Электрохимическая размерная обработка (ЭХРО)

1. Цель работы

Привить студентам практические навыки при назначении режимов ЭХРО, выборе состава электролита, проектировании ЭИ и описании процессов в межэлектродном промежутке при обработке.

2. Содержание работы

2.1. Уточнение исходных данных (площади обработки, шероховатости поверхности, марки материала изделия).

2.2 Определение основных характеристик ЭХРО (съем материала, анодный выход по току, энергоемкость процесса).

2.3. Выбор состава электролита.

2.4. Описание ионных процессов в электролите.

2.5. Определение основных технологических параметров: рабочего тока в межэлектродном зазоре (МЭЗ), напряжения на электродах, давления электролита в МЭЗ, плотность тока и линейная скорость ЭИ.

2.6. Проектирование ЭИ (катода).

3. Задание

Каждому студенту преподавателем предлагается номер задания из перечня (прил. 1 к работе №1). В дополнение к приведенным эскизам необходимо принять к исполнению следующее:

- варианты 1 – 6 для изделий из материала сталь 45; 7 – 12 сталь У10 (закаленная); 13 – 18 сталь 12Х18Н10Т; 19 – 24 сталь 5ХНВ (закаленная); 25 – 30 латунь Л62; 31 – 36 титановый сплав ВТ 3-1; 37 – 39 алюминий АЛ4;

- шероховатость получаемой поверхности Ra 1,25 мкм.

Пояснительная записка выполняется на листах формата А4. Состав записки – титульный лист с информацией о разработчике и проверяющем, задание с анализом исходных данных, содержание, необходимые расчеты и пояснения, эскиз ЭИ и схема процесса.

4. Последовательность выполнения

4.1. Определяется площадь обрабатываемой поверхности (при необходимости – начальная, средняя и конечная). Описывается состав материала изделия.

4.2. По табл. 13 определяются основные характеристики ЭХРО.

4.3. Уточняется состав электролита (% от объема):

- содержание основной соли в растворителе – воде,

- содержание комплексообразователей (например соды);

- содержание антикоррозионной добавки (например нитрата натрия).

Таблица 13

Обрабатываемость различных материалов и сплавов

* Поверхность после обработки содержит следы питтинговой эрозии, высотой до 0,5 мм.

В порядке рекомендаций для обработки сталей с шероховатостью получаемых поверхностей Ra 1,25 мкм предпочтительным является электролит следующего состава:

(10 – 20)% NaCl + (0,5 – 1,0)% NaNO₂ + (0,5 – 1,5)% Na₂CO₃ + H₂Oостальное.
Обработка медных, алюминиевых и титановых сплавов предпочтительна в электролите:

(15 – 25)% NaNO ₃ + (0,5 – 1,0)% NaNO₂ + H₂O остальное.

4.4.Выполняется описание ионных процессов в электролите:

а) катодные реакции (например восстановление Н₂).

б) анодные реакции. В качестве примера – реакции на аноде из железа в нейтральном растворе хлорида с комплексообразующим соединением по схеме:

Fe + H₂O + Cl^- à |FeOH|⁺ Cl^- + H⁺ + 2e

|FeOH|⁺Cl^- + H⁺ à Fe²⁺ + H²O + Cl^-

|FeOH|⁺Cl^- + OH^- à Fe (OH)₂ + Cl^-

|FeOH|⁺Cl^- + 2 OH^- à Fe₂O₃ | + 2 H₂O + Cl^- + e

4.5.Определяются основные технологические параметры:

а) рабочий ток в МЭЗ по формуле:

I p = (U _ип – U_r) S,

δ * ρ

где U _ип - напряжение источника питания (дискретно 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24 В);

U_r - падение напряжения на всех участках в цепи (в расчетах принять ориентировочно 3 В);

δ - величина МЭЗ (задается в пределах 0,05 – 0,8 мм);

S - площадь инструмента (расчетная);

ρ - удельное сопротивление электролита (см. табл.14).

Рекомендуется U _ип при обработке сталей, алюминиевых и медных сплавов 9 – 18 В и МЭЗ 0,2 – 0,6 мм; титановых сплавов – 18 – 24 В, при том же МЭЗ.

Таблица 14

Удельная электропроводность электролита, Ом^-1 см^-1

б) уточняется напряжение на электродах по номограмме рис.3. При концентрации отличной от приведенной на рисунке принять коэффициент уточнения – 10% - 1,05; 15% - 1,02; 25% - 0,95%. Плотность тока при обработке с достижимой шероховатостью Ra 1,25 мкм рекомендуется для сталей, алюминиевых и медных сплавов 20 – 30 А/см², для титановых сплавов – 50 А/см².

U, В

9В

0,1 0,2 0,3 0,4 0 0,1 0,2 0,3 0,4 МЭЗ,мм

20% NaCl 20% NaNO₃

Рис. 3. Напряжение на электродах при разных значениях МЭЗ

в) принимается давление электролита в МЭЗ (диапазон от 0,3 до 1,5 МПа). Рекомендуется минимальное давление при прошивке простых и неглубоких полостей и отверстий (не более 10 размеров и глубиной до 20мм, при соотношении максимального размера к глубине – более двух). Максимальное давление необходимо при обработке титановых сплавов и изделий, где соотношение меньше двух.

г) определяется скорость подачи ЭИ по формуле

V _эи = 10 ε U, мм/мин,

ρ δ d

где ε (г/а ч) – электрохимический эквивалент металла. Железо – 1,04 (двухвалентное); 0,694 (трехвалентное); алюминий – 0,336; медь – 2,37 (одновалентная), 1,19 (двухвалентное); титан – 0,596 (трехвалентный), 0,45 (четырехвалентный). В расчетах использовать для основного металла.

d – удельный вес металла (г/см³): железо – 7,83; алюминий – 2,65; медь (латунь) – 8,6; титан – 4,5.

4.6.Выполняется эскиз ЭИ (катода). Причем поверхности, где нет обработки, должны быть изолированы от прохождения тока.

4.7.Выполняется схема ЭХРО с указанием зоны обработки, схемы подачи электролита и подсоединения источника питания.