Prelucrare electrochimică

Prelucrarea electrochimică (ECM) este o metodă de prelucrare a materialelor conductoare electric, care constă în modificarea formei, dimensiunii și (sau) rugozității suprafeței piesei de prelucrat datorită dizolvării anodice a materialului său în electrolit sub acțiunea unui electrolit. actual.

Tipuri de prelucrare electrochimică

Copiere electrochimică în vrac  - Prelucrare electrochimică în care forma electrodului sculei este afișată în piesa de prelucrat

Cusătură  electrochimică - Procesare electrochimică, în care electrodul sculei, adâncindu-se în piesa de prelucrat, formează o gaură cu secțiune transversală constantă

Flashing electrochimic cu jet de cerneală  - Flashing electrochimic folosind un jet de electrolit format

Calibrare electrochimică  - Tratare electrochimică a suprafeței pentru a îmbunătăți acuratețea acestuia

Strunjire  electrochimică - Prelucrare electrochimică, cu rotirea piesei de prelucrat și mișcarea de translație a electrodului-uneltă

Tăiere  electrochimică - Prelucrare electrochimică în care piesa de prelucrat este tăiată în bucăți

Debavurare electrochimică

Marcaj electrochimic

Prelucrare electrochimică cu mai mulți electrozi  - Prelucrare electrochimică efectuată de electrozi conectați la o sursă comună de curent electric și fiind la același potențial în timpul procesării

Prelucrare electrochimică continuă  - Prelucrare electrochimică cu tensiune continuă aplicată electrozilor

Prelucrare electrochimică cu impulsuri  - Prelucrare electrochimică cu alimentare periodică cu tensiune a electrozilor

Procesare electrochimică ciclică  - Procesare electrochimică, în care unul dintre electrozi se mișcă în conformitate cu o diagramă de secvență dată,

precum și alte tipuri mixte de procesare electrofizicochimică (EPCMO), inclusiv ECHO:

• tratament mecanic anodic;
• prelucrare electrochimică abrazivă ;
• măcinare electrochimică ;
• finisare electrochimică (ECD);
• lustruire electrochimică abrazivă ;
• tratament chimic electroeroziv (EECM);
• tratament electrochimic cu ultrasunete etc.

Esența fizică și chimică a metodei

Mecanismul de îndepărtare (dizolvarea, îndepărtarea metalului) în timpul prelucrării electrochimice se bazează pe procesul de electroliză . Îndepărtarea metalului are loc conform legii lui Faraday , conform căreia cantitatea de metal îndepărtată este proporțională cu rezistența curentă și cu timpul de procesare. Unul dintre electrozi (piesa de prelucrat) este conectat la polul pozitiv al sursei de alimentare și este anodul , iar al doilea (unealta) este conectat la negativ; acesta din urmă este catodul .

Caracteristicile electrolizei sunt oxidarea (dizolvarea) spațială a anodului și reducerea (depunerea) metalului pe suprafața catodului. În ECM, se folosesc astfel de electroliți, ai căror cationi nu se depun în timpul electrolizei pe suprafața catodului. Acest lucru asigură principalul avantaj al ECHO față de prelucrarea electroerozivă  - invarianța formei sculei electrod. Pentru a stabiliza procesele electrodului în timpul ECHO și pentru a elimina produsele de dizolvare (nămol) din spațiul interelectrod, electrolitul este forțat în zona de lucru, adică este pompat cu o anumită presiune.

