|
Реферат: Электроискровая и электроимпульсная обработка металла (Металлургия)
ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ УПРАВЛЕНИЯ имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ
Кафедра «МЕНЕДЖМЕНТ НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ»
Задание на курсовое проектирование по курсу:
«Естествено-Научные Основы Современных Технологий»
Тема проекта:
«Электроискровая и электроимпульсная обработка металла»
студента I курса ИУ на
транспорте
группы
ПМ авто-2
сдал: ВАЛЯЕВ Ю.Н.
принял: КОЛЕСНИКОВ
П.А.
задание выдано: 22.02.96
срок защиты проекта: 20.05.96
МОСКВА 1996
ВВЕДЕНИЕ
К электротехнологии относятся электрические способы обработки
металлов, получившие большое развитие за последнее десятилетие.
Электрическими способами обработки называются такие виды обработки,
при осуществлении которых съем металла или изменение структуры и качества
поверхностного слоя детали являются следствием термического, химического
или комбинированного действия электрического тока, подводимого
непосредственно (гальваническая связь) к детали и инструменту. При этом
преобразование электрической энергии в другие виды энергии происходит в
зоне обработки, образованной взаимодействующими поверхностями инструмента и
обрабатываемой детали.
Электрическая обработка включает в себя электроэрозионные,
электрохимические, комбинированные электроэрозионно-химические и
электромеханические способы обработки (схема 1).
При электроэрозионных способах обработки съем металла и изменение
свойств поверхности детали являются результатом термического действия
электрического тока.
В свою очередь, электроэрозионные способы обработки металлов по
назначению различаются на способы, при помощи которых осуществляется:
а) электроэрозионная размерная обработка металлов (съем металла и
придание заготовке заданной формы и размера);
б) электроэрозионное упрочнение или покрытие (изменение свойств
поверхностного слоя).
В настоящее время известны и применяются следующие основные способы
электроэрозионной обработки: электроискровой, электроимпульсный и
электроконтактный. Практически к этой же группе следует отнести и анодно-
механический способ, так как электрохимический съем металла (анодное
растворение) применяется лишь на доводочных режимах и притом не во всех
случаях использования этого метода. [pic]
Схема 1. Общая классификация электроэрозионных способов обработки металлов.
Как видно из схемы 1, электроискровой и электроимпульсный способы
позволяют произвести как съем металла, так и упрочнение; анодно-
механический и электроконтактный - только съем металла.
В зависимости от того, каким способом производится обработка или
упрочнение, можно говорить об электроискровой, электроимпульсной,
электроконтактной или анодно-механической размерной обработке или
упрочнении.
Приведенные определения и классификация позволяют рассматривать
электрическую обработку металлов как самостоятельную отрасль
электротехнологии.
С появлением электрических способов обработки оказалось в принципе
возможным осуществление методами электротехнологии всего комплекса
операций, необходимых для превращения заготовки в готовую деталь, включая и
ее термическую обработку.
Электроэрозионные способы не исключают механическую обработку, а
дополняют ее, занимая свое определенное место, соответствующее их
особенностям, а именно: возможности обработки токопроводящих материалов с
любыми физико-механическими свойствами и отображения формы инструмента в
изделии. Следовательно, использование электроэрозионных способов обработки
будет развиваться с повышением твердости и вязкости обрабатываемых
материалов, с усложнением формы детали и обрабатываемых поверхностей
(полости сложной конфигурации, отверстия с криволинейной осью, отверстия
весьма малого диаметра, тонкие и глубокие щели простой и сложной формы и т.
п.), наконец, с улучшением технико-экономических показателей
электроэрозионных способов обработки - повышением производительности,
чистоты поверхности, точности, стойкости инструмента и снижением
энергоемкости процесса.
Особо перспективным является использование электрических способов для
обработки деталей из твердых сплавов, жаропрочных сталей и специальных
трудно обрабатываемых сплавов, получающих все большее применение в связи с
повышением давлений, температур и скоростей в машинах и аппаратах.
Отдельные элементы разновидностей и частные применения
электроэрозионной обработки металлов были известны давно. Например, резка
металлов с наложением электрического тока (так называемая,
электрофрикционная резка, близкая по схеме и параметрам к электроконтактной
обработке) применялась около 70 лет тому назад; поверхностное упрочнение
угольным электродом с помощью электрического тока по методу Д. Н.
Дульчевского предложено в 1928 г. и др.
Однако быстрое развитие способов электроэрозионной обработки металлов
и превращение их в самостоятельную отрасль электротехнологии началось
вскоре после изобретения в 1943 г. Б. Р. и Н. И. Лазаренко
электроискрового способа и В. Н. Гусевым - анодно-механического способа.
Эти способы были дополнены в 1948 г. новым применением
электроконтактной обработки (заточка по методу инж. М. Е. Перлина),
получившим дальнейшее развитие в работах Харьковского электротехнического
института, Харьковского подшипникового завода (обработка шаров по методу
инж. Б. П. Гофмана), ХТЗ имени Орджоникидзе (обработка траков), научно-
исследовательского института Минсудпрома (обработка гребных винтов) и др.
Развитие электроискрового и анодно-механического способов шло по
линии создания многочисленных опытных конструкций приспособленных и
специальных электроэрозионных станков, автоматических регуляторов и
освоения новых технологических операций. Технические характеристики этих
способов - производительность, стойкость инструмента, энергоемкость,
удобство в эксплуатации - за этот период не получили сколько-нибудь
существенного изменения в лучшую сторону.
В электроискровом способе, основанном на применении зависимых
(конденсаторных) релаксационных генераторов импульсов, практически
исчерпаны возможности дальнейшего повышения производительности, снижения
износа инструмента и энергоемкости. Оказались необходимыми принципиально
новые технические решения и отказ от конденсаторных схем. Первые шаги в
этом направлении были сделаны в 1950 г. в Конструкторском Бюро Министерства
Станкостроительной и Инструментальной Промышленности (КБ МСиИП) в области
создания новых источников питания импульсным током (независимых генераторов
импульсов) для прошивочно-копировальных работ и Одесским политехническим
институтом в области разработки источников импульсного тока для обработки
вращающимся инструментом на мягких режимах (для изготовления надфилей).
Новый способ обработки, основанный на применении независимых
генераторов импульсов напряжения и тока, получил название
электроимпульсного.
С 1951 г. электроимпульсный способ разрабатывался в тесном
содружестве тремя организациями: Конструкторским бюро МСиИП, Лабораторией
электрических методов обработки Экспериментального научно-
исследовательского института металлорежущих станков и кафедрой
электрических машин Харьковского политехнического института имени В. И.
Ленина.
Электроимпульсный способ обработки при осуществлении прошивочно-
копировальных работ позволил по сравнению с электроискровым способом
повысить скорость съема металла на жестких режимах в 5-10 раз при наличии
возможности ее дальнейшего увеличения, снизить износ инструмента в 5-20 раз
и энергоемкость в 2-3 раза.
Приводимые в данной работе сведения характеризуют в целом современное
состояние техники, технологии и производственного использования
электроэрозионной обработки металлов. Наибольшее внимание уделяется при
этом электроимпульсному способу обработки, обладающему лучшими технико-
экономическими показателями и более широкой областью применения, чем
электроискровой. Из различных применений электроимпульсной обработки
излагаются, в основном, более исследованные прошивочно-копировальные
работы, представляющие наибольшую трудность для осуществления и более
универсальные по технологическим возможностям.
Электрическая обработка металлов и ее разновидность -
электроэрозионная обработка - представляют самостоятельную отрасль
электротехнологии, находящуюся на начальной ступени развития.
ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ РАЗМЕРНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Для обеспечения качественной размерной обработки металлов за счет
использования теплового действия электрического тока необходимо соблюдение
следующих трех основных условий:
1. Энергия электрического тока должна подводиться к обрабатываемому
участку в виде импульса достаточно малой продолжительности (локализация
элементарного съема металла во времени).
При непрерывном подводе энергии теряется точность обработки,
появляется дефектный оплавленный подслой, ухудшается чистота поверхности и
теряется одно из основных технологических качеств электрических способов
обработки - свойство отображения (копирования) формы инструмента в детали.
Примером обработки при непрерывном подводе энергии может служить
разрезка или выжигание отверстий электрической дугой; в этом случае
точность и чистота поверхности в месте реза неприемлема для размерной
обработки.
2. Участок детали, к которому подводится импульс энергии, должен быть
достаточно мал (локализация элементарного съема металла в пространстве).
Для того, чтобы произвести при подводе импульса энергии к большому
участку съем металла, необходимо соответственно увеличить энергию импульса,
что приведет к увеличению элементарного съема. Чем больше элементарный съем
металла, тем хуже, естественно, чистота поверхности и ниже точность
обработки.
Если сохранить при увеличенном элементарном участке импульс энергии
неизменным, то съем металла может вообще не произойти, так как подведенной
энергии будет недостаточно для расплавления элементарного съема.
3. Импульсы энергии должны подводиться к элементарным участкам объема
металла, подлежащего удалению, непрерывно и с достаточной частотой
(локализация процесса обработки во времени). Это условие обеспечивает
непрерывность процесса и получение требуемой производительности.
Указанным трем условиям удовлетворяют в разной степени электрические
способы обработки, основанные на тепловом действии электрического тока.
РАЗНОВИДНОСТИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Электрическую обработку металлов можно разделить на три группы.
К первой группе, основанной на чисто контактном подводе энергии,
относится электромеханическая обработка.
Так как чисто контактный подвод энергии не удовлетворяет трем
условиям размерной обработки, вследствие чего съем металла не достигается,
при электромеханическом способе съем металла осуществляется резцом, режущая
кромка которого является в то же время контактирующей поверхностью.
К резцу и обрабатываемой детали подводится переменный ток,
производящий в месте контакта нагрев детали. Электрический контактный
нагрев служит лишь целям уменьшения усилий резания и может быть заменен
другими источниками тепла - дугой, пламенем ацетиленовой горелки,
высокочастотным нагревом и т. п.
Как показывает расчет и опыт, с энергетической точки зрения введение
электрического тока через резец в общем случае является нецелесообразным и
не дает повышения производительности и увеличения стойкости инструмента.
Последнее объясняется тем, что ввиду малых падений напряжения в месте
контакта, для создания сколько-нибудь существенного нагрева необходимо
вводить весьма большие токи; при этом резец оказывается, с точки зрения
отвода тепла, в значительно более тяжелых условиях, чем обрабатываемая
деталь. Поэтому происходит разогрев режущей кромки и снижение стойкости
резца.
При малых же токах нагрев изделия настолько ничтожен, что практически
не оказывает влияния на величину усилия механического резания.
Вторая группа включает способы обработки, применяющие подвод энергии
через канал разряда. К этой группе относится электроискровой и
электроимпульсный способы и промежуточные разновидности, например, такие,
как обработка апериодическими импульсами на релаксационном генераторе,
включающая в себя элементы обоих способов.
Третья группа, объединяющая диодно-механический и электроконтактный
способы со всеми разновидностями, основана на применении комбинированного
контактно-дугового подвода энергии.
[pic]
Схема 2. Классификация электроэрозионных способов обработки металлов по
методам подвода энергии.
На схеме 2 показана классификация способов электроэрозионной
обработки металлов по методам подвода энергии и указаны известные в
промышленности разновидности, отнесенные к тому или иному способу но
принципу сходства наибольшего числа признаков. Наибольшее число
разновидностей получается при совмещении источников импульсного тока,
необходимых при подводе энергии через канал разряда, с относительным
движением электродов, применяемым при комбинированном подводе энергии. К
этим разновидностям относятся так называемая низковольтная электроискровая
и электроимпульсная обработка тел вращения или обработка вращающимся
электродом, анодно-механическая обработка с импульсным питанием и т. п. В
зависимости от того, признаки какого из способов превалируют в данной
комбинации, можно говорить, например, об электроконтактной обработке с
импульсным питанием или об электроимпульсной обработке с вращающимся
электродом. То же относится и к другим комбинациям четырех основных
способов электроэрозионной обработки.
Рассмотрим принципиальные отличия разновидностей размерной
электроэрозионной обработки внутри второй и третьей групп.
Электроискровой и электроимпульсный способы отличаются, как ниже
будет показано подробнее, устройством для генерирования импульсов,
параметрами и формой импульса, а также полярностью электродов.
Диодно-механический и электроконтактный способы отличаются по роду
применяемого тока (в первом случае - постоянный, во втором - переменный, и,
реже - постоянный) и по виду рабочей среды (в первом случае - жидкое
стекло, во втором - воздух, вода, масло и др.)
Следствием этих отличий является, в общем, ухудшение технических
характеристик электроконтактного способа по сравнению с анодно-механическим
(меньшая производительность при одинаковой чистоте поверхности, больший
износ инструмента, ограниченная номенклатура обрабатываемых материалов),
при более благоприятных условиях эксплуатации и большей простоте установки
в целом. Это обусловливает и различные области их применения.
Как следует из изложенного, независимо от способа подвода энергии,
известные электроэрозионные способы размерной обработки металлов имеют в
основе единую физическую природу - металл удаляется в результате
термического действия электрического тока.
Отличия заключаются в механизме удаления снятого металла и в
технических средствах, обеспечивающих выполнение трех условий размерной
электрообработки.
Сравнение удельных расходов энергии на съем металла различными
способами показывает, что наибольший расход энергии имеет место при
электрохимическом растворении (3,85 квт-ч/кг), затем при плавлении (0,35
квт-ч/кг).
При механической обработке удельный расход энергии в значительной
степени зависит от вида обработки. Так, при шлифовании он составляет, в
среднем, 2 квт-ч/кг, строгании, сверлении и фрезеровании 0,20-0,25 квт-
ч/кг, точении 0,045 квт-ч/кг.
При сопоставлении этих данных следует иметь в виду, что удельный
расход энергии для электрохимического растворения и плавления практически
не зависит от механических свойств обрабатываемых материалов, в то время,
как при механической обработке увеличение, например, твердости
обрабатываемого материала резко повышает удельный расход энергии.
Необходимо, однако, отметить, что фактические удельные расходы в
электроэрозионных и электрохимических установках значительно выше
приведенных данных вследствие неизбежных потерь энергии при ее
преобразовании и передаче.
Эти данные определяют с энергетической точки зрения целесообразность
применения электрических методов для обработки токопроводящих материалов,
трудно поддающихся механической обработке.
С учетом свойства отображения (копирования), осуществляемого на
электроэрозионных станках по предельно простой кинематической схеме и без
силового привода, и возможности выполнения ряда специальных операций,
недоступных механической обработке, следует расширить целесообразную
область применения электроэрозионных способов и на детали из обычных
материалов, но обладающих сложной формой, затрудняющей их механическую
обработку.
Рассмотрение методов подвода энергии электрического тока к
инструменту и детали показывает, что для осуществления требуемого
физического процесса съема металла необходимо специальное оборудование -
станок или установка, включающие в себя следующие специфические элементы:
1) генератор импульсов;
2) автоматический регулятор;
3) систему снабжения рабочей жидкостью (ванна, устройство для работы
с поливом, насосная станция и т. п., в зависимости от типа и назначения
станка).
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Электоротехнологические характеристики электроэрозион-ных способов
обработки позволяют определить по заданным площади, конфигурации и
материалу обрабатываемой детали, какие электрические режимы и в какой
последовательности их необходимо применить для того, чтобы получить деталь
с заданными размерами и чистотой поверхности и каково будет при этом
машинное время обработки. Электротехнологические характеристики в
электрической обработке аналогичны режимам резания в механической обработке
металлов.
Мы остановимся здесь только на основных принципиальных
электротехнологических характеристиках и методах их определения. Во
избежание повторения известных из литературы сведении, изложим только новые
направления в этом вопросе применительно к электроимпульсной обработке,
хотя методика и качественная сторона являются справедливыми для других
разновидностей электроэрозионной обработки. Методика подхода к решению
технологической задачи обработки детали электрическим способом весьма
важна, так как в промышленности еще не накоплен достаточный опыт в создании
электротехнологии. Для того же, чтобы этот опыт мог быть широко
использован, необходим единый методический подxод.
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗМЕРНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Рассмотрим основные технологические характеристики и области
преимущественного применения разновидностей электроэрозионной обработки
металлов.
Приводимые данные по производительности, чистоте поверхности и
энергоемкости относятся к обработке различных по величине площадей на
режимах, обусловливающих отсутствие участков оплавления и покрытия, т. е.
при оптимальных плотностях токов.
Электроискровой способ. Скорость съема металла на максимальных
режимах при обработке стали составляет в среднем 600 мм3/мин и близка к
предельно возможной для этого способа обработки металлов. Удельный расход
энергии на жестких режимах составляет 20-50 квт-ч/кг диспергированного
металла. Износ инструмента по отношению к объему снятого металла достигает
25-120 и более процентов. Чистота поверхности на мягких режимах достигает 4-
го класса (Нср = 25-30 мк) при скорости съема 10-15 мм3/мин. Дальнейшее
повышение чистоты поверхности сопровождается резким уменьшением скорости
съема. Так, при получении 5-го класса чистоты поверхности (Нср = 16-19 мк),
производительность электроискрового способа обработки меньше 5 мм3/мин.
Удельный расход энергии на мягких режимах в десятки и сотни раз выше, чем
на жестких.
При обработке твердого сплава производительность процесса на мягких
режимах, примерно, в два-три раза меньше, чем при обработке стали, однако
при этом получается несколько лучшая чистота поверхности. Применение более
жестких режимов при обработке твердых сплавов лимитируется образованием на
них трещин.
Электроискровой способ преимущественно применяется в настоящее время
для прошивочных работ, изготовления полостей сложной конфигурации и т. п.
операций, а также для шлифования тел вращения.
Электроимпульсный способ. Ряд характеристик этого способа изложен
выше. Электроимпульсная обработка имеет значительные преимущества по
сравнению с электроискровой. Улучшение технологических характеристик нового
способа обработки обусловлено применением специальных независимых
генераторов импульсов. Сообщаемые ниже технологические характеристики
способа отражают итоги первых работ и далеко не полностью характеризуют
возможности электроимпульсного способа.
Производительность на жестких режимах электроимпульсного прошивочно-
копировального станка КБ МСиИП с ламповым генератором импульсов превышает
5000 мм3/ мин при получении чистоты поверхности вне класса. Указанная
производительность может быть повышена на соответствующей площади до
нескольких десятков кубических сантиметров в минуту при увеличении
импульсной мощности. Энергоемкость на жестких режимах составляет 8-12 квт-
ч/кг диспергированного металла, относительный износ инструмента достигает
0,2 - 20%. Чистота поверхности, получаемая на указанном станке на мягких
режимах, соответствует 4-му классу (Нср = 25-30 мк) при производительности:
по стали 6-8 мм3/мин, по твердому сплаву, примерно, в 2-3 раза меньше.
Дальнейшее снижение режима обработки для получения большей чистоты
поверхности приводит к еще большему падению производительности и
увеличивает энергоемкость. Приведенные технологические характеристики
мягких режимов в настоящее время значительно улучшены путем применения
новых моделей машинных генераторов импульсов, разработанных Харьковским
политехническим институтом имени Ленина, ЭНИМС и КБ МСиИП, но все же
проблему резкого повышения производительности процесса обработки на мягких
режимах нельзя считать еще решенной, хотя принципиальные пути решения этой
задачи намечены.
Область преимущественного применения электроимпульсного способа та
же, что и электроискрового, но, учитывая более высокие технико-
экономические показатели, возможно более широкое его применение.
ПРИМЕРЫ НЕКОТОРЫХ ОПЕРАЦИЙ
Накопившийся за последние годы опыт позволяет установить области, где
применение электрических способов оказалось рентабельным, и области, где
имеются перспективы их внедрения при улучшении технико-экономических
характеристик способа, усовершенствовании оборудования и разработке новых
технологических приемов.
К числу операций, которые целесообразно в настоящее время выполнять
на универсальных прошивочно-копировальных станках (электроискровых и
электроимпульсных) относятся: изготовление (прошивание) отверстий, выборка
внутренних полостей и получение наружных поверхностей деталей. Чем сложнее
конфигурация детали и чем труднее осуществляется механическая обработка,
тем выгодней применение этих операций на электроэрозионных прошивочно-
копировальных станках.
На универсальных отрезных, преимущественно анодно-механических,
станках целесообразно выполнение отрезных работ на заготовках большого и
малого сечения, особенно из трудно обрабатываемого материала, фасонная
вырезка из листового материала (ленточные станки и др.).
Имеются отдельные операции, выполнение которых оказалось
целесообразным на специализированных электроэрозионных станках. К числу
таких операций, в частности, относятся:
1. изготовление мелких отверстий в топливной аппаратуре
(электроискровой способ);
2. профилирование твердосплавных пластин и заточка фасонных
твердосплавных резцов (анодно-механический способ);
3. получение стружколомающих порожков на твердосплавных пластинах
резцов (электроискровой способ);
4. извлечение сломанного инструмента и крепежных деталей
(электроискровой или электроимпульсный способы);
5. изготовление сеток и большого количества щелей различной
конфигурации в листовом материале (электроискровой или
электроимпульсный способы);
6. обработка шаров для шарикоподшипников, притирка валиков, обработка
сложных поверхностей, в том числе гребных винтов, обдирка чугунного
литья (электроконтактный способ).
С внедрением электроимпульсного способа обработки, обладающего
значительно более высокой производительностью при меньшем износе
инструмента, эффективность изготовления и ремонта штампов резко повышается.
Изготовление фигуры ковочного штампа электроимпульсным способом
осуществляется в 1,5-3 раза скорее, чем на копировально-фрезерных станках
при, примерно, одинаковой чистоте поверхности. Окончательную обработку
фигуры штампа целесообразней производить слесарно-механическим способом.
Для этого необходимо снять припуск 0,2-0,3 мм без существенного изменения
полученной электроэрозионным способом фигуры.
Следует учесть, что при изготовлении штампов электроэрозионным
способом большое значение имеет их серийность, так как при этих способах
обработки велики первоначальные затраты на изготовление инструментов.
Изготовление стружколомающих порожков. Операция электроискрового
изготовления стружколомающих порожков на резцах с твердосплавными
пластинками получила широкое распространение в промышленности.
Эта операция достаточно производительна. Например, на серийно
выпускаемом настольном электроискровом станке мод. 4382 в смену
изготовляется от 206 до 400 порожков на резцах с твердосплавными
пластинками размером от 30 X 40 до 10 X 10 мм.
Изготовление сеток и щелей. Эта операция является также
перспективной. Имеются установки (КБ МСиИП и других организаций), на
которых изготавливают тысячи мелких отверстий в час в листовой нержавеющей
стали. В этом же материале изготавливаются в больших количествах щелевые
прорези. Указанные операции, осуществляемые на многоконтурных,
многоэлектродных электроискровых и электроимпульсных станках, в некоторых
случаях вообще не могут быть заменены механической обработкой. Трудоемкость
по сравнению с механическим сверлением или фрезерованием сокращается в 1,5-
10 раз.
Частным случаем является получившее широкое применение в
промышленности изготовление мелких отверстии и 0,15 мм и выше в топливной
аппаратуре.
Рассмотрим некоторые модели современных электроэрозионных станков и
примеры отдельных технологических операций, которые могут быть на них
осуществлены.
ЭЛЕКТРОИСКРОВЫЕ СТАНКИ
Электроискровые станки изготавливаются универсальными и
специализированными.
Универсальный прошивочно-копировальный электро-искровой станок.
Станок предназначен для изготовления электроискровым способом сквозных и
глухих отверстий произвольной формы в любых токопроводящих материалах,
преимущественно трудно обрабатываемых. На станке могут изготовляться
ковочные и вырубные штампы, а также прессформы, прошиваться отверстия в
закаленных сталях и деталях из твердых сплавов. Осуществлению указанных
операций должен обязательно предшествовать технико-экономический расчет,
так как не во всех случаях эффективно производить указанные операции на
этом станке. Эффективность увеличивается при обработке деталей из трудно
обрабатываемых сплавов, при сложной конфигурации детали или выполнении
операций, не поддающихся механической обработке.
На электроискровых станках можно прошивать отверстия, начиная с
диаметра 0,1 мм, а в некоторых случаях и ниже, что механическим сверлением
осуществить трудно.
Для прошивания мелких отверстий в распылителях имеется ряд
конструкций станков, разработанных на Ленинградском карбюраторном заводе.
В настоящее время имеются опытные конструкции полуавтоматов,
позволяющие обрабатывать несколько распылителей одновременно.
Полуавтомат для шлифования рабочего конуса распылителя. Станок
предназначен для электроискрового шлифования и вывода эксцентричности
рабочего конуса распылителя по отношению к посадочному цилиндрическому
отверстию.
Технология, схема и конструкция полуавтомата является примером
рационального применения электроискрового способа, удачно заменяющего
существующую технологию абразивного шлифования, требующую применения
быстроизнашивающихся малых шлифовальных кругов, вращаемых от воздушной
турбинки со скоростью 60000 об/мин. Механическая и электрическая части
станка более надежны и просты в эксплуатации, чем у существующих станков
аналогичного назначения.
ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫЕ СТАНКИ
Универсальный прошивочно-копировальный станок. Станок предназначен
для изготовления и восстановления электроимпульсным способом ручьев
штампов, прессформ, прошивания отверстий любой формы, обработки деталей из
специальных трудно обрабатываемых токопроводящих материалов, изготовления
небольших партий сеток в листовой нержавеющей стали и других подобных
операций.
Электроимпульсный переносной станок для извлечения сломанного
инструмента. Станок предназначен для извлечения сломанных инструментов и
крепежа из крупных корпусных деталей, таких как станины, картеры
двигателей, рамы и т. п., а также из небольших деталей, которые могут быть
установлены на столе станка. В ряде случаев возможно использование
переносного станка для исправления брака в термически обработанных деталях
и выполнения несложных копировальных работ.
Станок рассчитан на широкий диапазон применения. Диаметр прошиваемых
отверстий лежит в пределах 2-30 мм, т. е. охватывает практически почти весь
диапазон резьб и отверстий, встречающихся в среднем и крупном
машиностроении.
Специальный прошивочно-копировальный станок. Станок предназначен для
изготовления большого количества ступенчатых щелей в ситах угольных
центрифуг.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Таким образом, в этой курсовой работе показано, чем электроимпульсная
и электроискровая обработка металлов выгодно отличаются от других обработок
металлов.
Реферат на тему: Электролитная обработка полосы
Липецкий государственный технический университет
Кафедра обработки металла давлением
ДОКЛАД
на тему
«ЭЛЕКТРОЛИТНАЯ ОБРАБОТКА ПОЛОСЫ»
Выполнил: студент
Лепекин Н.В.
Группы ОД-01-1
Проверил:
Пешкова
Липецк 2002
1. Возможности ЭО
2. Виды загрязнений поверхности и существующие способы очистки
3. Электролитная очистка поверхности металлов
4. Очистка поверхности металлов и сплавов от окислов
5. Результаты промышленных испытаний
6. Очистка поверхности сварочной проволоки в электролите
7. Нанесение покрытий при катодной обработке
8. Образование покрытий на поверхности активного анода
ВОЗМОЖНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССАХ ПРОКА ТНОГО, ВОЛОЧИЛЬНОГО И ТРУБНОГО ПРОИЗВОДСТВА.
Многофункциональная электролитная обработка (ЭО) основана на
протекании и комплексном воздействии на поверхность и саму заготовку
электрохимических, диффузионных и термохимических процессов. ЭО
производится, как правило, в водных растворах электролитов солей,
слабощелочных и слабокислотных растворах с различными функциональными
добавками и заключается в формировании электрических разрядов между
анодом и катодом (обрабатываемая деталь) через слой электролита и газо-
паровую подушху, окружающую заготовку, в условиях наложения на электроды
повышенного напряжения постоянного тока (от 150 В). Состав рабочей среды,
электрические, гидродинамические и тепловые режимы, конструкция узла ЭО
определяют цель и технологическое назначение процесса. Ниже приводятся
результаты промышленного применения и экспериментальных разработок
возможностей процесса.
ОЧИСТКА ПОЛОСЫ ОБЕСПЕЧИВАЕТ:
чистоту поверхности полосы до 0,00-0,05 г/м2 (в зависимости от степени
очистки электролита);устраняет необходимость применения
стандартных способов очистки - химического, механического,
электролитического (до 40В) и одного узла промывки полосы;позволяет вести
поверхностное легирование стали, в частности, для электротехнической-
силицирование и обезуглероживание, а также возможность управлять доменной
структурой металла;увеличить сцепление покрытий различного назначения с
поверхностью полосы за счет увеличения ее площади и изменения геометрии
микроразрядами;значительно повысить коррозионную стойкость полосы.
Размеры установки ЭО для электротехнической стали шириной 1000 мм. при
скорости 2 м/сек - 2х2 х2 м. Результаты получены при производстве
десятков тысяч тонн электротехнической стали на НЛМК и ММК. Новизна
разработок подтверждена 6-ю изобретениями.
НАСЕЧКА ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ ОБЕСПЕЧИВАЕТ:
повышение износостойкости валков в 2-3 раза;
шероховатость - от 0,4 до 10 мкм;
изотропность выступов вдоль и поперек прокатки -0,8-1,0;
число выступов ва базовой длине - регулируемое 50-250 шт/см;
устранение возникновения дефекта «навара» полосы на валок при обрыве в
непрерывных станах;
повышение поверхностной твердости валка;
вдвое снизить свариваемость металла в рулонах при высокотемпературном
отжиге в колпаковых печах за счет «развитой» поверхности полосы;
определять визуально дефекты валка, допущенные при изготовлении и при
пере шлифовках;
стоимость установки электролитной насечки валков в 30-50 раза ниже
зарубежных аналогов (лазерный, разрядный).
Разработки защищены нами патентами России, а также запатентованы
Америкой, Англией, Германией. Прокатано на валках с электролитной насечкой
1000 тонн электротехнической стали и автолиста на НЛМК, ММК, Череповецком
меткомбинате, Ашинском метзаводе и Запорожском
меткомбинате.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ ТРУБ С ПОКРЫТИЕМ.
Сущность способа одной операции ЭО поверхности изделия в растворе
определенного состава и заданных режимах.
Наиболее близким по технологии является способ изготовления
газонефтепроводных труб (Н.В. Курганов «СТАЛЬ», № 10, 1999 г., с.55-58),
включающий термическое обезжиривание, дробеметную обработку и кислотную
очистку с последующим нагревом в печи, последовательным нанесением защитных
слоев из эпоксидного праймера, адгезива я полиэтилена, охлаждение, проверку
сплошности, отделку и контроль качества покрытия. Основной недостаток
способа в том, что подготовка поверхности перед нанесением покрытия
включает три сложные, продолжительные, самостоятельные технологические
операции, направленные на улучшение качества соединения покрытия с металлом
трубы. При этом коррозионная стойкость в большей степени определяется
защитными покрытиями и качеством его нанесения.
Процесс ЭО позволяет совместить в одной операции все выше названное.
Электротехническая сталь, очень склонная к коррозии, даже в течение дня,
после года хранения в условиях «снег- дождь- тепло- дождь» осталась без
следов коррозии. Валки прокатных станов после электролитной насечки не
ржавеют в аналогичных условиях в сравнении с валками после дробеметной
обработки.
Большие возможности процесса ЭО представляются в технологии
волочильного производства. Обработка высоколегированной проволоки на
опытно- промышленной установке позволила совместить в одной технологической
операции очистку поверхности, высокотемпературную обработку и
нанесение защитно - смазочного подслоя из состава электролита при
необходимости дальнейшего волочения. Размеры электролитного узла- 400 мм,
скорость проволоки до 2 м/сек.
ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПОВЫШЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
1. Виды загрязнений поверхности и существующие способы очистки
Состояние поверхности металлов и сплавов оказывает большое влияние на
эксплуатационные качества готовых изделий. Важную роль играет под готовка
поверхности на промежуточных операциях, поскольку вносимые при их
проведении загрязнения могут дать дефекты, исправление которых на
дальнейших стадиях изготовления продукции весьма затруднительно.
Встречающиеся на поверхности стальных изделий загрязнения можно
разбить на три основные группы:
1) твердые окисные и солевые образования (окалина, ржавчина, продукты
травления и т. д.),
2) масляные, жировые и эмульсионные пленки, наносимые специально при
прокатке и штамповке в качестве смазки,
3) твердые и жидкие загрязнения случайного характера (пыль,
металлические частицы и т. д.).
Загрязнения первой группы почти нерастворимы в воде, щелочных и
органических растворителях, но хорошо растворяются в кислотах. Минеральные
масла растворяются в органических растворителях (бензине, бензоле, эфире и
т. д.). В щелочной среде они диспергируются и образуют
эмульсии, отделяющиеся от поверхности металла: Животные и растительные
масла сравнительно легко омыляются щелочами, растворяются в органических
растворителях и образуют водорастворимые соединения с некоторыми кислотами.
Продукты взаимодействия животных и растительных жиров с применяемыми
для очистки растворами также могут быть эмульгированы. Часть из них
растворима в воде, часть реагирует со щелочами с образованием
водорастворимых соединений.
Масла и жиры при нагреве в окислительной среде сгорают, а в
восстановительной и нейтральной - разлагаются, перегоняются и испаряются.
При определенных условиях на поверхности металла может остаться
твердый остаток, удаление которого весьма затруднительно.
Загрязнения третьей группы обычно удаляются техническими способами
(щетками, сильной струёй воды, действием ультразвуковых колебаний).
Существенную роль в процессах очистки играет состав стали и состояние
ее поверхности. Содержащиеся в стали легирующие элементы и примеси сильно
влияют на состав и структуру окисных пленок, образующихся на поверхности.
Разнообразная природа загрязнений поверхности приводит к необходимости
выполнять различные операции очистки в определенной последовательности. При
этом за каждой химической операцией должна следовать соответствующая
промывка поверхности. :
При химическом обезжиривании очищающая жидкость должна хорошо
смачивать поверхность металла. Только в этом случае можно достичь такого
контакта, при котором может произойти либо растворение загрязнения, либо
его отрыв от поверхности. Это происходит в том случае, если коэффициент
поверхностного натяжения (или поверхностная энергия) на границе металл -
газ превышает сумму соответствующих аналогичных характеристик на границах
металл - жидкость и жидкость - газ. При большой величине поверхностной
энергии границы металл - жидкость наблюдается явление полного несмачивания.
Промежуточное состояние характеризуется определенной величиной краевого
угла смачивания (угла между поверхностью металла и касательной к
поверхности жидкость - газ в точке соприкосновения трех сред).
Жидкое загрязнение удаляется с поверхности при помощи нерастворяющейся
жидкости в том случае, если она способна образовывать на границе с металлом
краевой угол, меньше краевого угла, образуемого жидким
загрязнением» При этом очищающая жидкость должна прника-пь через
тонкую пленку жидкого загрязнения непосредственно к поверхности
металла.
Вытеснение пленки очищающей жидкостью почти всегда сопровождается
химическим взаимодействием их компонентов. Последнее играет решающую роль
при растворении загрязнений органическими растворителями. Интенсификация
этих процессов достигается применением поверхностно-активных веществ (ПАВ),
которые помогают отделить частицы загрязнения от поверхности металла с
образованием эмульсии и удерживают в ней частицы, не давая им возможности
повторно осесть. Для интенсификации процессов при химическом обезжиривании
часто применяют ультразвук.
Электрохимическое обезжиривание в щелочных растворах протекает
быстрее, чем химическое. В качестве электролитов используются растворы тех
же веществ (МаОН, КОН, МазР04, Nа2СОз, Ма2&Юз), что и при химическом
обезжиривании. Механизм процесса электрохимического обезжиривания сводится,
в основном, к эмульгированию жиров пузырьками водорода (на катоде) или
кислорода (на аноде).
При погружении загрязненного металла в щелочной раствор наблюдается
разрыв масляной пленки и собирание ее в капли. При поляризации металла
прилипание масляной пленки к металлической поверхности умепь шается.
Газовые пузырьки, отрываясь от электрода около капли масла, задерживаются
на ней. По мере увеличения их размеров масляные капли вытягиваются, силы
сцепления их с поверхностью металла уменьшаются, и они отрываются от
поверхности.
При использовании постоянного тока на катоде выделяется в два рааа
больше газа, чем на аноде. Поэтому катодное обезжиривание является болей
эффективным. При одинаковом количестве выделяющегося газа более эффективным
является обезжиривание выделяющимся кислородом. Это может быть объяснено
частичным гидрированием смазки (взаимодействием с водородом) с образованием
более вязких продуктов, которые труднее удаляются с поверхности.
Обычно применяемая плотность тока в стационарных ваннах не превы шает
0,03...0,1 А/см2, при обезжиривании быстро перемещающихся полос и проволоки
плотность тока увеличивают до 0,25...0,50 А/см .
Наиболее простым способом удаления с поверхности всех органических
веществ является обезжиривающий отжиг. Для предотвращения образования на
поверхности слоя окислов его обычно проводят в защитной атмосфере. Это
усложняет конструкцию соответствующих агрегатов и повышает стоимость данной
технологической операции. Поэтому его применяют в тех случаях, когда наряду
с обезжириванием требуется термическая обработка. Полного испарения масел и
жиров с поверхности обычно не происходит.
При нагреве в воздушной атмосфере это связывают с окислением
компонентов смазочных материалов. При недостатке кислорода вместо полного
сгорания смазки может происходить процесс сухой перегонки, сопровождающийся
образованием твердого углеродистого остатка.
Удаление с поверхности окислов обычно проводят с использованием
химического и электрохимического травления. При химическом травлении на
поверхности протекают сложные физико-химические процессы: смачивание
окалины растворами кислот, проникновение их в поры, сопровождающееся
началом химического взаимодействия. Этому моменту соответствует наибольшая
скорость процесса. При насыщении раствора продуктами взаимодействия
наблюдается спад скорости растворения окислов.
Применение электрохимического травления позволяет интенсифицировать
процесс удаления окислов. В качестве электролитов используют растворы
кислот, щелочей, солей, а также их смеси. Стальные изделия могут быть как
катодом, так и анодом.
При катодном травлении в растворах кислот выделяется водород, который
имеет большую восстановительную способность и может восстанавливать высшие
окислы металлов до низших, растворимых в кислоте. Кроме того, выделение
водорода способствует разрыхлению и отрыву окалины.
При анодном травлении удаление окислов сопровождается образованием
пассивной пленки, препятствующей растворению основного металла.
Для очистки поверхности от окислов применяются и другие методы; в
частности механические: обработка металлическими щетками, абразивами,
дробеструйная и пескоструйная очистка.
2. Электролитная очистка поверхности металлов от масляных и жировых
загрязнений
Специфика процессов около активного электрода обуславливает
комплексное воздействие, которое может быть использовано для обезжиривания
поверхности. При этом будет действовать электрохимический механизм удаления
загрязнений, связанный с выделением водорода на катоде и кислорода на
аноде. Интенсивность этого процесса будет намного больше, поскольку
величина плотности тока будет значительно превышать ту, которая достигается
при низких напряжениях. Вскипание электролита у катода способствует
размягчению загрязнений и ослаблению их сцепления с поверхностью металла.
Кавитационные и электроэрозионные процессы вблизи обрабатываемой
поверхности тоже ускоряют процесс обезжиривания.
химическим процессом - восстановлением высших окислов железа в низшие
атомарным водородом. Для этого было предложено использовать как постоянный,
так и переменный ток напряжением не менее 100 В при плотности тока 5...10
А/см . Предполагалась струйная подача электролита на обрабатываемое
изделие. Обезжиривание при аналогичных режимах предложено проводить в:
напряжение 90...180 В, плотность тока 8... 10 А/см2.
Проверка данного метода проведена для лент шириной 40 мм с
использованием струйной (спреерной) подачи электролита (8...12%-ный раствор
Nа2СОз) и шириной 250 мм методом опускания полосы в ванны с использованием
частично погруженного в электролит ролика. Оптимальной в данных работах
признана температура электролита 40...50 С, а концентрация Ка2СОз - выше
7%. Рекомендуемое напряжение зависит от скорости движения полосы: 90...120
В при скорости 0,5 м/с и 140...190 В при скорости 2 м/с и более.
Оптимальные режимы позволили добиться удаления 98% загрязнений.
Электролитная обработка способствовала повышению пластичности,
выразившейся в снижении давления на валки при прокатке полос и уменьшении
содержания в стали углерода и азота. Последнее объясняется воздействием на
цементит и карбонитриды железа, которые имеются в стали В виде включений.
Замечено сглаживание микрорельефа поверхности, достигаемое за счет действия
импульсных разрядов.
Было обнаружено проникновение смазки при прокатке на глубину 10...13
мкм в зависимости от степени деформации. На поверх ности углерод
распределялся в виде крупных сегрегации площадью до 1 мм , Химическое
обезжиривание, осуществляемое протиркой образцов бензином и ацетоном, не
позволяло удалить загрязнения, проникшие по порам и трещинам в глубь
металла. Последующая обработка в электролите при напряжениях 100...170 В
позволила уменьшить площадь сегрегации в десятки раз и достичь количества
остаточных загрязнений 0,14...0,23 мг/м2.
Для обезжиривания полосы концентрацию кальцинированной соды следует
принимать не выше 7%, так как при более высокой концентрации затрудняется
промывка полосы. Добавка до 2% фосфатов или до 0,6% поверхностно-активных
веществ благоприятно влияет на процесс очистки и облегчает смыв с
поверхности полосы остатков электролита. Добавка их в большем количестве
приводит к усиленному пенообразованию и вторичному загрязнению поверхности
при выходе из ванны.
Оптимальным признано рабочее напряжение 70... 120 В, что обеспечивает
качественную очистку (удаление 97...98% загрязнений) при исходной
загрязненности полосы 1,081...1,176 г/м .
Следует отметить, что указанные в данной работе значения поверхностной
мощности (1,5...3,5) • 10 кВт/м представляются завышенными, так как
получены с учетом предположения, что основное падение напряжения (до
70...80%) происходит в прикатодном слое.
Следует отметить, что при напряжениях, соответствующих переходу от
режима II к режиму III, качество очистки ухудшается, что связано с
нестабильностью процессов в этих условиях (рис. 3.1).
Позднее аналогичные исследования были проведены в Славянском филиале
ВНИИМЕТМАШ.
В качестве электролита применяли водные растворы кальцинированной соды
с концентрацией 8.-.12% или сульфата натрия (концентрация 15...20%)
Применение некоторых нейтральных электролитов, в частности сульфатов,
хлоридов, нитратов позволяет интенсифицировать процессы очистки
поверхности. Однако эксплуатация таких электролитов связана с
дополнительными трудностями: элементы циркуляционной системы должны быть
выполнены из коррозионностойких материалов. Кроме того, в зоне обработки в
этом случае наблюдается выделение токсичных газов, что предъявляет
повышенные требования к вентиляции и технике безопасности.
Представляет интерес исследование зависимости удельных энергозатрат от
плотности тока при очистке поверхности полосового проката. По результатам
экспериментов, представленных на рис. 3.2, были сделаны следующие выводы:
1. Энергетические затраты на очистку минимальны при плотности тока 1
А/см2.
2. Очистка только при анодной поляризации требует энергии на порядок
больше, чем при катодной.
По технологическим возможностям было предложено выделить пять зон,
Область А характеризуется высокой интенсивностью удаления загрязнения,
в том числе и окислов, но энергозатраты при этом значительны.
Область Б-с поверхности проката удаляются смазка и сажистые
загрязнения, при этом отпадает необходимость в щеточно-моечных машинах
(ЩММ).
Область В характеризуется минимальными энергетическими затратами,
применение ЩММ зависит от требований к качеству очистки.
В области Г обязательно применение ЩММ, энергетические затраты
относительно невысокие.
Область Д не эффективна с точки зрения энергетических затрат.
Обработка при малых напряжениях и низких плотностях тока обычно
применяется как финишная операция после проведения предварительной очистки
другими способами.
При электролитной очистке поверхности загрязнения переходят в элей-
тролит. В процессе эксплуатации электролит также загрязняется за счет
постепенного растворения анода.
Результаты спектрального анализа, проведенного в инфракрасной
области, свидетельствовали о том, что в процессе электролитной очистки
происходит разложение эфиров и карбоновых кислот, входящих в состав
эмульсола. Дифференциальный термический анализ неорганических загрязнений
показал наличие двух эндотермических эффектов при 110 "С и 400 "С,
обусловленных потерей сорбционной и кристаллизационной воды, и большого
экзотермического эффекта с максимумом при 275 "С. Такие эффекты характерны
для гелеоб-разных окислов РегОз • пН20. Данные рентгенофазного анализа
показали, что основными составляющими неорганических загрязнений являются
Ре(ОН)з и у-РезОз • НзО. При спектральном анализе обнаружены примеси 81, Са
и др. После прокаливания на воздухе при температуре 1000 "С в составе
загрязнений были обнаружены 5102 (а-тридимит), окислы РеО, Ре20з, Рез04,
4Са • ЗРе20з • Рез04.
Таким образом, в состав загрязнений входят: технологические масла и
продукты их превращения (эфиры, спирты, альдегиды и кетоны), гидраты
окислов железа, кремния и кальция, соли веществ, входящих в состав
электролита, а также частицы металла, являющиеся продуктами износи полосы и
оборудования при прокатке.
3 Очистка поверхности металлов и сплавов от окислов
Возможность очистки поверхности от окислов предусматривалась • одной
из первых работ по применению данного способа поверхностной обработки.
Результаты экспериментальной проверки, проведенной в работе для полосового
проката, показали, что обработку можно вести в растворах Nа2СОз, МаС1,
К.2СОз с концентрацией 5...10% при напряжениях 160... 220 В.
Аналогичные исследования были проведены с использованием одномолярных
растворов Ма2СОз, Маг504, NаС1, а также разбавленных кислот НС1 и Н2&04.
Продолжительность удаления горячекатанной окалины с полос малоуглеродистой
стали толщиной 2,5...10 мм составляла 20...45 с при использовании в
качестве электролита раствора кальцинированной соды.
Применение солей активных кислот позволяло снизить время обработки на
40... 60%. Эксперименты, проведенные с использованием слабых растворов
соляной и серной кислоты, позволили значительно сократить время обработки.
Так, окисная пленка толщиной 0,2...0,35 мм, образующаяся ни поверхности
автолистовой стали при холодной прокатке, удалялась в тече ние 0,2...0,25
с. Окисная пленка толщиной 1,5...2,0 мкм, образовавшаяся при отжиге на
поверхности нержавеющей стали, удалялась в течение 0,3...0,5 с, а окалина
толщиной 10...18 мкм была удалена с поверхности толстых полос за 1,0...5,0
с.
Необходимо отметить, что катодная очистка поверхности от окислов по
существу является электроэрозионной обработкой. Она может происходить
только при возникновении импульсных электрических разрядов. Как отмечалось
ранее, характер импульсных разрядов в режимах III и IV приблизительно
одинаков. Отличие лишь в том, что в переходном режиме периодически
осуществляется контакт электролит - металлический катод, что приводит к
охлаждению последнего и не позволяет образовываться на поверхности
стабильному парогазовому слою.
При обработке изделий, движущихся с достаточно большой скоростью,
поверхность металла не сможет нагреться до значительной температуры даже
при выходе на режим IV.
В качестве электролита использовался 10%-ный водный раствор
сернокислого натрия при температуре 50...70°С. Опыты проводились при
напряжении до 150 В. Оптимальным признано применение катодной поляризации,
обеспечивающее надлежащее качество очистки за время обработки, равное 3 с.
Для интенсификации процесса очистки к раствору соды (9,5...11%) было
предложено добавлять 1,3...1,5% фтористого натрия. Очистку проводили при
напряжении свыше 170...180 В и плотности тока 0,9...1,1 А/см2.
Обработка, названная авторами электроразрядной, проводилась при
напряжении 170...180 В и плотности тока 0,95...1,0 А/см2 в электролите,
содержащем 12...15% соды. Было найдено, что после 30 с обработки
наблюдалось значительное изменение рельефа поверхности, характеризующееся
сильной разрыхленностыо окисного слоя, вырывами, обнажающими участки
металлической основы. При дальнейшей обработке (60 с) окалина сохранялась в-
ввде отдельных островков. Увеличение времени обработки до 90 с и выше
приводит к микрооплавлению основного металла. При этом возможно повторное
окисление очищаемой поверхности.
Применение предварительного знакопеременного изгиба позволяло
сократить время очистки с 60...90 до 20...25 с. Скорость очистки может быть
увеличена при последующем использовании приводных металлических ще-
ТОк[131].
Для очистки поверхности стальной проволоки и лент было предложено
применить 10.. .15%-ный раствор сульфата аммония. Процесс рекомендовано
проводить при напряжении 100...150 В и плотности тока 2,5...3,4 А/см2.
Возможна также очистка фасонных поверхностей с применением специальных
устройств для подачи электролита.
Весьма недостаточно исследована возможность применения анодного
процесса для очистки поверхности. Возможно, это связано со вторичным ее
окислением в результате выделения кислорода. Между тем, имеющиеся данные
указывают, что при анодном процессе происходит активное растворение
некоторых металлов. К ним относятся вольфрам, молибден, алюминий, титан.
Хуже растворяются хром и некоторые стали. В ряде случаев максимальный
эффект наблюдался в сравнительно узком интервал напряжений, где выход по
току, определяемый условно по закону Фарадея,
превышал 100%. Авторы связывают это с протеканием интенсивных
химических и электрохимических реакций в парогазовой оболочке в присутствии
электрических разрядов, а также их непосредственным воздействием на
поверхность анода, особенно в электрогидродинамическом режиме. Возможна
эрозия поверхности и в режиме нагрева.
Таким образом, анодная обработка совмещает в себе электроэрозионное,
кавитапионное и электрохимическое воздействия, и для некоторых металлов и
сплавов ее применение может дать положительный эффект. По своему действию
она является электроэрозионноэлектрохимической, которая находит широкое
применение в машиностроении как один из видов размерной обработки.
4. Результаты промышленных испытаний и внедрение способа электролитной
очистки поверхности
Очистка поверхности металлов и сплавов в электролите при повышенных
напряжениях, получившая ряд названий (электролитная, электролитно-кя-
витационная, термоэлектроразрядная) прошла опытно-промышленные испытания.
Наиболее приемлемым сортаментом для ее использования являются
проволока и прутки, имеющие круглое сечение. При их обработке отсутствует
необходимость принятия специальных мер для защиты кромок, что иногда имеет
место при обработке полос, особенно тонких. Кроме того, для них легче
создать одно из необходимых условий для электролитной обработки: площадь
вспомогательного электрода должна быть больше пло щади активного электрода
(обрабатываемого участка поверхности).
Очистка поверхности сварочной проволоки диаметром до 8 мм проводилась
на специализированной установке при напряжении 150...200 В и силе тока
100... 150 А. Максимальная скорость проволоки, обеспечивающая ее
качественную очистку, достигала 50 м/мин, используемый электролит - раствор
кальцинированной соды концентрацией 10...15%. В данной установке
использовали катодный процесс. После обработки на поверхности
образовывалась защитная пленка, содержащая натрий, что улучшало условия
горения дуги при последующем использовании проволоки.
Аналогичные параметры использованы в установке, предназначенной для
очистки проволоки от ржавчины и графито-мылъной смазки. Габариты установки
были 2200 х 1700 х 1900 мм, применяемое напряжение 180 ± 20 В, сила тока до
400 А, плотность тока 4,9...5,2 А/см2. В качестве электролита использовали
водный раствор соды концентрацией 5 ± 1%.
На одной из промышленных установок осуществлялось травление проволоки
диаметром 1...3 мм при напряжении до 130 В и плотности тока до 15 А/см2 при
скоростях 2,5...9,5 м/мин.Обработка полос малой ширины (от 40 до 350 мм)
проводилась с использованием узлов разной конструкции, в том числе с
горизонтальным и вертикальным перемещением изделий.
Была выполнена опытно-промышленная проверка электролитной очи-, стки
поверхности рулонной электротехнической стали промышленной ширины (до 800
мм). Обработку проводили в двух режимах: разрядном (при напряжении
200...240 В и силе тока в каждой из двух ванн 300...500 А), и в режиме
активного электролиза (при напряжении 80... 100 В и силе тока 600...1000А).
Первый режим наиболее эффективен для очистки поверхности металла,
прокатанного с использованием эмульсола. В то же время очистка поверхности
с остатками и | |
