Файл: Учебное пособие для студентовзаочников. Компьютерная версия. 2е изд., перер и доп. Челябинск юурГУ, 2006. 89 с. З. И. Поляков и др., 1986. Издво Челябинского политехнического инсти тута имени Ленинского комсомола.pdf

36
ны, тем больший ток они переносят и тем быстрее идут реакции на электродах и в электролите. Однако при перегреве в электролите появляются парогазовые пузырьки, значительно снижающие его электропроводность и, следовательно, рабочий ток. Поэтому температура электролита в отношении производитель- ность обработки имеет оптимум.
Реакции, протекающие в электролите, обогащают его газом, растворимы- ми и нерастворимыми продуктами. Концентрация газа особенно велика вблизи катода. В длинных зазорах количество водорода возрастает столь быстро, что он забивает зазор, создаются газовые пробки. На газовых пузырьках, как на об- кладках конденсатора, возникает перенапряжение и, вследствие этого, искре- ние. Съем металла становится неравномерным, снижается производительность и точность обработки. Увеличивается вероятность искродуговых пробоев МЭП через газовые пузырьки, повреждающие инструмент и деталь.
В прианодном слое повышается концентрация шлама (Me(OH)
n
), снижа- ется концентрация анионов (ОН)
–
, Cl
–
и др. Это также приводит к падению производительности и точности обработки, местным перенапряжениям. Изме- нение равновесного потенциала электрода, находящегося под током, вызванное изменением концентрации ионов, называется концентрационной поляризацией.
При размерной ЭХО металлов с целью повышения производительности используются плотности тока в тысячи раз большие (10…200 А/см
2
). В этих ус- ловиях объем продуктов реакций столь велик, что обычные процессы диффузии и миграции не могут поддержать стабильный режим обработки. Для удаления продуктов реакции и подвода свежих ионов приходится прокачивать через
МЭП большое количество электролита. Режим движения ионов в электролите при интенсивной прокачке последнего получил название режима диффузион- ной кинетики.
Точность ЭХО повышается с уменьшением МЭП, При малых МЭП ре- жим диффузионной кинетики возможен при больших скоростях (до нескольких десятков м/с) и больших давлениях (до 20 кгс/см
2
) прокачиваемого электроли- та. Поток электролита с такими параметрами не только вымывает из зазора от- работанный электролит, но и срывает с поверхности анода непрочные пассив- ные пленки, состоящие из гидроксилов. Тем самым поддерживается непрерыв- ность процессов анодного растворения металла.
Технологические процессы, в которых депассивация анода производится потоком электролита и химизмом реакции, получили название анодногидрав- лической обработки (АГО). Процессы, в которых пассивная пленка удаляется при механическом взаимодействии инструмента и детали-анода, названы эле- итрохимикомеханической обработкой.
Масса металла M(t) растворяющегося на аноде да время t при пропуска- нии тока I определяется уравнением Фарадея t
I
K
)
t
(
M
э
I
⋅
⋅
⋅
η
=
, (2.2) где
η
I
— коэффициент выхода по току К
э
— электрохимический эквивалент ме- талла — масса данного металла, растворяющегося на аноде при пропускании тока силой I за единицу времени.

37
Коэффициент выхода по току учитывает то, что энергия в системе "ка- тод-электролит-анод" расходуется не только на растворении массы M(t) метал- ла анода, но и на другие реакции (восстановление водорода, образование ком- плексов и т.д.): t
I
K
)
t
(
M
э ф
I
⋅
⋅
=
η
, (2.3) где M
ф
(t) — фактическая масса растворенного металла анода (находится экс- периментально).
Обычно
η
I
<1, однако в некоторых операциях анодного-гидравлической обработки наблюдаются
η
I
≈1 и даже η
I
>
1. Высокие коэффициенты выхода по току характерны для процессов, сопровождающихся отрывом от анода и выно- сом в потоке электролита зерен металла, не подвергшихся анодному растворе- нию.
При ЭХО сталей в пассивирующих электролитах с ростом плотности тока
D
a коэффициент выхода по току также возрастает до некоторого предела. Для активных электролитов (например, NaCl) подобная зависимость необязательна, а иногда имеет обратный, характер. Зависимость выхода по току от скорости потока электролита носит экстремальный, характер (рис. 2.2). h
J
П л о т н о с т ь т о к а
D a
,
А
/ с м
2 0
5
%
N a
N
O
3 6
0
Å
C
5 %
N
a
N
O
3 3
0
Å
C
2 0
%
N a
N
O
3 3
0
Å
C
В
ы х о д п о т
о к у h
J
С к о р о с т ь э л е к т р о л и т а v
0
В
ы х о д п о т
о к у
0
,
5 м м d
=
0
,
7 5 м м
0
,
2 5 м м
Рис. 2.2 Зависимость выхода по току от плотности тока (а) и скорости потока электролита (б)
Повышение температуры электролитов на выход по току влияет по- разному. Эта зависимость определяется не только типом электролита, но и ти- пом металла, его агрегатным состоянием и другими факторами.
2.3 Технологические характеристики анодно-гидравлического процесса
2.3.1 Скорость анодного растворения
Объемная скорость растворения анода обычно рассчитывается по форму- ле (2.2). Для чистых металлов входящие в эту формулу электрохимические эк- виваленты приведены в справочниках. Электрохимические эквиваленты спла- вов вычисляются по выражению
∑
⋅
=
i эi эксп
G
К
100
K
, (2.4) а б

38
где, К
эi
и G
i
— соответственно весовое содержание i-того элемента в сплаве и его электрохимический эквивалент.
Электрохимический эквивалент является функцией валентности иона ме- талла: чем выше валентность, тем меньше величина К
э
. Такнапример, K
ЭCr
3+
=
0,646г/Aч, а K
ЭCr
6+
= 0,325г/Aч. Валентность же иона металла зависит от усло- вий анодного растворения, в том числе от химического состава электролита.
Это необходимо учитывать при расчете скорости съема металлаM(t).
При определении режимов АГО для станков с неавтоматизированным управлением необходимо знать линейную скорость подачи V
п
. Эта скорость на- значается на 5…15% меньше линейной скорости растворения. В простейшем случае — при линейной связи между обрабатываемой площадью S
p
и объем- ным съемом Q(t): t
S
V
)
t
(
Q
p p
⋅
ρ
⋅
⋅
=
, (2.5) где
ρ— удельное сопротивление электролита.
Из уравнений (2.2) и (2.5) следует, что
δ
χ
⋅
ϕ
−
⋅
⋅
η
=
∑
)
K
U
(
K
V
a э
э
I
p
, (2.6) где
U
э
— напряжение на электродах; Σφ
а
К — суммарное падение напряжения на границах «анод-электролит» и «катод-электролит»;
χ
—
удельная электро- проводность электролита;
δ — МЭП, при котором ведется обработка.
При прошивке с большой плотностью тока удается достичь линейной скорости подачи 50 мм/мин, однако типовые процессы идут со скоростью
0,1…10 мм/мин.
2.3.2 Точность анодно-гидравлической обработки
Рассеивание размеров при анодно-гидравлической копировально- прошивочной обработке составляет 0,15…0,5 мм (экономическая точность).
Двухпроходная прошивка и меры по стабилизации процесса позволяет обраба- тывать некоторые детали с точностью до 0,05 мм.
Положительное влияние на точность АГО сказывает обратная связь меж- ду величиной МЭП и плотностью тока: чем больше зазор, тем меньше плот- ность тока. Благодаря этой зависимости на участке обрабатываемой поверхно- сти с макровыступом плотность тока выше, чем на участке с наибольшим МЭП.
Большая плотность тока вызывает более интенсивное расворение макровысту- па, поверхность анода (точнее говоря, зазор) выравнивается.
Количественно выравнивающая способность процесса оценивается коэф- фициентом выравнивания: min
0 0
max
0
b
Z
Z
K
+
∆
∆
−
∆
=
∆
−
∆
=
, (2.7)

39
где
∆
0
и
∆ — наибольшая высота микронеровностей до и после обработки соот- ветственно; Z
max
и Z
min
— наименьшая и наибольшая толщина слоя металла, снимаемого в процессе обработке соответственно (рис. 2.3).
Идеализированному процессу АГО, при котором высота макронеровно- стей снижается до нуля без анодного растворения прочих поверхностей, соот- ветствует K
b
=1 (в этом случае
∆ и Z
min
равны нулю). Процессам, при которых сохраняется первоначальная высота микронеровностей, соответствует К

40
Для обработки деталей с точностью около 0,05 мм температура электро- лита на входе в МЭП должна колебаться не более чем на
±1 0
С, удельную элек- тропроводность необходимо поддерживать с точностью
±0,004 Ом
–1
/см
–1
. Ко- лебания ЭДС источника технологического тока не должны превышать
±0,2В.
Химический состав и свойства электролита вдоль зазора (по направлению прокачки) будут постоянными, если на каждый грамм снятого за одну минуту металла будет прокачиваться 1…8 л/мин электролита.
С повышением объема прокачиваемого электролита возрастает скорость его течения. Это в свою очередь, делает вероятным отрыв потока электролита от электродов, особенно в местах крутого изменения направления движения.
Следствием такого нарушения сплошности потока являются микронеровности овражистого типа, часто наблюдаемые на сложнофасонных анодах. Эти микро- неровности получили название струйностей. Струйность значительно снижает точность обработки.
Для предупреждения струйности и других отрицательных последствий турбулентности на выходе потока электролита часто ставят дросселирующие устройства (рис. 2.4), препятствующие свободному истечению электролита из промежутка. Если давление электролита на входе в промежуток равно
10…20 кгс/см
2
, то противодавление может достигать 6 кгс/см
2
и более.
Вторым способом борьбы с локальной турбулентностью является подача в МЭП газа (воздуха, углекислоты). Газ вводится в электролит на входе в зазор под давлением, незначительно превышающим давление электролита. Мелко- дисперстные, хорошо сжимаемые пузырьки газа равномерно распределяются в электролите, препятствуют локальным резким изменениям давления в потоке и тем самым стабилизируют сплошность потока, его загазованность и электро- проводность.
Известно, что наибольшей точ- ности удается достичь при АГО в про- межутках, сопоставимых с предельно допустимым рассеиванием размеров.
Так например, для изготовления детали с размером А
±0,05мм обработку необ- ходимо вести при МЭП 0,05…0.1 мм.
При столь малых МЭП уменьшается объем электролита в зазоре, катастро- фически возрастает загазованность и загрязненность электролита, затрудня- ется удаление продуктов реакции и по- дача свежего электролита, учащаются опасные короткие замыкания электро- дов. Эти трудности удалось преодолеть с помощью ряда приемов.
По одному из способов обесточенный катод перемещается до металличе- ского касания с анодом и отводится на определенное расстояние, после чего к электродам подается импульс технологического тока. После прекращения им-
1 2 3 4
Рис. 2.4. Схема дросселирования потока
Электролита с целью создания противодавления: 1 — поток электролита;
2 — катод; 3 — дроссель; 4 — деталь.

41
пульса катод еще некоторое время продолжает двигаться от анода. При этом
МЭП увеличивается, его гидравлическое сопротивление снижается. Этим об- легчается эвакуация отработанного и поступление в зазор свежего электролита.
При обработке вибрирующим катодом технологический ток подается на электроды незадолго до достижения минимума МЭП и отключается через не- продолжительное время после перехода через минимум. В остальных фазах движения катода (при относительно большом зазоре) идет интенсивная прокач- ка электролита.
При копировально-прошивочной обработке точность размеров, как пра- вило, увеличивается с ростом скорости прошивки. В частности, с повышением скорости подачи катода снижается конусность прошиваемых полостей. Объяс- няется это снижением времени действия токов рассеивания, распространяю- щихся от рабочих элементов катода через электролит к ранее обработанным поверхностям анода.
Для повышения скорости прошивки необходимо увеличивать плотность тока. При ограниченной мощности источников тока это достигается двухпро- ходной обработкой поверхностей. На черновом проходе площадь обработки ве- лика, плотность тока, скорость прошивки и точность обработки малы. На чис- товой проход оставляют малый припуск. Площадь обработки снижается, плот- ность тока, скорость и точность прошивки повышается.
2.3.3 Качество поверхности
Шероховатость поверхности, обработанной анодно-гидравлическим спо- собом, определяется в основном природой анода, химсоставом и температурой электролита, формой, плотностью и напряжением тока.
При обработке хромистых и углеродистых сталей наименьшая шерохова- тость (R
max
=6.3…2мкм) достигается на деталях со структурой тростита и сорби- та. Так, например для стали40 эта структура обеспечивается закалкой и средне- температурным отпуском. Та же сталь, отожженная при высокой температуре, после АГО имеет высоту микронеровностей R
max
= 20мкм. В общем случае чем мельче и равномернее мозаика структуры сплава, тем ниже шероховатость по- верхности.
Шероховатость многокомпонентных сплавов особенно сильно зависит от химсостава электролита. Ионы электролита часто обладают различной химиче- ской активностью по отношению к разным компонентам. Поэтому при пра- вильном подборе электролита обработка может сопровождаться преимущест- венным растворением одного из компонентов сплава и в связи с этим образова- нием высоких микронеровностей.
Шероховатость поверхности деталей из Х18Н9Т и других многокомпо- нентных сплавов также существенно зависит от величины рН и температуры электролита. С повышением температуры повышается химическая активность ионов, возрастает неоднородность электролита в зазоре, увеличиваются токи рассеивания, снижается плотность тока. Все это приводит к ухудшению шеро- ховатости с 6,3 до 20…40мкм. Однако в некоторых случаях увеличение темпе- ратуры электролита сопровождается снижением шероховатости. Так при обра-