18.6. Электрохимическая обработка

К электрохимической размерной обработке относятся группа методов, основанных на явлении анодного растворения металла при электролизе. Образующиеся продукты растворения (шлам) в виде солей или гидрооксидов металлов удаляются с поверхности анода либо гидравлическим потоком электролита, либо механическим путем.

Производительность электрохимической обработки, т.е. скорость растворения металла зависит в основном от свойств электролита, вида обрабатываемого токопроводящего материала и плотности тока.

Принципиальная схема этого способа обработки показана на рис.91. Процесс ведут на постоянном токе. Обрабатываемая заготовка 2 является анодом, а электрод-инструмент 1 – катодом. Межэлектродные зазоры невелики и составляют 0,02…0,5 мм. Анодная плотность тока может колебаться в достаточно широких пределах – от 20 до 250 А/см2. При повышении плотности тока увеличивается производительность, но снижается качество обработанной поверхности. Кроме того, при высокой плотности тока возможен перегрев электролита. Форма и размеры катода зависят от конфигурации обрабатываемой заготовки. Изготавливают катод из нержавеющей стали, меди, латуни, свинца и других материалов.

Установки для электрохимической обработки состоят обычно из источника питания; механизма, обеспечивающего подачу электролита в рабочий зазор и его очистку и контрольных приборов. В качестве электролита наиболее часто используются водные растворы солей NaCl, NaNO3 и Na2SO4. Для интенсификации процесса обработки электролит подогревают до 40…80?С.

Процесс электрохимической обработки не сопровождается изнашиванием рабочего инструмента (катода), на обработанной поверхности отсутствуют остаточные напряжения и термические изменения структуры, а обработанная поверхность отличается повышенной коррозионной стойкостью и износостойкостью. Кроме того, этот вид обработки обеспечивает сравнительно высокую производительность и качество поверхности. Линейная скорость съема металла до 5…7 мм/мин.

Однако электрохимическая обработка имеет ряд недостатков: высокая энергоемкость процесса, относительно низкая точность обработки и необходимость надежной антикоррозионной защиты элементов электрохимических станков. На снятие 1кг металла с поверхности заготовки затрачивается от 5 до 25 кВт•ч электроэнергии, что во много раз больше по сравнению с процессом резания.

Процессы электрохимической обработки применяются в основном для формоизменения сложных поверхностей ковочных штампов, пресс-форм, лопаток турбин и компрессоров; обработки и прошивания отверстий и полостей любой формы; разрезания пластин проволочным электродом; декоративной отделки поверхностей деталей; изготовления тонких лент и фольги, отрезания заготовок электродом-диском и других операций.

Наиболее эффективно обрабатывать электрохимическими методами жаропрочные и нержавеющие стали, твердые сплавы, титановые и магниевые сплавы, полупроводниковые и другие труднообрабатываемые материалы.

Основными разновидностями электрохимической обработки являются электрохимическое полирование, электрохимическая размерная обработка и анодно-механическая обработка.

Электрохимическое полирование ведут в ваннах, заполненных электролитом (рис.92). Форма катода 1 определяется формой обрабатываемой детали 2. Участки, не подлежащие обработке, изолируются защитными покрытиями. При обработке используют постоянный ток напряжением 6…12 В.

При подаче напряжения на электроды начинается растворение материала заготовки-анода. Растворение происходит главным образом на выступах микронеровностей поверхности вследствие более высокой плотности тока на их вершинах. В результате избирательного растворения, т.е. растворения выступов, происходит сглаживание микронеровностей обрабатываемой поверхности.

Кроме того, на поверхности полируемой детали образуется вязкая пленка солей, защищающая микровпадины от действия тока и не препятствующая растворению выступов. Для интенсификации процесса электролит перемешивают. В результате сглаживания микронеровностей обрабатываемая поверхность приобретает металлический блеск.

Наибольшее распространение получили электрохимические методы размерной обработки профилированным электродом. Обработка поверхностей в этом случае осуществляется вследствие копирования сложной формы инструмента при его поступательном перемещении. При этом рабочая часть инструмента представляет собой профиль обратный профилю детали. В зависимости от сложности и размеров профиля точность обработки составляет 0,1…0,5 мм. Она зависит главным образом от межэлектродного зазора, напряжения тока, скорости циркуляции электролита, его температуры и других факторов. Скорость съема металла составляет обычно 0,1…1,2 мм/мин.

На рис.93 показана схема обработки этим методом турбинной лопатки 2. Инструмент-катод 1 имеет форму, обратную форме обрабатываемой поверхности. Обработка ведется в струе проточного электролита. Как видно, в этом случае одновременно обрабатывается вся поверхность заготовки, находящаяся под активным воздействием катода, что обеспечивает высокую производительность процесса.

Одним из преимуществ электрохимической обработки является возможность ее объединения с другими процессами и создания на этой основе совмещенных (комбинированных) методов обработки. Наибольшее распространение из этих методов получила анодно-механическая и электроабразивная обработка, когда удаление продуктов анодного растворения производится главным образом механическим воздействием электрода-инструмента.

Схема анодно-механического разрезания металлов приведена на рис.94 В качестве инструмента-катода 1 обычно используются стальные или чугунные диски толщиной 0,5…5мм. Заготовке 2 и инструменту заданы такие же движения, как и при обычных методах механической обработки резанием. В зону обработки непрерывной струей через трубку 3 подают электролит. Окружная скорость диска 5…25 м/с. Зазор между диском и обрабатываемой заготовкой не превышает 0,05 мм.

Анодно-механическим способом обрабатываются заготовки из всех токопроводящих материалов, высокопрочных и труднообрабатываемых металлов и сплавов, вязких материалов.

Эксплуатация установок для электрохимической обработки предусматривает наличие интенсивной вентиляционной системы для удаления газообразных продуктов процесса.

Вопросы для самопроверки

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008