Электрохимическая обработка

Электрохимическая обработка(ЭХО) (D. Elektrochemisches Abtragen,E. Electrochemical machining, F. Usinage électrochimique, й›»еЊ–е­ёеЉ е, й›»и§ЈеЉ е, м „н•ґккіµ) в способ обработки электропроводящих материалов, заключающаяся в изменении формы, размеров и (или) шероховатости поверхности заготовки вследствие анодного растворения ее материала в электролите под действием электрического тока.

Виды электрохимической обработки

Электрохимическое объемное копирование в Электрохимическая обработка, при которой форма электрода-инструмента отображается в заготовке

Электрохимическое прошивание в Электрохимическая обработка, при которой электрод-инструмент, углубляясь в заготовку, образует отверстие постоянного сечения

Струйное электрохимическое прошивание в Электрохимическое прошивание с использованием сформированной струи электролита

Электрохимическое калибрование в Электрохимическая обработка поверхности с целью повышения ее точности

Электрохимическое точение в Электрохимическая обработка, при вращении заготовки и поступательном перемещении электрода-инструмента

Электрохимическая отрезка в Электрохимическая обработка, при которой заготовка разделывается на части

Электрохимическое удаление заусенцев(ЭХУЗ, Electrochemical debuting) в Электрохимическая обработка, при которой удаляются заусенцы заготовки

Электрохимическое маркирование

Многоэлектродная электрохимическая обработка в Электрохимическая обработка осуществляемая электродами, подключенными к общему источнику питания электрическим током и находящимися во время обработки под одним потенциалом

Непрерывная электрохимическая обработка в Электрохимическая обработка при непрерывной подаче напряжения на электроды

Импульсная электрохимическая обработка в Электрохимическая обработка при периодической подаче напряжения на электроды

Циклическая электрохимическая обработка в Электрохимическая обработка, при которой один из электродов перемещается в соответствии с заданной циклограммой,

а также другие смешанные виды электрофизикохимической обработки (ЭФХМО) включающие ЭХО:

в анодно-механическая обработка; в электрохимическая абразивная обработка; в электрохимическое шлифование; в электрохимическая доводка(ЭХД); в электрохимическое абразивное полирование; в электроэрозионнохимическая обработка(ЭЭХО); в электрохимическая ультразвуковая обработка и др.

Физико-химическая сущность метода

Механизм съема (растворения, удаления металла) при электрохимической обработке основан на процессе электролиза. Съем металла происходит по закону Фарадея, согласно которому количество снятого металла пропорционально силе тока и времени обработки. Один из электродов (заготовка) присоединен к положительному полюсу источника питания и является анодом, а второй(инструмент) в к отрицательному; последний является катодом.

Особенностями электролиза являются пространственное окисление (растворение) анода и восстановление (осаждение) металла на поверхности катода.

При ЭХО применяют такие электролиты, катионы которые не осаждаются при электролизе на поверхности катода. Этим обеспечивается основное достоинство ЭХО перед электроэрозионной обработкой в неизменность формы электрода-инструмента(ЭИ).

Для стабилизации электродных процессов при ЭХО и удаления из межэлектродного промежутка(МЭЗ) продуктов растворения (шлама) применяют принудительную подачу в рабочую зону электролита, то есть прокачивают его с определенным давлением.

История развития электрохимической обработки (ЭХО)

Свое начало электрохимия, как технологический метод, берет от процесса электролитического полирования, предложенного еще в 1911 г. известным русским химиком Е. Шпитальским.

В начале 20 века исследователями в России. Западной Европе, США были предложены различные способы и технологические схемы применения ЭХО для размерной обработки деталей, преимущественно на операциях копирования и прошиваний отверстий различной формы.

Российскими инженерами В. Н. Гусевым и Л. Рожковым в 1928 году известная к этому времени технологическая схема ЭХО была существенно усовершенствована, за счет принудительной интенсивной прокачки электролита через межэлектродное пространство (МЭП) и перемещения (подачи) электрод-инструмента (ЭИ) со скоростью, равной скорости анодного растворения. Это позволило увеличить плотность тока и уменьшить рабочие межэлектродные зазоры и, соответственно, повысить выходные технологические показатели ЭХО(точность, качество поверхности и производительность).

«Традиционная» схема электрохимической обработки, получившая наибольшее распространение в 50-х в 70-х годах прошлого века, предполагала использование постоянного тока и непрерывную подачу электрода-инструмента (ЭИ) и, как правило, активирующих электролитов (водные растворы галогеносодержащих солей щелочных металлов в NaCl, KCl, KBr и т. п.). Практическая реализация таких схем обуславливала относительно небольшие рабочие плотности тока (10в40 А/см²), и значительные межэлектродные зазоры (0,05в0,3 мм), не позволявшие добиться конкурентно высокой точности обработки и качества поверхности.

В 1959 Компания Anocut Engineering Company, USA впервые на серийном оборудовании внедряет традиционную схему ЭХО на постоянном токе процесс в производстве.

1960в1970 Началось серийное использование ЭХО в аэрокосмической отрасли (индустрии), в инструментальном производстве(ковочные штампы..) в СССР и в Западной Европе. В этот период электрохимические технологии развиваются и производится оборудование такими известными фирмами как Philips, Hitachi, Mitsubishi, AEG Eloteherm, Amchem и др.

В 80-е в 90-е годы развитие получили более совершенные схемы импульсной и импульсно-циклической обработки в пассивирующих кислородосодержащих электролитах (водные растворы NaNO3, КNO3, NaClO3, Na2SO4,и т. п.), позволившие снизить погрешность обработки до 0,02в0,05 мм и шероховатость до Ra 0,2в0,4 мкм.

Однако, связи с появлением высокотехнологичных отраслях промышленности(точного приборостроения, медицины и медицинской техники, авиадвигателестроения и др.) новых групп высокопрочных и твердых материалов(в том числе наноструктурированных), усложнением формы деталей и ужесточением требований к качеству поверхностного слоя, возникла потребность в новых технологиях электрофизической и электрохимической обработки.

Реакцией на этот запрос технического прогресса явилось появление в 1998в2011 годах целого комплекса новых способов биполярной микросекундной ЭХО вибрирующим ЭИ. Особенность этих способов состоит в том, что они осуществляются на сверхмалых (3в10 мкм) межэлектродных зазорах (МЭЗ) с использованием групп импульсов тока высокой плотности (порядка 10²в104 А/см²).

При их реализации становится достижимым обеспечение малых погрешностей (0,001..0,005 мм) обработки, создание на поверхностях деталей регулярных макро- и микрорельефов с в микронном и субмикронном диапазоне, и получение оптически гладких поверхностей (Ra 0,1..0,01 мкм). И все это при существенно более высокой (в сравнении с конкурирующим технологиями) производительностью на финишных операциях.

Электрохимический станок

Технологические установки для реализации процесса ЭХО как правило являются узкоспециализированными под определенный технологический процесс, в связи с низкой производительностью(в сравнении с другими методами формообразования: механическая обработка, электроэрозионная обработка) и сложностью процесса. Однако ЭХО обладает рядом уникальных технологических свойств (постоянство формы обрабатывающего электрода, обработка твердых и хрупких токопроводящих сплавов, обработка которых механическими методами резания и шлифования невозможна, или низко производительна, минимальные нагрузки на обрабатываемую заготовку позволяют обрабатывать тонкостенные, ажурные детали, отсутствие измененного слоя в детали после обработки(оплавление, наклеп, термоупрочнение) поверхностного слоя, возможность подвода исполнительного органа(электрода) в труднодоступные полости и отверстия деталей)) которые позволяют осуществлять обработку деталей, неосуществимую другими известными методами обработки.

Широкое распространение электрохимические станки получили в авиационной промышленности. Распространены установки для получения рабочей поверхности пера лопатки турбореактивных двигателей (лопаточные станки), данные станки позволяют получать готовые изделия с минимальным применением доводочных, слесарных операций, требующих больших паллетных затрат времени и высококвалифицированного персонала. Именно по этим причинам большинство специализированных электрохимических установок уникально и изготавливается в единичном числе.

Однако, распространены и универсальные электрохимические станки, выпускаемые серийно, как правило, это копировально-прошивочные станки, позволяющие обрабатывать широкую номенклатуру деталей прямым копированием. Данные станки обладают одной координатой Z(которая осуществляет формообразование) иногда снабжаются дополнительными координатами (X и Y) для настройки и базирования взаимного расположения электрода и обрабатываемой поверхности в заготовке. Данные станки широко применяются в инструментальной промышленности для обработки штампов, пуансонов и других твердосплавных формообразующих технологических элементов.

Копировально-прошивочный электрохимический станок ET 3000

Электрохимический станок ЭХФ-А1

Серийно выпускавшиеся в СССР модели станков:

в СЭП 902 А(4420Ф11) (1988в1994 гг.), СЭП 905, СЭП-904.

в ЭС-4000/ЭС-80 вс 1988 по 2003 г. (ОАО «Электросистема» г. Киров). Всего было выпущено около 350 станков ЭС-4000.

в 4420Ф11-1988 («Троицкий станкостроительный завод», г. Троицк)

Современные, новые разработки станков, серийно выпускаемые в настоящее время в РФ :

в Серия станков ЕТ(ООО «ЕСМ», г. Уфа): ЕТ-500(500 А)-разработан в 2008 г., ЕT-1000(1000 А)-разработан в 2011 г., ЕТ-3000(3000 А)- разработан в 2009, ET-6000-3D(6000 А, оси X,Y))- разработан в 2010 г.

- Серия станков SFE (ООО"ПКП" СТАНКОФИНЭКСПО") SFE-4000M - (площадь обработки 55 кв.см), SFE-5000М - (площадь обработки 55 кв.см), SFE-8000M - (площадь обработки 120 кв.см.)

в Станок ЭХФ-А1 (ООО "Димет-М", г. Киров) - разработан в 2009 году, площадь обработки - до 120 кв.см.

Пример штампа, изготовленного на электрохимическом станке ЭХФ-А1

Литература

1. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки//Г. Л. Амитан, И. Е. Байеупов, Ю. М. Барон и др.;Под общ. ред. В. А. Валосатого.-Л.:Машиностроение. Л, 1988.-719с.: ил. ISBN 5-217-00267-0

2. ГОСТ 3.1109-73 Термины и определения основных понятий

3. ГОСТ 25330-82 Обработка электрохимическая. Термины и определения

Ссылки

• Электрофизические и электрохимические методы обработки в статья из Большой советской энциклопедии
• Шаблон:История развития ЭХО
• Копировально-прошивочная технологическая схема обработки на импульсном токе c вибрацией электрод-инструментом