Инструмент-электрод для электрохимического полирования пространственно сложных поверхностей

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов. 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. Модель изготовлена по внутренней рабочей поверхности мастер-модели, которой является обрабатываемая заготовка детали, с учетом величины зазора для прокачки электролита и диаметра проволоки упомянутой сетки. Инструмент-электрод оснащен волноводным резонатором комплексных колебаний и электромагнитным вибратором, при этом волноводный резонатор комплексных колебаний выполнен пустотелым с винтовыми пазами, причем одним концом он жестко закреплен на дне упомянутого короба, а на другом закреплена прямоугольная плита, которая смонтирована с зазором относительно электромагнитного вибратора, закрепленного во внутренней части короба на торце корпуса соосно с осью волноводного резонатора, при этом на вход электромагнитного вибратора подключен выход усилителя мощности, а на вход последнего подключен выход с генератора частоты. Изобретение обеспечивает снижение расхода материала при изготовлении инструмента-электрода сложной формы, позволяющего осуществлять электрохимическую обработку пространственно сложных поверхностей с равномерным зазором по всей поверхности, а также повышение производительности и качества обработанной поверхности. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и может применяться для электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей, т.е. поверхностей имеющих нерегулярный сложный профиль, имеющийся сразу в трех координатах и представляющий собой совокупность выпуклых, вогнутых, сферических, цилиндрических, конических и плоских участков.

Известно устройство, содержащее электрод-инструмент для электрохимической обработки (полирования) пространственно-сложных поверхностей различной кривизны, содержащее корпус с отверстиями, расположенными через равный шаг, при этом корпус образует полость, внутри которой соосно с отверстиями расположены разрезные втулки, стержневые электроды, подключенные к электрическим проводам и выполненные с возможностью свободного перемещения вдоль своей оси по внутренним поверхностям разрезных втулок для самоустанавливания по обрабатываемой поверхности [А.с. СССР №1710239, кл. В23Н 7/22. 1992].

Приведенный аналог имеет недостаток. После самоустанавливания стержневых электродов по обрабатываемой поверхности образованная ими ответная поверхность не может быть зафиксирована, так как аналог не содержит устройств или элементов для фиксирования стержневых электродов. При перемещении электрода-инструмента стержневые электроды будут продолжать свободно перемещаться вдоль разрезных втулок и между ними и обрабатываемой поверхностью не будет сформирован равномерный зазор, необходимый для выполнения электрохимического полирования.

Известно устройство содержащее корпус с отверстиями, расположенными через равный шаг, при этом корпус образует полость, внутри которой соосно с отверстиями расположены разрезные втулки со стержневыми электродами, которые подключены к электрическим проводам и выполнены с возможностью свободного перемещения вдоль своей оси по внутренним поверхностям разрезных втулок для самоустанавливания по обрабатываемой поверхности детали. Отверстия в корпусе выполнены сквозными, его полость заполнена гидропластом, а в стенке корпуса расположен зажимной винт, воздействующий на гидропласт, обжимающий разрезные втулки, для закрепления стержневых электродов и фиксирования их с образованием ими поверхности, ответной по отношению к обрабатываемой поверхности детали [Патент РФ №2338013, кл. C25F 7/00. 2008].

Приведенный аналог имеет недостаток. Процесс полирования можно проводить только по двум координатам, т.е. в одной плоскости. Расстояние между электродами превышает 2-3 мм, что не позволяет качественно, т.е. равномерно, полировать обрабатываемую поверхность. Устройство имеет сложную конструкцию и требует настройку на каждую обрабатываемую деталь.

Известно устройство выбранного в качестве прототипа, в котором 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 поверхности, которой смонтирована металлическая безячеистая сетка, подключенная к отрицательному полюсу источника питания. В основании корпуса установлены штифты ирегулировочные 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. [Патент РФ №2561556, кл. C25F 7/00, В23Н 3/04. 2015].

Приведенный прототип имеет недостатки - неудовлетворительная производительность и качество обрабатываемой поверхности.

Задачей изобретения является получение пространственно-сложных поверхностей электродов, применяемых на операциях электрохимического полирования. Эта задача решается тем, что инструмент-электрод для электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей детали, подключаемой к положительному полюсу источника питания, содержащий 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, при этом в основании корпуса установлены штифты и регулировочные винты, обеспечивающие установку зазора между моделью и заготовкой детали, а упомянутая модель изготовлена по внутренней рабочей поверхности мастер-модели, которой является обрабатываемая заготовка детали, с учетом величины зазора для прокачки электролита и диаметра проволоки упомянутой сетки, отличающийся тем, что он оснащен волноводным резонатором комплексных колебаний и электромагнитным вибратором, при этом волноводный резонатор комплексных колебаний выполнен пустотелым с винтовыми пазами, причем одним концом он жестко закреплен на дне упомянутого короба, а на другом закреплена прямоугольная плита, которая смонтирована с зазором относительно электромагнитного вибратора, закрепленного во внутренней части короба на торце корпуса соосно с осью волноводного резонатора, при этом на вход электромагнитного вибратора подключен выход усилителя мощности, а на вход последнего подключен выход с генератора частоты.

Фиксация на корпусе симметрично относительно вертикальной оси пустотелого короба, на котором крепится модель из отвердевшего неметаллического, стойкого к воздействию электролита, материала снижает расход дорогого материала для изготовления электродов, традиционно используемого для изготовления, уменьшает массу, повышает технологичность инструмента и снижает затраты на изготовление.

Монтаж на наружной объемной поверхности модели металлической безячеистой сетки, подключаемой к отрицательному полюсу источника питания, обеспечивает быстрое и мало затратное изготовление электродов любой конфигурации с качественным протеканием процесса электрохимической обработки.

Установка в основании корпуса штифтов и регулировочных винтов обеспечивает установку зазора между моделью и заготовкой детали заданной величины.

Изготовление модели по внутренней поверхности мастер-модели, которой является обрабатываемая заготовка детали, с учетом величины зазора для прокачки электролита и диаметра упомянутой сетки, создает равномерный зазор по всей, любой по конфигурации, сложной поверхности.

Оснащение инструмента-электрода вибратором и волноводным резонатором комплексных колебаний (продольных и крутильных) позволяет противодействовать отрицательному воздействию обломков и рабочих неровностей, что позволяет использовать зазоры меньшего размера и, соответственно, обеспечить более точные границы обработки.

Комплексные колебания инструмента-электрода высокой частоты вызывают кавитацию в электролите между катодом и обрабатываемой заготовкой, которая вытесняет обломки и может вести работу с меньшими зазорами на больших площадях, не требуя высоких уровней тока из-за блокирующего эффекта пузырьков. Кавитация также может способствовать удалению пленки оксида металла и тем самым, обеспечивать активацию обработки на окисленных металлах.

Зацепление нижнего торца волновода к дну корпуса короба инструмента-электрода позволяет оптимально провести настройку на резонанс его продольных или крутильных колебаний.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана конструктивная схема инструмента - электрода, на фиг. 2 приведена форма продольных колебаний инструмента-электрода с указанием места приложения внешних сил воздействия и зоны пучности на торце волновода, на фиг. 3 пример развертки для технологического изготовления наклонных винтовых пазов волновода.

Устройство содержит корпус 1 с зафиксированными на нем симметрично относительно вертикальной оси пустотелым коробом 2, на которых крепится модель 3, состоящая из отвердевшего неметаллического материала (например, полиуретана), на наружной объемной поверхности которой смонтирована металлическая безъячеистая сетка 4. Последняя присоединена проводом 5 к отрицательному полюсу источника питания. В основании корпуса установлены штифты 6 и регулировочные винты 7.3аготовка 8 подключается проводом 9 к положительному полюсу источника питания, между заготовкой 8 и корпусом 1 система каналов подвода 10 и отвода 11 электролита. На дне корпуса короба установлен волноводный резонатор комплексных колебаний 12 на втором торце, которого закреплена пластина 13. Во внутренней части короба на торце корпуса 1 закреплен электро-магнитный вибратор 14, а на его вход подключен канал управления частотой последовательно соединенных усилителя 15 и генератора частот 16.

Длина волноводного резонатора комплексных колебаний 12 выбирается из условия обеспечения стабильности возбуждения, высокочастотных комплексных колебаний инструмента-электрода и по длине кратна полуволне продольных колебаний. Изготовление винтовых пазов на длине, равной полуволне продольных колебаний, с радиусом, равным полуволне крутильных колебаний, позволяет проводить на единой частоте возбуждения их согласование и усиление.

Винтовые пазы фиг. 3 выполняют с радиусом, равным длине полуволны крутильных колебаний и определяемым по формуле:

где - длина волны крутильных колебаний;

Ссд - скорость распространения сдвиговых волн в стали;

ω0 - собственная частота колебаний волнового резонатора,

при этом частота возмущений силы поступающей от электромагнитного вибратора должна быть равна собственной частоте корпуса короба 2 и инструмента-электрода. Пазы располагаются последовательно и имеют разные радиусы, а ось симметрии начала одного паза повернута относительно симметрии другого на 90 для максимальной изгибной жесткости волнового резонатора, паз с большим радиусом R фиг. 3 используется для меньшей частоты колебаний инструмента электрода. Собственная частота корпуса короба 2 определяется по формуле:

где - момент инерции корпуса короба; с - крутильная жесткость корпуса короба.

Устройство работает следующим образом: корпус 1 с моделью 3, на поверхности которой смонтирована сетка 4, устанавливается на торце заготовки 8. С помощью штифтов 6 и регулировочных винтов 7 обеспечивают установку зазора между моделью 3 и заготовкой8.

При изготовлении модели 3 на заготовку 8, которая является мастер-моделью для модели 3, наносят тонким слоем силиконовую жидкость или техническое масло и устанавливают на торце заготовки 8 корпус 1 с пустотелым кожухом 2 на штифты 6 без зазора относительно рабочей внутренней поверхности заготовки 8. Далее объем между внутренней поверхностью матрицы 8 и корпусом 1 с пустотелым кожухом 2" заполняют жидким неэлектропроводящим материалом, например эпоксидной смолой с отвердителем или другим полимерным материалом, стойким к действию электролита.

После затвердевания корпус 1, пустотелый кожух 2 и модель 3 представляют собой монолитный инструмент-электрод, трехкоординатная пространственно сложная поверхность которого механически обрабатывается на фрезерном станке. Глубина снимаемого поверхностного слоя эквидистантна величине z3, которая включает зазор z1 для прокачки электролита, необходимой для процесса электрохимического полирования (0,2…2 мм), и глубине z2 равной диаметру проволоки сетки (0,5…1 мм). Проволока сетка может быть изготовлена из меди, коррозионно-стойкой стали и т.д. сетка изготавливаются по выкройке с учетом объемной конфигурации обрабатываемой полости. Соединяют сетку путем пайки.

Для выполнения электрохимического полирования на заготовку 8, которая прошла механическую обработку, и качество поверхности которой не соответствует требованиям, представленным на чертежах, устанавливают на штифты модуль-пуансон с зазором z3 с помощью регулировочных винтов 6. Далее заполняют зазор между обрабатываемой заготовкой 8 и моделью 3 электролитом. В качестве электролита используют водные растворы солей, кислот, щелочей, например поваренная соль.

Затем плюс источника постоянного тока соединяют с заготовкой 8 через провод 9, минус к проводу 5. В процессе электрохимического полирования заготовка 8 и инструмент-электрод неподвижны. Между инструмент-электродом и заготовкой равномерный зазор по всей поверхности заготовки.

В качестве электролита используют водный раствор поваренной соли (NaCl), при растворении которой в воде образуются положительные ионы натрия Na+ и отрицательно заряженные ионы хлора Cl-.

Далее волноводный резонатор комплексных колебаний 12 настраивают на резонансный режим относительно переменной возбуждающей силы от электромагнитного вибратора 14, который установлен с зазором Δ относительно пластины 13 жестко закрепленной на верхнем торце волноводного резонатора 12 с винтовыми пазами. Происходит закручивание корпуса короба 2 под действием внешней силы создаваемой электромагнитом 14, а за счет упругой усадки волноводного резонатора 12 происходит продольное смещение корпуса короба. Электрод-инструмент совершает комплексные колебания. При включении источника питания между инструментом-электродом и обрабатываемой деталью возникает постоянный ток, а в электролите происходит химическая реакция.

Так как зазор между инструментом-электродом и обрабатываемой поверхностью является равномерным, то и обработка происходит равномерно по всей поверхности, а введение в процесс ЭХО комплексных колебаний повышает производительность и качество обрабатываемой поверхности. Для поддержания равномерности процесса электрохимического полирования и удаления осадков из рабочей зоны электролит прокачивают. Для предотвращения коррозии обрабатываемой детали в электролит добавляют химические вещества - ингибиторы коррозии, например нитрид натрия Na2N. После полирования инструмент-электрод извлекается из заготовки 8 путем съема со штифтов и промывается водой полированная поверхность детали сложных поверхностей.

Инструмент-электрод для электрохимического полирования пространственно-сложных поверхностей детали, подключаемой к положительному полюсу источника питания, содержащий 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, при этом в основании корпуса установлены штифты и регулировочные винты, обеспечивающие установку зазора между моделью и заготовкой детали, а упомянутая модель изготовлена по внутренней рабочей поверхности мастер-модели, которой является обрабатываемая заготовка детали, с учетом величины зазора для прокачки электролита и диаметра проволоки упомянутой сетки, отличающийся тем, что он оснащен волноводным резонатором комплексных колебаний и электромагнитным вибратором, при этом волноводный резонатор комплексных колебаний выполнен пустотелым с винтовыми пазами, причем одним концом он жестко закреплен на дне упомянутого короба, а на другом закреплена прямоугольная плита, которая смонтирована с зазором относительно электромагнитного вибратора, закрепленного во внутренней части короба на торце корпуса соосно с осью волноводного резонатора, при этом на вход электромагнитного вибратора подключен выход усилителя мощности, а на вход последнего подключен выход с генератора частоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в энергомашиностроении для обработки турбинных лопаток и в машиностроении для обработки электрод-инструментов.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для полирования штампов, пресс-форм, турбинных лопаток, крыльчаток и других изделий. Способ включает обработку поверхности изделия - анода струей электролита, подаваемой из сопла- катода, при напряжении 230-350 В и температуре 80-85°С, при этом струю направляют вертикально вверх на обрабатываемую поверхность, причем напор струи электролита регулируют в соответствии с эталонным значением тока, выбранным из пределов рабочего тока, и данными датчиков тока в цепи питания изделие-электролит-насадка.

Изобретение относится к области электрохимической обработки рабочих и направляющих турбинных лопаток. Установка содержит рабочую ванну и ванну коррекции электролита с нагревательным элементом, которые соединены между собой трубопроводом стока электролита с насосом для перекачки электролита, источник питания, положительный электрод которого соединен с зажимом для крепления, и блок управления процессом обработки, соединенный с насосом для перекачки электролита, источником питания и нагревательным элементом.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для электролитно-плазменной обработки изделий, изготовленных с применением аддитивных технологий.

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

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

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и может применяться для ручного электрохимического полирования различных деталей, в том числе с пространственно-сложными поверхностями.

Изобретение относится к гальванотехнике, а именно к установке для удаления покрытия и к способу удаления покрытия. .

Изобретение относится к установкам для электролитно-плазменной обработки изделий из нержавеющих сталей и титановых сплавов и может быть использовано в турбомашиностроении при полировании лопаток.

Изобретение относится к области электролитического травления металлов и может быть использовано для обработки плоского проката, в частности лент инструментальной стали и/или С-стали.

Изобретение относится к способу электрохимического выполнения множества выемок (50) в диске (52) турбомашины. Способ включает стадии: позиционирования кольца (55) напротив первой поверхности (53) так, что центр кольца (55) находится на оси (Х) диска (52), при этом указанное кольцо (55) содержит внутреннюю поверхность (57), содержащую множество выступов (58) с формой, дополняющей форму подлежащих выполнению выемок (50); приведения в циркуляцию электролита вблизи выступов (58) кольца (55); включения первого поступательного движения кольца (55) вдоль оси (Х) диска (52) в направлении второй поверхности; включения вращения диска (52) вокруг оси (Х) диска (52); генерирования импульса электрического тока в электролите, когда кольцо (55) находится по существу на уровне первой поверхности, причем указанный импульс вызывает ионное растворение диска (52) на уровне выступов (58) кольца (55); уменьшения скорости вращения до первой уменьшенной скорости, когда кольцо (55) находится по существу на уровне первой поверхности (53), в течение первого периода времени; остановки первого поступательного движения кольца (55), когда кольцо (55) перемещено за вторую поверхность (54).

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 относится к идентификации материальных ресурсов, выполненных из электропроводящих материалов, например деталей машин, оружия, летательных аппаратов. Способ включает нанесение на деталь информационной координатной сетки и получение индивидуальной матрицы путем осуществления электрохимической реакции на поверхности метки при подаче тока на деталь и на электрод-инструмент, выполненный в виде вакуумной камеры из диэлектрического материала с рабочей частью из металлической фольги, подключаемой к источнику низкого напряжения, и установленной в вакуумной камере системы острийковых электродов, подключаемых к источнику высокого напряжения для инжектирования через металлическую фольгу потока электронов.

Изобретение относится к области электрохимической обработки и может быть использовано для прорезки узких криволинейных пазов и щелей в деталях из высокопрочных сталей и сплавов.

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.

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

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.

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

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления каналов с произвольным изгибом оси в цельных металлических материалах.

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов. 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. Модель изготовлена по внутренней рабочей поверхности мастер-модели, которой является обрабатываемая заготовка детали, с учетом величины зазора для прокачки электролита и диаметра проволоки упомянутой сетки. Инструмент-электрод оснащен волноводным резонатором комплексных колебаний и электромагнитным вибратором, при этом волноводный резонатор комплексных колебаний выполнен пустотелым с винтовыми пазами, причем одним концом он жестко закреплен на дне упомянутого короба, а на другом закреплена прямоугольная плита, которая смонтирована с зазором относительно электромагнитного вибратора, закрепленного во внутренней части короба на торце корпуса соосно с осью волноводного резонатора, при этом на вход электромагнитного вибратора подключен выход усилителя мощности, а на вход последнего подключен выход с генератора частоты. Изобретение обеспечивает снижение расхода материала при изготовлении инструмента-электрода сложной формы, позволяющего осуществлять электрохимическую обработку пространственно сложных поверхностей с равномерным зазором по всей поверхности, а также повышение производительности и качества обработанной поверхности. 3 ил.

Наверх