Электрохимические методы

Электрохимические методы основаны на явлении анодного растворения, происходящегопри элекролизе в проточном электролите. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на поверхности заготовки, включённой в электрическую цепь (анод), происходят химические реакции растворения, и поверхностный слой превращается в химичесике соединения, которые переходят в раствор или удаляются механическим способом.

Производительность процессов электрохимической обработки зависит, главным образом, от электрохимических свойств электролита, обрабатываемого материала и плотности тока.

Электрохимические методы обладают всеми достоинствами электроэрозионной обработки, а также дополнительно к ним: неизнашиваемость электродов, отсуствие термического влияния на структуру металла, более высокая производительность, сравнительно высокая точность и низкая шероховатость обработки.

Существуют следующие основные разновидности электрохимических методов:

1. Электрохимическое полирование.
2. Электрохимическая размерная обработка.
3. Электроабразивная и электроалмазная обработка.

Сущность процесса электрохимического полирования заключается в анодном растворении металла в электролите. Назначение электрохимического полирования в уменьшении шероховатости поверхности, повышении стойкости режущего инструмента, так как снижается коэффициент трения, ликвидируются прижоги. При этом также снижается коррозионная стойкость.

Преимществом метода является высокая производительность, не зависящая от физико-химических свойств обрабатываемого металла и формы изделия. Статические характеристики металла (σ_т, δ_удл, δ_суж) практически не изменяются.

Основное отличие поверхности, обработанной электрохимическим полированием, от обработанной резанием – отсутствие следов деформации, прижогов и струтурных изменений. При растворении поверхностного слоя металла параметр шероховатости Ra уменьшается на 1…2 мкм и изменяется параметр микрорельефа поверхности.

При сопряжении электополированных поверхностей фактическая опорная поверхность увеличивается, что оказывает положительное влияние на работу деталей при трении. При этом стабилизируется коэффициент трения, уменьшается время приработки деталей в 5…6 раз, увеличивается срок службы деталей.

Электрохимическое полирование повышает стойкость свёрл на 30…35%, зенкеров – на 10…20%, развёрток – на 20…25%, метчиков – до 70%, концевых фрез – до 100%.

Изделия из коррозионно-стойких сталей предварительно подвергают виброабразивной обработке. Перед полированием детали и режущий инструмент термически обрабатыают, обезжиривают, промывают в горячей и холодной воде, декапируют, промывают. Затем упрочнямые детали или режущий инструмент укладывают на медную сетку, соединённую с положительным полюсом источника постоянного тока, и погружают в электролитическую ванну, через которую пропускают электролитическую ванну с напряжением U=8В в течение от 20…45 с до 15…20 мин. Время выдержки зависит от размера изделия и марки материала.

В процессе работы выделяются вредные газы, которые отсасывают при помощи системы вернтилляции. Электролит периодически очищают от шлама. Состаа элетролита зависит от материала деталей: для углеродистых сталей – на основе серной кислоты, для режущих инструментов из быстрорежущих и инструментальных углеродистых сталей – на основе ортфосфорной кислоты; для коррозионно-стойких сталей – на основе ортфосфорной и серной кислоты.

После полирования детали и режущий инструмент промывают в горячей, а затем холодной воде. Для полного удаления следов кислот проводят нейтрализацию в растворе соды (Na₂CO₃) в течение 0,15…3 мин. После этого вновь в горячей, а затем холодной воде и в завершение сушат.

Электрохимическое полирование производят при следующих режимах: температура Т=44…100˚С, плотность тока J=10…200 А/дм², плотность электролита γ=1,7…1,75 г/см³, время обработки – до 20 мин, напряжение постоянного тока U=36 В.

Электрохимичесое полирование производят в стальных ваннах, футерованных свинцом или винипластом с паровым подогревом. Катод изготавливают из свинца.

В результате элетрохимического полирования получается блестящая износостойкая и коррозионностойкая поверхность. Данный метод применяют также для окончательной обработки после тех методов, которые формируют в поверхностном слое: растягивающие остаточные напряжения, а сжимающие – на некоторой глубине или при значительной степени деформации на поверхности, нежелательной при эксплуатации – обработанная поверхность при этом не имеет наклёпа и термических изменений структуры.

Электрохимическое полирование также применяют для доводки рабочих поверхностей деталей под гальванические покрытия, для изготовления тонких лент фольги, очисти и декоративной отделки деталей.

Электрохимическая размерная обработка заключается в том, что обработка идёт в сруе электролита, прокачиваемого под давлением через межэлектродный зазор, образуемый заготовкой – анодом(+) и инструментом – катодом(-). Струя свежего элекролита растворяет заготовку – аноди удаляет продукты анодного растворения – соли из зоны обработки. При этом способе одновременно обрабатывается вся поверхность заготовки, находящаяся под активным воздействием катода, что обеспечивает высокую производительность процесса.

Инструменту придают форму, обратную форме обрабатываемой поверхности. Формообразование поверхности происходит по методу отражения (копирования), при котором отсутствует износ инструмента, так как таковым является струя электролита. При этом отсутствует давление инструмента на заготовку, что позволяет обрабатывать нежёсткие тонкостенные детали, обеспечивая высокие точность и качество обработаноой поверхности.

Этот метод рекомендуется для обработки заготовок из высокопрочных сплавов, карбидных и других труднообрабатываемых материалов.

Элетроабразивная и электроалмазная обработка состоит в том, что инструментом-электродом является шлифовальный круг, изготовленный на токопродящей связке (бакелитовая с графитовым наполнителем). Между заготовкой-анодом и шлифовальным кругом-катодом возникает межэлектродный зазор, образованный зёрнами, выступающими из связки. В этот зазор подаётся электролит. Продукты анодного растворения материала-заготовки удаляется абразивными зёрнами. для чего абрзивный круг имеет вращательное движение, а заготовка - движение подачи, соответствующее процессу механического шлифования. Данные виды обработки применяют при шлифовании твёрдых сплавов, быстрорежущих, жаропрочных и конструкционных сталей, а также при шлифовании профильных пазов, шлицев, сферических поверхностей, нежёстких заготовок.

По сравнению с обычным шлифованием эта обработка позволяет значительно снизить усилия и температуру в зоне обработкишлифованием, что уменьшает остаточные напряжения растяжения и прижоги, а также шливовочные трещины.

В качестве инструмента применяют абразивные и алмазные круги на токопроводящих связках: М1, М5, СЭШ-1, СЭШ-2 (основные компоненты – медь, цинк, алюминий). Рабочая среда – электролиты на основе нейтральных солей с добавками ингибиторов для придания антикоррозионных свойств.

Режимы элетроабразивной и электроалмазной обработки: напряжение U=4…20 В, сила тока I=12…15 А, скорость круга v_к=15…50 м/с, давление круга p=2…20 МПа, подачу S выбирают экспериментально. Для получения более высокой точности обработки технологический ток отключают.

Для элетроабразивной и электроалмазной обработки применяют универсальные и специальные станки, в обозначении которых присутствует буква «Э», а также 3653, 3672. Они обеспечивают производительность до 17…5000 мм³/мин и параметр шероховатости Ra=0,32…0,08 мкм.