Электрохимическая обработка металлов: Учеб. для СПТУ.
|
Раздел ГРНТИ: Отделка поверхностей и нанесение покрытий
Байсупов И. А
Высш. шк.,, 1988 г.
Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям. |
1.2. Разновидности процессов ЭХО
Отделочные процессы. К этим процессам относятся электрохимическое травление, полирование, жидкостно-абразивная обработка и удаление заусенцев. Отличительная особенность отделочных электрохимических процессов (кроме удаления заусенцев) состоит в том, что обработка осуществляется при относительно больших межэлектродных промежутках, исчисляемых десятками миллиметров.
Электрохимическое травление предназначено для удаления с обрабатываемой поверхности оксидных пленок образующихся при предварительной термической или химической обработке заготовок или деталей. В зависимости от толщины оксидной пленки и ее химического состава применяют несколько способов электрохимического травления.
Для удаления тонких оксидных пленок (порядка нескольких микрометров) используют анодное травление (рис. 1.2). При этом заготовка подключается к положительному полюсу источника питания.
В результате электролиза оксидная пленка высшей валентности (Fe203) переходит в пленку низшей валентности (FeO), которая, растворяясь в электролите, удаляется с поверхности детали или заготовки.
Для отслоения относительно толстых оксидных пленок (до 0,3—0,5 мм) применяют катодное травление (рис. 1.3). В этом случае заготовку подключают к отрицательному полюсу источника питания. При электролизе в местах разрывов (трещин) оксидной пленки выделяются пузырьки водорода, которые отрывают («взрыхляют») пленку от основного металла заготовки, очищая тем самым ее поверхность.
Наибольший эффект при удалении толстых оксидных пленок достигается поочередным подключением обрабатываемой детали к положительному и отрицательному полюсам источника питания, т. е. изменением полярности детали и электрода во времени (рис. 1.4, а). График, изображенный на рис. 1.4,6, поясняет временное изменение полярности через каждые 5 мин. В течение первых 5 мин происходит катодное «взрыхление» оксидной пленки, а в течение вторых 5 мин — анодное растворение ее остатков в электролите.
В отдельных случаях, например при травлении деталей с малыми сечениями, применяют так называемое биополярное травление (рис. 1.5). В этом случае деталь размещают между двумя электродами, один из которых подключен к положительному, а второй—к отрицательному полюсам источника питания. При прохождении электрического тока в среде электролита от электрода-анода к электроду-катоду возникает падение напряжения на участках между электродами и деталью. В результате этого деталь заряжается отрицательно относительно электрода-анода и положительно относительно электрода-катода. При этом оксидная пленка с правой плоскости (см. рис. 1.5) детали удаляется по принципу анодного травления.
Электрохимическое полирование применяют для сглаживания мнкронеровностей на поверхностях деталей, образующихся, например, при механической обработке металлов
резанием.
Схема электрохимического полирования изображена на рис. 1.6. Деталь присоединяют к положительному, а инструмент— к отрицательному полюсам источника питания. При подаче напряжения на электроды начинается процесс растворения металла детали, являющейся анодом. Растворение металла протекает главным образом на выступах микронеровностей, так как толщина оксидной пленки на них меньше, чем на впадинах, кроме того, плотность тока на вершинах микронеровностей более высокая. В результате избирательного растворения, т. е. большей скорости растворения выступов, микронеровности сглаживаются и поверхность детали приобретает характерный металлический блеск.
При электрохимическом полировании существенные дефекты (забоины, царапины и т. д.) с поверхностей деталей не удаляются. В отличие от травления при электрохимическом полировании деталь подключают только к положительному полюсу источника питания, а инструмент—к отрицательному.
Разновидностью этого процесса ЭХО является электрохимическое абразивное полирование (рис. 1.7) в абразивонесущем электролите. В этом случае анодное растворение микронеровностей сочетается с механическим удалением оксидной пленки абразивными зернами, не связанными друг с другом какой-либо связкой.
