Способ электрохимической обработки



Способ электрохимической обработки
Способ электрохимической обработки

 


Владельцы патента RU 2476297:

Федоров Владимир Андрианович (RU)
Трофимов Юрий Владимирович (RU)
Трофимов Владимир Владимирович (RU)

Изобретение относится к электрохимической обработке и может быть использовано при формировании глубоких отверстий малого диаметра в деталях. В способе осуществляют электрохимическую обработку технологически армированных композитных материалов при наложении ультразвукового поля, при которой формируют отверстия малого диаметра в предварительно подготовленной заготовке, состоящей из матрицы, изготовленной из твердого сплава, и установленной в нее при формовке стальной технологической арматуры. Заготовку подключают к положительному, полюсу источника постоянного технологического тока и погружают в электролит, обеспечивая между ее торцом и лепестком вращающегося катода-инструмента расстояние, равное начальному межэлектродному зазору, причем на заготовку и катод-инструмент подают напряжение, обеспечивающее растворение арматуры с пассивацией материала матрицы, а частоту вращения катода-инструмента устанавливают в соответствии с эмпирической зависимостью, учитывающей материал матрицы и число лепестков катода-инструмента. Изобретение позволяет осуществить избирательное травление установленной в заготовке арматуры и увеличить скорость удаления растворенного материала арматуры из формируемого отверстия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к электрохимическим методам обработки и может быть использовано при обработке глубоких отверстий малого диаметра в деталях машин.

Известен аналог - способ размерной электрохимической обработки в описании изобретения к авторскому свидетельству СССР №205489, МПК С23В 1/00 от 21.01.1965, опубл. 13.11.1967 в бюл. №23, отличающийся тем, что с целью обеспечения сплошности слоя электролита в зазоре в период электролиза, процесс анодного растворения осуществляют периодическими импульсами тока при неподвижном электролите, причем обмен его в межэлектродном зазоре производят во время пауз тока.

Недостатки: недостаточно высокая производительность процесса формообразования.

Известен прототип - способ электрохимической обработки импульсами технологического тока в описании изобретения к авторскому свидетельству СССР №944850, МПК В23Р 1/00 от 26.05.80, опубл. 23.07.82 в бюл. №27, заключающийся в том, что

1. Способ электрохимической обработки импульсами технологического тока с наложением на рабочую зону в паузах между ними ультразвуковых колебаний с периодом, кратным периоду следования импульсов технологического тока, отличающийся тем, что с целью повышения производительности процесса обработки ряда глубоких отверстий в диэлектрической детали с токоведущими стержнями обрабатываемую деталь в процессе обработки непрерывно перемещают перпендикулярно источнику ультразвуковых колебаний со скоростью, кратной отношению шага между отверстиями в детали к периоду следования импульсов технологического тока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время паузы импульсного тока устанавливают не менее времени нахождения обрабатываемого отверстия в зоне действия источника ультразвуковых колебаний.

Недостатки: недостаточно высокая производительность процесса формообразования.

Технический результат: повышение производительности процесса формообразования.

Технический результат достигается способом электрохимической обработки технологически армированных композитных материалов при наложении ультразвукового поля, включающим формирование отверстий малого диаметра в предварительно подготовленной заготовке, состоящей из матрицы, изготовленной из твердого сплава, и установленной в нее при формовке стальной технологической арматуры. В способе заготовку подключают к положительному полюсу источника постоянного технологического тока и погружают в электролит, обеспечивая между ее торцом и лепестком вращающегося катода-инструмента расстояние, равное начальному межэлектродному зазору, причем на заготовку и катод-инструмент подают напряжение, обеспечивающее растворение арматуры с пассивацией материала матрицы, а частоту вращения катода-инструмента устанавливают в соответствии с эмпирической зависимостью:

n=k·f·j/N,

где n - число оборотов катода-инструмента, k=(1-1,2)·10-4 для диэлектрических и k=(0,75-0,9)·10-4 для токопроводящих матриц,

f - частота колебаний ультразвукового преобразователя,

j - плотность технологического тока,

N - число лепестков катода-инструмента.

При осуществлении способа доставка электролита в межэлектродный зазор обеспечивается звукокапиллярным эффектом, не прерываемым во времени.

