Способ электрохимической обработки и электрод-инструмент для его осуществления

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологии обработки сложнопрофильных, труднообрабатываемых токопроводящих материалов с большой длиной межэлектродного канала. Способ включает подачу электролита и отвод его из межэлектродного пространства, при этом электролит подают в конце периода торможения потока электролита по всей рабочей поверхности электрода через интервал не более 200 межэлектродных зазоров под давлением, превышающим рабочее в межэлектродном пространстве, и прекращают подачу электролита после возобновления движения потока. Давление подачи электролита рассчитывают по математической зависимости. Электрод-инструмент содержит корпус, рабочую поверхность и полость над ней, образованную ограничивающей ее стенкой, на рабочей поверхности и ограничивающей ее стенке соосно друг с другом выполнены отверстия, верхние и нижние, или щели, которые снабжены двойными клапанами, снабженными упругими элементами. Использование изобретения повышает точность и качество обработки поверхности деталей. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии обработки сложнопрофильных, труднообрабатываемых токопроводящих материалов с большой длиной межэлектродного канала.

Известен способ обработки в пульсирующем потоке электролита ("Основы повышения точности электрохимического формообразования" / Ю.Н. Петров и др. Кишинев: изд. "Штинца", 1977 г., стр.21).

Недостатком способа является запирание канала и прекращение съема металла при длине канала более 200 размеров межэлектродных зазоров (МЭЗ) из-за "запирания" межэлектродного канала.

Известны способ и устройство для его реализации, ближайший по технической сущности к предлагаемому и принятый за прототип (а.с. СССР 487743, МКИ В 23 Р 1/12, опублик. 21.01.76, БИ 38), при котором электролит постоянно подается и отсасывается через полость электрода, в котором имеются щели или отверстия для подвода и отвода электролита.

Недостатком способа и устройства является появление на электроде участков без подкачки электролита, что приводит к снижению точности и качества обработки, особенно при длине канала свыше 200 МЭЗ.

Заявляемое изобретение направлено на повышение точности и качества поверхности при обработке деталей с большой, свыше 200 МЭЗ, длиной обрабатываемых участков вдоль потока электролита, в расширении технологических возможностей электрохимической размерной обработки.

Технический результат достигается тем, что в способе электрохимической обработки, включающем подачу электролита и отвод его из межэлектродного пространства, устанавливают рабочее давление электролита на входе в межэлектродный зазор (Р_вх), при возникновении торможения потока электролита в межэлектродном зазоре по всей рабочей поверхности электрода через интервал не более 200 межэлектродных зазоров подают электролит под давлением (Р_о), превышающим рабочее давление (Р_вх), при этом (Р_о) рассчитывают по следующей зависимости: где К - коэффициент запаса (К=1,1-1,2); ρ_э - плотность электролита на входе в межэлектродный зазор; V_вх - скорость электролита на входе в межэлектродный зазор.

Электрод-инструмент для осуществления способа содержит корпус с рабочей поверхностью, полость, ограниченную стенкой и расположенную над рабочей поверхностью корпуса, выполненные соосно друг другу в стенке, ограничивающей полость, и в рабочей поверхности корпуса соответственно верхние и нижние отверстия или щели для подвода электролита в межэлектродный зазор, при этом верхние и нижние отверстия или щели выполнены на расстоянии не более 200 межэлектродных зазоров, каждое верхнее и соосное ему нижнее отверстие снабжено двойным клапаном с упругим элементом, а нижняя поверхность двойного клапана повторяет рабочую поверхность корпуса.

На чертеже представлена схема электрода-инструмента для обработки изделия.

Электрод-инструмент содержит корпус 1, рабочую поверхность А и полость 2 над ней, ограниченную стенкой 3, на рабочей поверхности А корпуса 1 и ограничивающей полость стенке 3 соосно друг другу выполнены верхние и нижние отверстия или щели 4, которые снабжены двойными клапанами 5, имеющими упругие элементы 6 с упругостью ϕ, не превышающей разность давлений ϕ≤P_o-P_вх.

Нижняя поверхность двойного клапана 5 повторяет рабочую поверхность А корпуса электрода-инструмента в месте расположения клапана.

Щели или отверстия обеспечивают подвод электролита под давлением не ниже Р_о в МЭЗ, назначаемый или рассчитываемый при проектировании технологического процесса. Расстояние от входа в МЭЗ до оси щели или отверстия 4 (l) рассчитывают через МЭЗ, выбирая соотношение не более 200 величин МЭЗ. Через такое же расстояние вдоль движения электролита выполняют такие же отверстия или щели 4, если длина обработки в детали более 200 величин МЭЗ. В каждом отверстии или щели 4 установлен двойной клапан 5 с верхним 7 (см. чертеж) и нижним 8 грибками, перекрывающими верхнее и нижнее отверстие или щели 4. Стержень клапана 5 расположен в верхнем отверстии или щели 4 с образованием зазора для прохода электролита. Между отверстиями или щелями 4 имеется полость 2, достаточная для установки упругого элемента 6. Диаметр или площадь нижнего отверстия или щели 4 выбирают конструктивно так, чтобы его перекрывал нижний грибок 8, а площадь торцевой поверхности верхнего грибка 7 берут, равной площади нижнего отверстия или щели 4. Упругий элемент 6 удерживает нижний грибок 8 клапана 5 в закрытом положении, но не препятствует его открытию при повышении давления в МЭЗ при образовании газожидкостной "пробки" 9.

Для этого упругость элемента 6 регулируют по зависимости ϕ = (0,8-0,9)(P_o-P_вх), где (0,8-0,9) - гарантированный запас по упругости для открытия клапана; Р_о - давление в канале при его запирании; где Р_вх - рассчитывается или назначается при проектировании технологического процесса;
ρ_э - плотность электролита, берется из справочников или определяется экспериментально;
V_вх - скорость электролита на входе. Может быть рассчитана ("Основы повышения точности электрохимического формообразования" / Ю.Н. Петров и др. Кишинев: изд. "Штинца", 1977 г., стр.19) по формуле (1.21)

где (j - плотность тока; L - длина канала; Сн₂ - электрохимический эквивалент выделения водорода; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура);
Р_вн - давление окружающей среды.

V_вх может быть также установлена экспериментально по расходу электролита (Q) при отсутствии в МЭЗ "пробок" 9 и по площади канала на входе F

Способ осуществляют следующим образом.

По заданным технологическим режимам устанавливают МЭЗ, давление Р_вх, рассчитывают плотность тока j, давление при его запирании. Берут коэффициент запаса (10-20%) и устанавливают на входе в клапан 5 давление P_o с учетом коэффициента запаса. Включают заданный режим и контролируют его по плотности тока j. При появлении "пробки" с периодом около секунды (время инерционности клапана) давление в МЭЗ резко возрастает, клапан 5 открывается и в МЭЗ поступает электролит, создающий импульс давления и разрушающий "пробку". После импульса движение возобновляется, давление в МЭЗ выравнивается и клапан под действием упругого элемента 6 закрывается.

Устройство работает следующим образом. Перекрывая грибками 7, 8 отверстия или щели 4 в корпусе 1 при отсутствии "пробки" 9 и открывая возможность подачи электролита под давлением при появлении "пробки", электролит под повышенным давлением можно получить либо с помощью дополнительного насоса, либо нагревателя типа приведенного в (Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов/Под ред. В.П.Смоленцева. В 2-х томах. T.1. - М.: Высшая школа, 1983, стр.155, рис.11-47).

Пример осуществления способа. При обработке направляющих лопаток лопаточных машин длина канала может превышать 450-500 мм. Выбрана для обработки лопатка с шириной пера 450 мм из сплава ВТ22. которую в настоящее время обрабатывают с подачей электролита через щель на середине канала или с отсосом газожидкостной смеси через щель на расстоянии 80 мм от щели для подачи электролита. В обоих случаях возникает неравномерный поток электролита ("пробки", противоток, остановки потока между щелями при работе по схеме с отсосом), что вызывает неравномерность съема, погрешность до 0,7 мм, местные микронеровности до 5 мк. Это ограничивает использование электрохимической размерной обработки при невозможности последующей обработки участков с повышенной погрешностью или шероховатостью.

Такую же лопатку обработали по предложенному способу при P_вх=0,25 MПa, давлении перед клапаном 0,36 МПа, j=18 А/см² при МЭЗ 0,5 мм, l=98 мм. Установлено, что клапан срабатывал через время не более 0,8 секунды, "пробка" разрушалась и была получена шероховатость Ra≤1,25 мкм, погрешность <0,3 мм, доработка под щелями не потребовалась, так как нижний грибок клапана 5 стал частью рабочей поверхности электрода-инструмента, в результате чего технологические показатели процесса отвечали требованиям чертежа, поэтому последующая обработка лопатки потребовала только отделочных операций.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить точность, чистоту обработки, расширить технологические возможности метода электрохимической обработки, так как после обработки по предлагаемому способу требуется только чистовой этап обработки без предшествующих ему операций размерного или доводочного формообразования.

Формула изобретения

1. Способ электрохимической обработки, включающий подачу и отвод электролита из межэлектродного зазора, отличающийся тем, что устанавливают рабочее давление электролита на входе в межэлектродный зазор (Р_вх), при возникновении торможения потока электролита в межэлектродном зазоре по всей рабочей поверхности электрода через интервал не более 200 межэлектродных зазоров подают электролит под давлением (Р_о), превышающим рабочее давление (Р_вх), при этом (Р_о) рассчитывают по следующей зависимости:

где К - коэффициент запаса, равный 1,1-1,2;
ρ_э - плотность электролита на входе в межэлектродный зазор;
V_вх - скорость электролита на входе в межэлектродный зазор,
и прекращают подачу электролита под давлением (Р_о) после возобновления движения потока электролита.

2. Электрод-инструмент электрохимической обработки, включающий корпус с рабочей поверхностью, полость, ограниченную стенкой и расположенную над рабочей поверхностью корпуса, выполненные соосно друг с другом в стенке, ограничивающей полость, и в рабочей поверхности корпуса соответственно верхние и нижние отверстия или щели для подвода электролита в межэлектродный зазор, отличающийся тем, что верхние и нижние отверстия или щели выполнены на расстоянии не более 200 межэлектродных зазоров, каждое верхнее и соосное с ним нижнее отверстия снабжены двойным клапаном с упругим элементом, при этом нижняя поверхность двойного клапана повторяет рабочую поверхность корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1