Способ электрохимической размерной обработки металлов
СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РА314ЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ, при котором рабочий профиль электрода-инструмента с гибкой р абочей частью корректируют непосредственно в процессе обрабртки благодаря использованию в его конструкции пластин с эффектом памяти формы отличающийся тем, что,.с целью повышения точности, в процессе обработки коррекцию рабочего профиля электрода-инструмента производят в зависимости от изменения температуры электролита по длине потока в межэлектродном промежутке, для чего обработку ведут электродом-инструментом , Вкотором пластины с эффектом памяти закреплены на гибкой рабочей части перпендикулярно направлению потока электролита в каждой его точке с шагом, задаваемым h.p/дТ, h шаг между пластинами с эфгде фектом памяти формы,. см( Р коэффициент пропорциональности , по1 азывающий измене (Л ние шага при увеличении температуры электролита в зазоре на 1°С, см/град; ДТ - разогрев электролита в межэлектродном промежутке за счёт джоулева тепла, град.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУбЛИН (19) SU (!1) 3(5Ц В 23 Р 1 04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВЪб
ВСРСО.- .)ЗЛ. -И (21) 3365076/25-08 (22) 14.12.81 (46) 30.03.83. Бюл. 9 12 .,(72) В.В.Паршутин, В.В.Береза и В.Д.Шкилев . (71) Институт прикладной физики
АН Молдавской CCP (53) 621.9.047(088.8) (56) 1.. Паршутин В.В. и др. Переменные параметры процесса электрохимической размерной обработки ме: таллов. Кишинев-, "Штиинца", 1971, с.60.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 737186, кл. В 23 Р 1/12, 1979. (54)(57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ
РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ, при котором рабочцй профиль электрода-инструмента с гибкой рабочей частью корректируют непосредственна в процессе обработки благодаря использованию в его конструкции пластин с
)эффектом памяти формы, о т л и ч а юшийся тем, что,.с целью повышения точности, в процессе обработки коррекцию рабочего профиля электрода-инструмента производят в зависимости от изменения температуры электролита по длине потока в межэлектродном промежутке, для чего обработку ведут электродом-инструментом, в. котором пластины с эффектом памяти формы закреплены на гибкой рабочей части перпендикулярно направлению потока электролита в каждой
его точке с шагом, задаваемым формулой
Ь (3 /дт, где и — шаг между пластинами с эффектом памяти формы, см
1 коэффициент пропорциональ- Я ности, поКазываюций изменение шага при увеличении температуры электролита в зазоре на 1 С, см/град, разогрев электролита в межэлектродном промежутке за счет джоулева тепла, град.
1007889
На фиг.1 представлен вид рабочей части электрода-инструмеНта с пластиками с эффектом памяти формы, на фиг.2 — профиль обрабатываемой детали в случае использования электрода с: неподвижным профилем, на фиг.З изменение шага пластин вдоль яежэлект-. родного промежутка, на фиг.4 — разрез электрода-инструмента.
Разогрев электролита в межэлектродном промежутке определяют соотношениями, которые выводятся следующим образом.
Обработка длинномерногб канала, количество выделившегося джоулева
55 тепла
ЧЧ = О, 24 дЦ ф
Изобретение относится к .электро- физическим и электрохимическим методам обработки и может быть использовано для электрохимической обработки различных полостей деталей машин.
Известно, что в процессе электрохимической обработки протяженных профилей в межэлектродном промежутке наблюдается значительное выделение тепла, в результате чего в межэлектродном промежутке происходит.. f0 перераспределение. тока вдоль обрабатываемой поверхности и появление неодинаковой локальной скорости раст- ворения профиля P1) .
Наблюдаемые явления приводят к 5
1 ухудшению точности обработки.
Известен способ электрохимической обработки с использованием электрода-инструмента, содержащего рабочую часть электрода и пластины, обладающие эффектом памяти формы (2) .
Однако при использовании извест- ного способа пластины, обладающие эффектом памяти форьы, реагируют только на величину пропускаемого через них тока, из-за чего электродинструмент не является самонастраивающимся и для его функционирования необходимо наличие блока управления1 при отсутствии блока управления подобный .электрод-инструмент не обеспе-З0 чивает необходимой точности обработки.
Цель изобретения — повышение точности .обработки путем учета изменения параметров электролита .по длине 35.
его потока в межэлектродиом промежутке.
Поставленная цель достигается тем, что в способе электрохимической размерной обработки металлов, при ко-40 тором рабочий профиль электрода-инст румента корректируют непосредственно в процессе обработки благодаря использованию в его конструкции пластин с эффектом памяти формы, коррекцию рабочего профиля электродаинструмента производят в зависимости от изменения температуры электролита по длине его потока в межэлект= родном промежутке, для чего обработку ведут электродом-инструментом, в котором пластины с эффектом памяти формы закреплены на его гибкой рабочей части перпендикулярно направлению : потока электролита в каждой его точке с шагом, задаваемым соотношением в зазоре на 1 С, см/град; разогрев электролита в межэлектродном промежутке за счет джоулева тепла, град. для случая обработки длиномерного канала
0,24 ьО . ьт* ве . акс для.случая прошивки @ус6 где 60 †.омическая составляющая падения напряжения на электродах, В; Ь вЂ” ширина межэлектродного промежутка, см; 6 — длина межэлектродного промежутка., см," . Q — расход электролита, см/c., в — удельный вес электролита," . г/см ; с — удельная теплоемкость электролита, кал/г град; плотность тока, A/ñì Р J температурный коэффициент электропроводности, град : Ы вЂ” удельная электропроводность электролита в сечении Г,см /см 1; r — радиус центрального отверстия электрода-инструмента, подводящего электролит, см; r . — рабочий радиус электрода-инструмента см 8 — величина межэлектродного зазора, см. 4= -P/ьт, где (2) 4a aC MЬTó tààã между, пластинами с эффектом памяти формы, см - коэффициент пропорциональности, показывающий из-, менение шага при увеличении температуры электрода где "J - ток между электродами, A, - время обработки, с. 60 Количество тепла, выделившееся от перепада температуры на .входе, и выходе из рабочего зазора от джоулева тепла равно 1007889 Тогда *;с ц j taT (4) 1О 50 (12) cdmdT где 31 — масса электролита, .равная : =a) t, (3) Приравнивая выражения (1) и (4), получаемг Ь Т= 0,24 6ЦЭ ЦУс. Поскольку плотность тока определяется соотношением то выражение (5) принимает вид дТ„ à,24ь() . Qgc Прошивка отверстий. Допуская, что теплоотдача к поверхности металла ,и изменение теплопроводности элект-, ролита незначительны, поверхности. анода и катода эквипотенциональны, на.грев электролита в насосе незначите,лен, можно считать, что теплоотдача происходит в основном за счет. конвективного теплообмена. Тогда, ви- 30 делив мысленнов межэлектроднем зазоре .объем, ограниченный цилиндрическими поверхностями радиусов r и r+ dr,dt, в. этом объеме, выражение можно напй- сать для количества джоулева тепла, выделенного за время, dg =: 2krdr dt- (8) где 4) — плотность тепловой мощнос- 40 ти, (0=98„(P odU) =(g ) где М„-," удельная электропроводность 45 электролита в сечении r, За это же время. через выделенный объем проходит электролит с массой . Дщ у2к 37г (Ф,, где Ур — скорость течения электролита в сечении r определяемая через расход соотношением Я В результате поглощения джоулева тепла температура электролита на выходе иэ рассматриваемого объема повышается на величину dT,îïðåäåëÿåìóþ равенством 60 Приравнивая выражения (8) . и (12) и учитывания равенства (9) — (11) н зависимость изменения удельной электропроводности раствора от температуры М,-М„(1 +лсЬТ), (13) получают дифференциальное .уравнение Д (aT) = Л Мо(1 +gaT)r .(14) Г ь Решение этого уравнения при граничных условиях 5 T = О при r = г, дает выражение для нагрева электро- лита в зазоре ьт = „- (е р(" („«)) « <, С внешней стороны рабочего профиля закреплены с определенным шагом пластины, обладающие эффектом запоминания формы при многократном термоциклировании. В качестве ма- . териала,обладающего эффектом запоминания форьм, выбраны сплавы никеля и титана. Каждая пластина имеет разлйчный эффект запоминания форма. Шаг между пластинами изменяется по направлению протекания электролита. Память на укрепленных с внешней стороны рабочего профиля 1 пластинах 2 (фиг.1) записывается следующим образом. Пластине 2 придают определенную форму и фиксируют это состояние нагревом при требуемой температуре. Остыв, пластина 2 распрямляется и в таком виде прикрепляется на внешней поверхности рабочего профиля 1 инструмента 3 (профиль обрабатываемой детали). Способ электрохимической размер- ной обработки осуществляют следующим. образом. При пропускании тока через протекающий электролит температура последнего вдоль зазора изменяется, сущест- венным образом влияя на перераспре-. деление тока по длине рабочей поверхности, что и приводит к низкой точности обработки.. На фиг.2 схематично показан профиль обрабатываемой детали 3 в случае использования электрода с неподвиж-. ным профилем. В предлагаемом способе на внешней поверхности 1 электрода-инструмента расположены пластины 2, обладающие памятью при многократном термоцикли ровании. При неравномерном вдоль рабочей поверхности разогреве электро лита пластины 2 в соответствии с памятью изгибаются и придают рабочей поверхности форму (фиг.1), позволяющую добитьСя высокой точности обработки.. Благодаря выполнению пластин с различным эффектом запоминания фор1007889 мы и закреплением их с определенным шагом удается придать рабочему профилю требуемую форму и компенсировать перераспределение тока по длине меж- . электродного зазора. Практически для любого уровня температуры таким образом подбирается оптимальная форма рабочего профиля, что и обеспечивает высокую точность обработки. Изменение шага между пластинами по направлению протекания.электроли- 10 та позволяет более существенным образом изменять форму рабочей поверхности на выходе из зазора. В качест-, ве примера сплава, обладающего памятью, приведен сплав никеля и титана. 15 Достоинством этого сплава является помимо памяти вЫсокая технологичность обработки. Количество циклических колебаний, выдерживаемых этим спла.вом, достигает 10 млн„ т.е. долговечность электрода-инструмента не лимитирована. Коэффициент пропорциональности (Ь определяется экспериментально и зависит от электролита, свойств рабочей поверхности электрода, ее толщины и т.д. Высокие технико-экономические показатели способа достигаются тем, что оптимальную Аорму рабочей поверх-, ности ищет сам электрод, не требуя сложных систем управления и соответствующей корректировки. Память на пластинах 2 можно подобрать эксперименхальным путем. llpH необходимости память на элементах 2,можно перезаписать термической обработкой. Применение указанного электрода-инструмента при прошивке сложных профилей типа матриц штампов дает возможность получить экономический эффект на одном электрохимическом станке в сумме 30000 руб. Потребность промышленности в установках с подобными электродами не менее 50 шт. в год. Пример 1. Обработку длинномерного канала ведут в 15%-ном вод- 45 ном растворе хлористого натрия при а 0 = 15В, ширина межэлектродного промежутка В = 0,3 см, общая длина канала 8 = 9,0 см. В этом случае С 867 кал/кг.град, 0 = 1,1 г/см. 50 Расход электролита Я = 10 см /с, толщина рабочей части электрода 2,0 см, величина межэлектродного зазора о = 0,03 см. В чеТ;рех" сечениях межэлектродного промежутка экспериментально измерены локальные плотности тока: Ол = 2,6 cMJ g» = 16,0 A/ñì при 4,2 см; » 29,0 A/cM, при 6 = 6,2 см, » = 50 A/cM и при 84 = 8,1 см; »4= 85 A/ñì Экспериментально определенный ко,эффициент Р равен 1,0, в этом случае согласно расчету по предлагаемой формуле в укаэанных сечениях разогрев. .электролита равен соответственно ЬТ»= 4,7 С; Д Тд = 8,6 С,ДТЭ 14, 7 C; d T4 = 25 С, а рассчйтанная величина шага между пластинами с эффектом памяти составляет h 0,21 см) hg = 0,11 см, 0,06 см и tip =- 0,04 см при длине пластины с памятью 1,5 см, а толщине 0,2 см (см.фиг.3) . В этом случае по сравнению с обработкой по известному способу получен практически равномерный съем вдоль канала. Пример 2. Формообразование полости ведут в 15%-ном водном растворе хлори с того натрия при Ь Ц = 8 В. Радиус центрального отверстия,электрода-инструмента для прокачки электролита Г0 0,15 см, наружный радиус электрода Г 2,64 см,-наружный радиус трубки для прокачки электрода 0,45 см, толщина рабочей части электрода О 1 см, расход электролита Я = 60 см /с, величина межэлектродного промежутка 8 = 0,025 см, o6 = 0,0212 / град,Ж»,= 0,1792 Ом"см " при Т = 22,3 С. В двух сечениях межэлектродного промежутка по формуле были рассчитаны перепады температуры: для Г1 = 1,2 см, dГ = 9,7.3 С; для rg = 1,95 см, d Т = 29,20С. Эксперимен-. тально определенный коэффициент ф равен 2,9, а рассчитанные величины шага между кольцами с эффектом памяти соответственно И» = 0,29 см и bg = 0,09 см при ширине кольца О,б см и толщине 0,2 см (фиг, 4) . Таким образом, по сравнению с обработкой по известному способу получен практически равномерный съем вдоль.межэлектродного промежутка. 1007889 60 Составитель В.Лукьянов ТехредМ.Гергель Корректор H. шулла Редактор И.Ковальчук Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 2205/17 Тираж 1104 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5
