Материал: Нетрадиционные методы обработки в современном машиностроении

С увеличением концентрации электролита удельная проводи­мость растет, достигает максимального значения, а затем снижа­ется. Это объясняется тем, что по мере увеличения концентраций все сильнее проявляется взаимное притяжение ионов, которое сни­жает их подвижность и возможность переноса зарядов.

Для хлорида натрия наибольшая удельная проводимость дости­гается при концентрации около 250 г/л, хлорида калия — 210 г/л.

С повышением температуры t возрастает подвижность ионов и растет удельная проводимость:

=₀ [1 +  (t —291)], (2.1)

где ₀ — удельная проводимость электролита при Т = 291 К;

α — температурный коэффициент, в расчетах можно принять α= =0,0225.

Удельная проводимость χ (См/м) для растворов хлорида нат­рия и нитрата натрия различной концентрации (г/л) приводится в таблице 2.1

Таблица 2.1 Удельная проводимость электролитов.

2.6.2 Выбор напряжения

Напряжение, используемое на анодное растворение,

U=U₀-U, (2.2)

где U₀ – напряжение на источнике питания, выбирается исходя из возможностей оборудования;

U – потери напряжения, для рабочего диапазона режимов обработки составляет 2...5 В. Нижний предел на­пряжения U в расчетах ограничивают значением 5 В.

Для большинства схем обработки используют диапазон напряжений 9…18 В (для титановых сплавов U=25…30 В).

2.7 Оборудование для эх протягивания

2.7.1. Электроды-инструменты

Электроды-инструменты для схемы прошивания изготовляют в зависимости от вида обработки: изготовление отверстий металли­ческим инструментом или струйным мето­дом, углубление с постоянным и изменя­ющимся периметром, конических, сфери­ческих и других поверхностей, кольцевая вырезка (трепанация) и др.

Отверстия при прошивании могут быть цилиндрическими, коническими сквозны­ми или глухими. В большинстве случаев электрод (рис. 2.8 ) выполняют в виде трубки 1, изолированной снаружи покрытием 2.

Рис 2.8 Схема прошивки ЭИ в форме трубки.

Со стороны рабочего торца обыч­но делают бурт 3, предохраняющий по­крытие 2 от разрушений струей электро­лита и продуктами обработки. Если от­верстие круглое, то электроду-инструмен­ту придают дополнительное вращение, позволяющее повысить точ­ность размеров сечений. При расчете электрода-инструмента необ­ходимо найти диаметр d_и, обеспечивающий получение отверстия диаметром D.

d_и= , (2.3)

где  - выход по току. При использовании электролитов на базе растворов хлорида натрия выход по току для конструкционных низколегированных сталей  = 0,8...0,85; для жаропрочных сплавов  = 0,85...0,93; для титановых сплавов = 0,83...0,85. Если процесс ЭХО осуществляют в среде нитрата натрия, то для большинства сталей выход по току снижает­ся до = 0,6...0,7. Для алюминиевых сплавов, которые обрабатывают­ся преимущественно в растворах нитрата натрия, выход по току может составлять  = 1,1...1,35;

- электрохимический эквивалент, значение для некоторых материалов приводятся в таблице 2.3

Таблица 2.3

Электрохимический эквивалент сплавов.

- плотность продуктов обработки, =2500…3000 кг/м³;

V_и- скорость подачи электрода-инструмента; V_и=0,005…0,1мм/с;

s₀- межэлектродный зазор. Для ЭХО отверстий и небольших полостей, лопаток газотурбинных двигателей устанавливают зазор s₀ =0,1…0,3мм; для крупных полостей, лопаток энергетических машин, для схем протягивания и точения задают зазор s₀ =0,3…0,5 мм.

Для получения прецизионных отверстий высота бурта должна быть как можно меньше, однако по возможностям технологии Н≥0,2...0,3 мм.

У электродов-инструментов с толстыми стенками вместо изоляции боковой поверхности можно диаметр инструмента уменьшить на 1,5...2 мм по сравнению с диаметром бурта.

Электроды изготовляют в такой последовательности:

1) рассчитывают диаметр d_и; 2) трубку необходимого диаметра рихтуют, для чего ее в нагретом состоянии растягивают вдоль оси; 3) отрезают кусок трубки по длине; 4) шлифуют или протачивают наружную поверхность на глубину слоя изоляции, сохраняя бурт и участок для закрепления электрода-инструмента в электрододержателе; 5) наносят слой изоляции; 6) зачищают рабочую часть электрода-инструмента от изоляции и других нетокопроводных частиц; 7) осуществляют контроль электрода-инструмента.

Электродами-инструментами для работы по схеме протягивания обрабатывают внутренние и наружные поверхности круглого и некруглого сечения с плавным переходом между сече­ниями. Для повышения точности круглого цилиндрического отвер­стия детали придают вращательное движение с частотой враще­ния 0,5...1,5 1/с.

Электрод-инструмент для обработки внутренних поверхностей круглых труб представлен на рис 2.9

Рис.2.9 ЭИ для обработки труб.

Корпус электрода-инструмента выполняют обычно из латунного проката. Ток от штанги подводят через конический участок с резьбой. Конyc на штанге и в корпусе притирают; площадь контакта должна составлять не менее 70%. Перед­нюю и заднюю направляющие изготовляют из диэлектриков (органического стекла, эбонита, стиракрила и др.). В них делают .винтовые, канавки для протекания электролита, после чего обрабатывают по наружной поверхности в сборе с корпусом. Затем рабочую часть на длине l_р полируют до зеркального блеска. Если обрабатываемое отверстие имеет профиль переменного сечения, например при местном сжатии трубы, то используют электрод-инструмент так называемой нежесткой конструкции.

Расчет ведут в следующей последовательности.

1. Находят наибольший межэлектродный зазор

S_max = (d+_В-d_з)/2+s₀. (2.4)

где d — номинальный диаметр отверстия в детали; _В - верхнее предельное отклонение диаметра d; d₃ - номинальный диаметр отверстия в заготовке; s₀ — начальный межэлектродный зазор, s₀ = 0,3…0,5 мм.

2. Определяют средний размер межэлектродного зазора

S_ср=(S_max+s₀)/2. (2.5)

3. Для среднего зазора находят плотность тока на аноде (заготовке)

J=U/S_ср (2.6)

4. Определяют силу тока I_т источника питания

I_т=I₁, (2.7)

где ₁-коэффицент загрузки источника тока.

5. Рассчитывают наибольшую возможную длину рабочей части инструмента

l_p = I_Т/(π·d·J). (2.8)

7. Находят длину передней l_п и задней l₃ направляющих

l_п = k₁s₀; l₃ = k₂s₀,

где k₁=40...60; k₂=60...80 — коэффициенты, учитывающие длину пути электролита до получения однородного потока жидкости.

8. Рассчитывают общую длину электрода-инструмента

L=l_п+ l₃+ l_p

8. Находят диаметр передней и задней направляющих (в мм)

d_н = d₃ — _H — 0,1 (2.9)

где _н — нижнее предельное отклонение диаметра отверстия в заго­товке.

9. Определяют диаметр рабочей части электрода-инструмента

d_р = d_з — 2s₀. (2.10)

2.7.2. Электрохимические станки

Прошивочные станки можно разделить на три группы:

1. Станки для прошивания отверстий, которые обычно обладают небольшой мощностью и все их узлы размещают в одном корпусе. Электрод-инструмент подают с постоянной скоростью. К особенностям таких станков относятся необходимость высокой степени очистки электролита и большой напор насоса.

2. Для обработки профиля пера лопаток применяют станки с горизонтальным или вертикальным направлением подачи электродов-инструментов. На таких станках одновременно обрабатываются двумя электродами спинка и корыто лопатки.

3. Для получения полостей и «колодцев» используют копировально-прошивочные станки

Электрохимические протяжные станки по конструкции близки к токарным станкам, поскольку поступательное перемещение ин­струмента может сопровождаться вращением круглой заготовки. Скорость продольной подачи электрода-инструмента в таких стан­ках должна плавно регулироваться в пределах 0,2... 8 мм/с, а ок­ружная скорость заготовки — 50... 150 мм/с. Заготовки труб обычно поступают с металлургических комби­натов без дополнительной механической обработки. В процессе ЭХО необходимо удалить с внутренней поверхности припуск в не­сколько десятых долей миллиметра, чтобы устранить дефекты про­ката. При этом требуется сохранить точность формы поверхности.

2.7.3. Источники питания технологическим током

В качестве источников питания электрохимичес­ких станков применяются управляемые тиристорные выпрямительные агрегаты серий ТЕ, ТВ, ВАК, ВАКР на различные токи с напряжением 6-24 В.

2.7.4. Ванны для электролита

Форма и размеры ванн обусловлены необходимостью отстоя в них продуктов обработки и периодической их очистки. Ванны обычно изготовляют из нержавеющей стали или диэлектрика, они могут иметь одну или несколько секций. Для удобства транспортировки и монтажа ванны емкостью до 1000—1500 л обычно делают односекционными, а свыше — двухсекционны­ми. При централизованном приготовлении электролита такое деление не обязательно.

В табл. 2.4 приведены ориентировочные размеры ванн для ЭХО в растворах нейтральных солей.

Таблица 2.4 Размеры ванн для промывки, пассивирования и консервации деталей

2.7.5. Очистка электролита

Существует несколько способов очистки электролита от продуктов обработки. Самым распространенным является от­стой. Однако без комбинации с другими способами отстой используют практически только в ваннах малой емкости (до 400—500 л). В остальных случаях отстой совмещают с центрифугированием, очисткой пресс-фильтрами и вакуум-фильтрами, электрофло­тацией или осаждением отходов с помощью коагуляторов

2.7.6. Насосы для подачи электролита

Для комплектования электрохимических станков наиболь­шее применение получили насосы центробежного типа с широ­ким диапазоном подач и давлений, надежность которых не снижается при прокачивании среды с твердыми и коллоидными частицами. Опыт показывает, что при комплектовании электрохими­ческих станков для обработки внутренних поверхностей до­статочно взять насос с напором 60—100 м. Такие насосы вы­пускают серийно, однако про­точная часть у них обычно вы­полнена не из нержавеющей стали, а из чугуна, что снижа­ет межремонтный период. Тем не менее, их можно успешно использовать для комплектова­ния электрохимических стан­ков.