Электрофизические и электрохимические способы обработки металлов

Станки для электроэрозии металлов

Перечислим основные модели станков, которые представлены в России:

INTEGRAL 2 (AGIE). Производится одноименной швейцарской компанией. Позволяет работать с деталями размером не более 80 х 60 х 25 сантиметров. Основной режим работы — электроискровая эрозия в защитной среде диэлектрической жидкости. Имеет встроенную панель ЧПУ, которая позволяет контролировать технологические особенности операции (мощность ионного потока, точность обработки, итоговый уровень шероховатости).
AQ535 (SODICK). Производится японской компанией. Позволяет обрабатывать заготовки, размеры которых составляют не более 105 x 65 x 30 сантиметров. Электроэрозионная обработка выполняется с помощью режущей проволоки, которая может делать все основные операции (создание отверстий, маркировка, шлифовка, вырезание). Модель оснащена продвинутой ЧПУ-панелью и имеет встроенную систему, экономящую электричество, что снижает себестоимость обработки.
Модель 4531. Производилась в СССР; новые станки 4531 больше не выпускаются. Однако в продаже можно встретить множество неиспользованных моделей, а также станков Б/У. Для работы применяется электроискровая обработка металлических заготовок. Максимальные габариты обрабатываемых деталей — 16 x 12 x 3 сантиметра. Управление осуществляется в основном механическим способом + есть несколько информационных панелей, позволяющих узнать технологические особенности процедуры.

Технология электрохимической полировки металла

Электрохимическая полировка – это процесс обработки поверхности детали путем погружения ее в кислотный раствор. Металлическое изделие подключается к положительно заряженному аноду, и через электролит пропускается ток с напряжением 10–20 В. В результате металл покрывается оксидной или гидроксидной пленкой, под которой происходит полировка путем сглаживания выступающих микронеровностей. Примерно такой же эффект дает химполировка, но здесь заготовки не подвергаются влиянию электрического тока.

Качество работы зависит от однородности материала. Полирование чистых металлов приводит к получению гладкого блестящего изделия. Полировка сложных сплавов не дает такого результата. По окончании работы обработанная поверхность повышает свою чистоту шероховатости на 2 класса.

Полирование деталей ведется только после их визуального осмотра. Не допускается наличие на них глубоких царапин или раковин, поскольку такие дефекты не устраняются в процессе полировки. Оптимальным вариантом является работа с цилиндрическими деталями. Плоские заготовки хуже поддаются полировке.

По окончании процедуры изделия приобретают ряд положительных качеств: у них увеличивается коррозионная стойкость, повышается прочность поверхностного слоя и понижается коэффициент трения.

Виды электрохимической обработки[ | ]

Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование.

Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление. Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения.

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 её точности

Электрохимическое точение

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

Электрохимическая резка

— 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:[источник не указан 837 дней

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

Технология электроэрозионной обработки

Этот метод обработки изделий используется для получения сложных фигурных пазов, отверстий, гравировки, также он дает возможность изготавливать штампы, кокили, пресс-формы и другие приспособления, которые также используются в металлообработке.

Воздействие на поверхность заготовки осуществляется посредством электроэрозии. Это процесс, в ходе которого электрический разряд разрушает поверхности электродов.

Электроискровые и электроимпульсные станки используют для проведения процедур, инструментом является электрод, имеющий форму, соответствующую той, которую нужно придать обрабатываемой заготовке.

Деталь помещается в ванную, наполненную жидкостью, не проводящей ток. Инструмент является катодом, а деталь – анодом, они подключаются к источнику тока, и сближаются.

В определенный момент искровой промежуток становится настолько малым, что между анодом и катодом возникает электрический разряд. Это приводит к мгновенному нагреванию обрабатываемой поверхности до 10 000 градусов по Цельсию, материал локализировано плавится, испаряется и происходит выброс его микрочастиц с поверхности, похожий на микровзрыв, они моментально застывают в жидкости и опускаются на дно ванны.

Такие электрические методы обработки металлов очень выгодны финансово, поскольку они помогают создать практически безотходное и энергосберегающее производство деталей.

Использование электролиза в обработке металлов

Под электролизом понимают физико-химический процесс, в результате которого происходит перенос вещества (на атомарном уровне) с поверхности токопроводящего электрода в электролит и в обратном направлении.