Istoria dezvoltării prelucrării electrochimice (ECM)

• 1911 Prioritatea descoperirii metodelor de prelucrare electrochimică a metalelor aparține oamenilor de știință ruși. Prelucrarea electrochimică provine din procesul de lustruire electrochimică, propus încă din 1911 de celebrul chimist rus E. I. Shpitalsky.
• 1928 Primele experimente ale lui V. N. Gusev privind intensificarea prelucrării pieselor de mașini au dus la faptul că încă din 1928 a fost posibilă prelucrarea electrochimică a patului mașinilor-unelte mari de tăiat metale . Atunci a fost propus de V. N. Gusev (în colaborare cu L. A. Rozhkov) să conducă procesul ECHO pe spații înguste între electrozi (până la zecimi de milimetru) cu pomparea forțată a electrolitului (A. S. nr. 28384 din 03/). 21/28) .
• 1941-1945 V. N. Gusev, colegii săi E. A. Drozd, I. Ya. Bogorad și alții au reușit să dezvolte o metodă de prelucrare mecanică a anodului.
• 1947-1950 Pe parcursul acestor ani s-au determinat trei tipuri de prelucrare a metalelor folosind fenomene electrochimice: electrochimic dimensional, anodic-mecanic și anodic-abraziv. În 1948, în laboratorul lui V.N. Gusev, a fost creată o instalație electrochimică pentru prelucrare într-un flux de electrolit, care a fost folosită pentru prima dată pentru a face găuri în oțel blindat . În același timp, au fost efectuate și primele experimente privind prelucrarea palelor de turbine. Câțiva ani mai târziu, în țara noastră, pentru prima dată în practica mondială, s-a realizat introducerea industrială a operațiilor de modelare electrochimică.
• 1962 Crearea unui proces de debavurare dezvoltat la ENIMS de către V. Yu. Veroman, I. A. Baisupov și alții.
• 1963 A. N. Goldobin, Yu. I. Kopteev și alții au propus tăierea complexă a conturului cu un electrod de sârmă.
• anii 60 În URSS a fost creată o gamă de mașini electrochimice pentru debavurare, șlefuire de suprafață, pentru prelucrare pe două fețe și perforare prin copiere, care funcționează pe curent continuu . (Catalog-carte de referință. Mașini electrofizice și electrochimice. M. 1969)
• 65-68 ani În 1965 a început să apară revista Electronic Processing of Materials, iar din 1968, Electrophysical and Electrochemical Methods of Processing.
• anii 70-80 Acum este posibil să treceți la metodele de procesare puls-ciclică. În acești ani, în Uniunea Sovietică au funcționat centre științifice pentru dezvoltarea ECHO pe baza științei academice, institute de cercetare filiale, instituții de învățământ superior, mari întreprinderi industriale din orașele Moscova, Chișinău, Tula, Leningrad, Ivanovo, Kazan. , Kuibyshev, Erevan, Ufa, Novosibirsk și etc. Au fost organizate în mod regulat conferințe ale filialei, întregii uniuni și internaționale privind metodele de prelucrare electrofizică și electrochimică. În Uniunea Sovietică, au fost create și introduse în producție mașini electrochimice de copiat și cusut: 4412, 4412FTs, 4420, 4420F4, 4420FTs, 4420F11, 4A420 / F11, 4A420 / F3, 4a420, 4420F4, 4420F4, 4420F, 4420F11, 4A420 / F11 , 4A423FTs, 4424, MA4424, AGE-10, AGE-11, AT-80, AT-90, SEP902, SEP902M, SEP902MA, SEP902P, SEP902A, SEKHO-4A, SEKHO-41, E-402,, E-402, -468, EGS-2, EGS-29, ECU-150, ECU-151, ECU-152, ECU-400, ECU-1503, ERO-120, EHS-12M etc. În 1986, a apărut un nou catalog în URSS - carte de referință „Mașini electrofizice și electrochimice” În Uniunea Sovietică, au fost efectuate studii profunde asupra teoriei procesului ECHO ( F. V. Sedykin , Yu. N. Petrov, V. D. Kashcheev etc.) V. P. Smolentsev, I. I. Moroz, D. Z. Mityashkin, D. T. Vasiliev, L. B. Dmitriev, G. N. Znigerman, V. V. Borodin, G. N. Zaydman , V. A. Shmanev, Yu. V. Golovachev, V. G. Filimoshin, A. K. Zhuravsky, D. Ya. Dluga G. A. Alekseev, V. V. Lyubimov, V. F. Orlov, B. I. Chugunov, B. N. Kabanov, Ya. M. Kolotyrkin, A. G. Atanasyants, A. I. Dikusar, G. S. Domente, G. R. Engelhardt și alții În această perioadă s-a realizat dezvoltarea mașinilor electrochimice în multe țări ale lumii: SUA (Chem-Form Ex-Cell-0, Cincinnati Milling Co, Anocut Eng), Marea Britanie (Mechem), Franța ( Qualitex), Cehoslovacia (Vuma), Țările de Jos (Philips), Japonia ( Mitsubishi Electric Co, Hitachi Ltd), Elveția (Chamilles), Germania (R. Bosch, AEG-ELOTHERM).
• 1986 Ultima conferință științifică și tehnică a Uniunii Sovietice „Prelucrarea dimensională electrochimică a pieselor de mașină” a avut loc în orașul Tula. În același timp, pe un fundal favorabil în exterior, „tunet dintr-un cer senin”, informațiile au fost auzite în discursul de deschidere al președintelui Ya. au fost duse de procesarea cu curent continuu, iar echipamentele electrochimice au rămas voluminoase, consumatoare de energie și adesea nu a mai îndeplinit cerințele crescute pentru precizia modelării.
• 1988 Crearea și introducerea în producție a unei mașini-unelte electrochimice ES-4000 cu o suprafață de prelucrare de până la 40 cm², competitivă în ceea ce privește precizia prelucrării față de mașinile electroerozive.
• anii 90 Sute de mașini ES-4000 au fost puse în producție în Rusia și în străinătate. Lucrările la expozițiile internaționale ale seriei EMO (Milano, Hanovra, Paris) au arătat absența unor astfel de echipamente pe piață.
• 1998 Dezvoltarea unei noi mașini electrochimice ES-80 cu o suprafață de procesare de până la 80 cm².
• În anii 80 - 90 au fost dezvoltate scheme mai avansate de procesare pulsată și pulsată-ciclică în pasivarea electroliților care conțin oxigen (soluții apoase de NaNO 3 , KNO 3 , NaClO 3 , Na 2 SO 4 etc.), ceea ce a făcut posibilă pentru a reduce eroarea de procesare până la 0,02…0,05 mm și rugozitatea până la Ra 0,2…0,4 µm.

La începutul secolului al XXI-lea, există un interes crescut pentru modelarea electrochimică. Firmele apar atât în ​​Rusia, cât și în străinătate pentru a dezvolta echipamente noi. În legătură cu apariția industriilor de înaltă tehnologie (instrumente de precizie, medicină și echipamente medicale, construcția de motoare de aeronave etc.), noi grupuri de materiale de înaltă rezistență și dure (inclusiv cele nanostructurate), complicarea formei pieselor și înăsprirea cerințelor pentru calitatea stratului de suprafață, este nevoie de noi tehnologii de prelucrare electrofizică și electrochimică. Răspunsul la această solicitare de progres tehnic a fost apariția în 1998-2011 a unei game întregi de noi metode pentru ECHO bipolar de microsecundă folosind un electrod vibrator, propuse de echipa de autori ai ESM LLC (Ufa, Rusia). O caracteristică a acestor metode este că sunt efectuate pe spații interelectrozi ultra-mici (3 ... 10 μm), folosind grupuri de impulsuri de curent de înaltă densitate (de ordinul a 10² ... 10 4 A / cm²). Odată cu implementarea lor, devine realizabil să se furnizeze mici erori (0,001..0,005 mm) de prelucrare, să se creeze macro și microreliefuri regulate pe suprafețele pieselor cu intervalul microni și submicroni și să se obțină suprafețe netede optic (Ra 0,1.. 0,01 um). Și toate acestea la o performanță semnificativ mai mare (în comparație cu tehnologiile concurente) în operațiunile de finisare.

1989-2003 producția de mașini în serie ES-4000, ES-80.

2003 Mașinile de piercing electrochimice SFE-4000M și SFE-8000M au fost lansate în producție de masă

• 2008—2012 Gama de mașini de copiat și cusut electrochimic de precizie: ET500, ET1000, ET3000, ET6000-3D (mașină cu trei coordonate)
• 2010: Sisteme ET-ECO pentru tehnologie electrochimică ecologică pentru toate tipurile de mașini electrochimice
• 2011—2012 mașini electrochimice speciale sET8000-2D și sET6000-3D pentru prelucrarea palelor și blisk-urilor motoarelor de aeronave
• 2014 Producția în serie a mașinilor de cusut cu copiere electrochimică SFE-5000M
• 2017 Producția în serie de mașini de perforare electrochimice SFE-12000M cu o suprafață de procesare de până la 120 mp.

Mașină electrochimică

Instalațiile tehnologice pentru implementarea procesului ECM, de regulă, sunt foarte specializate pentru un anumit proces tehnologic, datorită productivității scăzute (în comparație cu alte metode de modelare: prelucrare, prelucrare electroerozivă ) și complexității procesului. Cu toate acestea, ECHO are o serie de proprietăți tehnologice unice (constanța formei electrodului de prelucrare, prelucrarea aliajelor conductoare dure și fragile, a căror prelucrare prin metode mecanice de tăiere și șlefuire este imposibilă, sau productivitate scăzută, minim sarcina pe piesa de prelucrat permite prelucrarea pieselor cu pereți subțiri, ajurate, absența unui strat modificat în piesă după prelucrare (topire, călire, călire termică) a stratului de suprafață, posibilitatea de alimentare a corpului executiv (electrod) la dur- pentru a ajunge la cavitățile și găurile pieselor) care permit prelucrarea pieselor care nu sunt fezabile prin alte metode de prelucrare cunoscute.

Mașinile electrochimice sunt utilizate pe scară largă în industria aviației. Instalațiile pentru obținerea suprafeței de lucru a penei lamei motoarelor cu lamă (mașini cu lame) sunt obișnuite, aceste mașini vă permit să obțineți produse finite cu utilizare minimă a finisajelor, operațiuni de lăcătuș, care necesită mult timp și personal înalt calificat. Din aceste motive, majoritatea instalațiilor electrochimice specializate sunt unice și sunt fabricate într-un singur număr.

Cu toate acestea, mașinile electrochimice universale care sunt produse în serie sunt, de asemenea, comune, de regulă, acestea sunt mașini de cusut cu copiere care permit prelucrarea unei game largi de piese prin copiere directă. Aceste mașini au o coordonată Z (care realizează modelarea), uneori sunt echipate cu coordonate suplimentare (X și Y) pentru stabilirea și bazarea poziției relative a electrodului și a suprafeței piesei de prelucrat în piesa de prelucrat. Aceste mașini sunt utilizate pe scară largă în industria sculelor pentru prelucrarea matrițelor, poansonilor și a altor elemente tehnologice de formare a aliajelor dure.

Literatură

• Manual de metode de prelucrare electrochimică și electrofizică//G. L. Amitan, I. A. Baysupov, Yu. M. Baron și alții; Sub total ed. V. A. Volosatova.-L .: Inginerie mecanică. L, 1988.-719s.: ill. ISBN 5-217-00267-0
• Zhitnikov V.P., Zaitsev A.N. Pulse electrochimic dimensional processing.-M.: Mashinostroenie, 2008- 413p. ISBN 978-5-217-03423-9
• GOST 25330-82 Tratament electrochimic. Termeni și definiții
• Prelucrarea electrochimică a metalelor  / A. D. Davydov // Marea Enciclopedie Rusă  : [în 35 de volume]  / cap. ed. Yu. S. Osipov . - M .  : Marea Enciclopedie Rusă, 2004-2017.

Link -uri

• [bse.sci-lib.com/article126201.html Metode de prelucrare electrofizică și electrochimică] - articol din Marea Enciclopedie Sovietică

Note