Катод для электрохимической обработки

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для электрохимической обработки крупногабаритных тонкостенных деталей типа тел вращения. Катод содержит рабочий элемент, профиль которого повторяет форму обрабатываемой поверхности. Рабочий элемент установлен на стержне и жестко соединен с ним, а ось симметрии рабочего элемента совпадает с осью вращения стержня, при этом рабочий элемент в части, повторяющей форму обрабатываемой поверхности, выполнен в виде пластины, ширина которой в любой ее точке соответствует условию: b₁/V₁=b_n/V_n=const, где b₁, b_n - ширина пластины в различных точках, V₁, V_n - линейные скорости в данных точках. Технический результат: повышение качества обработки поверхности детали за счет равномерного съема металла по всей площади поверхности. 1 табл., 3 пр., 6 ил.

 

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к электрохимической обработке крупногабаритных тонкостенных деталей типа тел вращения.

Для обработки поверхностей деталей типа тел вращения используют катоды секционного типа (Орлов В.В., Чугунов Б.Н. / Электрохимическое формообразование - М.: Машиностроение, 1990, с.188-189).

Применение секционных катодов для обработки крупногабаритных деталей проблематично, т.к. конструкция секционного катода получается громоздкой, сложной в изготовлении и эксплуатации.

В качестве прототипа выбран трубчато-контурный катод, рабочий элемент которого повторяет профиль обрабатываемой поверхности и выполнен из токопроводящей (медной иди стальной) трубки. Концы трубки жестко закреплены в корпусе катода («Вестник машиностроения» №11, 1975). В процессе обработки катоду сообщают вращение.

Недостатком этого катода является низкая точность и невысокое качество обработанной поверхности из-за неравномерного съема металла, так как участки, расположенные на более близком расстоянии от оси вращения, обрабатываются быстрее, чем отдаленные, ввиду более длительного времени взаимодействия катода с обрабатываемой поверхностью.

Задачей изобретения является повышение качества обработки за счет достижения равномерного съема металла по всей площади обрабатываемой поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в катоде для электрохимической обработки, содержащем рабочий элемент, профиль которого повторяет форму обрабатываемой поверхности, установленный на стержне и жестко соединенный с ним, при этом ось симметрии рабочего элемента совпадает с осью вращения стержня, согласно изобретению рабочий элемент в части, повторяющей форму обрабатываемой поверхности, выполнен в виде пластины, ширина которой в любой ее точке соответствует условию: b₁/V₁=b_n/V_n=const,

где b₁, b_n - ширина пластины в различных точках,

V₁, V_n - линейные скорости в данных точках.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен катод для электрохимической обработки детали полусферической формы в разрезе.

На фиг.2 - катод на фиг.1, вид сверху.

На фиг.3 представлен катод для электрохимической обработки детали конической формы в разрезе.

На фиг 4 - катод на фиг.3, вид сверху.

На фиг 5 представлен катод для электрохимической обработки детали параболической формы в разрезе.

На фиг 6 - катод на фиг.5, вид сверху.

Катод для электрохимической обработки состоит из рабочего элемента 1 и стержня 2, жестко соединенных между собой (фиг.1, 3, 5). Ось симметрии рабочего элемента совпадает с осью вращения стержня. Рабочий элемент представляет собой пластину, профиль которой повторяет профиль обрабатываемой поверхности. Ширина рабочей части пластины определена из условия b₁/V₁=b_n/V_n=const, т.е. отношение ширины рабочей части пластины в любой ее точке к линейной скорости в этой точке есть величина постоянная.

Пример 1: Для обработки корпусной детали летательного аппарата, выполненной в виде полусферы радиусом Rд=245 мм из алюминиевого сплава АМг6, использовали катод полусферической формы, имеющий радиус Rк=244 мм (фиг.1). Радиус катода определяли как разность между радиусом детали и зазором между катодом и деталью. Материал катода - титановый сплав ОТ-4. Ширину рабочего элемента - пластины рассчитали исходя из условия b₁/V₁=b_n/V_n=const. Зная, что катод при обработке будет совершать вращение с заданным числом оборотов (2 об/мин), по формуле ω=πn/30, через угловую скорость ω рассчитаем линейную скорость V=ωR для произвольных точек 1, 2 пластины (фиг.2). Точка 1 рабочего элемента имеет радиус вращения R₁=100 мм, точка 2 - R₂=210 мм. Угловая скорость рабочего элемента равна ω=(3,14·2/30)=0,21 сек^-1, соответственно линейные скорости точек 1, 2 равны V₁=21 мм/с, V₂=44 мм/с. Примем ширину рабочего элемента в точке 1 b₁=5 мм, из соотношения b₁/V₁=b₂/V₂ рассчитаем b₂

b₂=b₁·V₂/V₁=10,47 мм. Принимаем b₂=10 мм.

Электрохимическую обработку проводили в 15% водном растворе азотнокислого аммония NH₄NO₃ при плотности тока 12 А/см². Время обработки 90 мин.

Пример 2: Для обработки корпусной детали летательного аппарата, имеющей форму полого прямого усеченного конуса с Rд max=252 мм и Rд min=150 мм из алюминиевого сплава АМг6 (фиг.3, 4), использовали катод, рабочий элемент которого имеет коническую форму с Rк max=251 мм и Rк min=149 мм. Материал катода - титановый сплав ОТ-4. Часть катода, не повторяющая форму обрабатываемой поверхности, выполнена произвольно и служит для обеспечения жесткости соединения со стержнем и симметрии рабочего элемента относительно оси стержня. Расчет ширины пластины производим аналогично примеру 1. Состав электролита и режимы обработки аналогичны примеру 1.

Пример 3. Для обработки детали летательного аппарата, имеющей форму усеченного полого параболоида вращения, изготовленной из алюминиевого сплава АМг6, использовали катод, рабочий элемент которого в части, повторяющей форму обрабатываемой поверхности, выполнен в виде пластины, ширина которой в любой ее точке соответствует условию b₁/V₁=b_n/V_n=const. (фиг.5, 6). Часть катода, не повторяющая форму обрабатываемой поверхности, выполнена произвольно и служит для обеспечения жесткости соединения со стержнем и симметрии рабочего элемента относительно оси стержня. Размеры детали Rд maх=160 мм и Rд min=120 мм. Размеры катода Rк max=159 мм и Rк min=119 мм. Материал катода - титановый сплав ОТ-4. Состав электролита и режимы обработки аналогичны примеру 1.

Результаты экспериментальной проверки предложенного катода, представленные в таблице, показывают, что его использование понижает шероховатость поверхности и отклонение от формы.

Сравниваемые устройства	Шероховатость поверхности (Ra)	Отклонение от формы, мм	Температура раствора (Т), °С
Устройство по прототипу	2,5	0,06-0,09	20-35
Предлагаемое устройство	2	0,025	20-30

Катод для электрохимической обработки, содержащий рабочий элемент, профиль которого повторяет форму обрабатываемой поверхности, установленный на стержне и жестко соединенный с ним, при этом ось симметрии рабочего элемента совпадает с осью вращения стержня, отличающийся тем, что рабочий элемент в части, повторяющей форму обрабатываемой поверхности, выполнен в виде пластины, ширина которой в любой ее точке соответствует условию:
b₁/V₁=b_n/V_n=const,
где b₁, b_n - ширина пластины в различных точках,
V₁, V_n - линейные скорости в данных точках.