При электрохимической обработке в технологической зоне образуется газошламовый экран, препятствующий прохождению технологического тока, что уменьшает интенсивность удаления материала. При назначении оптимальных режимов формообразования в единицу времени выделяется объем загрязнений, который не может быть эффективно удален с использованием традиционных способов - прокачкой электролита через межэлектродный зазор.

Смена электролита в рассмотренных источниках производится в паузах между импульсами технологического тока:

- в авторском свидетельстве на изобретение-аналоге №205489 предлагается периодически прерывать процесс анодного растворения и подавать в промежуток между импульсами тока рабочую среду;

- в авторском свидетельстве - прототипе №944850 предлагается периодически снижать интенсивность удаления материала путем использования неподвижного катода-инструмента с отверстием, в котором установлен излучатель ультразвуковых колебаний. При этом вращение заготовки согласовано с подачей импульса или пакета импульсов. Период промывки осуществляется в промежутках между ними, когда обрабатываемый участок изделия находится в кавитирующей области.

Существенным отличием от аналогов является постоянное воздействие кавитации на технологическую зону, что увеличивает интенсивность ее очистки. Вследствие малой инерционности анодных процессов накопление продуктов обработки происходит с большой скоростью. Применение звукокапиллярного эффекта позволяет частично выводить блокирующие обработку газовые и шламовые фазы из технологической зоны во время цикла формообразования с наибольшей величиной технологического тока. Тем самым увеличивается продолжительность собственно анодного растворения.

Но в обрабатываемых капиллярных каналах накопление продуктов обработки происходит с большей скоростью, чем их вывод с использованием ультразвуковых явлений, энергетический вклад которых лимитируется физическими свойствами среды распространения ультразвука.

Экранирующие фазы с течением времени становятся стационарными и уменьшают электропроводность электролита находящегося в межэлектродном зазоре. Производительность удаления материала арматуры уменьшается до недопустимых значений. В период снижения величины технологического тока, что обеспечивается вращением катода, объем блокирующих загрязнений не увеличивается. Это позволяет беспрепятственно вывести значительную часть газа и шлама из межэлектродного зазора с использованием звукокапиллярного эффекта и восстановить электропроводность электролита, находящегося в получаемом канале.

Следующий цикл анодного растворения происходит при больших плотностях тока и с большей скоростью до накопления блокирующих обработку загрязнений, после чего очистка повторяется. Результатом применения предложенного способа является увеличение количества удаленного материала арматуры в единицу времени по сравнению с приведенными выше источниками.

Импульсы в известных аналогах вырабатываются генератором и требуют согласования с периодами промывки межэлектродного зазора, на что затрачивается дополнительное время на настройку технологического оборудования и усложняет конструкцию источника питания.

Существенным отличием от аналогов в заявленном изобретении является то, что импульсы технологического тока формируются при вращении катода-инструмента, что обуславливает синхронизацию технологических воздействий. Применение данной конструкции позволяет оптимально варьировать закона изменения величины технологического тока.

В условиях выпуска изделий с использованием технологически армированных заготовок механическое регулирование режимов формообразования за счет вращения катода-инструмента сокращает время на наладку станка отказом от регулирования синхронизирующих устройств. Результатом является сокращение доли подготовительно-заключительного времени, что для партии деталей обуславливает повышение производительности.

Сопоставительный анализ показывает, что заявленное изобретение отвечает условию патентоспособности.

Сущность заявленного изобретения поясняется на чертежах, где

на фиг.1 изображена общая схема установки;

на фиг.2 - график изменения зависимости производительности процесса формообразования, который выражает зависимость величины технологического тока J от времени Т.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Предварительно полученную заготовку, состоящую из матрицы 3, изготовленную из твердого сплава и стальной технологической арматуры 4 установленной при формовке, присоединяют к положительному полюсу источника постоянного технологического тока, затем ее погружают в электролит 5 находящийся в ванне 6 таким образом, чтобы между ее торцом и лепестком катода инструмента 1 было расстояние, равное начальному межэлектродному зазору, задают частоту и интенсивность ультразвуковых колебаний преобразователя 2, устанавливают количество оборотов катода в соответствии с эмпирической зависимостью:

n=k·f·j/N,

где n - число оборотов инструмента-катода, об/мин;

k - безразмерный коэффициент (1-1,2)·10-4 для диэлектрических и k=(0,75-0,9)·10-4 для токопроводящих матриц;

f - частота колебаний ультразвукового преобразователя, Гц;

j - плотность технологического тока, А/см2;

N - число лепестков катода-инструмента.

