Электрохимическая обработка основана на явлении анодного растворения металла и удаления продуктов электрохимической реакции с обрабатываемой поверхности (для токопроводящих материалов). Точность обработки от 12 мкм до 18 мкм. Разновидности такой обработки: анодно-гидравлическая в проточном электролите, электрохимическое полирование в неподвижном электролите и анодно-механические способы чистовой обработки.
Анодно-гидравлическая обработка в проточном электролите
Анодное растворение происходит без образования механически прочных анодных пленок, вследствие чего удаление продуктов электролиза осуществляется в результате принудительного потока электролита (водный раствор соли: нейтральной, кислотной или щелочной). При анодно-гидравлическом сверлении инструментом служит медная трубка, изолированная снаружи. Под давлением вытекающего электролита между торцовой поверхностью трубки и детали образуется зазор, исключающий замыкание электродов (рис 2.7).
При прохождении электрического тока через электролит происходит растворение металла детали. Продукты электролиза удаляются электролитом. По мере растворения изделия трубка углубляется в деталь, поддерживая постоянство межэлектродного зазора.
Рис. 2.7 – Схема анодно-гидравлической обработки в электролите
Примером формообразования более сложных поверхностей может служить операция изготовления кольцевых канавок (рис. 2.8).
Рис. 2.8 – Схема изготовления кольцевых канавок
Деталь 1 подключена к положительному источнику тока, а инструмент 2к отрицательному. Анодно-гидравлическую обработку целесообразно применять для снятия заусенцев у деталей сложной формы (мелкомодульные шестерни и др.). Механическое удаление заусенцев является весьма трудоемкой операцией и не обеспечивает высокого качества деталей. При анодно-гидравлической обработке удаляются мельчайшие заусенцы и значительно повышается производительность труда. В практике находят применение анодно-механическое шлифование наружных цилиндрических поверхностей и чистовая обработка плоскостей.
Обычно используют комбинированные методы обработки, у которых анодное растворение металла сочетается с эрозионным или ультразвуковым разрушением, а продукты реакции удаляются с обрабатываемой поверхности механическим путем и выносятся из рабочей зоны потоком электролита.
Обработка плазмой
Плазма — ионизированный газ, перешедший в это состояние в результате нагрева до очень высокой температуры или вследствие столкновения частиц газа с быстрыми электронами (в газовом разряде). При этом молекулы распадаются на атомы, от которых отрываются электроны и возникают ионы. Последние ионизируют газ и делают его электропроводным.
Однако не всякий ионизированный газ можно назвать плазмой. Необходимым условием существования плазмы является ее электрическая квазинейтральность, т. е. она должна содержать в единице объема примерно равное количество электронов и положительно заряженных ионов. Наряду с ними в плазме может находиться некоторое количество неионизированных атомов и молекул. На плазму могут воздействовать электрические и магнитные поля. Внешнее магнитное поле позволяет сжимать струю плазмы, а также управлять ею (т. е. отклонять, фокусировать).
Большая степень ионизации обусловливает высокую температуру газоразрядной плазмы, которая может достигать 50 000 °С и выше. Свойства плазмы можно изменять путем применения различных газов (азота, аргона, водорода, гелия и др.). Основным методом получения плазмы для технологических целей является пропускание струи сжатого газа через пламя электрической дуги. Современные плазменные горелки делят на горелки прямого действия (с внешней дугой) и косвенного действия (с внутренней дугой).
Горелки прямого действия применяют для обработки электропроводящих материалов (рис. 2.9). Дуга возбуждается между обрабатываемым изделием 4 (анодом) и вольфрамовым электродом 1 (катодом). Поток газа поступает в охлаждаемую водой 3медную оболочку 2. Дуга, выходя из сопла, направляется вместе с потоком газа к изделию. В качестве рабочего газа используют аргон, который ионизируется. Напряжение зажигания и рабочее напряжение при этом небольшие а электрическая дуга получается стабильной и инертной.
Рис. 2.9 – Схема горелки прямого действия
При использовании в качестве рабочего газа гелия скорость истечения струи при t = 10 000—15 000 °С приближается к скорости звука. Плазменная горелка потребляет мощность 50 кВт и создает концентрацию мощности плотностью 3 мВт/дм 2.
Горелка косвенного действия применяется для обработки токопроводящих материалов и диэлектриков (рис. 2.10). Дуга образуется между вольфрамовым катодом 1и стенками медного сопла 2.Поток газа, охлаждаемого водой 3,поступает в медную оболочку и, проходя через дугу, ионизируется. Дуга под действием струи газа выходит за пределы сопла, и плазма в виде факела направляется на обрабатываемое изделие 4,которое изолировано от дуги.
Применение плазменных горелок оказалось возможным из-за способности плазмы сжиматься в узкий пучок. Защитой сопла от разрушения служит оболочка газа, которая образует прослойку между факелом и стенками сопла.
Рис. 2.10 - Схема горелки косвенного действия
Плазменный нагрев используют для напыления тугоплавких неметаллических материалов, которые вводятся в плазму в виде порошка. Этим методом можно получать многослойные покрытия из одного или нескольких порошков. Качество покрытия зависит от подготовки поверхности, вида применяемого порошка и материала основания. Подготовка поверхности заключается в очистке и обезжиривании.
Плазменной горелкой обрабатывают материалы любой твердости и любого химического состава. Эффективно применение плазмы при резке нержавеющих сталей и других материалов. Поверхность среза при этом получается гладкой, глубина зоны влияния — незначительной.
ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Виды покрытий
Назначение покрытий — защита от коррозии, придание красивого внешнего вида и некоторых свойств поверхностному слою, отличных от основного металла (твердости, электропроводности и др.). Виды покрытий определяются способами их получения, материалом и толщиной покрытия и его последующей обработкой. Различают покрытия на неорганической основе — металлические и химические (оксидные) и покрытия на органической основе, лакокрасочные, полимерные и пластмассовые.
Условия эксплуатации. При выборе покрытой необходимо учитывать условия эксплуатации: легкие (л), средние (с), жесткие и очень жесткие. Легкие условия эксплуатации — для закрытых, отапливаемых и вентилируемых помещений с относительной влажностью 65% и температуре 25 °С; средние условия — в атмосфере, загрязненной небольшим количеством промышленных газов и пылью, при отсутствии прямого воздействия атмосферных осадков и прямой солнечной радиации, влажность среды 95% при температуре 35 °С. Жесткие условия — негерметизированная аппаратура при непосредственном воздействии атмосферных осадков, сернистых газов в атмосфере, загрязненной промышленными газами.
Металлические покрытия
Металлические покрытия представляют собой тонкий слой металла, нанесенного на поверхность. Покрытия бывают анодные и катодные. Анодными защитными покрытиями называют такие покрытия, электрохимический потенциал металла которых в данной среде более электроотрицателен, чем электрохимический потенциал основного металла; катодными — покрытия с обратным соотношением потенциалов. Требования, предъявляемые к металлическим покрытиям, — это прочное сцепление с основным металлом; мелкокристаллическая структура, обеспечивающая наилучшие механические свойства; минимальная пористость; равномерная толщина покрытия (высокая твердость, износоустойчивость).
Технологический процесс покрытий имеет этапы:
а) подготовка поверхности, ТО: механическая обработка, т. е. удаление заусенцев, неровностей; обезжиривание поверхностей (бензин, керосин, известь, химический или электрохимический способ); декапирование (легкое травление), т. е. погружение изделия в 10%-ный раствор серной или соляной кислоты (назначение этой ТО — удаление тонких оксидных пленок и выявление структуры основного металла), затем промывка водой;
б) нанесение покрытий электрохимическим (гальваническим) или химическим способом. Цинком покрывают для защиты от коррозии деталей из черных металлов (выдерживает изгибы, но плохо сваривается и спаивается); кадмием покрывают изделия, эксплуатируемые в условиях морской среды; хромом по стали — изделия для повышения твердости, износоустойчивости, жаропрочности (покрытие хрупкое, пористое); никелем по меди — изделия для придания им магнитных свойств, блеска, полирования; оловом по меди — изделия для предохранения деталей от окисления, облегчения пайки, герметизации резьбовых соединений;
в) промывка и сушка деталей.
Лакокрасочное покрытие
Для придания поверхности детали антикоррозионных свойств и красивого внешнего вида используют лакокрасочные покрытия. Это покрытие не применяется для деталей высокой точности, трущихся поверхностей, подверженных нагреву. Имеется семь классов покрытий (ГОСТ 9.032—74), высший класс — первый. По степени блеска покрытия делятся на глянцевые, полуглянцевые и матовые.
Технологический процесс нанесения покрытий:
· подготовка поверхности (ТО: очистка от загрязнений (химическая или механическая), обезжиривание);
· грунтование — нанесение слоя фунта толщиной около 20 мкм. Основное назначение — создание адгезии между металлом и последующими слоями лакокрасочного покрытия. Грунт наносится распылением, окунанием или кистью (после нанесения каждого слоя — сушка);
· шпатлевание — выравнивание загрунтованной поверхности. Шпатлевка — это пастообразная масса (пигменты, наполнители, лаки с добавкой пластификаторов). Шпатлевки наносят шпателем или краскораспылителем (добавка растворителя). Затем поверхность сушат и шлифуют;
· нанесение лакокрасочных покрытий — с помощью кисти, окунания, распыления;
· сушка — в сушильных шкафах, рефлекторных сушилках, инфракрасными лучами.
Контроль покрытий
Контроль покрытий ведется по внешнему виду, толщине, пористости и прочности сцепления с основным материалом. Внешний вид проверяется визуально с помощью лупы с четырехкратным увеличением, сравнивая с эталоном. Для контроля толщины покрытий используют физические (неразрушающие) и разрушающие (химические) методы.
Физические: магнитный — в зависимости от толщины покрытия изменяется сила отрыва постоянного магнита от поверхности детали; радиоактивный — интенсивность отражения b-излучения; электромагнитный — магнитный поток, возникающий между преобразователем прибора и деталью; весовой — средняя толщина покрытия рассчитывается по формуле:
(3.1)
где 
— масса детали до и после нанесения покрытия, г;
s — площадь покрытия, см2;
g — плотность материала покрытия, г/см3.
Химический метод контроля покрытий заключается в том, что участок покрытия растворяется каплями раствора. Они наносятся и выдерживаются в течение определенного промежутка времени. Толщину покрытия рассчитывают по числу капель, которые наносят до тех пор, пока не обнаруживается участок основного металла.
Контроль пористости покрытия ведется путем наложения фильтрованной бумаги и паст. Эти методы основаны на химическом взаимодействии основного металла с реагентом в местах пор и других погрешностей покрытия с образованием окрашенных соединений. После снятия бумаги промывают и подсчитывают число пор, которые видны в виде точек или пятен.
Прочность сцепления покрытия определяют методом изгиба под углом 90° или путем нанесения сетки царапин (4—6 параллельных линий глубиной до основного металла, на расстоянии 2—3 мм друг от друга и 4—6 параллельных линий, перпендикулярных им). На контролируемой поверхности при этом не должно быть отслоений.
Покрытия обозначают в чертежах в соответствии с ГОСТ 9.303—84 (способ нанесения, вид покрытия, толщина покрытия, степень блеска, вид дополнительной обработки). Например, цинковое покрытие толщиной 12 мкм, матовое наносится гальваническим методом, обозначается Ц12М В обозначении лакокрасочных покрытий (в соответствии с ГОСТ 9.032—74) указывается материал покрытия, внешний вид (класс покрытия) и условия эксплуатации (группа покрытия). Например, эпоксидная эмаль ЭП-140, цвет синий, 4 класс отделки для изделий, эксплуатируемых внутри помещений (П). Обозначение в этом случае имеет вид: Эм Эп-140, синий, 4, П.