Электрохимическая обработка металлов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Прогрессивные методы обработки материалов, одно из крупнейших достижений отечественной техники последних десятилетий, представляет собой одно из таких новых технологических направлений, реализация которых означает революцию в промышленном производстве.

Прикрепленные файлы: 1 файл

referat.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский Государственный Университет

Электрохимическая обработка материалов, ее характеристика.

Выполнил: ст. гр. 3 Тсд-112 Куманеев Ю.С

Обладающие исключительной технологической гибкостью, почти не зависимые от механической прочности обрабатываемых материалов, легко поддающиеся механизации и автоматизации, экономически высокоэффективные при рациональном использовании методы электрофизической и электрохимической обработки заняли уже заметное, хотя пока и недостаточное, место среди методов и процессов прогрессивной технологии обработки материалов.

Благодаря этим методам удалось значительно уменьшить трудности, сопровождавшие внедрение твердых сплавов в промышленность, облегчить переход к широкому использованию труднообрабатываемых материалов, в том числе неметаллических и интерметаллических, решить ряд сложных конструкторско-технологических задач, связанных с производством изделий новой техники. Степень теоретической изученности и уровень развития, масштабы промышленного распространения, оснащенность серийным оборудованием, экономическая эффективность и ряд других показателей, характеризующих состояние этих методов, весьма различны, что естественно, учитывая их новизну и специфичность.

Однако даже и в настоящее время, на начальных ступенях развития, электрофизические и электрохимические методы показали себя весьма прогрессивными и перспективными. Эта перспективность особенно подчеркнута включением их в число важнейших направлений технического прогресса на ближайшие десятилетия.

Электрофизическими и электрохимическими (ЭФЭХ) методами обработки материалов условно называют большую группу новых методов технологии, применяемых для удаления материала с обрабатываемых поверхностей его переноса, формообразования деталей или структурных преобразований, осуществляемых с помощью электрической энергии, вводимой непосредственно в зону обработки (группа I) либо с предварительным специальным преобразованием вне рабочей зоны в другие виды энергии - световую, акустическую, магнитную, тепловую (группа II).

Группа I охватывает методы электрохимической, анодно-механической, электроэрозионной электроконтактной обработки, нагрева в электролите и некоторые другие.

К группе II относятся ультразвуковые, светолучевые, плазменные, электроннолучевые, электровзрывные и некоторые другие методы, при осуществлении которых происходят специальные преобразования электрической энергии.

Промежуточное место занимают так называемые комбинированные методы, сочетающие элементы групп I и II.

Следует отметить, что общепринятой классификации ЭФЭХ методов пока нет. Например, такие методы разделяют на два класса - методы, осуществляемые процессами, аналогичными обработке давлением (магнитоимпульсная, электрогидравлическая и т. д.) и механической обработке резанием.

Известно разделение электрофизических методов на методы обработки токопроводящих материалов (например, электроэрозионные), методы импульсного ударного механического воздействия на материал (например, ультразвуковые), лучевые методы (например, светолучевая обработка).

Рисунок 1.Способы ЭФХО

2. Электрохимическая обработка

Электрохимическими называются методы обработки металлов, основанные на использовании явлений электролиза, т. е. явлений, имеющих место при прохождении электрического тока через растворы электролитов. В большинстве современных методов используется преимущественно процесс анодного растворения, т. е. перехода металла, помещенного в электролитическую ванну в качестве анода, из металлического состояния в различные неметаллические соединения (соли, гидроокиси, окислы). Принципиальная схема протекания электролиза представлена на рис. 2.

Рисунок 2 Ппринципиальная схема проведения электролиза

В процессе электролиза водных растворов различных электролитов (кислых, щелочных, нейтральных) происходит одновременно ряд различных реакций, среди которых для электрохимической обработки наибольшее значение имеют следующие.

1. Электролиз воды:

2ОН - - 2е →Н₂О + О; О + О → О₂ (газ), или

2Н + + 2е → Н₂ (газ), или

где е — обозначает единичный отрицательный заряд (электрон). Продуктами электролиза воды являются газы (кислород и водород), непрерывно удаляющиеся из сферы реакции.

2. Переход металла анода из металлического состояния (Ме°) в ионное состояние, происходящий в результате отдачи металлом электронов:

где п — число единичных зарядов,

3. Образование различных металлических соединений, состав которых определяется химическим составом электролита или продуктов электролиза.

В кислых растворах

где R - обозначает кислотный остаток (анион), например С1 - , SO 2- ₄, PO 3- ₄ и др.

При растворении железа в соляной кислоте

Fe 3+ +3CI - ® Fе(С1)з.

В нейтральных и щелочных растворах

Ме n+ + п ОН - ® Me (OH)n

Fe 3+ + 3ОН - ® Fe (ОН)з,

На схеме рис. 3, б представлены направления и характер основных сил, определяющих переход металла в раствор при анодном растворении

На рис. 3, в показан также схематически процесс электролиза в растворе хлористого натрия (NaCI).

Как видно из приведенных выше схем реакций, анодное растворение в нейтральных электролитах сопровождается образованием гидратов окиси металла Me (ОН)_n которые, являясь практически нерастворимыми в электролите, выпадают в осадок, пассивирующий растворяемую поверхность и забивающий межэлектродный зазор. Для удаления осадков из зоны обработки электролиту придается большая скорость движения в промежутке между электродами, что является специфической особенностью всех операций размерной электрохимической обработки в нейтральных электролитах. Одновременно движение электролита позволяет выполнять обработку при повышенных плотностях тока (до сотен ампер на квадратный сантиметр), так как способствует удалению образующихся при этом больших количеств гидроокисей, а также охлаждению электролита, нагреваемого токами большой силы.

