очистки; изготовление деталей станка, контактирующих с электролитом, из нержавеющих материалов.
На практике применяют несколько схем этого метода обработки, в основе которых лежит принцип совмещения процессов механического воздействия абразивных брусков на обрабатываемую поверхность и анодного растворения её  поверхностного слоя.

Наиболее распространёнными являются две схемы электрохимического хонингования. В первом случае обработка ведётся абразивными брусками на токопроводящей связке (металлической или бакелитовой с графитным наполнителем).

Недостатком этой схемы является возникновение электроэрозионных явлений в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью вследствие малого зазора между ними. Поэтому на практике чаще применяют схему обработки токонепроводящими или изолированными брусками. В этом случает в хонинговальной головке устанавливаются специальные катоды.

При электрохимическом хонинговании припуск на обработку может составлять от  0,3-0,8 мм до 1,0 мм и более.  Шероховатость поверхности после отделочного электрохимического хонингования Rа=0,08-0,16 мкм. Погрешность формы цилиндрической поверхности не превышает 0,02 мм. После электрохимического хонингования на обработанной поверхности возникает дефектный слой глубиной 3-4 мкм. Для его удаления по окончании процесса в течение 10 секунд производится обработка с выключенным током.

Электрохимическое хонингование в 4-8 раз производительнее обычного по съёму материала, при этом его производительность тем выше, чем хуже обрабатываемость материала и больше припуск на обработку. Так как при  электрохимическом хонинговании давление брусков на заготовку значительно меньше, чем при обычном хониговании, его рационально применять при обработке нежёстких заготовок.

В последние годы роль электрохимической обработки непрерывно растёт. Это связано с широким применением в точном приборостроении, в авиакосмической промышленности, в медицинской технике и в других отраслях большого количества новых высокопрочных и сверхтвёрдых материалов, усложнение форм обрабатываемых поверхностей, резкое повышение требований к точности формы и размеров деталей, к качеству их ответственных поверхностей.

Во многих случаях не только традиционные технологические метода не могли решать новые задачи, но и имеющиеся способы электрохимической обработки. Поэтому разрабатываются новые способы электрохимической обработки, отвечающие новым задачам.

В частности, одним из них явился способ биполярной микросекундной электрохимической обработки вибрирующим инструментом, работающим в условиях сверхмалых межэлектродных зазоров (3-10 мкм) группами импульсов тока высокой плотности (10-10А/см).

Это позволило уже в настоящее время достичь точности обработки в пределах нескольких мкм, шероховатости поверхности в долях мкм и регулярных макро- и микрорельефов в микронном и субмикронном диапазоне.

С развитием нанотехнологии в области материаловедения следует ожидать дальнейшего совершенствования электрофизических и электрохимических методов обработки.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *