Электрохимические методы обработки материалов

Детали из никелевых  и титановых сплавов имеют  пониженное сопротивление усталости (из-за растравливания…).

Одним из основных методов  повышения механических свойств материалов после ЭХО является последующее полирование (виброполирование) для снятия растравленного слоя и выполнения наклепа.

ЭХО часто используют взамен точения, фрезерования, долбления, после которых шероховатость составляет R_Z=20…40 мкм. После ЭХО шероховатость-R_a 0,3 мкм.

Полностью восстанавливает усталостные характеристики сплава его упрочнение после ЭХО – виброударным, пневмогидравлическим, дробеструйным и ротационными способами только с несколько меньшими усилиями и временем обработки.

 

Производительность

Производительность процесса можно выразить через скорость подачи электрода-инструмента.

Производительность обработки  при неподвижных электродах можно оценить средней скоростью растворения металла

                                , мм/с                       (3.21)

где Z – припуск на обработку, мм;

     τ – время процесса, с.             

В зависимости от припуска и начального межэлектродного зазора средняя скорость растворения составляет:  =0,001…0,01 мм/с.

При схемах прошивания, разрезания, точения и шлифования на врезание производительность (Q) оценивают скоростью подачи инструмента из уравнения

                         ,  мм/с                 (3.22)       

В зависимости от вида обрабатываемой поверхности скорость подачи лежит в пределах =0,005…0,1 мм/с. Время обработки – .       (3.23)

Если используется импульсный ток, то скорость подачи будет ,  мм/с.

где – скорость подачи для постоянного тока, мм/с;

        g – скважность.

Для схемы прошивания круглых отверстий с концентричным расположением электрода-инструмента относительно детали скорость подачи вдоль обрабатываемой поверхности находят с учетом длины ℓ_р рабочей части инструмента:

 

                              мм/с.

Подставляя выражение τ из уравнения (3.21) получаем                             ,                              (3.24)

Для цельнотянутых труб с припуском до 0,5 мм на сторону =1,5…6 мм/с.

 

Проектирование  технологических процессов

   

Исходная информация

1). Материал обрабатываемой  заготовки (марка, плотность, структура,  твердость, наличие неэлектропроводных включений);

2).    Допуски на  размеры (по чертежу детали);

3).   Припуск на  обработку, его минимальный размер  и неравномерность;

4).   Шероховатость  поверхности детали и заготовки;

5).   Размеры изготовляемой  детали и заготовки; 

6). Анализ технологичности детали с учетом изготовления ЭХО;

7). Сведения о технологических  возможностях процесса.   

       

      3.4.2 Технологичность  деталей при размерной ЭХО

 

Для более полного  использования преимуществ ЭХО  необходимо проектировать детали с учетом особенностей процесса анодного растворения сплавов. Следует учитывать, что при ЭХО нет разделения на черновые и чистовые операции — при любом режиме ЭХО высота неровностей соответствует чистовым операциям механической обработки, и с возрастанием скорости съема металла шероховатость поверхности снижается. В отличие от механической обработки технологические показания ЭХО даже повышаются с увеличением твердости материала заготовки. Кроме того, при ЭХО инструмент либо вообще не изнашивается, либо изнашивается незначительно.

При использовании ЭХО  необходимо удовлетворить следующим требованиям, общим для всех видов заготовок и схем обработки:

1). Поверхность перед  ЭХО должна быть очищена от  окалины и других неэлектропроводных веществ.

2). В местах, где удаление  металла планируют выполнить с применением ЭХО, не допускается местная зачистка поверхности, например, для контроля твердости.

3). ЭХО необходимо проводить  после термической обработки заготовки. Это позволяет избежать нарушения точности за счет коробления при термической обработке, предотвращает появления обезуглероженного слоя в готовой детали.

4). При проектировании  заготовок припуск не должен быть меньше некоторого предельного значения, определяемого с учетом возможного растворения на обрабатываемых и соседних поверхностях, где металл может раствориться за счет токов рассеяния и ускоренного съема на кромках детали.

5). В технологическом  процессе не предусматривают  операции и переходы по удалению заусенцев и округлению кромок на поверхностях после ЭХО.

 

     Существуют специфические требования к технологичности для каждой схемы обработки.     

При схеме с неподвижными электродами съем металла интенсивно протекает не только в зоне обработки, но и на большом удалении от нее. Например, при удалении заусенцев с зубчатых колес профиль зуба со стороны торца утоняется на 10…30 мкм. Это не влияет на точность зацепления.

При схеме прошивания нужно допускать уклон поверхности по направлению подачи инструмента с уклоном =1…5°.

При изготовлении посредством ЭХО больших сквозных отверстий их целесообразно прошивать тонкостенным трубчатым электродом — инструментом.

При электрохимическом  точении необходимо предусматривать плавные переходы между участками с различными диаметрами.

 

                             

 

Рисунок 3.11 —  Рекомендуемые  плавные переходы между участками  при точении

 

Угол  выбирают в пределах 45…80°, радиус =3…10 мм, =1…3 мм.

При протягивании погрешность отверстий на концах детали выше, чем на средних участках. Поэтому следует указать в чертежах на концевых участках длиной ℓ =5…30мм возможность увеличения внутреннего диаметра d на 0,030…0,08 мм (при внутреннем протягивании) или уменьшение наружного диаметра D на 0,05…0,1 мм (при наружном протягивании).

При обработке по схеме  шлифования следует предусмотреть свободный выход круга за шлифуемую поверхность.

Применение. Гальванопластика

В середине прошлого века русский академик Б. С. Якоби открыл способ изготовления изделий и снятия копий с предметов с помощью электролитического осаждения металла из водного раствору его соли. Способ был назван гальванопластикой. В наше время это выдающееся открытие широко используется в машиностроении, авиации, космонавтике, радиоэлектронике, электротехнике и многих других областях техники.

Керамический  флакончик, оправленный полированной медью.

Вместе с тем гальванопластика — доступная, увлекательная и  благодарная область любительского  творчества. Пользуясь ее технологией, моделист получает возможность делать сложнейшие детали своих конструкций из металла. Для этого достаточно изготовить деталь из пластилина, металлизировать ее и после удаления основы иметь эту деталь уже в металле. В художественном творчестве металлизированные предметы из пластмассы, дерева, кружев могут выступать в качестве законченных художественных произведений или составных частей изделий. Скульптуру из пластилина или гипса вы сможете перевести в металл и надолго сохранить, украсить металлической оправой или накладным орнаментом керамические и стеклянные предметы, оправить металлом камень, янтарь, дерево. Совершенно необычайные возможности открывает металлизация растений, цветков, насекомых. Трудно даже перечислить все, что можно сделать с помощью гальванопластики.

Для того, чтобы заняться этим интересным делом, надо прежде всего  собрать гальваническую установку  и освоить технику работы с  ней. Материалы, необходимые для  этого, широко доступны, процесс электролиза  не сопровождается вредными выделениями, и при соблюдении элементарной осторожности работа с установкой безопасна. Здесь будет рассказано о нанесении медного покрытия как самого простого и доступного в любительских условиях. В принципе можно осаждать и другие металлы — серебро, никель, хром и т. д. Но в этом случае потребуются более дорогостоящие вещества, причем многие из них не безвредны, усложняется технология. Интересующиеся могут найти сведения на этот счет в специальной литературе.

Любительская гальваническая установка состоит из ванны с электролитом, анодной пластины, катодной штанги, источника постоянного тока на 6 — 12 вольт, амперметра и реостата.

Гальваническое осаждение  металла на поверхности предмета возможно лишь тогда, когда поверхность  эта или весь предмет являются проводниками электрического тока, Поэтому для изготовления моделей или форм желательно использовать металлы. Наиболее подходят для этой цели легкоплавкие металлы: свинец, олово, припои, сплав Вуда. Эти металлы мягки, легко обрабатываются слесарным инструментом, хорошо гравируются и отливаются (см. «Наука и жизнь» № 10, 1979 г.). После наращивания гальванического слоя и отделки металл формы выплавляют из готового изделия.

Старинные кружева, покрытые слоем металла.