При проведении электрохимической обработки в кислых растворах (например, электрополирование или электрохимическое травление), когда продукты реакции достаточно хорошо растворимы в электролите, а плотности тока относительно невелики (не более 2—3 а/см 2 ) обработка осуществляется в неподвижном (стационарном) либо медленно перемешиваемом электролите.

Операции электрохимической обработки, осуществляемые по одному и тому же принципу, могут быть условно разделены на две различные (по технике проведения и результатам) группы:

1) электрохимическая обработка при невысокой плотности тока в стационарном электролите (ЭХС);

2) электрохимическая обработка при высокой плотности тока в проточном электролите (ЭХП).

К достоинствам электрохимической размерной обработки в проточном электролите (ЭХП) относятся: высокая производительность, достигающая десятков тысяч кубических миллиметров в минуту и принципиально не имеющая ограничений роста; полное отсутствие износа (нулевой износ) электрода-инструмента; возможность повышения чистоты и точности обработки при одновременном повышении производительности, чего нет ни у одного из других механических или ЭФЭХ методов обработки; высокая чистота обработанной поверхности; наличие некоторого саморегулирования процесса при растворении сплавов неоднородного кристаллического строения, приводящее к равномерному растворению их поверхности. Недостатки: высокая энергоемкость процесса: необходимость принятия специальных мер для удаления или обработки отходов (осадков гидроокисей и газов); затруднительность управления процессом при обработке сложнопрофилированных деталей с высокой точностью; необходимость обеспечения интенсивной циркуляции электролита в процессе обработки; некоторое снижение выхода по току при возрастании плотности тока.

К достоинствам электрохимической обработки в стационарном электролите (ЭХС) относятся: возможность получения поверхностей с высокими классами чистоты у сложнопрофилированных изделий; отсутствие необходимости в специальном инструменте. Недостатки: невысокая удельная производительность и затруднительность форсирования ее повышением плотности тока; чувствительность к изменениям состояния и состава электролита, проявляющаяся в нарушении стабильности процесса; существенное влияние неоднородности строения и состава обрабатываемых деталей на качество получаемой поверхности; недостаточная универсальность применяемых электролитов по отношению к различным металлам и сплавам.

Рисунок. 4 Принципиальная схема электрохимической обработки

На рис. 4 показана принципиальная схема электрохимической обработки в стационарном электролите для наиболее типичной операции — электролитического шлифования или полирования. Прохождение электрического тока через электролит 3 и электроды 8 и 5 (рис. 2) 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 его силовые линии 7 на незащищенных выступах поверхности анода.

Рисунок 5. Схема ЭХО в стационарном электролите.

1 – источник тока; 2 – делитель напряжения;

3- электролит; 4 – ванна; 5 – обрабат. деталь – анод; 6 – пленка продуктов растворения во впадинах шероховатостей; 7 – силовые линии тока; 8 – катод.

Выступы растворяются значительно быстрее впадин и поверхность сглаживается.

Рисунок. 6. Принципиальная схема электрохимической обработки в проточном электролите - копирования профиля (а) и воспроизведение профиля катода в аноде (прошивание) путем электрохимической обработки в проточном электролите (б)

На рис.6 показаны принципиальные схемы электрохимической отработки в проточном электролите. Прохождение тока между катодом-инструментом 3 и анодом-заготовкой 1 в присутствии потока электролита 2 сопровождается растворением поверхности анода и воспроизведением на ней профиля катода-инструмента в виде углубления 4 негативной формы.

3.Физико-химическая сущность метода электрохимической обработки

Электрохимическая размерная обработка (ЭХРО) основана на принципе локального анодного растворения металлической заготовки при высокой плотности постоянного тока в проточном электролите (Рис.1). Анодное растворение (формообразование) заготовки производится без контакта между электродами на некотором расстоянии друг от друга, т. е. межэлектродном зазоре (МЭЗ) путем воздействия электрического поля, конфигурация которого формируется электродом-инструментом.

Процесс подчиняется законам электролиза и протекает в небольшом от 0,01 до 0,3мм МЭЗ.

Явления, протекающие в МЭЗ на границе металл-электролит, представляют собой совокупность взаимосвязанных процессов физического, химического и электрохимического характера. При выключенном источнике постоянного тока электроды в электролите находятся в равновесном состоянии (нейтральном). Для создания условий непрерывного растворения анода (заготовки), происходит смещение потенциала от равновесного значения за счет подключения внешнего источника тока. Чем оно больше, тем интенсивнее скорость электрохимического процесса и растворение анода.

Характеристика электрохимических методов обработки. Физико-химическая сущность метода. Электрохимическое маркирование, полирование, отрезка, удаление заусенцев, объемное копирование или размерная ЭХО. Струйное электрохимическое прошивание, оборудование.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	23.12.2011
Размер файла	545,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Общая характеристика электрохимических методов обработки

электрохимический метод обработка

Электрохимическая обработка (ЭХО) - способ обработки электропроводящих материалов, заключающийся в изменении формы, размеров и шероховатости поверхности заготовки вследствие анодного растворения её материала в электролите под действием электрического тока.

Электрохимические методы обработки основаны на законах анодного растворения при электролизе. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на поверхности заготовки, включенной в электрическую цепь и являющуюся анодом, происходят химические реакции и поверхностный слой металла превращается в химическое соединение.

Электрохимическое растворение металлов включает в себя две основные группы процессов: принудительное растворение за счет внешнего тока (анодное растворение) и самопроизвольное растворение в результате химического взаимодействия с окружающей средой (коррозионное разрушение).

На аноде происходят следующие реакции:

где n - валентность металла.

Как видно из реакций, ионизация металла протекает в присутствии иона гидроксила, который каталитически ускоряет анодный процесс и образует растворимые в воде соединения.

