Электрохимическая обработка

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей.

Электрохимическая обработка(ЭХО) (D. Elektrochemisches Abtragen,E. Electrochemical machining, F. Usinage électrochimique, 電化學加工, 電解加工, 전해가공) — 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 — Электрохимическая обработка, при которой форма электрода-инструмента отображается в заготовке

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

Струйное электрохимическое прошивание — Электрохимическое прошивание с использованием сформированной струи электролита

Электрохимическое калибрование — Электрохимическая обработка поверхности с целью повышения ее точности

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

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

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

Электрохимическое маркирование

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

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

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

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

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

— анодно-механическая обработка; — электрохимическая абразивная обработка; — электрохимическое шлифование; — электрохимическая доводка(ЭХД); — электрохимическое абразивное полирование; — электроэрозионнохимическая обработка(ЭЭХО); — 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) — 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 которых не осаждаются при электролизе на поверхности катода. Этим обеспечивается основное достоинство ЭХО перед электроэрозионной обработкой — 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)

• 1911г. Приоритет открытия методов электрохимической обработки металлов принадлежит русским учёным. Своё начало электрохимическая обработка берёт от процесса электрохимического полирования, предложенного ещё в 1911 г. известным русским химиком Е. И. Шпитальским.
• 1928г. Первые опыты В. Н. Гусева по интенсификации обработки деталей машин привели к тому, что ещё в 1928 г. удалось осуществить электрохимическую обработку станин крупных металлорежущих станков. Тогда-то и было предложено В. Н. Гусевым (в соавторстве с Л. А. Рожковым) вести процесс ЭХО на узких МежЭлектродныхПромежутках (до десятых долей миллиметра) с принудительной прокачкой электролита (А.С. № 28384 от 21.03.28г.).
• 1941-1945г.г. В. Н. Гусеву, его сотрудникам Е. А. Дрозду, И. Я. Богораду и другим удалось разработать анодно-механический метод обработки.
• 1947-1950г.г. В эти годы определились три разновидности обработки металлов, использующей электрохимические явления: размерная электрохимическая, анодно-механическая и анодно-абразивная. В 1948 г. в лаборатории В. Н. Гусева была создана электрохимическая установка для обработки в потоке электролита, которая впервые была применена для изготовления отверстий в броневой стали. Тогда же были проведены первые опыты по обработке турбинных лопаток. Через несколько лет в нашей стране впервые в мировой практике было осуществлено промышленное внедрение операций электрохимического формообразования.
• 1962г. Создание технологического процесса снятия заусенцев разработанного в ЭНИМСе В. Ю. Вероманом, И.А. Байсуповым и др.
• 1963г. А. Н. Голдобиным, Ю. И. Коптеевым и др. было предложено сложно-контурное вырезание электродом- проволокой.
• 60-е г.г. В СССР была создана гамма электрохимических станков для снятия заусенцев, плоскошлифовальных, для двусторонней обработки и копировально-прошивочных, работающих на постоянном токе. (Каталог-справочник. Электрофизические и электрохимические станки. М. 1969 г.)
• 65-68г.г. В 1965 г. начал выходить журнал «Электронная обработка материалов», а с 1968г. «Электрофизические и электрохимические методы обработки».
• 70-80-е г.г. Появилась возможность перейти на импульсные и импульсно-циклические методы обработки. В эти годы в Советском Союзе работали научные центры по развитию ЭХО на базе академической науки, отраслевых НИИ, высших учебных заведений, крупных промышленных предприятий в городах: Москве, Кишинёве, Туле, Ленинграде, Иваново, Казани, Куйбышеве, Ереване, Уфе, Новосибирске и т.д. Регулярно проводились Отраслевые, Всесоюзные и Международные конференции по электрофизическим и электрохимическим методам обработки. В Советском союзе были созданы и внедрены в производство электрохимические копировально-прошивочные станки: 4412, 4412ФЦ, 4420, 4420Ф4, 4420ФЦ, 4420Ф11, 4А420/Ф11, 4А420/Ф3, 4а420/Ф3М, 4421, 4421ФЦ, 4422, 4423, 4423ФЦ, МА4423, 4А423ФЦ, 4424, МА4424, АГЭ-10, АГЭ-11, АТ-80, АТ-90, СЭП902, СЭП902М, СЭП902МА, СЭП902П, СЭП902А, СЭХО-4А, СЭХО-41, Э-402, Э-460, Э-468, ЭГС-2, ЭГС-29, ЭКУ-150, ЭКУ-151, ЭКУ-152, ЭКУ-400, ЭКУ-1503, ЭРО-120, ЭХС-12М и др. В 1986 году в СССР вышел новый каталог-справочник “Электрофизические и электрохимические станки” В Советском Союзе были проведены глубокие исследования теории процесса ЭХО (Ф.В. Седыкин, Ю. Н. Петров, В. Д. Кащеев и др.) Значительные успехи в разработке теоретических основ и совершенствовании технологии получены также В. П. Смоленцевым, И. И. Морозом, Д. З. Митяшкиным, Д. Т. Васильевым, Л. Б. Дмитриевым, Г. Н. Знигерманом, В.В. Бородиным, Г.Н. Зайдманом, В.А. Шманёвым, Ю. В. Головачёвым, В. Г. Филимошиным, А. К. Журавским, Д. Я. Длугачем, Г. А. Алексеевым, В. В. Любимовым, В. Ф. Орловым, Б. И. Чугуновым, Б. Н. Кабановым, Я. М. Колотыркиным, А. Г. Атанасянцем, А.И. Дикусаром, Г.Н. Зайдманом, Г.С. Доменте, Г.Р. Энгельгардтом и др. В этот период разработкой электрохимических станков занимались во многих странах мира: США (Chem-Form Ex-Cell-0, Cincinnati Milling Co, Anocut Eng), Великобритании (Mechem), Франции (Qualitex), Чехословакии (Vuma), Нидерландах (Philips), Японии (Mitsubishi Electric Co, Hitachi Ltd), Швейцарии (Chamilles), ФРГ (R. Bosch, AEG-ELOTHERM).
• 1986г. В городе Туле прошла последняя в Советском Союзе VI Всесоюзная научно-техническая конференция «Электрохимическая размерная обработка деталей машин» . При этом на внешне благополучном фоне “громом среди ясного неба” прозвучала информация во вступительном слове председателя Я. М. Колотыркина о том, что на Западе сворачиваются все разработки, связанные с электрохимической размерной обработкой, и усилия направляются на эрозионную обработку, т.к. на Западе увлеклись обработкой на постоянном токе, а электрохимическое оборудование оставалось громоздким, энергоёмким и зачастую уже не соответствовало возросшим требованиям по точности формообразования.
• 1988г. Создание и внедрение в производство электрохимического станка ЭС 4000 с площадью обработки до 40 см2, конкурентоспособного по точности обработки по отношению к электроэрозионным станкам.
• 90-е г.г. Сотни станков ЭС 4000 внедрены в производство в России и за рубежом. Работа на Международных выставках серии ЕМО (Милан, Ганновер, Париж) показала отсутствие на рынке подобного оборудования.
• 1998г. Разработка нового электрохимического станка ЭС 80 с площадью обработки до 80 см2.

начало ХХI века. Наблюдается возросший интерес к электрохимическому формообразованию. Появляются фирмы, как в России, так и за рубежом по разработке нового оборудования.

• В 80-е — 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 0,02…0,05 мм и шероховатость до Ra 0,2…0,4 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 1998—2011 годах целого комплекса новых способов биполярной микросекундной ЭХО вибрирующим ЭИ и оборудования(электрохимические станки серии "ЕТ"), предложенных авторским коллективом ООО "ЕСМ"(г.Уфа, Россия). Особенность этих способов состоит в том, что они осуществляются на сверхмалых (3…10 мкм) межэлектродных зазорах (МЭЗ) с использованием групп импульсов тока высокой плотности (порядка 10²…104 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.

• 2009г. Разработка и внедрение в производство станка электрохимического формообразующего ЭХФ-А1.
• 2012г. Запущены в серийное производство электрохимические станки серии ЭХФ-В1, где впервые в мире (подтверждено патентом) один сервопривод используется как для подачи заготовки, так и для создания вибрации в межэлектродном зазоре.

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 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

Пример штампа, изготовленного на электрохимическом станке ЭХФ-А1

Электрохимический станок ЭХФ-В1-25

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. Житников В.П., Зайцев А.Н. Импульсная электрохимическая размерная обработка.-М.:Машиностроение, 2008- 413с.

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

Ссылки

• Электрофизические и электрохимические методы обработки — статья из Большой советской энциклопедии

Примечания