Назначают напряжение на электродах, обеспечивающее производительное растворение арматуры с пассивацией материала матрицы, что обеспечивает избирательное травление вставок, формирующих канал. При вращении инструмента периодически снижается плотность технологического тока при одновременном воздействии звукокапиллярного эффекта, что увеличивает производительность промывки.

Фиг.2 показывает изменение зависимости производительности процесса формообразования, которая выражается величиной технологического тока J от времени - Т. Позиция 1 отражает динамику формообразования в изобретении-прототипе. В заявляемом изобретении - позиция 2 - видно, что снижение тока с течением времени происходит по более пологой траектории. То есть показатель производительности процесса формообразования - технологический ток снижается менее интенсивно. Таким образом, большая полезная энергия может быть доставлена к обрабатываемой поверхности в одинаковый интервал времени.

Пример осуществления заявляемого способа.

В заготовку, изготовленную из твердого сплава ВК6М на стадии формовки установлена арматура из стали 20. Анод и катод-инструмент подключены к источнику питания постоянного тока с напряжением 2,2 вольта и находятся в электролизере, наполненном электролитом, состоящим из дистиллированной воды и хлорида натрия концентрацией 100 г/л. Плотность тока при этом составляет 200 А/дм2, межэлектродный зазор 0,5 мм. Для озвучивания электролизера используют ультразвуковые колебания с частотой 22 кГц интенсивностью 2 Вт/см2. Частота вращения определяется из эмпирической зависимости и составляет 121 об/мин.

Когда рабочий выступ катода находится против обрабатываемого канала, происходит интенсивное электролитическое удаление материала. По мере вращения к технологической зоне перемещается паз катода. Растворение материала и выделение шлама и газа происходит с меньшей скоростью. При подходе следующего лепестка к торцу заготовки в отверстии снова производится активный съем материала вставки. Доставка чистой рабочей жидкости производится непрерывно. Окончание обработки определяют по времени. Для отверстия диаметром 0,1 мм, глубиной до 15 мм оно составляет около 30 минут. Заявляемый способ позволяет получать микроканалы протяженностью свыше 100 диаметров.

Технико-экономический эффект.

Использование заявляемого способа обеспечивает повышение производительности процесса формообразования, заключающегося в увеличении объема продукции, получаемой в единицу времени с единицы технологического оборудования на 5-15%. Данный показатель обеспечивается увеличением средней плотности технологического тока.

На практике способ применяется для изготовления рабочих частей формообразующего инструмента с улучшенным подводом смазывающе-охлаждающей жидкости непосредственно в зону резания или пластического деформирования. Заявляемый способ получения микроканалов в сверхтвердых токопроводящих материалах используется с 2005 года, апробирован на предприятии «СКИФ-М». Технология применяется при изготовлении пуансонов штампов из твердого сплава для операций вытяжки тонкостенных деталей.

1. Способ электрохимической обработки технологически армированных композитных материалов при наложении ультразвукового поля, включающий формирование отверстий малого диаметра в предварительно подготовленной заготовке, состоящей из матрицы, изготовленной из твердого сплава, и установленной в нее при формовке стальной технологической арматуры, при этом заготовку подключают к положительному полюсу источника постоянного технологического тока и погружают в электролит, обеспечивая между ее торцом и лепестком вращающегося катода-инструмента расстояние, равное начальному межэлектродному зазору, причем на заготовку и катод-инструмент подают напряжение, обеспечивающее растворение арматуры с пассивацией материала матрицы, а частоту вращения катода-инструмента устанавливают в соответствии с эмпирической зависимостью
n=k·f·j/N,
где n - число оборотов катода-инструмента;
k=(1-1,2)·10-4 для диэлектрических и k=(0,75-0,9)·10-4 для токопроводящих матриц;
f - частота колебаний ультразвукового преобразователя;
j - плотность технологического тока;
N - число лепестков катода-инструмента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что доставка электролита в межэлектродный зазор обеспечивается звукокапиллярным эффектом, не прерываемым во времени.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрохимической резке тонкостенных электропроводных заготовок. .
Изобретение относится к электрохимическим и электрофизическим способам обработки материалов, а именно - к электролитам для электрохимической обработки острых кромок после слесарной зачистки в изделиях, преимущественно из нержавеющих и жаропрочных сплавов.