Однако наибольшие возможности  для изготовления моделей все же представляют диэлектрические материалы. Чтобы металлизировать такие модели, нужно придать их поверхности электропроводность. Успех или неудача в конечном итоге зависят в основном от качества токопроводящего слоя. Слой этот может быть нанесен одним из трех способов. Самый распространенный способ — графитирование, он пригоден для моделей из пластилина и других материалов, допускающих растирание графита по поверхности. Следующий прием — бронзирование, способ хорош для моделей относительно сложной формы, для разных материалов, однако за счет толщины бронзового слоя несколько искажается передача мелких деталей. И, наконец, серебрение, пригодное во всех случаях, но особенно незаменимое для хрупких моделей с очень сложной формой — растений, насекомых и т. п.

Варианты взаимного  расположения анодных пластин и катода в электролитической ванне.      Медь осаждается не только на противостоящей аноду стороне, но и на обратной, а также на торцах металлизируемого предмета. Погружаются предметы в электролит с зазором не менее 20 мм от дна ванны и верхнего уровня жидкости. Приставшие к предмету, особенно в углублениях, пузырьки воздуха сгоняются кисточкой или встряхиванием.      Минимальное расстояние анод — катод составляет 50 мм.

Выбор токопроводящего  слоя зависит от материала, из которого сделан предмет, его конфигурации, фактуры поверхности и, конечно, от имеющихся в распоряжении веществ.

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ

Прежде чем нанести  токопроводящий слой, модель нужно  подготовить: устранить гигроскопичность поверхности, обеспечить прочное сцепление токопроводящего слоя с основой. Дерево, кружева, гипс и все другие гигроскопичные материалы пропитываются горячей натуральной олифой или расплавленным парафином (воском). При серебрении предметов с гладкой поверхностью, а также пропитанных олифой или парафином необходим подслой, прочно держащийся на основе и хорошо удерживающий двухлористое олово (SnCl₂), необходимое для создания токопроводящего слоя. Подслой может быть из нитролака, лучше матового, клея БФ, коллодия и т. п. Для предметов с тонкими деталями лак или клей надо делать более жидкими. Хороший подслой дает алюминиевая пудра (краска «под серебро»), которую замешивают на нитролаке или клее БФ-2 (красят кисточкой или окунанием). Можно нанести алюминиевую пудру и на сырую лаковую пленку. Полезно крашеную или лакированную поверхность заматировать, облив ее несколько раз 50% раствором ацетона в воде. При серебрении без подслоя поверхность предмета обезжиривается раствором любого моющего средства, бензином или ацетоном.

НАНЕСЕНИЕ ТОКОПРОВОДЯЩЕГО  СЛОЯ

ГРАФИТИРОВАНИЕ. Если в  вашем распоряжении нет готового порошка графита, его можно приготовить  из грифелей простых мягких карандашей. Грифели нужно тщательно истолочь и просеять через вчетверо сложенный  капроновый чулок. Слой начинают наносить густым опудриванием предмета графитом, который затем растирают кистью, тем более жесткой, чем прочнее поверхность, или матерчатым тампоном, слегка смоченным машинным маслом. Графитируют до получения черной блестящей пленки. Для ускорения работы можно использовать графит, растертый с клеем БФ-2 (для уменьшения вязкости его несколько разбавляют спиртом). Клей наносят на модель кистью. Но поверхность в этом случае получается более грубая и зернистая.

Графит обладает большим  электрическим сопротивлением, поэтому осаждение меди начинается в месте присоединения контактного проводника, и только через некоторое время (иногда продолжительное) весь предмет оказывается покрыт слоем металла. Случается, что по разным причинам некоторые места не затягиваются медью. Тогда модель из ванны вынимают, промывают, сушат, дополнительно покрывают графитом незатянувшиеся места и снова помещают в ванну. Осаждение ведут при минимальной для данной площади плотности тока.

Общий вид электролитической  ванны из оргстекла с анодной пластиной и катодной штангой.     Емкость — 15 литров, размеры — 300 Х 200 X 300 мм, толщина стенок 8 мм.     1 — «плюс» источника тока (к реостату),     2 — «минус» источника тока,     3 — отметка уровня электролита,     4 — подвес,     5 — катодная штанга,     6 — анодная пластина.