Обработка материалов, станки и инструменты

Жигалко Н.И., Яцура Е.С.

Высшая школа, 1984 г.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ЭХО)

Размерная электрохимическая обработка используется при нанесении знаков, образовании неглубоких пазов, полостей, прошивании отверстий, при изготовлении сеток и затачивании режущих инструментов, полировании зубьев зубчатых колес, профильной обработке пера турбинных лопаток, лопастей насосов и гребных валов, гравюр ковочных штампов и др. ЭХО позволяет обрабатывать электропроводные материалы практически любой твердости, при этом отсутствует вредное действие тепла на поверхность детали и инструмент, не образуется наклепа, достигаются высокая производительность, точность размеров и качество обработанных поверхностей деталей.

Электрохимическая обработка основана на законах электролиза и на явлении поляризации, сопровождающей процесс электролиза. Сущность обработки заключается в том, что при протекании постоянного тока между электродами, погруженными в раствор электролита, происходит процесс анодного растворения, т. е. переход металла анода в раствор. В качестве анода при этой обработке обычно принимается обрабатываемая деталь.

Процессы размерной электрической обработки в электролитах можно разделить на следующие группы [4]: 1) размерная электрохимическая обработка в движущемся электролите (автор этого метода В. Н. Гусев); 2) анодно-абразивная обработка, в которой сочетаются процессы анодного растворения и абразивного резания; 3) комбинированная электроэрозионно-химическая обработка.

Для объемного электрохимического формообразования применяют как неподвижный (обработка пазов, полостей, нанесение знаков), так и движущийся (обработка турбинных лопаток и т. д.) электрод-инструмент.

Оборудованием для электрохимического полирования и электрохимической размерной обработки являются ванны с электролитом (как и при обычных гальванических процессах). При этом в качестве катодов применяются токопроводящие материалы (нержавеющая сталь, медь, свинец), не поддающиеся разрушению электролитом. При ЭХ полировании углеродистых и низколегированных сталей используется раствор электролита, содержащий 5—12% серной кислоты, 6—8% хромового ангидрида, 70% фосфорной кислоты и 12—15% воды; при ЭХ обработке, например, турбинных лопаток из жаропрочных сплавов электролит представляет 10%-ный раствор NaCl(параметры режима: напряжение 10—15 В, плотность тока 0,15—0,25 А/мм², температура 20—30°С), при обработке титановых сплавов в качестве электролита используется раствор 8% NaCl + 11% KN0₃ (параметры режима: напряжение 10—12 В, плотность тока 0,08—0,12 А/мм², температура 22—35 °С). Электрохимическое полирование осуществляют перед гальваническими процессами. Это обеспечивает прочность сцепления покрытия с основой и снижает пористость покрытий. Электрохимическая размерная обработка заключается в направленном анодном растворении металла при высоких плотностях тока.

Станкостроительная промышленность выпускает разные типы копировально-прошивочных станков для ЭХО деталей пневмо- и гидроаппаратуры, ковочных штампов и пресс-форм, прошивания цилиндрических и фасонных отверстий, а также глубоких отверстии в турбинных лопатках и др. (мод. 4421, 4422, МА-4423, МА-4424, 4427А).

На рис. 17.8 представлена схема процесса двустороннего электрохимического размерного формообразования пера турбинных и компрессорных лопаток 3 с двумя движущимися профилированными катодами — электродами (инструментами) 4. Для получения необходимых гидродинамических условий, защиты направляющих и неподвижных частей станка и устранения разбрызгивания электролита (раствора) инструмент и заготовка размещены в герметической камере (контейнере) / с крышкой 2.Анодное растворение детали происходит более интенсивно на близлежащих к катоду участках, что и предопределяет получение заданной формы. Для ЭХО пера лопаток из жаропрочных и титановых сплавов применяют станки-полуавтоматы мод. ЭХО-1, ЭХО-2, АГЭ-2, ЭХС-10а, МЭ-57, ЛЭ-156 и др. (максимальная длина пера лопатки 200—1500 мм, максимальный ток 4,5—24,0 кА). В станке мод. ЛЭ-156 применена поворотная система подачи электродов. На установке, предназначенной для электрохимической маркировки типа ЭХМ-2 производят клеймение разнообразных деталей; ее производительность составляет 500 дет./ч.

Анодно-абразивное полирование — высокочистовая обработка. Металлический электрод-инструмент 1 (рис. 17.9) с неэлектропроводными притирами 2 устанавливают над анодом-заготовкой 3. При повышении плотности тока между инструментом и заготовкой, помещенной в электролит, который поляризуется до такой степени, что наступает так называемая пассивность анода, он перестает растворяться в электролите и на нем образуется хрупкая пленка. Для удаления пленки в раствор вводят мелкодисперсный абразив 4 (электрокорунд, окись хрома), шаржирующий эластичные неэлектропроводные притиры (из дерева, поролона, резины или другого мягкого материала). При этом используется постоянный или переменный ток напряжением 6—18 В, в качестве электролита используются растворы азотнокислого натрия. Данный процесс применяется, например, при полировании нержавеющей стали (скорость полировальника достигает 2—5 м/с, шероховатость обработанной поверхности характеризуется /?а = 0,100—0,025 мкм и Rz= = 0,10—0,05 мкм).

При электронно-лучевой обработке изделие помещают в герметическую камеру, в которой благодаря непрерывной работе вакуумных насосов обеспечивается высокая степень разрежения. Специальное устройство — электронная пушка вместе с электронно-оптической системой — создает остро сфокусированный пучок электронов, который ускоряется в вакууме при напряжении до 150 кВ; при этом скорость электронов достигает 24-10⁴ км/с. Кинетическая энергия электронов за счет их соударения с атомами обрабатываемого твердого тела превращается в теплоту, при этом в зоне обработки температура достигает ~6000°С. При ускоряющем напряжении 60 кВ удается прошивать менее чем за 0,5 с отверстия диаметром 8 мкм в пластине из жаропрочного сплава толщиной 0,8 мм.

Увеличение времени прохождения пучка электронов до 1 с позволяет обрабатывать большие диаметры (до 15 мкм). Промышленность выпускает гамму электронно-лучевых сварочных установок мод. ЭЛУ-1, ЭЛУ-2, ЭЛУ-4, У-ЗМ2, У-86.