Elektrochemické zpracování

Elektrochemické zpracování (ECM) je způsob zpracování elektricky vodivých materiálů, který spočívá ve změně tvaru, velikosti a (nebo) drsnosti povrchu obrobku v důsledku anodického rozpouštění jeho materiálu v elektrolytu působením el. proud.

Druhy elektrochemického zpracování

Elektrochemické hromadné kopírování  - Elektrochemické obrábění, při kterém se tvar nástrojové elektrody zobrazuje v obrobku

Elektrochemické šití  - Elektrochemické zpracování, při kterém nástrojová elektroda, prohlubující se do obrobku, vytváří otvor konstantního průřezu

Inkjet electrochemical flashing  - Elektrochemické blikání pomocí vytvořeného proudu elektrolytu

Elektrochemická kalibrace  - Elektrochemická povrchová úprava pro zlepšení její přesnosti

Elektrochemické soustružení  - Elektrochemické zpracování, s rotací obrobku a translačním pohybem elektrody-nástroje

Elektrochemické řezání  - Elektrochemické zpracování, při kterém je obrobek rozřezán na kusy

Elektrochemické odstraňování otřepů

Elektrochemické značení

Víceelektrodové elektrochemické zpracování  - Elektrochemické zpracování prováděné elektrodami připojenými ke společnému zdroji elektrického proudu, které mají během zpracování stejný potenciál

Kontinuální elektrochemické obrábění  - Elektrochemické obrábění s trvalým napětím přiváděným na elektrody

Pulzní elektrochemické zpracování  - Elektrochemické zpracování s periodickým přiváděním napětí na elektrody

Cyklické elektrochemické zpracování  - Elektrochemické zpracování, při kterém se jedna z elektrod pohybuje v souladu s daným sekvenčním diagramem,

stejně jako další smíšené typy elektrofyzikálně-chemického zpracování (EPCMO) včetně ECHO:

• anodická mechanická úprava;
• elektrochemické abrazivní zpracování ;
• elektrochemické broušení ;
• elektrochemická konečná úprava (ECD);
• elektrochemické abrazivní leštění ;
• elektroerozivní chemické ošetření (EECM);
• elektrochemické ošetření ultrazvukem atd.

Fyzikální a chemická podstata metody

Mechanismus odstraňování (rozpouštění, odstraňování kovu) při elektrochemickém zpracování je založen na procesu elektrolýzy . K odstranění kovu dochází podle Faradayova zákona , podle kterého je množství odstraněného kovu úměrné aktuální síle a době zpracování. Jedna z elektrod (obrobek) je připojena ke kladnému pólu zdroje energie a je anodou a druhá (nástroj) je připojena k zápornému pólu; ta druhá je katoda .

Rysy elektrolýzy jsou prostorová oxidace (rozpouštění) anody a redukce (depozice) kovu na povrchu katody. V ECM se používají takové elektrolyty, jejichž kationty se při elektrolýze neukládají na povrch katody. Tím je zajištěna hlavní výhoda ECHO oproti elektroerozivnímu obrábění  - neměnnost tvaru elektrody-nástroje. Pro stabilizaci elektrodových procesů během ECHO a odstranění produktů rozpouštění (kalu) z mezielektrodové mezery je elektrolyt vytlačován do pracovní zóny, to znamená, že je čerpán pod určitým tlakem.

Historie vývoje elektrochemického zpracování (ECM)

