Электрохимические способы

Электрохимическая обработка металлов основана на растворении металла (анода) при пропускании постоянного тока через раствор электролита.

Электрохимическое травление используют для очистки поверхности металлов и сплавов от загрязнений. В ванне с электролитом (растворы кислот, солей и щелочей) между электродами-катодами помещают заготовку (анод) и включают ток. Жировая пленка, ржавчина не могут удержаться на поверхности и удаляются под действием электрического тока. Электролит подогревают до 70–80 °С.

Электрохимическое полирование. Обрабатываемую деталь (анод) помещают в ванну с электролитом (рис. 16.2). Вторым электродом служит катод – пластинка, изготовленная из меди, свинца или стали. В первую очередь растворяются выступающие точки – микровыступы, поскольку на них плотность тока наибольшая. Шероховатость уменьшается, поверхность детали становится гладкой и блестящей. Впадины между выступами заполняются продуктами растворения: окислами и солями металлов. Электрохимическое полирование и глянцевание используют как окончательную чистовую обработку при изготовлении режущих инструментов (сверл, фрез, калибров), зубчатых колес и других деталей сложной конфигурации.

Размерная электрохимическая обработка. Электролит прокачивается под давлением через небольшой зазор между инструментом (катодом) и заготовкой (анодом). Инструменту придается форма, обратная форме заготовки. Образующиеся на поверхности заготовки продукты анодного растворения (соли) растворяются в электролите и удаляются из зоны обработки. Метод обеспечивает высокую точность и качество обработанной поверхности. Используется для формообразования лопаток паровых турбин, профильных валков, и сверления (прошивания) глухих и сквозных отверстий.

Электроабразивная обработка применяется в основном для шлифования металлов и твердых сплавов. Инструментом служит шлифовальный круг, который изготовляется из абразивных материалов на токопроводящей связке. Между вращающимся кругом (катодом) и заготовкой (анодом) имеется зазор, в который подается электролит. Продукты анодного растворения удаляются абразивными зернами круга, как при механическом шлифовании.

Электроалмазная обработка – разновидность предыдущего способа. Только токопроводящие круги используются алмазные. Около 75 % припуска удаляется за счет анодного растворения, 25 % – за счет механического шлифования.

Электрохонингование. Этот способ качественно подобен процессу хонингования абразивными головками – финишной операции по получению отверстий высокой точности и малой шероховатости. Отличие состоит в следующем: обрабатываемая заготовка устанавливается в ванне с электролитом и подключается к аноду; хонинговальная металлическая головка оснащается не абразивными брусками, а брусками из дерева или пластмассы и подключается к катоду. Продукты анодного растворения удаляются брусками за счет вращательного и возвратно-поступательного движений головки. Иногда в электролит добавляют абразивные материалы (тонкие микропорошки).

Анодно-дуговая обработка сочетает электрофизические и электрохимические процессы. В качестве инструмента (катода) используют металлические диски, цилиндры, ленты, проволоку. Заготовку (анод) обрабатывают в среде электролита (водный раствор жидкого натриевого стекла). При пропускании тока происходит анодное растворение – процесс, присущий электрохимической обработке. В точках контакта инструмента с неровностями поверхности заготовки возникает электроэрозия – процесс, присущий электроискровой обработке. Кроме того, металл в точках контакта разогревается, как это имеет место при электроконтактной обработке. Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются за счет относительных движений заготовки и инструмента. Этим методом обрабатывают токопроводящие материалы, разрезают заготовки, прорезают пазы и щели, шлифуют и полируют поверхности.

Химические методы обработки. Химическая обработка основана на разрушении металлов путем травления в растворах кислот и щелочей. Перед травлением поверхности тщательно очищают. Поверхности, которые не подлежат травлению, защищают химически стойкими покрытиями (лаком, красками). Заготовки опускают в ванну с раствором кислоты или щелочи, в зависимости от материала из которого они изготовлены. Для увеличения скорости травления раствор подогревают до 40–80 °С. Потом заготовки вынимают, промывают и сушат. Снимают защитное покрытие. Химико-механическую обработку осуществляют с помощью паст или суспензий, которые наносят на поверхность заготовки. В результате химических реакций на поверхности появляется рыхлая масса, удаляемая абразивным инструментом. Обработку применяют для шлифования, притирки и чистовой доводки деталей из различных металлов и сплавов.

Ультразвуковая обработка – разновидность механической обработки материалов, основана на использовании явления магнитострикции – способности материала (сердечника) изменять геометрические размеры в переменном магнитном поле ультразвуковой частоты (20–30 кГц). При приложении поля поперечное сечение сердечника уменьшается, длина увеличивается (при постоянном объеме). При снятии поля первоначальные размеры восстанавливаются. Ультразвуковые колебания сердечника передаются жестко закрепленному на нем инструменту – вибратору, который опускают в абразивную суспензию (воду с абразивным материалом). Вибратор наносит удары по зернам абразивного материала (карбиды бора и кремния). Зерна ускоряются и ударяются о заготовку, скалывая с ее поверхности микрочастицы. Вибратор изготовляют из конструкционной стали. По форме и размерам он должен соответствовать профилю обрабатываемой поверхности заготовки. Ультразвуковую обработку применяют для прошивания отверстий, долбления полостей в заготовках из твердых и хрупких материалов.

Лучевые методы обработки. Электронно-лучевая обработка. Место обработки облучают пучком электронов, ускоренных электрическим полем. При соударении электроны тормозятся, кинетическая энергия преобразуется в тепловую: температура достигает 6000 °С. Любой тугоплавкий материал на малой площади быстро плавится и испаряется. Способ используют для получения отверстий, пазов малых размеров в трудно обрабатываемых материалах. Светолучевая (лазерная) обработка – разновидность тепловой обработки материалов. Источник тепла – энергия излучения лазера работающего в импульсном режиме. С помощью излучения лазера можно обработать практически любой материал. Лазером осуществляются разрезка металла, получение очень малых отверстий и выполнение других видов размерной обработки. Фокусировка лазерного луча позволяет уменьшить площадь обрабатываемой поверхности до 0,01 мм. Недостаток – низкий коэффициент преобразования светового излучения в тепловую энергию. Плазменная обработка. Плазму получают в горелках при пропускании газа (углекислый газ, гелий и др.) через электрическую дугу. Температура достигает 20000 °С. Плазменной струей можно производить обработку различных материалов и сплавов, обрабатывать неметаллические материалы (керамику, стекло), прошивать отверстия, разрезать заготовки и вырезать их из листового материала и т. д.