Изобретение относится к очистке электролита и может быть использовано для подачи, регенерации и регулирования параметров электролита. .

Изобретение относится к электрохимической обработке твердых WC-Co сплавов и может быть использовано для выполнения различных копировально-прошивочных операций при изготовлении сложнофасонных поверхностей деталей машин и инструментов.

Изобретение относится к области импульсной электрохимической обработки сталей и сплавов и может быть использовано для выполнения различных прецизионных копировально-прошивочных операций при изготовлении сложнофасонных поверхностей деталей машин и инструментов из труднообрабатываемых материалов.

Изобретение относится к электрохимической размерной обработке и может быть использовано при изготовлении сложнофасонных поверхностей деталей машин и формообразующей оснастки из хромсодержащих сталей и сплавов, работающих в условиях агрессивной внешней среды и повышенного трения.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при получении полостей в металлических деталях из любых видов заготовок, например, при изготовлении рабочего профиля пресс-форм, ковочных штампов, прошивке полостей переменного сечения.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для электрохимической обработки крупногабаритных тонкостенных деталей типа тел вращения.

Изобретение относится к электрохимической обработке токопроводящих материалов и может быть использовано при производстве штампов, пресс-форм и других деталей сложной формы на этапе финишной обработки.

Изобретение относится к импульсным источникам питания для электрохимической обработки. .

Изобретение относится к размерной электрохимической обработке деталей из высокопрочных сталей и сплавов и может быть использовано для изготовления деталей со сложным рельефом поверхности и сложным наружным контуром, например, управляющих рулей, лопастей, крыльев управляемых ракет, турбинных лопаток и т.п

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и может быть использовано при электрохимической обработке длинномерных деталей
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для электрохимической обработки металлокерамических твердых сплавов с применением импульсного униполярного тока

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления каналов с произвольным изгибом оси в цельных металлических материалах. Электрод-инструмент содержит рабочую часть, выполненную в форме шара, изолированного на половину площади сферы со стороны токоподвода диэлектрическим покрытием. Изолированная часть шара подвижно присоединена к гибкому каналу, на внешней стороне которого выполнены продольные открытые пазы для выхода рабочей среды, внутри шара выполнены сквозные противолежащие трубчатые отверстия и со стороны изолированной части к шару присоединены гибкие каналы для раздельной подачи рабочей среды в упомянутые трубчатые отверстия. На неизолированной части шара трубчатые отверстия разделены выпуклыми диэлектрическими линиями, а со стороны изолированной части шар соединен с измерительным центром противолежащими мерными нитями, расположенными внутри упомянутого гибкого канала с продольными пазами. Электрод-инструмент позволяет изготавливать сквозные и глухие каналы с минимальным диаметром до 2 мм с многократным изгибом по трем осям координат и с радиусом изгиба оси до половины диаметра изготавливаемого канала. 3 ил.

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов и сплавов, предназначенной для формирования на сложнофасонной поверхности регулярного нано- и микрометрического слоя. Электрохимическую обработку осуществляют в нейтральном электролите на малых межэлектродных зазорах с применением импульсов тока, которые синхронизируют с фазами колебания электрода-инструмента, соответствующими максимуму давления электролита в межэлектродном промежутке. Скорость сближения электродов выбирают так, чтобы величина максимума давления электролита в межэлектродном промежутке P(t)max не превышала допустимой максимальной величины давления электролита в межэлектродном промежутке [Pmax]. При P(t)max больше [Pmax] скорость сближения электродов уменьшают, а при P(t)max меньше [Pmax] скорость сближения электродов увеличивают, при этом поддерживают величину максимального давления электролита в межэлектродном промежутке P(t)max в пределах P(t)max≥0,8 [Pmax] и P(t)max≤[Pmax]. Изобретения позволяют повысить точность и производительность электрохимической обработки вибрирующим электродом-инструментом за счет получения возможности подачи импульсов тока в момент достижения оптимального сочетания межэлектродного зазора и наибольшего давления электролита. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки металлов и сплавов и может быть использовано для изготовления лопаток с двумя хвостовиками газотурбинного двигателя. В способе осуществляют формообразование лопатки при подаче напряжения на электроды-инструменты и заготовку лопатки при прокачке электролита через межэлектродный промежуток и задании электродам-инструментам синхронно-дискретного перемещения с периодическим ощупыванием лопатки, при этом направление перемещения каждого из электродов-инструментов задают так, что оно образует с осью лопатки острый угол величиной α, вершина которого обращена в сторону полки лопатки. Заготовку лопатки предварительно устанавливают в кассету устройства для крепления заготовки, подачу электролита осуществляют поперек продольной оси профиля пера лопатки непосредственно на обрабатываемую часть, а формообразование осуществляют при помощи четырех электродов-инструментов. Сначала обрабатывают часть профиля пера лопатки, сопряженные с ней радиусы переходов и полку хвостовика двумя соответствующими электродами-инструментами, затем поворачивают кассету с установленной в ней заготовкой лопатки на 180° относительно одной из горизонтальных осей, заменяют электроды-инструменты и обрабатывают оставшуюся часть пера лопатки, сопряженные с ней радиусы переходов, полку второго хвостовика. Изобретение позволяет увеличить точность обработки лопаток газотурбинного двигателя с двумя хвостовиками при уменьшении трудоемкости. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройству для электрохимической маркировке деталей, в частности для маркировки внутренней поверхности ствола оружия. Устройство содержит корпус цилиндрической формы из диэлектрического материала, размещенный внутри него катод-инструмент, снабженный цилиндрической камерой смешения электролита, по окружности которой выполнены радиальные сверления. Корпус и катод-инструмент в сборе с заготовкой ствола образуют кольцевой коллектор для подачи через него электролита в зону обработки. Катод-инструмент снабжен сменными секционными электродами, каждый из которых состоит из токопроводящей части - металлического кольца с установленными в него с возможностью радиального перемещения игольчатыми электродами, и нетокопроводящей части - сменной диэлектрической вставки, имеющей осевые каналы, соединяющие кольцевой коллектор с зоной обработки, и связанные с ними радиальные отверстия, выполненные по месту расположения игольчатых электродов. Изобретение позволяет увеличить точность и воспроизводимость создаваемой на внутренней поверхности ствола оружия идентификационной маркировки в виде углублений. 4 ил.

Изобретение относится к разделению листовых металлических материалов. Способ включает нанесение на плоскую сторону заготовки диэлектрического шаблона с контуром профиля разделения и установку на него металлического шаблона из запассивированного титанового сплава, со стороны которого с зазором для прокачки электролита устанавливают катод-инструмент и осуществляют подачу тока на анод-заготовку и катод-инструмент от источника тока, который через регулятор напряжения соединен с металлическим шаблоном. Металлический шаблон состоит из фрагментов, повторяющих участки заготовки с постоянной толщиной и изолированных друг от друга диэлектрическими связками, причем его устанавливают по границе изменения толщины листа заготовки. На каждый фрагмент шаблона подают напряжение, величину которого регулируют в зависимости от соотношения толщины заготовки под данным фрагментом и минимальной толщины листа заготовки. Изобретение позволяет повысить точность разделения листовых металлических материалов, имеющих переменную толщину. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к электрохимической размерной обработке металлических деталей в рабочей среде с переменной проводимостью. Вначале межэлектродный зазор заполняют рабочей средой и на электрод-инструмент и деталь подают импульсы тока до достижения рабочей средой температуры порога проводимости, после чего включают прокачку рабочей среды в межэлектродном зазоре и продолжают подавать на электрод-инструмент и деталь импульсы тока с частотой обратно пропорциональной положительному градиенту между рабочей температурой и температурой порога проводимости рабочей среды. Устройство содержит электрод-инструмент, датчик температуры, установленный в рабочей среде, и два параллельно подключенных к детали и электроду-инструменту источника тока, один из которых является источником импульсного тока и связан с регулятором частоты импульсов тока с возможностью управления по сигналам датчика температуры, а на выходе из межэлектродного зазора между электродом-инструментом и деталью установлен клапан, выполненный с возможностью управления подачей рабочей среды в зону обработки посредством регулятора температуры по сигналам датчика температуры. Изобретение упрощает управление температурой рабочей среды и повышает точность измерения температуры относительно порога проводимости рабочей среды при осуществлении электрохимической размерной обработки металлических деталей. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх