Качество поверхности после электрохимической обработки

Качество обработанной поверхности определяется параметрами её шероховатости, а также структурными и физико-химическими изменениями, которые возникли в поверхностном слое заготовки как следствие процесса обработки.

Шероховатость поверхности. Скорость анодного растворения материала определяется его физико-химическими характеристиками. В связи с тем, что эти характеристики в каждой локальной зоне обрабатываемой поверхности разные, различаются в таких зонах и скорости растворения материала. Различия в свойствах поверхности на разных её участках могут быть незначительными, но именно они приводят к появлению микронеровностей поверхности, определяющих параметры шероховатости, и к специфическим особенностям формы микронеровносей.

При электрохимической обработке исходные микронеровности, полученные на предыдущем этапе обработки поверхности, удаляются, а образующиеся микронеровности приобретают округлённую форму. Их высота определяется главным образом структурой обрабатываемого материала. Электрохимическая обработка позволяет создать микрорельеф с намного более плавным контуром неровностей, чем такие способы резания, как точение, фрезерование или шлифование (рис.3.20). Структурные составляющие материала, имеющие разные свойства, растворяются с разной скоростью, образуя микронеровности в форме наружных поверхностей зёрен1. Параметры шероховатости поверхности после ЭХО не зависят от принятого направления измерения высоты микронеровностей. По этой характеристике обрабатываемой поверхности ЭХО выгодно отличается от методов обработки резанием, при которых определённая направленность рисок от лезвия инструмента является одной из основополагающих особенностей.

Ещё большее влияние, чем структурные различия в поверхностном слое, на специфику поверхности после ЭХО оказывает ускоренное травление металла по границам зёрен. В этих зонах происходит межкристаллитное растравливание, приводящее к образованию микротрещин 2. Чем более дисперсная структура металла, тем меньшие микронеровности на поверхности могут быть достигнуты и тем меньше глубина межкристаллического растравливания в поверхностном слое.

На практике для предотвращения микрорастравливания на окончательно обработанной поверхности заготовки используют снижение интенсивности энергетического воздействия на заготовку или применение особых приёмов, основанных на сочетании электрохимической и механической видов обработки. Так проводят, например, электрохимическую абразивную заточку режущего инструмента (см. рис. 3.11, б). Удаление материала с поверхности режущего лезвия инструмента здесь осуществляется комбинированным воздействием электрохимического растворения поверхностного слоя и абразивного удаления образующихся на поверхности оксидных плёнок абразивными зёрнами. Для предотвращения появления после обработки на поверхности лезвия растравленного слоя на последнем этапе обработке осуществляют выхаживание.

Для большинства сплавов с увеличением плотности тока шероховатость поверхности снижается. Также снижается она и при уменьшении температуры электролита.

От химического состава электролита особенно сильно зависят параметры формирующейся шероховатости на многокомпонентных сплавах. Ионы электролита часто обладают различной химической активностью по отношению к разным компонентам. Поэтому при неправильном подборе электролита обработка сплава может сопровождаться преимущественным растворением одного из его компонентов и в связи с этим образованием значительных микронеровностей.

При выполнении операций ЭХРО, при которых съём материала заготовки осуществляется только за счёт электролиза, в общепринятых схемах реализации высота шероховатости обрабатываемых поверхностей достигает значений Ra = 0,63…2,5 мкм. При обработке в электролитах на основе хлорида натрия шероховатость поверхности конструкционных сталей Ra = 0,10…0,32 мкм, нержавеющих сталей и сплавов — Ra = 0,32…1,25 мкм, титановых сплавов — Ra = 1,25…2,5 мкм, алюминиевых сплавов — Ra = 0,63…2,5мкм.

Использование импульсно-циклических технологий электрохимической обработки (см. рис. 3.18), реализуемых на сверхнизких значениях межэлектродного зазора (ЕТ-технологии), составляющих δ = 1…10 мкм, позволяет значительно снизить параметры достигаемой при традиционных технологиях высоты микронеровностей. Приложение к электродам группы микросекундных импульсов тока высокой плотности и регулирование электрических параметров межэлектродного промежутка в период прохождения импульсов тока при сверхмалых значениях межэлектродного зазора способствует получению высоты микронеровностей поверхности по параметру Ra, соответствующей предельным значениям отделочных методов обработки и исчисляемой тысячными долями микрометра [5].

На операциях, при которых съём материала происходит одновременно электролизом и механическим воздействием на заготовку, параметры образующейся шероховатости определяются возможностями используемого механического метода обработки заготовок.

Физические свойства поверхности. Изменения в поверхностном слое при ЭХО определяются главным образом двумя механизмами: химическими реакциями на поверхности анода и напряжениями, оставшимися после удаления припуска.

Кроме рассмотренного в предыдущем разделе эффекта межкристаллитного растравливания и образования в поверхностном слое микротрещин на поверхности заготовки могут возникнуть оксидная плёнка и наводороженный слой, глубина которого при неблагоприятных условиях процесса достигает 60 мкм. Эффект наводораживанияособенно сказывается при обработке титановых сплавов, но стали, никелевые и алюминиевые сплавы ему не подвержены совсем.Наводороженный слой и зёрна с расставленными гранями после ЭХО ответственных деталей (лопатки газотурбинных двигателей) снимают полированием поверхности.

После ЭХО в поверхностном слое отсутствует наклёп, который фактически неизбежен при механической обработке заготовок. Эта особенность ЭХО подтверждается результатами рентгеноструктурного анализа и измерения микротвёрдости поверхности. Не создаются в поверхностном слое и остаточные напряжения.

Исследования отмечают также понижение рассеяния на усталостную прочность деталей, обработанных методами ЭХО, что считают одним из преимуществ данного метода обработки. Причины снижения рассеяния усталостной прочности связаны с получаемой при ЭХО однородностью шероховатости обработанной поверхности в разных направлениях, а также с отсутствием остаточных напряжений в поверхностном слое.