При таком способе полирования (анодно-механическом) брусок из дерева, пластмассы или другого диэлектрического мате' риала, линейно перемещаясь относительно обрабатываемой поверхности, прижимает абразивные зерна к полируемой детали и перемешивает их. В результате этого одновременно с анодным растворением микронеровностей происходит механическое истирание их абразивными зернами.
Электрохимическая жидкостно-абразивная обработка предназначена для скругления наружных острых кромок деталей и удаления с них заусенцев. Обработку деталей выполняют в медленно обновляемом электролите с одновременным механическим воздействием на обрабатываемые поверхности твердых тел (фарфоровых шаров, кусков абразивных кругов и т. п.).
При электрохимической жидкостно-абразивной обработке (рис. 1.8) полость барабана, являющегося катодом, заполнена электролитом, абразивным материалом н обрабатываемыми деталями. В центре барабана расположен металлический стержень-анод. При относительно медленном вращении барабана на перемещающиеся в нем детали одновременно воздействуют абразивный материал и электролит, через который проходит электрический ток. При этом анодное растворение металла деталей протекает по рассмотренной ранее биполярной схеме. Обрабатываемые детали при перемещении в барабане электрически контактируют через электролит то со стенками барабана-катода, то со стержнем-анодом и соответственно получают то положительную при соединении с анодом, то отрицательную при соединении с катодом полярность. Кроме того, по мере удаления деталей от анода или катода изменяется плотность тока, что обусловливает активное или пассивное растворение металла. В связи с тем, что абразивный материал более интенсивно воздействует на выступающие части (заусенцы, острые кромки) деталей, удаление оксидных пленок, а следовательно, и растворение металла на этих участках протекают быстрее, чем на других обрабатываемых поверхностях деталей. Регулируя время к параметры анодного растворения, добиваются удаления заусенцев и притупления острых кромок на деталях без изменения их формы и размеров.
Несколько по другой технологической схеме происходит электрохимическая жидкостно-абразивная обработка полостей литых крупных заготовок. В этом случае в полость заготовки, являющейся анодом, вводят один или несколько металлических катодов, а межэлектродный промежуток заполняют на 20—30% его объема абразивонесущим электролитом. При медленном совместном вращении катода и анода происходит электрохимическая жидкостно-абразивная обработка, т. е. частичное или полное удаление литейных пороков.
Электрохимическое удаление заусенцев осуществляют в труднодоступных местах деталей, например с кромок перекрещивающихся отверстий, с крупномодульных шестерен и шлицевых валов.
На рис. 1.9,а показана схема электрохимического растворения заусенцев небольшого размера. Электролит (на рисунке указан стрелками) 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 (рис. 1.9, б). 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 скругленне кромок заготовок, с которых удаляются эти заусенцы.
Формообразующие процессы. Эти процессы электрохимической обработки в зависимости от физико-химических особенностей съема материала заготовки разделяются на две группы:
размерную электрохимическую обработку, охватывающую виды ЭХО. при осуществлении которых припуск с заготовки удаляется за счет электрохимического растворения, и комбинированную электрохимическую обработку, объединяющую разновидности ЭХО, при реализации которых припуск с заготовки удаляется электрохимическим растворением с одновременным механическим или электрохимическим воздействием.
Размерная электрохимическая обработка служит для придания заготовке нужной формы и размеров. В отличие от отделочных процессов ЭХО, выполняемых в необновляемом или в незначительно обновляемом электролите, размерная электрохимическая обработка происходит при непрерывном и интенсивном обновлении электролита, прокачиваемого под давлением через межэлектродный промежуток. Принудительное удаление электролита из рабочей зоны позволяет вести формообразование обрабатываемых поверхностей с меньшим, чем при электрохимическом травлении и полировании, межэлектродным промежутком. При этом на участках обрабатываемой поверхности с минимальным значением межэлектродного промежутка плотность тока выше, чем на участках с большим его значением, так как электрическое сопротивление рабочей среды (электролита) меньше. Соответственно этому анодное растворение металла на участках с минимальным значением межэлектродного промежутка будет протекать в начальной стадии обработки более интенсивно, чем на участках с большими значениями межэлектродного промежутка.
Таким образом, особенностью размерной электрохимической обработки является неодинаковая скорость растворения металла обрабатываемой заготовки на участках с различными значениями межэлектродного промежутка. В связи с этим на все участки обрабатываемой заготовки, включая и участки с максимальным межэлектродным промежутком, назначают в зависимости от скорости растворения определенные припуски на обработку.
Электрод-инструмент 1 (рис. 1.10), рабочий профиль которого имеет форму, соответствующую форме окончательно обработанной детали или ее части, перемещается с определенной скоростью к неподвижно установленной заготовке — аноду—в направлении, показанном на рис. 1.10 стрелками. По мере растворения металла заготовки (в основном на участках с минимальными значениями межэлектродного промежутка) и перемещения на соответствующее расстояние электрода-инструмента обрабатываемая поверхность приобретает форму поверхности электрода-инструмента (рис. 1.10, б, в). Такой вид ЭХО называется электрохимическим объемным копированием.
Существуют технологические схемы электрохимического объемного копирования не только одним, но и несколькими одновременно перемещающимися электродами-инструментами. На рис. l.ll.a представлена схема электрохимического копирования с двумя подвижными электродами-инструментами, которые располагаются по обе стороны заготовки. При этом формообразование обрабатываемой поверхности производится одновременно с двух сторон заготовки, жестко закрепленной в определенном положении.
При электрохимическом формообразовании применяют также один, реже два неподвижных электрода. В этом случае по мере растворения металла заготовки увеличивается межэлектродный промежуток и соответственно уменьшается плотность электрического тока, что снижает постепенно производительность обработки. Такой вид ЭХО называется электрохимическим калиброванием. Этот вид ЭХО, характеризующийся удалением с обрабатываемых поверхностей заготовок незначительных припусков (0,5—1,0 мм), применяют для исправления геометрических размеров предварительно выполненных наружных и внутренних поверхностей заготовок. Образование канавок различной формы может выполняться по технологической схеме, изображенной на рис. 1.11,6. При этом заготовка и электрод-инструмент в процессе обработки неподвижны относительно друг друга. Поверхности электрода-инструмента, не участвующие в формообразовании детали, защищают электроизоляционным слоем 3.
Вид ЭХО, с помощью которого выполняются отверстия и полости постоянного сечения, называется электрохимическим прошиванием. При этом виде обработки (рис. 1.11 ,в) электрод-инструмент, поступательно перемещаясь, внедряется в заготовку со скоростью, равной скорости электрохимического растворения металла. Формообразование цилиндрических поверхностей по этой схеме может сопровождаться вращением электрода-инструмента или заготовки: в отдельных случаях применяют одновременное встречное вращение заготовки к электрода-инструмента. При прошивании цилиндрических отверстий в твердых сплавах в качестве электрода-инструмента применяют токопроводящие алмазоносные пустотелые инструменты. Для предотвращения растравливания стенок обработанных отверстий нерабочие поверхности электродов-инструментов покрывают электроизоляционным слоем.
На рис. 1.11.г изображена схема электрохимического точен и я фасонных поверхностей тел вращения. В этом случае рабочая подача электрода-инструмента осуществляется за счет перемещения электрода-инструмента к оси вращения заготовки. Применяется данный способ обработки при формообразовании наружных, внутренних и торцовых поверхностей заготовок из труднообрабатываемых металлов, а также тонкостенных деталей.
Электрохимическое точение (рис. l.ll.d) с одновременным вращением заготовки и электрода-инструмента применяют, если необходимо получить обрабатываемый диаметр с погрешностью 0.005-0.02 мм.
При электрохимическом прорезании щелей (рис. 1.11,г) а также отрезке заготовок электрод-инструмент вращается, а рабочая подача осуществляется перемещением заготовки. Электролит в этом случае поступает в рабочую зону за счет захватывания его поверхностью вращающегося электрода-инструмента.
Различные цифры, буквы и другие обозначения можно наносить на металлические детали электрохимическим маркированием. Различают трафаретное и бестрафаретное электрохимическое маркирование.