• 1911 Priorita objevování metod elektrochemického zpracování kovů patří ruským vědcům. Elektrochemické zpracování pochází z procesu elektrochemického leštění, který navrhl již v roce 1911 slavný ruský chemik E. I. Shpitalsky.
• 1928 První pokusy V. N. Guseva o intenzifikaci zpracování strojních součástí vedly k tomu, že již v roce 1928 bylo možné provádět elektrochemické zpracování loži velkých kovoobráběcích strojů . Tehdy bylo V. N. Gusevem (ve spolupráci s L. A. Rožkovem) navrženo provádět proces ECHO na úzkých mezielektrodových mezerách (až desetiny milimetru) s nuceným čerpáním elektrolytu (A. S. No. 28384 z 03/ 21/28).
• 1941-1945 V. N. Gusevovi, jeho kolegům E. A. Drozdovi, I. Ya. Bogoradovi a dalším se podařilo vyvinout anodově-mechanickou metodu zpracování.
• 1947-1950 V těchto letech byly pomocí elektrochemických jevů určeny tři druhy zpracování kovů: rozměrové elektrochemické, anodově-mechanické a anodově-abrazivní. V roce 1948 bylo v laboratoři V.N. Guseva vytvořeno elektrochemické zařízení pro zpracování v proudu elektrolytu, který byl poprvé použit k výrobě otvorů v pancéřové oceli . Současně byly provedeny první experimenty se zpracováním lopatek turbíny. O několik let později se u nás poprvé ve světové praxi uskutečnilo průmyslové zavedení elektrochemických tvářecích operací.
• 1962 Vytvoření odjehlovacího procesu vyvinutého v ENIMS V. Yu.Veromanem, I.A. Baisupovem a dalšími.
• 1963 A. N. Goldobin, Yu. I. Kopteev a další navrhli složité obrysové řezání drátovou elektrodou.
• 60. léta V SSSR byla vytvořena řada elektrochemických strojů pro odstraňování otřepů, povrchové broušení, pro oboustranné zpracování a kopírování, pracující na stejnosměrný proud . (Katalogová referenční kniha. Elektrofyzikální a elektrochemické stroje. M. 1969)
• 65-68 let V roce 1965 začal vycházet časopis Electronic Processing of Materials a od roku 1968 Electrophysical and Electrochemical Methods of Processing.
• 70-80 léta Nyní je možné přejít na pulzní a pulzně-cyklické metody zpracování. V těchto letech fungovala v Sovětském svazu vědecká centra pro rozvoj ECHO na bázi akademické vědy, oborové výzkumné ústavy, vysoké školy, velké průmyslové podniky ve městech Moskva, Kišiněv, Tula, Leningrad, Ivanovo, Kazaň. , Kuibyshev, Jerevan, Ufa, Novosibirsk ad. Pravidelně se konaly oborové, All-Union a International konference o elektrofyzikálních a elektrochemických metodách zpracování. V Sovětském svazu byly vytvořeny a do výroby zavedeny elektrochemické kopírovací a šicí stroje: 4412, 4412FTs, 4420, 4420F4, 4420FTs, 4420F11, 4A420 / F11, 4A420 / F3, 4a,420 / F3, 4a,420 / F34,43,421, 442,421 / F34 , 4A423FTs, 4424, MA4424, AGE-10, AGE-11, AT-80, AT-90, SEP902, SEP902M, SEP902MA, SEP902P, SEP902A, SEKHO-4A, SEKHO-41, E-4601, E-4601, E-460 -468, EGS-2, EGS-29, ECU-150, ECU-151, ECU-152, ECU-400, ECU-1503, ERO-120, EHS-12M atd. V roce 1986 vyšel nový katalog v r. SSSR - referenční kniha "Elektrofyzikální a elektrochemické stroje" V Sovětském svazu byly provedeny hluboké studie o teorii procesu ECHO ( F. V. Sedykin , Yu. N. Petrov, V. D. Kaščeev atd.) V. P. Smolentsev, I. I. Moroz, D. Z. Mityashkin, D. T. Vasiliev, L. B. Dmitriev, G. N. Znigerman, V. V. Borodin, G. N. Zaydman , V. A. Shmanev, Yu. V. Golovachev, V. G. Filimoshin, A. K. Zhuravsky, D. Ya. Dlugach G. A. Alekseev, V. V. Lyubimov, V. F. Orlov, B. I. Chugunov, B. N. Kabanov, Ya. M. Kolotyrkin, A. G. Atanasyants, A. I. Dikusar, G. S. Domente, G. R. Engelhardt a další V tomto období probíhal vývoj elektrochemických strojů v mnoha zemích světa: USA (Chem-Form Ex-Cell-0, Cincinnati Milling Co, Anocut Eng), Velká Británie (Mechem), Francie ( Qualitex), Československo (Vuma), Nizozemsko (Philips), Japonsko ( Mitsubishi Electric Co, Hitachi Ltd), Švýcarsko (Chamilles), Německo (R. Bosch, AEG-ELOTHERM).
• 1986 Ve městě Tula se konala poslední VI všesvazová vědecká a technická konference v Sovětském svazu "Elektrochemické rozměrové zpracování strojních součástí". Přitom na navenek příznivém pozadí, „hrom z čistého nebe“, zazněly informace v úvodním projevu předsedy Ya. byly uneseny stejnosměrným proudovým zpracováním a elektrochemická zařízení zůstala objemná, energeticky náročná a často již nesplňovaly zvýšené požadavky na přesnost tvarování.
• 1988 Vytvoření a zavedení do výroby elektrochemického obráběcího stroje ES-4000 se zpracovatelskou plochou až 40 cm², konkurenceschopného z hlediska přesnosti zpracování vzhledem k elektroerozivním strojům.
• 90. léta V Rusku i v zahraničí byly uvedeny do výroby stovky strojů ES-4000. Práce na mezinárodních výstavách řady EMO (Milán, Hannover, Paříž) ukázaly absenci takového zařízení na trhu.
• 1998 Vývoj nového elektrochemického stroje ES-80 se zpracovatelskou plochou až 80 cm².
• V 80. - 90. letech byla vyvinuta pokročilejší schémata pulzního a pulzně-cyklického zpracování při pasivaci elektrolytů obsahujících kyslík (vodné roztoky NaNO 3 , KNO 3 , NaClO 3 , Na 2 SO 4 atd.), která umožnila pro snížení chyby zpracování až do 0,02…0,05 mm a drsnosti až do Ra 0,2…0,4 µm.

Na počátku 21. století je zvýšený zájem o elektrochemické tvarování. Firmy se objevují jak v Rusku, tak v zahraničí, aby vyvíjely nové vybavení. V souvislosti se vznikem high-tech odvětví (přesná přístrojová technika, lékařství a lékařské vybavení, stavba leteckých motorů atd.), vznikaly nové skupiny vysokopevnostních a tvrdých materiálů (včetně nanostrukturních), komplikace tvaru dílů a se zpřísněním požadavků na kvalitu povrchové vrstvy je potřeba nových technologií elektrofyzikálního a elektrochemického zpracování. Reakcí na tento požadavek technického pokroku bylo v letech 1998-2011 objevení se celé řady nových metod bipolárního mikrosekundového ECHO pomocí vibrační elektrody, navržených kolektivem autorů ESM LLC (Ufa, Rusko). Charakteristickým rysem těchto metod je, že se provádějí na velmi malých (3 ... 10 μm) mezielektrodových mezerách pomocí skupin proudových pulzů s vysokou hustotou (řádově 10² ... 10 4 A / cm²). S jejich implementací je možné zajistit malé chyby (0,001..0,005 mm) zpracování, vytvářet pravidelné makro- a mikroreliéfy na površích dílů v mikronovém a submikronovém rozsahu a získávat opticky hladké povrchy (Ra 0,1.. 0,01 um). A to vše při výrazně vyšším (ve srovnání s konkurenčními technologiemi) výkonu v dokončovacích operacích.

1989-2003 výroba sériových strojů ES-4000, ES-80.

2003 SFE-4000M a SFE-8000M elektrochemické děrovací stroje uvedeny do sériové výroby

• 2008—2012 Nabídka přesných elektrochemických kopírovacích a šicích strojů: ET500, ET1000, ET3000, ET6000-3D (třísouřadnicový stroj)
• 2010: Systémy ET-ECO pro ekologickou elektrochemickou technologii pro všechny typy elektrochemických strojů
• 2011—2012 speciální elektrochemické stroje sET8000-2D a sET6000-3D pro zpracování lopatek leteckých motorů a bublin
• 2014 Sériová výroba elektrochemických kopírovacích šicích strojů SFE-5000M
• 2017 Sériová výroba elektrochemických kopírovacích strojů SFE-12000M se zpracovatelskou plochou až 120 cm2.

Elektrochemický stroj

Technologická zařízení pro implementaci procesu ECM jsou zpravidla vysoce specializovaná na konkrétní technologický proces z důvodu nízké produktivity (ve srovnání s jinými metodami tvarování: obrábění, elektroerozivní obrábění ) a složitosti procesu. ECHO má však řadu unikátních technologických vlastností (stálost tvaru obráběcí elektrody, zpracování tvrdých a křehkých vodivých slitin, jejichž zpracování mechanickými metodami řezání a broušení je nemožné, nebo nízká produktivita, minimální zatížení obrobku umožňuje opracování tenkostěnných, prolamovaných dílů, absence modifikované vrstvy v dílu po zpracování (tavení, kalení, tepelné kalení) povrchové vrstvy, možnost dodávky výkonného tělesa (elektrody) do tvrd- k dosažení dutin a otvorů dílů), které umožňují zpracování dílů, které nejsou proveditelné jinými známými způsoby zpracování.

Elektrochemické stroje jsou široce používány v leteckém průmyslu. Instalace pro získání pracovní plochy lopatkového pera proudových motorů (lopatkové stroje) jsou běžné, tyto stroje umožňují získat hotové výrobky s minimálním využitím dokončovacích, zámečnických operací, které vyžadují mnoho času a vysoce kvalifikovaný personál. Právě z těchto důvodů je většina specializovaných elektrochemických instalací jedinečná a vyrábí se v jediném počtu.

Běžné jsou však i univerzální elektrochemické stroje, které jsou sériově vyráběny, zpravidla se jedná o kopírovací šicí stroje, které umožňují opracování široké škály dílů přímým kopírováním. Tyto stroje mají jednu Z souřadnici (která provádí tvarování), někdy jsou vybaveny dalšími souřadnicemi (X a Y) pro nastavení a založení vzájemné polohy elektrody a povrchu obrobku v obrobku. Tyto stroje jsou široce používány v nástrojářském průmyslu pro zpracování zápustek, razníků a dalších technologických prvků pro tváření tvrdých slitin.

Literatura

• Příručka elektrochemických a elektrofyzikálních metod zpracování//G. L. Amitan, I. A. Baysupov, Yu. M. Baron a další; Pod součtem vyd. V. A. Volosatova.-L .: Strojírenství. L, 1988.-719s.: nemoc. ISBN 5-217-00267-0
• Zhitnikov V.P., Zaitsev A.N. Pulzní elektrochemické rozměrové zpracování.-M.: Mashinostroenie, 2008- 413s. ISBN 978-5-217-03423-9
• GOST 25330-82 Elektrochemické zpracování. Termíny a definice
• Elektrochemické zpracování kovů  / A. D. Davydov // Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.

Odkazy

• [bse.sci-lib.com/article126201.html Elektrofyzikální a elektrochemické metody zpracování] - článek z Velké sovětské encyklopedie

Poznámky