Электрохимические и электрофизические установки,электрохимико-механические установки

1.Анодно-абразивная обработка

2.Анодно-механическая обработка (АМО)

3.Электроэрозионно-химическая обработка (ЭЭХО)

4.Источники питания установок ЭХМО

Электрохимико-механическая обработка (ЭХМО) — это процесс обработки металлических изделий в электролитах в сочетании с механическими и электроэрознонными процессами.
Возможны 3 вида ЭХМО: анодно-абразивная, анодно-механическая, электроэрознонно-химическая.
Анодно-абразивная обработка.
В основе обработки анодное растворение и механическое (абразивное) действие на изделие.
Действующие факторы:
- электрический ток, обеспечивающий анодное растворение;
- механическая сила абразивных частиц;
- тепловой поток, обеспечивающий тепловую эрозию поверхности изделия.
Схема анодно-абразивной обработки (ААО) представлена на рис. 1.3-17. Электрод-инструмент (1) подключен к отрицательному полюсу ИПТ и является катодом.

«ЭИ» движется со скоростью «v_эи» вдоль обрабатываемой поверхности и прижимается к ней извне силой «F», но так, чтобы был минимальный зазор (α_мин). За счет внешней силы возникает сила трения «Fтр».
Межэлектродный промежуток (МЭП) заполнен электролитом (2).
Электрод-заготовка (ЭЗ) подключен к положительному полюсу ИПТ (5) и является неподвижным анодом (4).
Расходуемая на обработку электрическая мощность (P=Uн/Iмэп) пропорциональна напряжению ИПТ и току, проходящему через МЭП.
Расходуемая на обработку механическая энергия (А = VэиFтр) пропорциональна скорости движения ЭИ и силе трения.
Таким образом, при ААО материал снимается с выступов на «ЭЗ» более интенсивно, чем во впадинах.
Снятый с поверхности «ЭЗ» материал может находиться в трех конечных состояниях:
- в виде металлических снятых частиц (результат механического воздействия);
- в виде застывщих капель металла (результат электроэрозионной обработки);
- химически связанном с составляющими электролита (результат электрохимической обработки).
Следовательно, интенсивное снятие металла с микровыступов можно обеспечить подбором режима, меняя роль любого из этих воздействий.
В МЭП процесс осуществляется следующим образом.
Вначале идет анодное растворение металла на выступах, где плотность тока МЭП наиболее высокая.
Применение электролитов, образующих оксиды или нерастворимые соединения металла, приводит к образованию пассивной пленки (3).
Образовавшаяся пленка снижает плотность тока на микровыступах, интенсивность обработки снижается.
Для возобновления анодного растворения на пассивном участке необходимо удалить образовавшуюся пленку механическим (абразивным) воздействием.
Кроме того, электролит при прохождении через него тока вследствие газовыделения и выделения теплоты, расширяется.
Для сближения электродов необходимо приложить внешнее усилие (F), уравновешивающее гидростатическое давление.
Закон регулирования определяется соотношением:

Поскольку ААО предусматривает присутствие абразивных частиц, то они могут вводиться двумя способами:
- применением ЭИ в виде токопроводящих абразияных дисков;
- использованием электролита, содержащего абразивные частицы. Первый способ применяется при грубой ААО.
Зерна, выходящие из абразивного круга, образуют минимальный зазор между электродами и снимают микровыступы с ЭЗ, способствуя притоку свежего электролита.
Второй способ применяется для тонкой ААО, улучшающей качество поверхности ЭЗ.
Электролит, содержащий зерна абразива, подается в сравнительно большой зазор между электродами.
В результате движения абразивных частиц с микровыступов удаляется пассивирующая пленка.
Вследствие этого металл в этих местах быстро растворяется, зазор между электродами увеличивается, плотность тока снижается, интенсивность процесса падает.

Анодно-механическая обработка (АМО) основана на одновременном использовании электроэрозионных и электрохимических процессов.
Схема АМО представлена на рис. 1.3-18.

Электрод-инструмент (1) подключен к отрицательному полюсу ИПТ (5) и является катодом.
«ЭИ» движется вдоль обрабатываемой поверхности с высокой скоростью «иэи» и прижимается извне усилием «F».
МЭП заполнен электролитом (2) — водным раствором жидкого стекла, что обеспечивает образование в нем нерастворимых соединений металла заготовки с анионами электролита, осаждающихся в виде пленки (3) на электроде-детали.
Электрод-деталь (4) подключен к положительному полюсу ИПТ и является неподвижным «анодом».
В «МЭП» процесс осуществляется следующим образом.
Обработка выполняется, в основном, за счет удаления микровыступов с поверхности детали термоэрозиоииым способом.
При высоком напряжении (Uипт) и большом давлении, создаваемым усилием «F», плотность тока на выступах детали достигает значений, при которых преобладающими становятся электротермические явления, обусловленные местным выделением теплоты.
Кратковременность контакта обеспечивается формой инструмента (наличие канавок 6).
В момент кратковременного электрического контакта микровыступа и «ЭИ» теплота выделяется в осевшей пленке, которая плавится, что способствует распространению теплоты в глубь микровыступа.
Наибольшая энергия сосредоточена у основания выступа, что приводит к плавлению металла в этом месте и тепловому микровзрыву.
Тепловой взрыв приводит к термоэрозионному съему материала с выступа и образованию лунки (впадины), на дне которой обнажается металл.
На поверхности дунки, заполненной электролитом, идет кратковременное анодное растворение, которое после остывания заканчивается образованием непроводящей пленки.
Этот процесс повторяется снова, когда поверхность лунки вновь окажется выступом.
Примечание — В процессе АМО одновременно с термоэрозионным разрушением детали может иметь место электрическая эрозия электрода-инструмента, вызванная разрядами между ближайшими точками электродов.
При напряжении более 20 В возможно образование дугового разряда, разрушающего пассивную пленку или сами микровыступы, вместо которых образуются лунки. Длительность протекания электрических разрядов невелика, так как они механически прерываются при движении «ЭИ» с большой скоростью.

Электроэрозионно-химическая обработка (ЭЭХО) основана на удалении металла с поверхности заготовки анодным растворением и электроискровой эрозией в потоке электролита, прокачиваемого через МЭП.
Схема ЭЭХО представлена на рис. 1.3-19.

Электрод-инструмент (1) подключен к отрицательному полюсу «ИПТ» и является «катодом». В центре «ЭИ» есть отверстие (6) для подачи электролита в «МЭП».
Электролит (2) — водный раствор (например, хлористого натрия) не должен содержать углерод (это предотвращает шлакование и уменьшает мощность обработки) имеет большую теплопроводность.
Такой раствор должен обладать определенной диэлектрической проницаемостью и пробиваться при достижении напряжения пробоя (Uпр).
Электрод-заготовка (4) подключен к положительному полюсу «ИПТ» (5) и является «анодом».
В «МЭП» процесс осуществляется следующим образом.
Характер процесса определяется величиной мгновенного напряжения межэлектродного промежутка (Uмэп).
При Uмэп >> Uпр пробивается «МЭП», канал разряда (3) образуется в местах с наименьшей диэлектрической прочностью.
В этом месте металл расплавляется, образуется лунка, а расплав выбрасывается из нее. Вокруг электрического разряда образуется парогазовая полость, за пределами которой металл в ноиной форме переходит в раствор.
После того, как Uмэп становится меньше напряжения дугового разряда, разряд прекращается.
Таким образом, при разряде осуществляется ЭЭО, а металл удаляется потоком электролита в виде застывших капель.
При отсутствии разряда осуществляется ЭХО с образованием шлама в виде нерастворимых соединений.
Процесс повторится снова при превышении «Uэмп» пробивного напряжения.
Описанные оба механизма удаления металла совмещаются во времени, но не в пространстве.
Итак, достоинствами ЭЭХО являются:
- высокая производительность при высокой чистоте обработки;
- возможность обработки токопроводящих материалов любой твердости;
- возможность широкого регулирования режимов обработки от черновой до чистовой без прекращения процесса и без снятия детали;
- пониженное количество отходов но сравнению с механической обработкой на металлорежущих станках.
Основным недостатком является необходимость взаимного относительного перемещения инструмента и обрабатываемой детали. Поэтому область применения, в основном, сводится к процессам резки н шлифования.

Принципиальная электрическая схема разрезного станка (рис. 1.3-20) предназначена для анодно-механического разрезания деталей.

Электрод-инструмент (3) подключен к отрицательному полюсу источника и является катодом.
По форме инструмент может быть диском или лентой.
Электрод-деталь (1) подключен к положительному полюсу источника и является «анодом».
Электролит, представляющий собой раствор жидкого стекла, подается через патрубок (2) в зазор между инструментом и поверхностью детали.
Вращающийся электроприводом (ЭП) диск (3) увлекает электролит в зазор.
Обработка ведется в соответствии с описанными выше процессами.
Источником постоянного тока является генератор (Г) напряжением 20...30 В, которое можно регулировать регулятором возбуждения (резистор Rpв), изменяя величину тока в обмотке возбуждения генератора (ОВГ).
Величина тока якора «Г» изменяется рагулятором тока (резистор Rт). Для контроля процесса установлены КИП: вольтметр (V) и амперметр (А).
Включение станка производится контактом (К).
На станках такого принципа действия можно производить как чистовую анодно-механическую обработку, так и обдирку — черновое шлифование.
При чистовой обработке осуществляется анодное растворение металла при прохождении электрического тока через электролит (электролиз), а образовавшаяся пленка удаляется вращающимся диском-инструментом.
При обдирке применяется повышенная плотность тока, процесс близок к электролизному, поверхность шероховатая. Инструментом являются «диски-катоды» различной формы.

Источники питания установок ЭХМО

Источниками литания (ИП) электрохимико-механической обработки (ЭХМО) могут быть генераторы постоянного тока, двухполупериодные выпрямители, импульсные генераторы и так далее.
В «ИП ЭХМО», по сравнению с «ИП» электрохимической обработки (ЭХО), в меньшей мере сказывается влияние КЗ, так как электроды быстро перемещаются относительно друг друга. Это упрощает конструкцию ИП и делает их более надежными в работе.
Один из вариантов таких «ИП» для установок анодно-механической обработки (АМО) представлен на рис. 1.3-21.

ИП состоит из следующих основных элементов: