Электрохимическая обработка. 
Технология конструкционных материалов

Электрохимическая обработка металлов (ЭХО) основана на явлении анодного растворения металла при прохождении постоянного тока через электролит между электродом-инструментом и электродом-заготовкой [б].

На рис. 8.5 показаны схемы обработки заготовок в струе проточного электролита: турбинной лопатки (рис. 8.5, а), штампа (рис. 8.5, б) и схема прошивания сквозного цилиндрического отверстия (рис. 8.5, в). Под действием электрического тока от источника питания атомы поверхностного слоя металла заготовки вступают в химическое соединение с анионами (отрицательно заряженными ионами) электролита, переходят в раствор и удаляются потоком электролита.

Рис. 8.5. Схемы электрохимической размерной обработки:

1 — инструмент-электрод; 2 — заготовка; 3 — изолятор Под действием внешней электродвижущей силы слабосвязанные электроны из атомов поверхностного слоя уходят во внешнюю электрическую цепь, разрывая связь этих атомов с массой металла. Положительно ионизированные атомы металла вступают в реакцию с анионами электролита, образуя соединения, которые или растворяются в электролите, или создают на поверхности заготовки пленку, удаляемую механически.

Участки заготовки, не требующие обработки, изолируют. В качестве электролита используется чаще всего водный раствор поваренной соли (NaCl), который имеет малую стоимость и длительную работоспособность. Кроме того, используют водные растворы нитрата и сульфата натрия, серной и фосфорной кислот. Электролит используется многократно после очистки в фильтрах. Заготовку погружают в ванну с электролитом, либо электролит подают в зону обработки через сопло.

В состав электролита вводят специальные добавки, снижающие его вязкость (инертные газы, воздух), снижающие коррозионную активность, поверхностно-активные вещества (для лучшей очистки обрабатываемой поверхности заготовки и самого электролита в фильтрах).

Преимущества ЭХО перед традиционными методами обработки металлов:

• — отсутствует износ электрода-инструмента (инструментом является электролит);
• — возможность формообразования сложнофасонных поверхностей при поступательном перемещении электрода-инструмента (рис. 8.6);
• — обработка материалов с высокой производительностью независимо от их физико-механических свойств;
• — отсутствие не только силового, но и температурного воздействия на заготовку в зоне обработки;
• — уменьшение шероховатости обработанной поверхности и глубины дефектного слоя;
• — простота автоматизации.

Недостатки ЭХО:

• — высокая стоимость оборудования;
• — высокая энергоемкость обработки.

Рис. 8.6. Схема последовательного (а, б, в) формообразования поверхности заготовки:

1 — электрод-инструмент; 2 — электрод-заготовка Производительность ЭХО определяется количеством вещества G, растворенного под действием тока. Согласно закону Фарадея оно прямо пропорционально количеству электричества, прошедшего через раствор электролита. Для ЭХО будут справедливы следующие зависимости:

где к, k_v — соответственно массовый, г/(А ч), и объемный, мм³/(А мин) электрохимический эквивалент обрабатываемого материала; I — сила тока, А; т — время обработки, ч; h — снимаемый припуск, мм; у_л — линейная скорость растворения металла, мм/мин; i_a — анодная плотность тока, А/см²; t_M — машинное время, мин.

Максимальная производительность станков ЭХО теоретически может достигать 2000 мм³/мин.

Инструмент при ЭХО имеет форму, обратную форме обрабатываемой поверхности. Скорость растворения металла пропорциональна плотности тока, которая будет больше там, где меньше зазор. При проектировании катода-инструмента необходимо корректировать его форму с учетом технологических особенностей метода ЭХО. Например, если необходимо получить плоскую поверхность, используют электродинструмент со слегка выпуклым профилем, так как металл быстрее удаляется с краев заготовки. При изготовлении цилиндрических отверстий надо предусматривать корректировку возникающей конусности и т. д.

Интенсивное растворение металла заготовки и достаточно точное копирование профиля катода на аноде возможно только при достаточно малых расстояниях между электродами (порядка 0,2—0,5 мм). Копирование профиля катода происходит вследствие перераспределения плотности тока. Для получения больших плотностей тока в качестве источников питания используют агрегаты, дающие напряжение 5—30 В при величине силы тока 10 000 А и выше.

Точность получаемых размеров для обработки методом ЭХО — до ±20 мкм.