Кроме водорастворимых веществ, при электрохимическом разрушении образуются пленки нерастворимых слабопроводящих окислов металлов в результате выделения на аноде атомарного кислорода. Образование окисной пленки на поверхности металла ведет к замещению анодного растворения или к его полному прекращению.

Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются механическим способом.

Производительность процессов электрохимической обработки зависит в основном от электрохимических свойств электролита, обрабатываемого токопроводящего материала и плотности тока.

Физико-химическая сущность метода

Механизм съема (растворения, удаления металла) при электрохимической обработке основан на процессе электролиза. Съем металла происходит по закону Фарадея, согласно которому количество снятого металла пропорциональное силе тока и времени обработки. Один из электродов (заготовка) присоединен к положительному полюсу источника питания и является анодом, а второй (инструмент) -- к отрицательному; последний является катодом. Особенностями электролиза являются пространственное окисление (растворение) анода и восстановление (осаждение) металла на поверхности катода. При ЭХО применяют такие электролиты, катионы которые не осаждаются при электролизе на поверхности катода. Этим обеспечивается основное достоинство ЭХО перед электроэрозионной обработкой - неизменность формы электрода-инструмента(ЭИ). Для стабилизации электродных процессов при ЭХО и удаления из межэлектродного промежутка(МЭЗ) продуктов растворения (шлама) применяют принудительную подачу в рабочую зону электролита, то есть прокачивают его с определенным давлением.

Наиболее широко используются следующие виды обработки:

Электрохимическое объемное копирование или размерная ЭХО--электрохимическая обработка, при которой форма электрода-инструмента отображается в заготовке.

Струйное электрохимическое прошивание -- электрохимическое прошивание с использованием сформированной струи электролита.

Электрохимическое полирование -- электрохимическая обработка поверхности с целью повышения ее точности.

Электрохимическое точение -- электрохимическая обработка, при вращении заготовки и поступательном перемещении электрода-инструмента.

Электрохимическая отрезка -- электрохимическая обработка, при которой заготовка разделывается на части.

Электрохимическое удаление заусенцев -- электрохимическая обработка, при которой удаляются заусенцы заготовки.

Электрохимическое объемное копирование или размерная ЭХО

Размерная ЭХО служит для предания детали нужной формы и размеров. Такая обработка происходит при непрерывном и интенсивном обновлении электролита, прокачиваемого через межэлектродный промежуток под давлением. Деталь является анодом. Размерная обработка основана на том, что скорость растворения металла обрабатываемой детали на участках с различными значениями межэлектродного промежутка разная. Чем меньше межэлектродное расстояние, тем выше плотность тока (так как сопротивление электролита на меньшем по длине участке - меньше) и интенсивнее протекает анодное растворение металла. Схема объёмного копирования показана на рисунке 1.

Рис.1: 1 - анод; 2 - катод; 3 - электролит;

Когда катод приближается к аноду, деталь начинает электрически растворяться и тем интенсивнее, чем ближе к аноду находится участок многопрофильного катода. В конечном итоге деталь принимает такую форму, что на выступ анода приходится углубление в детали и наоборот. Если при этом деталь вращать, можно осуществить электрохимическое точение, если использовать в качестве анода тонкий и длинный стержень, то можно осуществлять электрохимическое прошивание детали, заменяющее процесс сверления.

Струйное электрохимическое прошивание

Электрод-инструмент состоит из токопровода 1 (рис. 2), омываемого потоком электролита. Токопровод находится внутри корпуса 3 состоящего из диэлектрического материала. Электролит создаёт токопроводящий канал между токопроводом 1 и заготовкой 2. В месте контакта жидкости с обрабатываемой поверхностью материал заготовки растворяется и образуется углубление. Процесс идёт достаточно быстро при высоких напряжениях (до нескольких сотен вольт). С помощью этого метода обработки можно получить отверстие диаметром 1,5…2,0 мм.

Схема прошивания струйным методом:

Рис. 2: 1 - электрод-инструмент (токопровод); 2 - заготовка; 3 - диэлектрический корпус;

При этом процессе электродом служит металлическая пластинка из свинца, меди, стали. Для большей интенсивности процесса электролит подогревают до температуры 40…80 0 . При подаче напряжения на электроды начинается процесс растворения металла заготовки-анода. Растворение происходит на выступах микронеровностей поверхности вследствие более высокой плотности тока на их вершинах. В результате избирательного растворения, т.е. быстрого растворения выступов микронеровности сглаживаются, и обрабатываемая поверхность приобретает металлический блеск. Электрохимическое полирование улучшает электрофизические характеристики деталей, так как уменьшается глубина микротрещин, поверхностный слой обрабатываемой поверхности не деформируется, исключаются упрочнение и термическое изменение структуры металла, повышается коррозионная стойкость. Схема электрохимического полирования изображена на рисунке 3.

Рис. 3: 1- ванна; 2 - обрабатываемая заготовка; 3 - пластина-электрод; 4 - электролит;

Существенными факторами, влияющими на течение процесса электрохимического полирования, являются также плотность тока и напряжение.

На рисунке 4 показана типичная зависимость плотности тока от напряжения в ванне при электрохимическом полировании.

На участке АБ повышение плотности тока почти пропорционально увеличению напряжения. На участке БВ режим нестабилен, наблюдается колебание тока и напряжения. Предельный ток, соответствующий участку ВГ, характеризует процесс формирования на аноде пассивной пленки. При этом повышение напряжения в довольно широком интервале не сопровождается изменением плотности тока. По достижении напряжения, соответствующего точке поворота Г на кривой, начинается новый процесс - образование газообразного кислорода.

В зависимости от состава электролита и обрабатываемого металла полирование ведут при режимах соответствующих различным участкам кривой.

