Способ размерной электрохимической обработки

Авторы патента:

B23H3/04 - электроды, специально предназначенные для этого или их изготовление (B23H 9/00 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2489234:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) (RU)

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и может быть использовано при электрохимической обработке длинномерных деталей. В способе размерную электрохимическую обработку детали осуществляют электродом-инструментом, содержащим токопроводящий корпус с каналами, диэлектрическую прокладку и формообразующую часть с каналами для удаления газообразных продуктов реакции. Каналы в формообразующей части используемого в способе электрода-инструмента расположены в шахматном порядке и выполнены перпендикулярно рабочей поверхности формообразующей части, причем поперечный шаг между каналами равен поперечному размеру канала, а продольный шаг определяют в зависимости от режимов обработки и свойств электролита. Изобретение позволяет повысить точность электрохимической обработки за счет применения электрода-инструмента, учитывающего режим упомянутой обработки и свойства применяемого электролита для обеспечения практически полного удаления газообразных продуктов реакции с рабочей поверхности. 3 ил.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и может быть использовано при электрохимической обработке длинномерных деталей.

Известны способы электрохимической обработки с подачей электролита по периферии обрабатываемой поверхности (Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. Г.Л. Амитан, И.А. Байсупов, Ю.М. Барон и др.. Под общей ред. В.А. Волосатого. - Л.: Машиностроение, 1988. - С.20). При данной схеме обработки скорость анодного растворения со стороны входа электролита больше, чем со стороны выхода электролита, что объясняется уменьшением электропроводности электролита вдоль обрабатываемой поверхности из-за газообразования водорода на поверхности катода-инструмента. Для устранения этого недостатка необходима сложная и трудоемкая корректировка профиля катода-инструмента или отвод водорода.

Известен способ электрохимической размерной обработки, по которому через систему каналов в виде щелей в теле катода-инструмента отводят водород (Корчагин Г.Н., Макаров В.А. Повышение точности электрохимического формообразования длинномерных деталей. Электронная обработка металлов. - 1974. - №3. С.21-23). Однако напротив щелей на обрабатываемой поверхности появляются макровыступы, что является недопустимым.

Наиболее близким является способ электрохимической обработки детали электродом-инструментом, содержащим токопроводящий корпус с каналами, диэлектрическую прокладку и формообразующую часть с отводом газообразных продуктов реакции (водорода) через каналы, выполненные в формообразующей части (а.с. №973280, МПК В23Р 1/12).

К недостаткам способа относится невысокая точность обработки, связанная с неполным отводом газообразных продуктов реакции от рабочей поверхности электрода-инструмента, ввиду того, что расстояния между каналами для отвода газообразных продуктов выполнены произвольно и не связаны с режимами обработки. Кроме того, каналы в формообразующей части расположены под острым углом к рабочей поверхности, что представляет определенную технологическую сложность изготовления электрода-инструмента.

Задача изобретения - повышение точности обработки.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе размерной электрохимической обработки, включающем обработку детали электродом-инструментом, содержащим токопроводящий корпус с каналами, диэлектрическую прокладку и формообразующую часть с каналами для удаления газообразных продуктов реакции, согласно техническому решению каналы в формообразующей части расположены в шахматном порядке перпендикулярно рабочей поверхности формообразующей части, причем поперечный шаг между каналами равен поперечному размеру канала, а продольный шаг определяют в зависимости от режимов обработки и свойств электролита по формуле

$a = \frac{1 - {(1 - α_{Д})}^{2,5}}{3,6 А} \begin{matrix} \end{matrix} (1)$ ,

где а - продольное расстояние между каналами, м; α_Д - допустимое объемное газосодержание в каналах формообразующей части; А - постоянная обрабатываемости, 1/м, рассчитываемая по формуле:

$А = \frac{С_{ν} (U - Δ U) \cdot χ_{0}}{ν_{0} \cdot δ^{2}} \begin{matrix} \end{matrix} (2)$ ,

где С_ν - объемный электрохимический эквивалент выделения водорода, м³/А·с; U - напряжение между обрабатываемой деталью и формообразующей частью, В; ΔU - алгебраическая сумма падений напряжений в прианодной и прикатодной областях обрабатываемой детали, В; χ₀ - удельная электропроводность электролита на входе в зазор между обрабатываемой деталью и формообразующей частью, Ом^-1·м^-1; v₀ - скорость потока электролита на входе в зазор между обрабатываемой деталью и формообразующей частью, м/с; δ - зазор между обрабатываемой деталью и формообразующей частью электрода-инструмента, м.

Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.

На фиг.1 изображен продольный разрез электрода-инструмента;

на фиг.2 - вид снизу на электрод-инструмент;

на фиг.3 - зависимость точности обработки от длины обрабатываемой поверхности при различных значениях расстояния между каналами.

Электрод-инструмент (фиг.1), используемый при размерной электрохимической обработке, состоит из формообразующей части 1 с каналами 2, расположенными в шахматном порядке и выполненными перпендикулярно к рабочей поверхности 3. Каналы 2 имеют цилиндрическую форму, как наиболее простую в изготовлении, поперечный шаг между каналами равен поперечному размеру канала, в данном примере диаметру отверстия d. Продольный шаг определяют на этапе подготовки к процессу обработки в зависимости от режимов обработки и свойств электролита по формулам (1) и (2). Формообразующая часть 1 изготовлена из токопроводящего материала и установлена на диэлектрической прокладке 4 по торцу корпуса 5 присоединенного к отрицательному полюсу источника питания (на чертеже не показан).

В корпусе 5 выполнены каналы 6. Через каналы 2 и 6 происходит отвод газообразных продуктов реакции в сборник 7.

Поверхность 8 формообразующей части 1, обращенная к корпусу, покрыта защитной нерастворимой электропроводной пленкой PbO₂.

Способ размерной электрохимической обработки осуществляется следующим образом.

За счет созданного электрического поля между обрабатываемой деталью (подключен «+» источника питания) и корпусом 5 электрода-инструмента (подключен «-» источника питания) в формообразующей части 1 происходит разделение свободных зарядов. При этом рабочая поверхность 3 имеет отрицательный потенциал и поэтому геометрия обработанной поверхности определяется конфигурацией рабочей поверхности 3. Так как продольное расстояние между каналами «а» равно расчетному значению, определяемому в зависимости от режимов обработки и свойств электролита, то происходит практически полное удаление газообразных продуктов реакции с рабочей поверхности 3, что приводит к повышению точности обработки. При выполнении каналов 2 перпендикулярно рабочей поверхности 3 упрощается изготовление электрода-инструмента.

Пример конкретного выполнения

Необходимо обработать деталь из стали 12Х18Н10Т. Длина обрабатываемой поверхности 240 мм. Электролит - водный раствор NaCl концентрацией 150 г/л. Удельная электропроводность этого раствора χ₀=8,86 Ом^-1·м^-1. Допустимое объемное газосодержание в каналах формообразующей части α_Д=0,12. Объемный электрохимический эквивалент выделения водорода при данных условиях обработки С_ν=0,11·10^-6 м³/А·с. Скорость потока электролита на входе в зазор между обрабатываемой деталью и формообразующей частью электрода-инструмента ν₀=5 м/с. Зазор между обрабатываемой деталью (анодом) и формообразующей частью δ=0,5·10^-3 м. Напряжение между обрабатываемой деталью и формообразующей частью U=12,3 B. Алгебраическая сумма падений напряжений в прианодной и прикатодной областях обрабатываемой детали ΔU=2,3 B.

После подстановки данных в формулы (1) и (2) рассчитали значение расстояния между каналами a=0,02 м, поперечный шаг равен диаметру канала d(0,8·10^-3 м). Изготовили каналы (отверстия) диаметром 0,8·10^-3 м, расположенные в шахматном порядке перпендикулярно рабочей поверхности формообразующей части. После проведения электрохимической обработки замерялся съем металла многооборотной индикаторной головкой.

Результаты опытов представлены на графике (фиг.3), по осям которого отложены значения соотношения $\frac{h}{h_{0}} \cdot 100 %$ , где h - локальный съем металла, h₀ - съем металла на входе в зазор между обрабатываемой деталью и формообразующей частью электрода-инструмента и длина обрабатываемой поверхности - L.

Кривая 1 представляет электрохимическую обработку при помощи электрода-инструмента с поперечным шагом между каналами а=0,02 м (расчетное значение);

кривая 2 - обработку при помощи электрода-инструмента с а=0,03 м;

кривая 3 - обработку при помощи электрода-инструмента с a=0,01 м.

Из графиков видно, что при расчетном значении а съем металла практически одинаков по всей длине обрабатываемой детали (кривая 1). Снижение точности обработки происходит как при увеличении расстояния между каналами более расчетного (кривая 2), так и при уменьшении этой величины менее расчетного значения (кривая 3).

В первом случае снижение точности объясняется увеличением газосодержания в потоке электролита, что приводит к снижению плотности тока, а значит к уменьшению съема металла. Во втором случае ухудшение точности объясняется уменьшением скорости потока электролита, т.к. его часть отводится через каналы в электроде-инструменте.

Способ размерной электрохимической обработки детали, включающий обработку детали электродом-инструментом, содержащим токопроводящий корпус с каналами, диэлектрическую прокладку и формообразующую часть с каналами для удаления газообразных продуктов реакции, отличающийся тем, что используют электрод-инструмент, каналы которого в формообразующей части расположены в шахматном порядке и выполнены перпендикулярно к рабочей поверхности формообразующей части, причем поперечный шаг между каналами равен поперечному размеру канала, а продольный шаг определяют в зависимости от режимов обработки и свойств электролита по формуле:
$a = \frac{1 - {(1 - α_{Д})}^{2,5}}{3,6 А},$
где a - продольное расстояние между каналами, м; α_Д - допустимое объемное газосодержание в каналах формообразующей части; А - постоянная обрабатываемости, 1/м, которая рассчитывается по формуле:
$А = \frac{С_{ν} (U - Δ U) \cdot χ_{0}}{ν_{0} \cdot δ^{2}},$
где С_ν - объемный электрохимический эквивалент выделения водорода, м³/А·с; U - напряжение между обрабатываемой деталью и формообразующей частью, В; ΔU - алгебраическая сумма падений напряжений в прианодной и прикатодной области обрабатываемой детали, В; χ₀ - удельная электропроводность электролита на входе в зазор между обрабатываемой деталью и формообразующей частью, Ом^-1·м^-1; ν₀ - скорость потока электролита на входе в зазор между обрабатываемой деталью и формообразующей частью, м/с; δ - зазор между обрабатываемой деталью и формообразующей частью электрода-инструмента, м.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки. .

Электрод-инструмент для электрохимической прошивки полости в металлической детали // 2464136

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при получении полостей в металлических деталях из любых видов заготовок, например, при изготовлении рабочего профиля пресс-форм, ковочных штампов, прошивке полостей переменного сечения.

Катод для электрохимической обработки // 2456139

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для электрохимической обработки крупногабаритных тонкостенных деталей типа тел вращения.

Электрохимический маркер // 2430815

Изобретение относится к устройствам для электрохимического маркирования металлических деталей. .

Стержневой электрод-инструмент // 2385206

Изобретение относится к электрическим методам обработки токопроводящих материалов и может быть использовано для электрохимической размерной обработки различных пазов, каналов и уступов.

Инструмент-электрод для электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей // 2338013

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и может применяться для электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей.

Электрод-инструмент // 2265503

Изобретение относится к области металлургии, а именно к электрохимической обработке. .

Электрод-инструмент для электрохимической обработки червяков // 2264280

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов и может быть использовано при электрохимическом скруглении острых кромок и удалении заусенцев с кромок венца червяка после механической обработки.

Комбинированный электрод для электрохимической восстановительной обработки поврежденного коррозией железобетона и способ управления таким электродом // 2249496

Изобретение относится к восстановлению поврежденного коррозией железобетона. .

Устройство для электрохимической обработки // 2243069

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для снятия заусенцев на электрохимическом оборудовании. .

Электрод-инструмент // 2496617

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления каналов с произвольным изгибом оси в цельных металлических материалах. Электрод-инструмент содержит рабочую часть, выполненную в форме шара, изолированного на половину площади сферы со стороны токоподвода диэлектрическим покрытием. Изолированная часть шара подвижно присоединена к гибкому каналу, на внешней стороне которого выполнены продольные открытые пазы для выхода рабочей среды, внутри шара выполнены сквозные противолежащие трубчатые отверстия и со стороны изолированной части к шару присоединены гибкие каналы для раздельной подачи рабочей среды в упомянутые трубчатые отверстия. На неизолированной части шара трубчатые отверстия разделены выпуклыми диэлектрическими линиями, а со стороны изолированной части шар соединен с измерительным центром противолежащими мерными нитями, расположенными внутри упомянутого гибкого канала с продольными пазами. Электрод-инструмент позволяет изготавливать сквозные и глухие каналы с минимальным диаметром до 2 мм с многократным изгибом по трем осям координат и с радиусом изгиба оси до половины диаметра изготавливаемого канала. 3 ил.

Инструмент-электрод для электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей // 2552204

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и может применяться для электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей. Инструмент содержит корпус из диэлектрического материала, закрепленный на нем инструмент-электрод, подключаемый к отрицательному полюсу источника постоянного тока, при этом инструмент-электрод с внешней стороны снабжен средствами для создания зазора между ним и обрабатываемой заготовкой, подключаемой к положительному полюсу источника постоянного тока. Инструмент-электрод выполнен в виде насадки с мягкой трехслойной оболочкой, жестко закрепляемой на корпусе, причем первый слой оболочки выполнен из резины, образующей замкнутую камеру, второй слой - из металлической мелкоячеистой сетки, а третий - из неметаллической сетки, при этом в корпусе выполнены два отверстия, одно из которых выполнено с возможностью подключения к выходу насоса-компрессора, нагнетающего воздух, а второе - с возможностью подключения к входу вакуумного насоса. Изобретение обеспечивает повышение качества электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей при сохранении полученных до обработки ее геометрических параметров за счет быстрого формирования любых пространственно-сложных поверхностей и поддержания равномерного зазора между электродом и обрабатываемой поверхностью в трехкоординатном пространстве. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Инструмент в устройстве электрохимической обработки // 2553790

Изобретение относится к системе для электрохимической обработки заготовки, содержащей анод. Система содержит инструмент, который содержит катод, резервуар, выполненный с возможностью погружения инструмента и заготовки для обработки, систему управления, выполненную с возможностью постепенного перемещения инструмента и заготовки друг к другу по мере выполнения обработки, когда инструмент и заготовка погружены в резервуар, источник питания для подачи напряжения через зазор между инструментом и заготовкой. Система выполнена с возможностью образования межэлектродного зазора после достижения положения непосредственной близости между инструментом и заготовкой, приложения напряжения через межэлектродный зазор, когда он достигает первого критического размера, причем напряжение прикладывается, пока межэлектродный зазор сужается от первого критического размера до второго критического размера, прерывания подачи напряжения при достижении межэлектродным зазором второго критического размера и продолжения перемещения указанного по меньшей мере одного из инструмента и заготовки, пока не будет достигнут третий критический размер. Изобретение позволяет создать необходимый поток электролитов, обеспечивающий возможность упрощения конструкции инструмента и/или устранения системы нагнетания высокого давления, которая обычно используется в традиционных системах. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Инструмент-электрод для электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей // 2561556

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и может применяться для электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей. Инструмент-электрод содержит корпус с зафиксированным на нем симметрично относительно вертикальной оси пустотелым коробом, на котором крепится модель из отвердевшего неметаллического, стойкого к воздействию электролита, материала, на наружной объемной поверхности которой смонтирована металлическая безъячеистая сетка, подключаемая к отрицательному полюсу источника питания. В основании корпуса установлены штифты и регулировочные винты, обеспечивающие установку зазора между моделью и заготовкой детали, причем упомянутая модель изготовлена по внутренней поверхности мастер-модели, которой является обрабатываемая заготовка детали, с учетом величины зазора для прокачки электролита и диаметра проволоки упомянутой сетки. Изобретение обеспечивает экономию металла при изготовлении инструмента-электрода сложной формы, позволяющего осуществлять электрохимическую обработку любых пространственно-сложных поверхностей с равномерным зазором по всей поверхности. 2 ил.

Электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки // 2586365

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, применяемых в винтовых героторных гидравлических двигателях для бурения нефтяных скважин. Изобретение обеспечивает повышение ресурса электрода при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, снижение расхода электроэнергии. При этом предложенные электродный блок также позволяет увеличить точность обработки за счет повышения эффективности теплообмена электрода и обеспечения изотермических условий с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности путем охлаждения электрода потоком электролита до прокачки его через межэлектродный промежуток, предотвращения протекания токов, шунтирующих рабочий ток в межэлектродном промежутке, центрирования электрода в необработанном отверстии трубчатой заготовки, а также повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ электрохимической размерной обработки вращающимся электродом с эксцентриситетом рабочей поверхности // 2622075

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки и может быть использовано, например, при финишной обработке профиля двигательной лопатки. При осуществлении способа используют стержневой электрод-инструмент, содержащий цилиндрическую державку с центральным каналом для подвода электролита, переходящую в рабочую часть электрод-инструмента, выполненную с эксцентриситетом относительно продольной оси державки, при этом на поверхности рабочей части со стороны максимального эксцентриситета рабочей поверхности от продольной оси державки выполнен продольный боковой паз для прокачки электролита, который также сообщается с центральным каналом для подвода электролита. Рабочая часть электрода-инструмента имеет цилиндрическую или полусферическую форму. В способе стержневому электроду-инструменту задают вращательное движение относительно его продольной оси и осуществляют подачу относительно детали, перемещают по заданным координатам криволинейной поверхности детали и подают на электрод-инструмент импульсы технологического тока с заданной длительностью и частотой в момент минимального зазора между поверхностью рабочей части электрода-инструмента и поверхностью детали по направлению движения электрода-инструмента. В момент увеличения межэлектродного промежутка перпендикулярно вектору движения электрода-инструмента по криволинейной траектории промывают продукты растворения. Причем частоту импульсов технологического тока задают кратной частоте вращательного движения электрода-инструмента, а подачу технологического тока синхронизируют с направлением вектора перемещения рабочей части электрода-инструмента. Изобретение позволяет повысить точность 3-мерной финишной обработки по всей поверхности детали. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ электрохимической обработки непрофилированным электродом-инструментом и устройства для его осуществления // 2647413

Изобретение относится к области электрохимической обработки и может быть использовано для прорезки узких криволинейных пазов и щелей в деталях из высокопрочных сталей и сплавов. В способе электрохимическую обработку осуществляют многокоординатным перемещением в несколько последовательных переходов вращающимся электродом-инструментом, выполненным в виде закрепленной с обоих концов длинной упругой пластины постоянного поперечного сечения с существенно различным соотношением габаритных размеров в направлении осей симметрии, вращающихся вокруг продольной оси. При этом в способе первый переход может быть осуществлен на постоянном напряжении, при этом оси начального и конечного одноименных поперечных сечений пластины повернуты относительно друг друга, вокруг продольной оси, на определенный угол сдвига γ, обеспечивая создание винтовой закрутки электрода-инструмента. Также первый переход может быть осуществлен на импульсном напряжении, без предварительной закрутки пластины при угле сдвига γ=0, при этом изменяют фазу включения импульса напряжения или группы импульсов напряжения в каждом обороте электрода-инструмента в зависимости от направления вектора подачи, обеспечивая включение импульса или группы импульсов в момент, когда ось симметрии, параллельная длинной стороне поперечного сечения электрода-инструмента образует с вектором подачи заданный угол ϕ, меньший 90 градусов, а выключают напряжение после поворота электрода-инструмента на угол 2ϕ от момента включения. Причем последующие переходы осуществляют в пазе, предварительно полученном на первом переходе, при этом импульсы напряжения подают синхронно с вращением электрода-инструмента, но со смещением фазы включения импульса и фазы выключения импульса на 90 градусов относительно вектора скорости подачи в направлении к обрабатываемой начисто поверхности паза. Технический результат: обеспечение большой глубины прорезаемого паза, возможность сложноконтурной вырезки с переменными углами наклона образующей. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 пр.