Методы электрохимической обработки металлов

Методом электрохимической обработки можно проводить практически любые операции по изготовлению деталей, доводке изделий либо заточке инструмента при отсутствии всякого негативного вмешательства в структуру металла.

Под электрохимической обработкой металлов понимают такие различные процессы, которые связаны со специфическим воздействием на металлические детали путем растворения поверхности электролитическим способом. Метод широко применяется в промышленности, в таких отраслях машиностроения, как создание космической техники, авиационных аппаратов, автомобильная индустрия, производство техники для медицинских нужд, установок энергетического назначения, различных микросистем.

Путем электрохимической обработки можно работать с металлами любого типа, марки, проводить операции со сплавами высоколегированными на основе никеля, крепкими титановыми сплавами и материалами, которые прошли закалку. Поскольку метод не предполагает контактного силового взаимодействия между инструментом и заготовкой, деталь не подвергают нагреву, это исключает возникновение таких негативных моментов, как выработка инструмента, растрескивание тела заготовки, покрытие пленочными оксидами, необходимость проведения доводочных работ по устранению заусенцев.

Изделия из металла, подвергнутые обработке электрохимическим способом, не имеют напряжений внутри структуры, изменений в кристаллической решетке, заусенцев на поверхности.

Назначение электрохимической обработки металла

Электрохимическая обработка деталей – иногда единственно возможный метод придания формы изделию из металла. Связано это с тем, что другие виды обработок: термическая или механическая – в некоторых случаях могут привести к изменению структуры поверхностного слоя. Изменятся свойства металла: увеличится хрупкость, потеряются эластичность и упругость, снизится сопротивляемость коррозии. Все это сделает невозможным дальнейшее использование детали в узле механизма, особенно если это ответственная конструкция.

Другой причиной, по которой целесообразно применение электрохимической обработки, это работа с твердыми сплавами. Обыкновенные резцы не всегда способны дать высокую точность обработки. Может понадобиться много операций доводки, а это финансово не всегда оправдано, ведь в итоге электрохимическая обработка дает самые точные прецизионные результаты всего лишь за один цикл операции обработки. Здесь также важен момент отсутствия влияния электрохимического инструмента на кристаллическую решетку металлической заготовки.

Чтобы понять, как можно использовать метод, нужно иметь представление о процессе обработки. Взаимодействие между инструментом и деталью проходит в растворе электролита и, по сути, представляет собой электролиз.

Процесс обработки металла

Процесс выглядит следующим образом:

1. Заготовку и инструмент помещают в емкость, чтобы они не соприкасались между собой.
2. К детали подсоединяют «+» клемму источника постоянного тока, к инструменту – «-» клемму.
3. В емкость заливают электролит на основе нейтральной соли и подают напряжение.
4. Между заготовкой и инструментом начинает течь электрический ток, и происходят окислительно-восстановительные реакции, где металл заготовки окисляется, а инструмент восстанавливается.
5. В результате деталь приобретает определенную форму, а в электролите оседает шлам в виде продуктов окисления.

Разновидности обработки

Электролитический способ настолько универсален, что электрохимическими методами обработок можно добиться выполнения практически любых результатов, как при механической обработке. Можно затачивать инструмент, выполнять полировку, получать отверстия в металлической заготовке, получать деталь любой формы. Все это можно представить, как если бы над деталью трудилось одновременно несколько токарных и фрезерных станков.

Методом электрохимической обработки можно создавать формы произвольной конфигурации из любого без исключения металла.

Режущие операции

За счет того что ток можно уплотнить до очень высоких показателей, с поверхности металла в области протекания электролиза съем частиц будет более интенсивным. На этом принципе основана электрохимическая резка. Чтобы электрохимический процесс был стабильным, добиваются постоянной скорости окисления с одновременной подачей в рабочую область электрода катода. В итоге прорезь канавок в заготовке будет проходить непрерывно.

Дополнительно для эффективного удаления окислов из рабочей зоны при помощи насоса в емкости постоянно прокачивают раствор электролита. Катодом в таком автоматизированном процессе обычно служит металлическая проволока, которая с заданной скоростью перематывается между двумя барабанами с одного на другой. Электрохимический процесс позволяет получить очень узкий рез, сопоставимый с десятыми долями миллиметра.

Получение отверстий методом прошивания

Способ, когда металл прошивают, очень схож с тем, как игла входит в материю, только в нашем случае иголкой выступает катод, на торец которого подается плотный ток, как в случае резки металла. Между торцом и металлической деталью в области взаимодействия начинает протекать электролиз, и металл постепенно окисляется. Катод в виде стержня также медленно подают в рабочую зону по мере растворения поверхности изделия.

Материал электрода в этом случае подбирают очень тщательно. Недопустимо, чтобы в процессе движения происходила вибрация электрода, что приведет к неточности образования отверстия. Все части электрода, которые не участвуют в операции, надежно изолируют, дабы избежать электролиза в других частях заготовки и не испортить последнюю. Точность диаметра, с какой можно получить отверстие путем электрохимического прошивания, не выходит за пределы 0.15 мм.

Метод копирования

Применяется этот электрохимический метод тогда, когда в заготовке необходимо получить точную копию матрицы, в роли которой выступает анод. В этом случае плотность тока подается по всей поверхности образца, который располагают над заготовкой и постепенно, контролируя зазор, опускают в растворяемый металл до тех пор, пока он полностью не «впечатается» в тело заготовки.

Метод имеет свои сложности из-за необходимости тщательно контролировать толщину зазора, причем по трем осям координат. Точность обработки при этом может доходить до практически идеальных показателей при отклонениях до 3 микрон. Еще одна сложность – достичь высокого сходства параметров у деталей, полученных от одной прецизионной матрицы. Здесь разбег может составлять до 10 микрон.

Получение точных размеров путем электролиза

Для получения высокоточных параметров размера детали в электрохимической обработке применяют способ принудительной прокачки электролита под давлением с одновременным его обновлением. Это позволяет создавать стабильно высокую плотность тока в зазоре и уменьшать зазор до максимально возможного значения.

Операции по заточке инструмента

Метод электрохимической заточки основан на принципе создания неравномерной плотности тока, направленной вдоль кромки режущего инструмента. В результате выборка металла идет под углом, и резец заостряется. Можно изменить угол заточки путем изменения угла наклона анодного инструмента.

Объем и скорость снятия металла напрямую зависят от силы тока и времени обработки изделия.

Если вы сталкивались с процессом электрохимической обработки металлов, имеете практический опыт проведения таких операций или базовые знания в этой области, поддержите тему в комментариях. Всегда интересно и полезно знать мнение специалистов!