Электрохимическая отрезка алмазными кругами. В отличие от анодно-механической отрезки этот процесс ЭХО характеризуется отсутствием дефектного слоя на поверхности реза, что обеспечивает меньший расход металла заготовок. Наиболее эффективная область применения электрохимической отрезки -- получение заготовок из таких труднообрабатываемых металлов, как вольфрам, титановые и твердые сплавы. Заготовки из таких металлов отличаются небольшими размерами сечений.

В качестве электродов-инструментов при электрохимической отрезке используют алмазные отрезные круги. Они состоят из металлической основы -- конструкционных сталей и металлоалмазного токопроводящего слоя. Который содержит алмазные зерна зернистостью 315--80 мкм, связанные между собой сплавом на медной основе. Такие круги могут иметь наружный диаметр от 50 до 400 мм. Для электроалмазной отрезки наиболее часто применяют серийно выпускаемые круги с размерами: D = 90-160; d = 25-32; S= 2,54-5 и Н = 0,45-0,7 [мм].

Электрохимическую отрезку алмазными кругами выполняют по двум технологическим схемам: с рабочей подачей заготовок навстречу направлению вращения круга и с рабочей подачей, совпадающей с направлением вращения круга. При отрезке по любой из этих схем заготовку ориентируют относительно круга таким образом, чтобы отрезка выполнялась при наименьшей длине реза. Это обусловливается тем, что при электрохимической отрезке в отличие от анодно-механической с увеличением длины реза из-за ухудшения условий обновления электролита в межэлектродном промежутке заметно понижается скорость съема металла. Схему со встречной подачей применяют, в частности, при отрезке заготовок небольшой толщины, когда при прочих равных условиях обработки длина реза относительно невелика, что обеспечивает сохранение свойств электролита на всей длине межэлектродного промежутка. При отрезке заготовок толщиной более 5 мм по этой схеме длина межэлектродного промежутка возрастает, что приводит к изменению свойств электролита на отдельных участках реза и соответственно к уменьшению производительности. Схема с попутной подачей позволяет разрезать заготовки большей толщины (диаметра). В этом случае создаются более благоприятные условия для поступления в зону резания электролита, причем изменение его свойств происходит на выходе круга из заготовки, что практически не оказывает отрицательного влияния на производительность резания.

Электроалмазная отрезка заготовок наиболее распространена в серийном и массовом производстве, где за счет применения этого процесса удается получить значительную экономию времени.В этих условиях наиболее целесообразно разрезать заготовки набором отрезных кругов, т. е. многоместными электродами-инструментами.

На одной оправке закрепляют несколько отрезных кругов; расстояния между ними ограничены прокладками, которые определяют толщину отрезаемых заготовок.

Характерно, что при резании заготовок многоместными электродами-инструментами наружный диаметр каждого следующего круга, считая их от отрезаемого торца заготовки, должен быть меньше предыдущего. Этим обеспечивается последовательное отделение от заготовки очередной отрезаемой части; при этом связь остальных отрезаемых частей не нарушается. Разница в диаметрах каждого очередного круга составляет обычно 0,1-- 0,2 мм. Набор комплектуют кругами одного наружного диаметра, а затем, установив его на станок, занижают наружный диаметр каждого последующего круга на указанный размер. Занижение диаметров кругов производят при одновременном электрохимическом растворении связки круга и механическом удалении алмазных зерен с помощью алмазного карандаша. При этом напряжение, подводимое к кругу и катоду, составляет 8 В.

Важным условием для обеспечения высокопроизводительной и качественной электрохимической отрезки является отсутствие торцового и осевого биения кругов. Биение их после сборки на оправке устраняют также электрохимическим растворением связки круга и правкой алмазными карандашами.

При выдержке заданного напряжения на электродах и требуемой рабочей подачи износ алмазных кругов обычно составляет 1--2 % от объема удаленного метала. При электрохимической отрезке необходимо следить за износом кругов и в случае превышения указанного значения снизить напряжение на электродах и уменьшить рабочую подачу до минимально допустимых значений. К увеличению износа кругов может приводить и недостаточное поступление электролита в межэлектродный промежуток. Признаком, характеризующим нехватку электролита, является интенсивное искрение в рабочей зоне. В этом случае оператор должен прекратить обработку и увеличить подачу электролита в межэлектродный промежуток. Повышение износа кругов определяется не только отклонением параметров обработки от значений, указанных в технологической документации, но и в результате увеличения электрического сопротивления цепи протекания технологического тока. Последнее может возникать в результате окисления мест присоединения токоподводов, загрязнения щеток коллектора или при наличии окалины на токопроводящих поверхностях заготовок. Признаком, характеризующим увеличение сопротивления цепи, является пониженное значение технологического тока, которое указывается стрелкой амперметра, расположенного на пульте управления станком. При соответствии напряжения на электродах и концентрации электролита значениям, указанным в технологической документации, и в то же время меньшем технологическом токе все места присоединения токоподводов следует отсоединить, зачистить, смазать техническим вазелином и снова смонтировать; щетки и коллектор промыть бензином.

Электрохимическое удаление заусенцев

Электрохимическое удаление заусенцев осуществляют в труднодоступных местах деталей, например с кромок перекрещивающихся отверстий, с крупномодульных шестерен и шлицевых валов. При растворении заусенцев небольшого размера. Электролит прокачивается между электродом-анодом и вершиной заусенца. При этой схеме обработки происходит постепенное растворение заусенца от его вершины к основанию. При удалении заусенцев больших размеров электрод-инструмент располагают у основания заусенца. При этом весь заусенец не растворяется, а растворяется только часть его у основания. Вершина заусенца после электрохимического растворения его основания уносится из рабочей зоны прокачиваемым через межэлектродный промежуток электролитом. Особенность процесса электрохимического удаления заусенцев заключается в том. что наряду с растворением заусенцев происходит неизбежное сопряжение кромок заготовок, с которых удаляются эти заусенцы.

Электрохимическое маркирование служит для нанесения маркировок, пометок и различных изображений на металлические поверхности. Обычно электрохимическое маркирование происходит в конце процесса обработки детали.

Принцип действия электрохимической маркировки основан на протекании электрохимических реакций в среде электролита при воздействии электрического тока низкого напряжения, при котором изображение с трафарета переносится на токопроводящую поверхность маркируемого изделия. Результатом таких реакций является либо изменение цвета поверхности изделия, либо изменение рельефа поверхности на глубину от 2-6 мкм до 0,2 мм в случае травления изделия из мягких металлов.

От остальных методов маркировки электрохимический отличается:

- простотой и высокой производительностью;

- отсутствием деформации и повреждений маркируемого изделия;

- высокой надёжностью маркировочного оборудования;

Системы электрохимической маркировки позволяют успешно маркировать разнообразные изделия вне зависимости от их размеров, формы (круглые, плоские, криволинейные) и предварительной обработки (закалка, упрочнение, хромирование, никелирование, и т.д.)

В настоящее время применяют более 50-и разновидностей ЭХО. Она наиболее эффективна при изготовлении сложных по профилю деталей из трудно обрабатываемых резанием металлов и токопроводящих сплавов, для обработки рабочих элементов штампов и пресс-форм, формообразования профильной части турбинных лопаток и др.

Технологические установки для реализации процесса ЭХО как правило являются узкоспециализированными под определенный технологический процесс, в связи с низкой производительностью(в сравнении с другими методами формообразования: механическая обработка, электроэрозионная обработка) и сложностью процесса. Однако ЭХО обладает рядом уникальных технологических свойств (постоянство формы обрабатывающего электрода, обработка твердых и хрупких токопроводящих сплавов, обработка которых механическими методами резания и шлифования невозможна, или низко производительна, минимальные нагрузки на обрабатываемую заготовку позволяют обрабатывать тонкостенные, ажурные детали, отсутствие измененного слоя в детали после обработки(оплавление, наклеп, термоупрочнение) поверхностного слоя, возможность подвода электрода в труднодоступные полости и отверстия деталей)) которые позволяют осуществлять обработку деталей, неосуществимую другими известными методами обработки.

Широкое распространение электрохимические станки получили в авиационной промышленности. Распространены установки для получения рабочей поверхности пера лопатки турбореактивных двигателей (лопаточные станки), данные станки позволяют получать готовые изделия с минимальным применением доводочных, слесарных операций, требующих больших затрат времени и высококвалифицированного персонала. Именно по этим причинам большинство специализированных электрохимических установок уникально и изготавливается в единичном числе.

Однако, распространены и универсальные электрохимические станки, выпускаемые серийно, как правило, это копировально-прошивочные станки, позволяющие обрабатывать широкую номенклатуру деталей прямым копированием. Данные станки обладают одной координатой Z иногда снабжаются дополнительными координатами (X и Y) для настройки и базирования взаимного расположения электрода и обрабатываемой поверхности в заготовке. Данные станки широко применяются в инструментальной промышленности для обработки штампов, пуансонов и других твердосплавных формообразующих технологических элементов.

2.Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей / А.М. Дольский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общей ред. А.М. Дольского. - 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2002. - 512с.: ил.