Используя в качестве электродов (или одного из электродов) обрабатываемые заготовки, погруженные в электролит, можно спровоцировать процесс изменения их формы и размеров. Причем скорость процесса и направление движения частиц контролируется с помощью изменения напряжения и полярности на электродах.

То есть, попеременно превращая обрабатываемую деталь то в катод, то в анод, можно «прибавлять» или «убавлять» габариты изделия. А если поверхность детали покрыть диэлектриком, который препятствует ионному обмену, то наращивание или убывание металла произойдет только в «нужных» местах.

Электрохимические методы обработки металлов

По способу воздействия на деталь электрохимические процессы подразделяются на:

Анодную обработку, когда заготовку подключают к положительному полюсу.
Катодную обработку, когда заготовку подключают к отрицательному электроду.
Попеременную обработку, когда заготовка может включаться в цепь, и в роли анода, и в виде катода.

К типовым разновидностям анодной обработки относятся такие процессы, как:

Электрохимическое травление.
Полировка.
Обработка по размеру.

Формообразование детали осуществляется за счет локализованного растворения металла на аноде или окисления верхних слоев заготовки с последующим удалением мягких оксидов.

Самые распространенные «анодные» технологии:

Электрохимическое травление (эхт).
Полирование (эхп).

Причем ЭХТ используется для глубокой очистки детали перед покраской или сборочными операциями. Кроме того, с помощью ЭХТ на поверхность заготовки можно нанести декоративный рельеф, защитив часть внешней плоскости диэлектрическими составами. А еще с помощью травления можно поднять адгезию металла и подготовить деталь к оклеиванию или сварке давлением.

Технология ЭХП (электрохимической полировки) предполагает травление шероховатостей на поверхности заготовки. Причем деталь можно «разгладить» до состояния «зеркала» (глянцевания). Еще одна сфера применения ЭХП – дезактивация побывавших в зоне радиоактивного заражения изделий. Технология ЭХП позволят в относительно короткие сроки «снять» с поверхности детали слой толщиной до 80-100 микрометров.

Кроме растворения с помощью анодных технологий можно реализовать еще и процесс формообразования, когда на анод «растворяется» до габаритов шаблона-катода. Кроме того, с помощью анодных технологий на поверхности детали можно вырастить очень тонкую оксидную пленку, защищающую изделие от всевозможных «неприятностей».

Катодная обработка распространена меньше, чем ее анодный аналог. Эта технология реализуется в виде гальванических процессов, предполагающих напыление металла. Такие технологии объединены под единым названием – гальваностегия (она же – гальванопластика). Смысл этого действа заключается в формировании на поверхности электрода, в качестве которого может выступать даже покрытая графитом модель, слоя напыляемого металла.

Разметка, рубка, правка и гибка

Слесарная обработка металлов включает в себя такие операции, как разметка, рубка, правка и гибка, а также резка металла ножовкой и ножницами, нарезание внутренней или наружной резьбы, шабрение и соединение деталей с помощью паяния или склеивания.

Разметка заготовки

Разметка — это процесс нанесения на поверхность заготовки специальных линий (рисок), которые согласно требованиям чертежа определяют места или контуры детали, подлежащие обработке. Разметка создает необходимые условия для получения детали определенной формы и нужных размеров, удаления с заготовок припуска металла до заданных границ и для максимальной экономии материалов. История художественной обработки металла знает множество примеров, когда с помощью разметки и последующим гравированием или насечкой получались настоящие произведения искусства.

Поруб металла

Процесс рубки представляет собой снятие металла заготовки с помощью зубила и молотка. Она производится в тисках, на наковальне или плите.

https://youtube.com/watch?v=j3vFYUaS2jY

Правка и гибка изделия

Правка — это операция, с помощью которой устраняют различные недостатки формы заготовки (неровности, кривизну). Ручная правка выполняется молотком на правильной наковальне или плите, а машинная — на правильных машинах.

С помощью гибки заготовке придается заданная форма (при изготовлении петель, скоб, колец, кронштейнов и других изделий). Как и любая другая обработка металла, ручная гибка может производится в тисках с применением слесарного молотка и всевозможных приспособлений. Механизированная гибка осуществляется на гибочных станках и гибочных прессах с ручным и механизированным приводом.

Назначение электрохимической обработки металла

Электрохимическая обработка деталей – иногда единственно возможный метод придания формы изделию из металла. Связано это с тем, что другие виды обработок: термическая или механическая – в некоторых случаях могут привести к изменению структуры поверхностного слоя. Изменятся свойства металла: увеличится хрупкость, потеряются эластичность и упругость, снизится сопротивляемость коррозии. Все это сделает невозможным дальнейшее использование детали в узле механизма, особенно если это ответственная конструкция.

Другой причиной, по которой целесообразно применение электрохимической обработки, это работа с твердыми сплавами. Обыкновенные резцы не всегда способны дать высокую точность обработки. Может понадобиться много операций доводки, а это финансово не всегда оправдано, ведь в итоге электрохимическая обработка дает самые точные прецизионные результаты всего лишь за один цикл операции обработки. Здесь также важен момент отсутствия влияния электрохимического инструмента на кристаллическую решетку металлической заготовки.

Чтобы понять, как можно использовать метод, нужно иметь представление о процессе обработки. Взаимодействие между инструментом и деталью проходит в растворе электролита и, по сути, представляет собой электролиз.

Процесс обработки металла

Процесс выглядит следующим образом:

Заготовку и инструмент помещают в емкость, чтобы они не соприкасались между собой.
К детали подсоединяют «+» клемму источника постоянного тока, к инструменту – «-» клемму.
В емкость заливают электролит на основе нейтральной соли и подают напряжение.
Между заготовкой и инструментом начинает течь электрический ток, и происходят окислительно-восстановительные реакции, где металл заготовки окисляется, а инструмент восстанавливается.
В результате деталь приобретает определенную форму, а в электролите оседает шлам в виде продуктов окисления.

Термические виды обработки металлов

Термическая обработка металлов применяется для улучшения их физико-механических свойств. К ней относя такие операции, как:

отжиг;
закалка;
отпуск;
старение;
нормализация.

Термическая обработка заключается в нагревании детали до определенной температуры и ее последующем охлаждении по специальной программе.

Отжиг

Заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи.

Отжиг снижает твердость стали, но существенно повышает пластичность и ковкость.

Отжиг

Применяется перед штамповкой или раскаткой. Во время отжига снимаются внутренние напряжения, возникшие при отливке или механической обработке.

Закалка

При закалке заготовку прогревают до температуры пластичности и держат в таком состоянии в течение определенного времени, за которое стабилизируются внутренние структуры металла. Далее изделие быстро охлаждают в большом количестве воды или масла. Закалка существенно повышает твердость материала и снижает его ударную вязкость, повышая, таким образом, и хрупкость. Применяют для элементов конструкций, подверженных большим статическим и малым динамическим нагрузкам.

Отпуск

Проводится после закалки. Образец нагревают до температуры, несколько меньшей температуры закалки, и охлаждают медленно. Это позволяет компенсировать излишнюю хрупкость, появившуюся после закалки. Применяется в инструментальном производстве

Старение

Искусственное старение заключается в стимуляции фазовых превращений в массе металла. Его проводят при умеренном нагреве для придания материалу свойств, возникающих при естественном старении за долгое время.

Нормализация

Нормализация проводится для повышения ковкости без заметного снижения твердости за счет приобретения сталью мелкозернистой структуры.

https://youtube.com/watch?v=u262HjEbaEY

Ее применяют перед закалкой и для повышения обрабатываемости резанием. Проводят так же, как и отжиг, но остывает заготовка на открытом воздухе.

Станки электрохимической обработки

С помощью станков и обрабатывающих комплексов, ориентированных на использование электрохимических технологий металлообработки можно реализовать достаточно сложные операции.

Однако такие станки используются только в узкоспециализированных технологических процессах. То есть, можно утверждать, что электрохимическое оборудование рассчитано на исполнение одного-двух пунктов из технологической карты.

И чаще всего с помощью такого оборудования выполняется уплотнение или наклеп поверхности, термоуплотнение труднодоступных участков, повышение квалитета качества плоскости детали, высокоточная шлифовка и резка. Причем последняя операция – резка заготовки – осуществляется без механического воздействия на тело изделия, поэтому качество и точность электрохимического среза, просто вне конкуренции.

Кроме того, очень популярны и копирно-прошивочные станки, используемые в инструментальном производстве. Такие агрегаты применяются в процессе изготовления сверхпрочных режущих инструментов, матриц, пуансонов и прочих деталей.

Особенности эксплуатации ванны электрополирования

Детали с малым допуском на обработку во избежание выхода из допуска полируют при анодной плотности тока 75 … 100 А/дм2 в течение 2 … 3 минут.

Предварительная обработка отполированных деталей в случае, если они предназначены для нанесения какого-либо гальванического покрытия, состоит в декапировании продолжительностью 15 … 20 секунд в 5%-ном растворе HCl, что обеспечивает прочное сцепление покрытия.

Если электрополирование является финишной операцией, то для повышения коррозионной устойчивости деталей их подвергают щелочной обработке продолжительностью до 15 минут в 10%-ном растворе едкого натра с температурой 65 … 75С.

Подвески для загрузки деталей в полировочную ванну должны изготавливаться из освинцованной стали, а их конструкция должна обеспечивать надежный контакт с анодной штангой. Большую эксплуатационную надежность показали подвески из титана. Изоляцию нерабочей поверхности подвески можно выполнить поливинилхлоридом.

Модели современных станков

Современный станок электроэрозионной обработки металлов состоит из следующих узлов:

электродвигатели, действующие независимо друг от друга;
устройство подачи проволоки в зону эрозии;
рабочую ванну с охлаждающей жидкостью;
рабочий стол для расположения заготовки в процессе обработки;
блок управления станком.

Производителями станков этого типа являются как азиатские, так и европейские государства. Имея одно и то же назначение, станки разных производителей сильно отличаются по своей функциональности и цене. Если китайское и южнокорейское оборудование стоит значительно дешевле европейского, то последнее выполняется производителями на более высоком уровне с большей степенью автоматизации рабочих процессов.

Российскими производителями выпускается прецизионное оборудование АРТА для электроэрозионной обработки металлов.

Научно-промышленная корпорация “Дельта-Тест” сегодня является лидером в России по изготовлению оборудования этого типа. Изготавливая новые станки, предприятие занимается и модернизацией оборудования более ранних сроков производства.

Sodick

На рынке современного оборудования хорошо известна компания Sodick, производящая проволочно-вырезные электроэрозионные станки.

Обладая высокими технологическими параметрами, оборудование этой компании применяется для обработки тугоплавких металлов и монокристаллов. С помощью этих станков изготавливаются перфорированные плиты и трубы, рабочие элементы копировальных станков, штампы с профилями трёх координатного измерения, металлокерамические штампы. Специалистам на таком оборудовании без особого труда удаётся изготавливать кулачки и их прототипы, электроды-инструменты для станков копировально-прошивочной группы.

Mitsubishi

Проволочно-вырезной станок Mitsubishi MV1200S при стоимости около 7 млн. рублей позволяет выполнять сложнейшие операции по электроэрозионной обработке деталей любой формы, выполненных из самых различным токопроводящих материалов.

При интенсивном использовании этого станочного оборудования в современном производстве затраты на его покупку окупаются в короткие сроки.

Оборудование для электроэрозионной обработки Agie изготавливается в Швейцарии и с успехом конкурирует с другими моделями этой станочной группы.

При малых габаритных размерах на станке Agie можно в автоматическом режиме выполнять сложнейшие работы по обработке твёрдосплавных изделий самого широкого назначения.

Как видно из статьи, оборудования для электроэрозионной обработки деталей на современном рынке предостаточно. Его изготавливают почти все ведущие промышленные страны мира под различными брэндами и по разной цене. Выбрать же из этого предложения именно то, что нужно нашему отечественному производителю, не просто. Однако, соизмерив свои финансовые возможности и проведя предметные переговоры с менеджерами компаний, представленных на интернет-сайтах этой тематики, можно сделать правильные выводы, а затем сделать и саму покупку.

Высокоточная обработка металлических предметов производится с применением нетрадиционных технологий и методик. К таковым можно отнести шлифовку, резку, а также закрепление посредством электроэрозионного влияния. Электроэрозионные станки появились довольно давно, однако, широкую популярность они получили лишь за последние 10−20 лет.

Технология электрохимической обработки

Такая обработка проводится при помощи электролита – жидкости, проводящей ток, в которую помещается деталь. Под воздействием электролита верхние слои металла растворяются, этот эффект используется для полировки изделий, затачивания режущего инструмента, очистки поверхностей от ржавчины и оксидов, гравирования, профилирования заготовок, нанесения металлических покрытий и изготовления изделий с очень малой толщиной.

Также электрохимический метод обработки позволяет менять размеры деталей, для этого дополнительно используются режущие механизмы, которые снимают верхний слой растворенной пленки металла.

Производительность

Станок имеет скорость процесса снятия слоя материала ниже, чем у механического оборудования. Выигрыш времени в том, что конечный результат по сложности, выдержке формы, сравним с работой 5 фрезерных станков.

Величина производительности определяется, как объем снятого материала (мм³) в единицу времени (мин) при подведенном токе в 1 А. Каждый состав электролита имеет свой показатель. Хлористый натрий, например, имеет значение 2,2 мм³/мин, азотнокислый натрий – 1,1 мм³/мин. Использование состав из нескольких реагентов увеличивает скорость растворения анода, повышает степень обработки.

https://youtube.com/watch?v=zpkeNojkKGo

Производительность повышают, применяя методы многоэлектродного воздействия на площадь детали.

Резка

Увеличение плотности тока приводит к более интенсивному процессу съема металла с поверхности. Выравнивая скорость растворения с подачей катода, получают непрерывный процесс прорезывания канавок в материале. Удаление продуктов реакции обеспечивают непрерывным потоком прокачиваемой жидкости. В качестве электрода выступает проволока, перематываемая с одного барабана на другой.

Прошивание

Метод сходен резке, но электрохимический процесс происходит в основном на торце катода, который подается с равной скоростью. В этой операции электрод должен иметь достаточную жесткость, чтобы не воспринимать вибрацию, которая может передаваться через станок, не деформироваться при движении. Рабочая его часть способствует поддержанию устойчивого потока электролита в зазоре. Не рабочие края надежно изолируют.

Точность обработки плоскости металла составляет ±0,13 мм, отверстий 0,1 – 0,15 мм.

Станок может быть оборудован следящей за параметрами системой.

Копирование

Форма электродов в этом случае совпадает. Зазор выдерживают в расчетном значении. В результате электрохимической реакции, материал разрыхляется, вымывается в не совпадающих местах. В точках, где зазор меньше процесс идет интенсивнее, металл растворяется сильнее. В результате промежуток становится одинаковым, происходит электрохимическое копирование формы металлов обрабатываемых деталей (с допустимыми припусками из-за трудности контроля в малом зазоре). Точность достигаемого копирования от 0,5 мкм до 3 мкм, повторяемость параметров 0,5 — 10 мкм от электрода – эталона в партии.

Распространены универсальные варианты станка для электрохимической обработки металлов – копировально-прошивочные с широкой номенклатурой изделий. Область применения – твердосплавная обработка: инструмент, штампы, пуансоны.

Размерная

Эта технология предназначена для получения у детали требуемой формы, размера. Процедура выполняется при условии скоростного, непрерывного обновления электролитической среды в зоне действия полюсов. Принудительную прокачку ведут под давлением, создаваемым насосом. Постоянный поток жидкости позволяет уменьшать величину зазора между обрабатываемыми металлами. Сопротивление среды снижается, плотность тока растет, электрохимическая реакция ускоряется.

Схема 2

Анодно-механическая обработка

Заточка

Использованы особенности электрохимических явлений при растворении кромки металлов. Получение острия происходит в неравномерном электрическом поле при постоянном перемещении. Регулируя угол наклона, получают заточку заданной формы (наконечники, иглы, электроды). Используют, в основном, соли натрия при плотности тока 4-7 А/см², напряжение 8 — 15В.

Технология электрохимической обработки

Суть технологии

Целью операции является доведение поверхностей деталей до оптимальных характеристик, необходимых для совместной работы с другими элементами конструкции. Часто узлы механизма при эксплуатации работают при взаимном трении, например, поршень и цилиндр. Допуск в этом случае около 0,001 мм, что обеспечивает необходимую герметичность и свободный ход без заклинивания. Добиться такой точности позволяет операция по доводке и притирке. Но во время ее проведения слой металла частично удаляется, поэтому при производстве заготовок оставляют припуск 0,01-0,02 мм, чтобы в конечном результате получить деталь с точностью 0,001-0,002 мм.

Не следует считать термины синонимами, притирка отличается от доводки согласно действующим нормам ГОСТ 23505-79. В рабочей документации следует точно указывать название операции.