Лекции по физико-химическому процессу обработки

Лекция  № 9

Технологические показатели ЭХО

План  лекции 

1. Метод размерной  ЭХО.
2. Электрохимические параметры процесса ЭХО.

 

1. Метод размерной  ЭХО.

 

     Сущность метода размерной ЭХО  заключается в локальном анодном  растворении материала операнда в среде проточного электролита, подаваемого под определенным давлением Р=5…50 атм = 0,5…5 МПа в зазор, образованный между рабочими поверхностями ЭИ и обрабатываемой детали.

     Процесс ЭХО по производительности  с определенной точностью характеризуется законом Фарадея (1):

m = h · E · Q = η · E · I · t   .   .    .    .   .    .   .   .  (1.),

где:

Е  - электрохимический эквивалент.

        __А___

Е=      Z  · F  ;  

      А – атомный  вес;

      Z – валентность;

      F  -  число Фарадея;

      F =  96500 Кл.

     Анодный выход по току является КПД процесса  ЭХО  -η .

      При ЭХО с использованием электролитов  с активирующими ионами (NаCl,

КСl, КВr и др.) деталей из конструкционных сталей  η = 0,5…0,8.

      При ЭХО с использованием электролитов  с пассивирующими ионами

(NаNOз,  Nа₂SO₄,  Nа₂CO₃ и др)    деталей из большинства сталей  η = 0,3…0,5.

       Анодный выход по току определяет  затраты энергии на вторичные  реакции, не связанные с основным  процессом растворения материала  заготовки, затраты энергии на  газообразование, образование различных окислов, ведущих к возникновению пассивных пленок.

        При ЭХО некоторых сплавов  наряду с по ионным разрушением  обрабатываемого материала происходит блочное разрушение, например, происходит интенсивное электрохимическое растворение по границам зерен или блоков. Также может происходить блочное разрушение обрабатываемого материала. При блочном разрушении обрабатываемого материала  η может быть свыше 100%.

     I – технологический ток,     t – время  обработки.

    

        Часто  производительность ЭХО характеризуют объемом обрабатываемого материала, растворяемого в единицу времени.

        Для сравнения производительности  ЭХО   с производительностями  других методов обработки используют  линейную производительность, выражаемую  перемещением ЭИ в единицу времени (мм/мин).  .

         Для твердых сплавов, вольфрамовых  сплавов с прочной кристаллической  решеткой   Vл = 0,05…10  мм/мин. 

                2.Электрохимические параметры процесса  ЭХО.

 

      Электрохимические параметры процесса ЭХО  с  определенной погрешностью определяются законом Ома для электрохимической цепи (2.):

                             U – Un           U   -   Un      . . . . . . . . . . . .   (2.).

                   I  =         R                  g  = δ     

                                                             Ѕ

где:

 U     -  напряжение на МЭП;

 Un   -  суммарная ЭДС поляризация электродов,  Un = Uан + Uкат.

Uан   - анодное перенапряжение при электрохимическом растворении материа 

             ла анода,   Uан = 0,5 … 1,5 В.

 Uкат – катодное перенапряжение, обусловленное газообразованием

          /разряд ионов водорода и рекомбинация  атомарного водорода в молеку     

           лы/,  Uкат = 1…2 В.

          Un = 1….4 В /иногда Un = 2…5 В/.

g  - удельное сопротивление электролита.

При измерении  температуры электролита   g    определяется (3):

            g  =   g  ·  (1 + α (θэ –  θо))  .    .    .    .   .    .    .    .     .   .  (3), 

где:

α - температурный  коэффициент;

θо - начальная  температура электролита;

g - начальное  сопротивление электролита;

θэ - текущее  значение температуры электролита;

d - величина МЭЗ;

изменяется  в пределах:     = 0,05 … 0,5 мм и более.

     Величина  d   определяет, главным образом, точность ЭХО.

    D » (0,8…1,2)  d.

     S - площадь обработки.

     Очень важным параметром ЭХО  является плотность технологического  тока (4).

                                  I_        U – Un

                      ј  =      S   =     g · δ        .   .    .    .    .    .   .   .  .(4). 

где:

S – площадь обработки;

Un – поляризация электродов;

δ -  величина МЭЗ. 

    Чаще всего  ј  выражается  в  А/см² .  При ЭХО  большинства сталей и сплавов плотность технологического тока изменяется в пределах:

       Ј = 5…100 А/см²

   Используя закон Фарадея (1) и закон Ома (4) для  электролиза для линейной скорости электрохимического растворения получим:

                А         η·Е·χ·(U-Un)            

       v =   δ    =            δ                   .     .    .    .    .    .    .   .    . (5), 

где: 

А  =  η · Е  ·  χ · (U – Un)     -  характеристика процесса ЭХО,

χ =  электропроводность электролита.

   

     Технологическими показателями  ЭХО являются: точность, шероховатость  обрабатываемой поверхности, качество  поверхностного слоя /наличие растравливания по границам зерен, химический состав поверхностного слоя, наличие в нем внедренных элементов/.

       δ = φ ( Х1, Х2, Х3, ….., Х14)   .  .  .   .  .   .  .  .   .   .  .  .  .  .  .  (6),

      Rz = ƒ (Х1,  Х2, Х3, ….., Х14)  .   .  .   .  .   .  .    .  .  .  .  .  .   .  .(7.),

где:                  

   Х1 – напряжение на МЭЗ;

   Х2 -  скорость подачи ЭИ;

   Х3 – загазованность электролита;

   Х4 – температура электролита;

   Х3 и Х4 существенно влияют  на точность ЭХО, поскольку  при движении электролита в МЭП происходит его нагревание и загазовывание, что  приводит к изменению локальных плотностей технологического тока, то есть, к изменению локальных съемов обрабатываемого металла.

   Х5 – величина МЭЗ, определяет  степень копирования формы ЭИ в материале   

           заготовки;

   Х6 - зашламленность электролита;

   Х7 – рН электролита (изменяется  в сторону увеличения);

   Х8 – концентрация электролита;

   Х9 -  перепад давлений электролита  на входе и выходе их МЭЗ,  то есть, изменение скорости движения электролита в МЭП;

     Скорость течения электролита  в МЭП при ЭХО  изменяется  в пределах:

v = 1…40 м/с. При v < 1 м/с недостаточен вынос тепла, шлама, газов из МЭП.

При  v > 40 м/с в МЭП развиваются кавитационные явления (в МЭП образуются кавитационные воздушные пузырьки), изменяется в сторону уменьшения электропроводность, процесс становится нестабильным.

    Х10 – параметры заготовки (конфигурация, колебания состава);

    Х11 – точность координации заготовки  относительно обрабатывающего ЭИ;

    Х12 – жесткость технологической  системы;

     При давлении электролита в  МЭП  (0,1….5 МПа) могут возникать значительные силы, обуславливающие существенные упругие деформации, которые в конечном счете приводят к изменению величины МЭЗ, погрешностям обработки.

     Х13 – плотность технологического  тока;

     Х14 – параметры импульсного технологического  тока (амплитуда, длитель-

                ность импульсов, скважность).

     Факторы, определяющие погрешности  ЭХО можно разделить на две  группы:

1. Факторы, связанные с оборудованием (со станком: жесткость, точность координации ЭЗ относительно ЭИ, точность направляющих суппортов и т.п.).
2. Факторы, влияющие на технологические показатели, связанные с самим процессом разрушения обрабатываемого материала (неравномерность газонасышения, нагрев электролита, неравномерность гидродинамических параметров течения электролита в МЭП и др.).

 

При изменении параметров процесса происходит соответствующее изменение технологических показателей.

  δ + Δ δ = f (Х1 + ΔХ1, Х2 + ΔХ2, …. Хn  + ΔХn).    .     .     .    .    .(8),

       Rz + ΔRz = j (Х1 + ΔХ1, Х2 + ΔХ2,…Хn + ΔХn).   .    .    .    .    . (9),

   

                             П        ¶f

Или    Δδ =dd  =  Σ                   dхi,

                            i=1     ¶ хi 
 

                                 П        ¶ j

          ΔRz = d Rz = Σ                d хi,

                                i=1      ¶ хi 

                              ¶ f             ¶ j

Коэффициенты    ¶х i     и    ¶х i    являются коэффициентами чувствительности, и для тех факторов, у которых эти коэффициенты имеют большое значение, необходимо предусматривать стабилизацию параметров (стабилизация температуры электролита, в МЭЗ и баке для электролита).