Работа содержит 1 файл

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА.docx

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ , группа методов, предназначенных для придания обрабатываемой металлич. детали определенной формы, заданных размеров или св-в поверхностного слоя. Осуществляется в электролизерах ( электролитич. ваннах , электрохим. ячейках спец. станков, установок), где обрабатываемая деталь является либо анодом (анодная обработка), либо катодом (катодная обработка), либо тем и другим попеременно. Осн. вид катодной электрохимической обработки металлов - гальванос тегия (см. Гальванотехника ). Анодными методами электрохимической обработки металлов являются разл. виды электрохим. травления , полиров ание , формообразование, размерная обработка, оксидирование и др. Во всех анодных процессах происходит либо растворение металла ( локализованное в определенных местах или равномерное по всей пов-сти), либо превращение поверхностного слоя металла в оксидный или др. слой (см. Анодное растворение ).
Электрохим. травление (ЭХТ). Термин объединяет неск. технологий, основанных на анодном растворении металла . ЭХТ применяют для очистки пов-сти всевозможных деталей, проволоки, лент, труб от разнообразных загрязнений (оксидных, жировых и др.) в качестве предварит. обработки перед нанесением покрытий, прокаткой и др. ЭХТ для очистки от загрязнений производят в р-рах к-т, обычно содержащих разл. добавки (напр., ингибито р коррозии ), в щелочных р-рах или расплавах при постоянном или переменном токе. ЭХТ подвергают практически любые металлы и сплавы . ЭХТ используют для осуществления т. наз. электрохим. фрезерования с целью получения заданного "рисунка" на пов-сти детали локальным анодным растворением металла . Места, к-рые не должны подвергаться растворению , покрывают слоем фоторезисторного материала или спец. трафаретом. Т. обр. можно производить обработку деталей типа печатных плат, перфорирование, а также травление в декоративных целях. Анодным травлением удаляют заусенцы и скругляют острые кромки.
Важная область использования ЭХТ - развитие пов-сти (увеличение уд. площади пов-сти). Наиб. широкое пром. применение имеет травление алюминиевой фольги в хлоридных р-рах для электролитич. конденсаторов; этот процесс позволяет повысить уд. пов-сть в сотни раз и увеличить уд. емкость конденсаторов, уменьшить их размеры. Развитие пов-сти методом ЭХТ применяют для улучшения адгезии металла к стеклу или керамике в электронной технике, копировального слоя к печатным формам в полиграфии, усиления сцепления покрытия с металлом при эмалировании металлич. изделий и др. Анодным травлением снимают дефектные гальванич. покрытия с деталей с тем, чтобы возвратить их в произ-во, а также при регенерации металлич. плас тин офсетных биметаллич. печатных форм.
ЭХТ применяют в практич. металловедении; широко известно анодное травление металлографи ч. шлифов для выявления микроструктуры сплавов . При этом травление проводят в таких условиях, когда достаточно резко проявляется различие скоростей растворения разных по хим. и фазовому составу компонентов сплава . В результате избирательного ЭХТ м. б. выявлены границы фаз, сегрегация фосфора в стали, дендритная структура титановых сплавов , сетка трещин в хромовом гальванопокрытии, оценена склонность нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии .
Электрохим. полирование (ЭХП) заключается в преимущественном анодном растворении выступов на шероховатой пов-сти и приводит к достижению низкой шероховатости (электрохим. сглаживание) или зеркального блеска пов-сти (глянцевание). Глянцевание улучшает декоративные св-ва изделия, придает пов-сти высокую отражат. способность. ЭХП и сглаживание пов-сти применяют для повышения эксплуатац. надежности , долговечности и др. эксплуатац. св-в деталей. положит. влияние ЭХП на изделие объясняется неск. причинами: 1) удаление дефектного (деформированного, имеющего трещины, повышенное содержание вредных элементов) поверхностного слоя, образовавшегося при мех., термич., электрич. обработке изделия; 2) уменьшение шероховатости пов-сти и сглаживание профиля пов-сти; 3) образование тонкой поверхностной оксидной пленки, предохраняющей металл от коррозионного воздействия среды.
Анодное растворение в режимах ЭХП тонкого поверхностного слоя металла , загрязненного радиоактивными в-вами,-один из осн. методов радиохим. дезактивации оборудов ания. При ЭХП обычно удаляется слой металла от 2,5 до 80 мкм. Конечная шероховатость пов-сти определяется исходной шероховатостью, продолжительностью ЭХП, условиями проведения процесса (т-ра, плотность тока), составом электролита (р-ры щел очей , солей , но чаще всего смеси к-т). Получению высокого качества ЭХП мешают большие размеры кристаллитных зерен, неравномерная структура, наличие неметаллич. включений (напр., карбидов ), глубокие следы прокатки, ока-линные загрязнения, слишком высокая начальная шероховатость пов-сти.
Анодное формообразование (ЭХФ) используют для изготовления деталей с заданными формой, размерами и качеством пов-сти. При ЭХФ деталь получают в условиях, когда форма катода-инструмента копируется на аноде-заготовке. Процесс проводится в потоке электролита (обычно р-ры солей , напр. NaNO3) при плотностях тока в десятки А/см2, межэлектродном расстоянии порядка 0,1 мм. По мере растворения анода- заготовки катод с помощью спец. механизма продвигается в направлении растворения . В отличие от традиционной мех. обработки, ЭХФ характеризуется отсутствием мех. контакта между инструментом и деталью, низкими т-рой и давлением в рабочей зоне, отсутствием износа инструмента и заусенцев на обработанной детали. ЭХФ пригодно для обработки легкодеформируемых деталей, хрупких и твердых материалов, обработки в труднодоступных местах.
Электрохим. растворением с помощью вращающегося дискового электрода или др. катода-инструмента производят разрезание заготовок из разл. металлов и сплавов , тонкостенных труб, металлич. монокристаллов , полу проводниковых материалов .
Разновидность электрохимической обработки металлов - электролитный нагрев с целью термич. или хим.-термич. обработки деталей (нагрев с последующей закалкой в электролите , науглероживание, азотирование поверхностного слоя). Этот вид обработки проводится в таком режиме, когда растворение металла крайн е мало, а сильный нагрев происходит при прохождении тока через парогазовый приэлектродный слой, к-рый возникает из-за вскипания электролита около эле ктрода при высоких значениях плотности тока и напряжения.
Электрохим. оксидирование имее т две осн. разновидности: получение барьерных тонких (толщиной до мкм) и пористых толстых (до неск. сотен мкм) анодных оксидных пленок. Барьерные пленки получают в р-рах электролитов типа Н3ВО3, не растворяющих оксиды , обычно в два этапа. На первом этапе - в гальваностатич. условиях; при этом напряжение увеличивается во времени, а толщина оксидной пленки пропорциональна прошедшему кол-ву электричества. После достижения заданного напряжения режим изменяют на вольтостатический: ток снижается во времени, диэлектрич. св-ва оксидной пленки повышаются. Одна из наиб. важных областей применения барьерных оксидных пленок - получение диэлектрич. слоя электролитич. конденсаторов.
Пористые анодные оксидные пленки выращивают в агрессивных по отношению к оксиду электролитах , напр. в 15%-ной H2SO4, при постоянном напряжении. Такие пленки состоят из двух слоев: тонкого барьерного и значительно более толстого пористого. Они широко применяются в качестве декоративно-защитных покрытий. Для улучшения защитных св-в после оксидирования пористые пленки подвергают операции "наполнения" ("уплотнения"), чаще всего обработкой в горячей воде . Для повышения декоративных св-в пористые пленки на алюминии окрашивают в разные цвета, подвергая обработке р-рами красителей или дополнит. элек-трохим. обработке переменным током в электролитах , содержащих соли Сu, Ni, Sn (см. Крашение оксидированного алюминия ).
Новое направление электрохимической обработки металлов - микродуговое оксидирование , т.е. формирование анодной оксидной пленки в условиях протекания электрич. микроразрядов на аноде , что расширяет возможность получения оксидных покрытий с различными полезными св-вами.
Электрохимическую обработку металлов о. м. применяют для маркирования изделий. Нужные знаки на металлич. пов-сти получают локальным изменением цвета в результате очень неглубокого травления (или окс идирования ) либо в результате рельефного травления . Получили развитие комбинир. методы обработки, в к-рых электрохим. воздействие на металл совмещено с к.-л. другим (напр., мех., эрозионным, лазе рным).

Бурное развитие науки и техники в последние десятилетия обусловило необходимость создания новых материалов, обладающих высокой твердостью, прочностью, жаропрочностью и коррозионной стойкостью. К таким материалам относятся высокопрочные и нержавеющие стали, жаропрочные сплавы, магнитные сплавы, твердые сплавы, полупроводники и др. Обработка таких материалов традиционными методами резания (см. Металлорежущие станки и инструмент) сопряжена с большими трудностями, а иногда и невозможна.
В этих условиях целесообразно применять электрофизические и электрохимические методы обработки.

Файлы: 1 файл

Введение.doc

Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"

по дисциплине "Физико-химические основы технологических процессов"

на тему "Электрохимические методы обработки материалов"

студентки I курса ФММ

Проверил: Малафеев Ю.М.

Введение

В этих условиях целесообразно применять электрофизические и электрохимические методы обработки.

Их достоинства следующие:

1) механические нагрузки либо отсутствуют, либо настоль ко малы, что практически не влияют на суммарную погрешность точности обработки;

2) позволяют изменять форму обрабатываемой поверхнос ти заготовки (детали);

3) позволяют влиять и даже изменять состояние поверхностного слоя детали;

4) не образуется наклеп обработанной поверхности;

5) дефектный слой не образуется;

6) удаляются прижоги поверхности, полученные при шл ифовании;

7) повышаются: износостойкость, коррозионная стойкость, прочность и другие эксплуатационные характеристики поверхностей деталей.

Кинематика формообразования поверхностей деталей электрофизическими и электрофизическими методами обработки, как правило, проста, что обеспечивает точное регулирование процессов и их автоматизацию.

На обрабатываемость деталей такими методами (за исключением ультразвукового) не влияют твердость и вязкость материала детали.

Историческая справка.

В науке и технике …. разрушение контактов под действием электрических разрядов было известно давно. В частности, искровые и дуговые разряды возникают при разрыве или отключении электрических цепей. Электрической эрозии подвержены контакты реле, выключателей, рубильников и других подобных устройств. Электрическая эрозия – очень вредное явление, сокращающее срок службы и снижающее надежность электрических устройств. Много исследований было посвящено устранению, или хотя бы уменьшению такого разрушения контактов.

Над этой проблемой в годы Великой Отечественной войны работали ученые Б.Р.Лазаренко и Н.И.Лазаренко. За изобретение ЭЭО они были удостоены Государственной премии СССР. Позднее Б.Р.Лазаренко был избран академиком АН Молдавской ССР, где и работал до конца жизни (1910….1979 г.г.).

Большой вклад в развитие методов ЭЭО советские ученые и инженеры Б.Н.Золотых, А.Л.Лившиц, Л. С. Палатник, М. Ш.Отто и другие.

Разработка основ электрохимического метода и технологического его применения принадлежит талантливому ученому В.Н.Гусеву (1904…1956 г.г.). В 1929 г. он получил патент на ЭХО. Первые опыты по размерной электрохимической обработке металлов были проведены в 40-х годах прошлого столетия. В 1954 г. он получил патент на заточку сверл с вершинами из карбидов. В последующие годы, как самим Гусевым, так и другими учеными были разработаны различные варианты электрохимической технологии и созданы основы теории электрохимического метода.

Начальный период развития метода характеризуется тем, что наряду с его использованием в производстве (для получения профиля пера турбинных и компрессорных лопаток, ковочных штампов, пресс форм, кольцевых деталей, прошивки отверстий и щелей, заточки инструмента, удаления заусенцев и др.) происходило накопление экспериментальных и статических данных; делались попытки теоретических обобщений, которые позволили бы заранее, без испытаний, предсказать конечные результаты обработки.

Позже появилось стремление к выявлению основных зависимостей процесса, которые позволяют управлять процессом электрохимической обработки. Попытка обобщения накопленного материала в области теории и практики электрохимической обработки с учетом опыта отечественных и зарубежных заводов сделана в монографии И.И.Мороза и др.[4].

В настоящее время значительные успехи достигнуты в области моделирования электрических полей и решении задач формообразования поверхности при ЭХО, сделаны попытки аналитического расчета простых форм инструментов, обеспечивающих достаточно высокую точность изготовления отверстий и полостей. Созданы математические модели, учитывающие гидродинамику потока электролита, для определенной формы поверхности, получаемой при ЭХО, и методики определения погрешностей, припусков и качества обработки.

В области теории разработаны оригинальные методики прогнозирования обрабатываемости металлов и сплавов в условиях ЭХО.

Быстрое развитие технологически развитых отраслей промышленности (авиационной, ядерной и т.д.) сопровождалось повышением доли использования труднообрабатываемых сплавов. Характер металлообработки начинает изменяться. Традиционные способы резания металлов больше не соответствуют современным требованиям. Хотя скорость резания таких материалов, как низкоуглеродистая сталь, в результате успехов технологии станкостроения и режущих инструментов удваивается примерно каждые 10 лет, предельная прочность на разрыв материалов, которые можно обрабатывать, например, со скоростью 30 м / мин, удваивается примерно только каждые 50 лет. Кроме того, предельная прочность на разрыв используемых материалов, по-видимому, удваивается примерно каждые 20 лет. Следовательно, уже наблюдается упадок технологии металлообработки в некоторых отраслях промышленности.

Предпринимались попытки преодолеть трудности обработки труднообрабатываемых материалов путем горячей обработки, или путем применения абразивных методов или таких как У.З. обработка. Успех, однако был частичным. Необходимы методы, при которых скорость обработки не зависела бы от твердости детали.

Наметились два основных направления в решении данной проблемы: термические и химические методы обработки.

Термические методы обработки основаны на том, что путем концентрации энергии на маленьком участке детали материал можно расплавить и испарить. Энергия может подаваться в форме:

— теплоты — газопламенная или плазменная обработка;

— электронная бомбардировка — электронный луч и электрическая эрозия.

Из термических существует только один метод, который уже позволяет экономически выгодно удалять довольно большое количество металла с детали со значительной степенью точности: — это процесс электрической эрозии, который разрабатывается с 1940 г.

Однако скорость, с которой можно удалять металл электроискровым методом при условии высокого класса чистоты поверхности, ограничена, более того, высокая производительность процесса приводит к часто наблюдаемому повреждению поверхности, что делает этот способ во многих случаях непригодным. Следовательно, ни один из термических методов не решает полностью проблемы обработки высокопрочных металлов в широком масштабе.

Химические методы, кроме способов травления, включают электрохимическую обработку. Этот метод можно использовать для обработки особо твердых и вязких электропроводных материалов (не зависимо от твердости или прочности детали — скорость съема металла не меняется). При этом достигается:

— высокая скорость съема металла (более 1000 мм/мин);

— высокий класс точности;

— отсутствует износ инструмента;

— отсутствуют остаточные напряжения;

— отсутствуют повреждения материала детали;

— отсутствуют заусенцы на кромках реза.

К числу современных технологических процессов, получивших за последние 30…40 лет практическое применение, принадлежит ультразвуковая размерная обработка труднообрабатываемых материалов (кварц, керамика, фарфор, ферриты, кремний, германий, цветные поделочные и полудрагоценные камни). Сущность ультразвуковой размерной (абразивной) обработки твердых хрупких материалов состоит в направленном разрушении обрабатываемого материала под действием ударов абразивных зерен, находящихся между поверхностями материала и инструмента, колеблющегося с ультразвуковой частотой в продольном (осевом) направлении. Частота — 18…25 тыс. ударов в секунду. Число зерен, участвующих в резании — 30…100 тыс. на один квадратный сантиметр площади. Это разновидность механической обработки материалов. Ультразвуковые процессы основаны на использовании механических колебаний, распространяющихся в газах, жидкостях и твердых телах.

Бурное развитие квантовой электроники, в значительной мере обусловленное выдающимися достижениями научных школ академиков Н. Г. Басова и А. М. Прохорова, удостоенных совместно с американским ученым Ч. Таунсом Нобелевской премии, привело к созданию принципиально новых источников энергии — лазеров. Лазерное излучение характеризуется гигантской концентрацией энергии, сфокусированной на чрезвычайно малую площадь, теоретически соизмеримую с квадратом длины волны излучения.

Лазер – это генератор электромагнитных волн в диапазоне ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений. Начиная с конца 60-х годов прошлого столетия лазеры (небольшой мощности) получили первое применение в технологии обработки материалов (сначала в приборостроении). Большие потенциальные возможности заложены в применении процессов, осуществляемых с помощью импульсного нагружения — высоковольтный электрический разряд в жидкости — электрогидравлическая обработка. Впервые на разрушительную силу электрического разряда указано в 18 столетии (1767 … 1769 г.г.) .

Экспериментальное устройство того времени включало все основные элементы современной установки для осуществления импульсного разряда:

— конденсатор (лейденская банка);

— коммутирующий элемент (воздушный шаровой разрядник);

— электроды, погруженные в жидкость.

Опытная проверка промышленного испытания электрогидравлическо й обработки началась с середины 50-х годов и установила ряд преимуществ перед методами, использующими в качестве источника энергии – взрывчатые вещества в режиме взрывного химического превращения:

— возможность управления процессом накопления и выделения энергии;

— отсутствие источников повышенной опасности после отключения установки;

— простота и низкая себестоимость оснастки.

1). Формообразование и калибровка деталей из пространственных заготовок диаметром 200 … 1100 мм при высоте до 1100 мм и толщине до 5 мм и др.;

2). Очистка от окалины и неметаллических покрытий отл ивок из цветных и черных металлов весом от 1кг до 10 …15 т.

Большая роль в развитии технологии электрогидравлической обработки машиностроительных материалов принадлежит С. М. Поляку, Л. А. Юткину, К. Н. Богоявленскому, Б. Г.Красичковой и др. (Физико-технический институт АН БССР)

Электрохимическая обработка

Честь открытия новых способов обработки принадлежит русским и советским ученым. Известный русский химик Е.И.Шпитальный в 1911г. разработал процесс электролитического полирования. В 1928 г. В.Н.Гусев применил этот процесс для размерной обработки станин крупных металлорежущих станков. Электролит не прокачивался. Катод-плиту на время убирали и ручным инструментом удаляли слой продуктов растворения. Процесс был трудоемким и медленным. В.Н.Гусев и Л.А.Рожков предложили уменьшить зазор между электродами до десятых долей мм, а электролит принудительно прокачивать через межэлектродный промежуток. Это было рождением нового вида обработки — размерной электрохимической обработки (ЭХО) – за счет анодного растворения металла.

Полученные в годы войны результаты по изучению основных физико-химических закономерностей процессов не утратили своего значения и до сего времени. В 1948г. была создана электрохимическая установка для изготовления отверстий в броневой стали. Тогда же были проведены первые опыты по обработке турбинных лопаток. Значительные успехи в развитии теории и совершенствовании технологии были достигнуты благодаря работам Ю.Н. Петрова, И.И .Мороза, Л.Б. Дмитриева и др. [1,2,4].

Существует несколько основных схем электрохимической обработки.

1). Обработка с неподвижными электродами.

По этой схеме получают местные облегчения в деталях, отверстия в листовых материалах, наносят информацию (порядковые номера, шифры изделий и др.), удаляют заусенцы.

Читайте также: