Способ электрохимической обработки

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки металлов путем анодного растворения и может быть применено при формировании элементов поверхности в машиностроении, самолетостроении, приборостроении и в других отраслях промышленности при получении изделий с повышенными требованиями к равномерности съема металла по всей обрабатываемой поверхности детали. Способ включает подвод электролита в рабочую камеру через электрод-инструмент и отвод через него газообразных продуктов реакций, которые для сокращения расходов на изготовление изделия осуществляют одновременно в незамкнутом объеме электролита путем подачи электролита по поверхности электрода-инструмента поливом с заполнением рабочей камеры и рабочей части электрода-инструмента, поддерживая уровень электролита, и удаления газообразных продуктов реакции из межэлектродного промежутка через электрод-инструмент вертикально, а рабочую часть электрода-инструмента выполняют из электропроводной сетки или пористого электропроводного материала. 1 ил.

 

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки металлов путем анодного растворения и может быть применено при формировании элементов поверхности в машиностроении, самолетостроении, приборостроении и в других отраслях промышленности при получении изделий с повышенными требованиями к равномерности съема металла по всей обрабатываемой поверхности детали. В частности, изобретение может быть использовано при изготовлении выпечных форм, применяемых в хлебопекарной промышленности, получении металлических фольг (панели солнечных батарей).

Известен способ электрохимической обработки, обеспечивающий течение электролита в межэлектродном промежутке, для повышения стабильности протекания электродных реакций, удаления продуктов реакций и отвода тепла. Сущность способа заключается в следующем: подвод электролита осуществляется, как правило, через центральное отверстие или щели в катоде-инструменте (прямая прокачка) или сбоку по периферии обрабатываемой поверхности (обратная прокачка). Подача электролита по периферии применяется в тех случаях, когда на обработанной поверхности не допускаются следы от отверстий или щелей [ОИ к А.С. 288964, МПК В23P 1/04, 1971]. При данной схеме подвода электролита происходит растворение обрабатываемой поверхности со стороны входа электролита в межэлектродный зазор больше, чем в зоне выхода электролита из зазора. Наличие течения электролита является причиной изменения локальных свойств межэлектродной среды (газонаполнения, давления, температуры и т.д.) и, как следствие, приводит к различной локальной скорости анодного растворения металла. Вследствие этого требуется несимметричная корректировка профиля катода-инструмента.

В ряде случаев для обеспечения более равномерных гидродинамических условий по поверхности детали направление потока электролита в процессе обработки периодически изменяют на противоположное. При этом неравномерность анодного растворения уменьшается, но не сводится к нулю, что также требует использования корректировки электрода-инструмента.

Одним из широко распространенных способов обеспечения равномерности электрохимической размерной обработки является уменьшение межэлектродного зазора до малых (до 0,05 мм) или сверхмалых величин (0,01-0,05 мм), при этом скорость движения электролита, как правило, практически равна нулю. Протекание тока через электролизер с неподвижным электролитом приводит к быстрому достижению диффузионных ограничений (уменьшение скорости анодного растворения) и к нарушению стабильности процесса (увеличению вероятности коротких замыканий).

Для обеспечения стабильности процесса разработаны схемы со сложным движением электрода-инструмента (импульсно-циклическая обработка [ОИ к А.С. 194510, МПК С23B, 1967], электрохимическая обработка с наложением ультразвуковых колебаний [ОИ к А.С. 323243, кл. В23Р 1/04, 1972]).

Основным недостатком вышеперечисленных схем обработки является то, что они разработаны для электрохимической обработки сплошным электродом-инструментом. Кроме того, требуется использование сложных и дорогостоящих механизмов слежения за величиной межэлектродного зазора, при этом производительность обработки существенно снижается из-за введения дополнительных холостых ходов на промывку межэлектродного зазора и восстановления заданного рабочего зазора.

Наиболее близким способом к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ электрохимической обработки в замкнутом объеме электролита, получаемом занавесом из газа, подаваемого в зону обработки раздельно от электролита [ОИ к А.С. 561648, кл. В23Р 1/04, 1977]. Сущность способа заключается в следующем: деталь-анод обрабатывают неподвижным инструментом-катодом, расположенным относительно анода на определенном расстоянии, равном межэлектродному зазору. Электрод-инструмент представляет собой металлическое основание с множеством каналов. Через один из каналов в катоде из межэлектродного зазора принудительно отводят электролит и продукты реакции (газ, шлам), а через каналы, расположенные вокруг отводного, производят подвод электролита в межэлектродный промежуток, в остальные каналы, расположенные вокруг рабочих, подают газ. По мере снятия припуска зону обработки перемещают по поверхности анода переключением электролитных и газовых каналов.

Недостатком прототипа является необходимость применения сложной системы раздельного подвода электролита и газа в зону обработки, а также их взаимного переключения в ходе обработки, что существенно усложняет конструкцию и приводит к увеличению стоимости технологической оснастки. При этом возможно получение следов на аноде от отверстий на катоде.

Задачей предложенного технического решения является сокращение расходов на изготовление изделия.

Данные требования достигаются тем, что с целью обеспечения одинаковых условий анодного растворения в каждой точке обрабатываемой поверхности создают условия одновременного подвода электролита и отвода выделяющихся газообразных продуктов реакции от анодной поверхности в незамкнутом объеме электролита через поверхность электрода-инструмента из электропроводной сетки или пористого электропроводного материала.

На чертеже показана схема обработки. Заготовка 1 и расположенный на определенном расстоянии электрод-инструмент 2 из электропроводной сетки (пористого электропроводного материала) установлены в рабочую камеру 3, в которой поддерживается уровень электролита 4, полностью покрывающего рабочую часть электрода-инструмента 2.

Способ осуществляется следующим образом: заготовку (анод) 1 и электрод-инструмент 2, рабочая часть которого выполнена из электропроводной сетки или пористого электропроводного материала, неподвижно расположенного на определенном расстоянии от анода, помещают в рабочую камеру 3. Для обеспечения равных гидродинамических условий обработки в каждой точке заготовки электролит подают через электрод-инструмент по поверхности поливом, одновременно выделяющиеся газы удаляются вертикально из межэлектродного промежутка также через электрод-инструмент, выполненный из электропроводной сетки или пористого электропроводного материала, что обеспечивает создание незамкнутого объема электролита. В результате этого сводится к минимуму возможность движения электролита и газов вдоль обрабатываемой поверхности анода. Это обеспечивает выравнивание съема материала анода по обрабатываемой поверхности.

Пример. Данное предложенное техническое решение прошло апробацию при обработке (утонение по всей площади) металлической фольги толщиной 120 мкм.

Заготовка из стали Х18Н9Т толщиной 120 мкм площадью 0,1 м² закрепляется на столе с помощью прижимной рамки, которая является рабочей камерой, на расстоянии 10 мм устанавливается электрод-инструмент, рабочая часть которого выполнена из металлической сетки с размером ячейки 3×3 мм с устройством подачи электролита (душирование). Подвод электрической энергии осуществляется с помощью токоподводов, закрепляемых вне зоны обработки над уровнем электролита. Электролит с помощью насоса подается поливом (душированием) по поверхности электрода-инструмента, заполняя рабочую камеру и рабочую часть электрода-инструмента, давление поддерживается на минимальном значении, обеспечивая требуемый уровень электролита над рабочей частью электрода-инструмента, слив в основной бак осуществляется через отверстия в прижимной рамке.

При использовании предлагаемого электрохимического способа для обработки металлической фольги толщиной 120 мкм удалось достичь толщины детали 20...25 мкм, при этом погрешность толщины составила не более 15-20% на всей обрабатываемой поверхности, что в 4 раза меньше, чем при использовании известных способов.

Применение данного способа при формировании рельефов произвольной формы глубиной до 2 мм на поверхностях площадью более 0,1 м² обеспечивает неравномерность глубины растворения менее 10%, а время обработки уменьшает в 10 раз по сравнению с наиболее близким способом к описываемому изобретению по технической сущности.

Способ электрохимической обработки металлов, включающий подвод электролита в рабочую камеру через электрод-инструмент и отвод через него газообразных продуктов реакций, отличающийся тем, что подвод электролита и отвод газообразных продуктов реакций осуществляют одновременно в незамкнутом объеме электролита путем подачи электролита по поверхности электрода-инструмента поливом с заполнением рабочей камеры и рабочей части электрода-инструмента, поддерживая уровень электролита, и удаления газообразных продуктов реакции из межэлектродного промежутка через электрод-инструмент вертикально, а рабочую часть электрода-инструмента выполняют из электропроводной сетки или пористого электропроводного материала.