Обрабатываемость материалов и производительность                          электрохимической размерной обработки

Обрабатываемость материалов.Под обрабатываемостью материалов понимают способность материала подвергаться обработке тем или иным технологическим методом. Электрохимической обработке подвергаются только электропроводные материалы.

Основным показателем обрабатываемости материалов ЭХРО является электрохимический эквивалент металла k_эх(г/(А×мин)), характеризующий массу материала заготовки в граммах, удаляемого при прохождении в электролите тока в 1 А в течение 1 минуты. Для практических целей съём металла удобнее оценивать не в массовых, а в объёмных или линейных единицах. В связи с этим для расчёта технологических параметров ЭХРО часто пользуются значением объёмного электрохимического эквивалента (мм³/(А×мин)), определяемого по формуле

,                                      (3.26)

где r_m — плотность металла, г/мм³.

В таблице 3.1 приведены данные по величинам электрохимических эквивалентов по массе и объёмных электрохимических эквивалентов для имеющих широкое применение металлов с учётом их валентности.

Таблица 3.1

Электрохимические массовые и объёмные эквиваленты                                    металлов и сплавов

Металл	rm×10-3, г/мм3	Валентность, n	kэх, г/(А×мин)	, мм3/(А×мин)
Алюминий	2,71	3	0,0056	2,07
Вольфрам	19,2	5	0,0228	1,19
		6	0,0190	0,99
Железо	7,86	2	0,0173	2,2
		3	0,01158	1,47
Марганец	7,4	2	0,0171	2,31
		4	0,0085	1,15
Медь	8,93	1	0,0395	4,42
		2	0,01976	2,21
Свинец	11,34	2	0,0644	5,68
		4	0,0322	2,83
Тантал	16,6	3	0,0375	2,26
		5	0,0225	1,36
Титан	4,5	4	0,0074	1,60
Хром	7,16	3	0,01076	1,5
		6	0,0054	0,75
Д1	2,8	–	0,0056	2,0
Бр 06Ц6С3	8,6	–	0,03368	3,92
ЭИ893	8,8	–	0,01584	1,8
Сталь 45	7,65	–	0,01319	1,72
Х18Н9Т	7,9	–	0,01706	2,16
ШХ15	7,8	–	0,01586	2,03
30ХГСА	7,85	–	0,01727	2,20
Т15К6	11,0	–	0,01683	1,53
ВК8	14,35	–	0,0186	1,29
ВТ16	4,68	–	0,01053	2,30

Основное время на электрохимическую размерную обработку. Основное время обработкиτ_о, то есть время, затрачиваемое непосредственно на анодное растворение материала при выполнении технологической операции, определяется в общем случае отношением длины пути электрода-инструмента l(см. рис. 3.15) к его средней скорости подачи на участке обработки:

τ_о = l/ .                                   (3.27)

В связи со спецификой реализации схемы движения электрода-инструмента, разнообразием видов обрабатываемых поверхностей и схем обработки определение  для каждого вида обработки и даже для отдельных форм изготавливаемых поверхностей заготовки осуществляется по разным методикам.

Например, при проведении ЭХРО плоской поверхности с постоянной скоростью подачи электрода-инструмента и при установившемся режиме обработки, характеризующемся равенством скоростей растворения материала u_р и скорости подачи u_s, расчёт основного времени обработки при назначенном припуске на обработку z проводят по формуле

τ_о= z/u_s.                            (3.28)

Заменяя в формуле (3.28) скорость подачи электрода-инструмента u_s на равную ей скорость анодного растворения u_р, определяемую по формуле (3.15), получим значение основного времени, определяемое параметрами режима обработки ЭХРО:

τ_о= .                               (3.29)

При обработке такой же плоской поверхности, но с неподвижными электродами, для расчёта τ_оформулы (3.28) и (3.29) неприменимы, так как u_s = 0, а межэлектродный зазор δ не имеет постоянного значения, а со временем возрастает до конечного значения d_к:

d_к = z + d_о.                                       (3.30)

Основное время на обработку в данном случае можно определить, если воспользоваться формулой зависимости скорости растворения от величины межэлектродного зазора (3.15) и представить скорость в текущий момент как производную от изменения межэлектродного зазора ко времени dδ/dτ при k_вт = Const.

Интегрирование полученного выражения по переменной величине зазора δ, изменяющегося от начального значения d_о до конечного значения d_к, позволяет определить основное время обработки τ_о в виде следующего выражения

.                            (3.31)

Подстановка в формулу (3.31) значения конечного зазора из формулы (3.30) даёт возможность установить связь между основным временем обработки и припуском на обработку в виде следующей зависимости:

 .                             (3.32)

Скорость анодного растворения в конце обработки будет равна

.                      (3.33)

Наличие неровностей на обрабатываемой поверхности или пространственных отклонений, связанных с погрешностями предыдущей обработки, погрешностями базирования и закрепления, как это указывалось ранее, потребует для их устранения дополнительного припуска и соответственно дополнительных временных затрат.

Рассмотренные примеры определения основного времени на обработку относятся только к схемам ЭХРО, реализуемым путём анодного растворения поверхности обрабатываемой заготовки. В этом случае электрод-инструмент не изнашивается. Методы, относящиеся к группе ЭХРО с использованием дополнительных видов воздействия на заготовку, характеризуются износом инструмента в той же степени, как это имеет место при абразивных методах обработки. Этот износ приводит к необходимости его учёта в расчётах основного времени процесса.

Производительность ЭХРО. Основной характеристикой производительности ЭХРО является объёмная производительность П_v.

П_v = V/t_о,                                          (3.34)

где V — объём металла, удалённого с заготовки за время t_о.

При относительно малых значениях линейной скорости растворения материала производительность по объёму при обычных значениях режимов обработки не превышает 5000 мм³/мин.При больших площадях обработки П_vможет достигать 60000 мм³/мин. Такие значения производительности достигаются, например, при обработке на копировально-прошивочных станках при площадях обработки до 600 см² и использовании силы тока до 25000 А.

Максимальные значения производительности ЭХРО более, чем на порядок, ниже производительности обработки заготовок резанием. Однако производительность ЭХРО не зависит от механических свойств заготовки (твёрдости, предела прочности, ударной вязкости). В связи с этим ЭХРО используют для обработки заготовок из твёрдых сплавов, труднообрабатываемых традиционными методами жаропрочных, коррозионно-стойких, немагнитных токопроводящих материалов, а также для обработки поверхностей сложных форм из других материалов, которые не могут быть получены резанием.

Производительность процесса ЭХРО оценивают также по скорости анодного растворения или скорости подачи электрода-инструмента. В зависимости от припуска и начального межэлектродного зазора средняя скорость растворения u_рв методах ЭХРО небольшая и находится в пределах 0,001…0,01 мм/с.

Способы подачи электролита в межэлектродный промежуток.Электрохимическую размерную обработку выполняют в стационарном или проточном электролите. В стационарном электролите производят, в частности, электрохимическое маркирование и полирование, при проведении которых образуется небольшой объём технологических отходов — продуктов эрозии. Проточный электролит применяют при необходимости удаления из зоны обработки продуктов электролиза. Этим способом осуществляют анодно-механическую обработку, электрохимическое разрезание, электрохимическое объёмное копирование (образование трёхмерных поверхностей копированием формы электрода-инструмента) и все виды электрохимической абразивной обработки. При проектировании схемы обработки и электрода-инструмента необходимо предусмотреть, чтобы электролит через межэлектродный промежуток протекал плавно без резких поворотов, поскольку это приводит к срывам потока и появлению необработанных участков.

На практике реализуют различные схемы прокачки электролита через межэлектродный промежуток. Наиболее распространёнными среди них являются схемы прямой прокачки электролита через электрод-инструмент (рис. 3.28, а), прямой прокачки с противодавлением (рис. 3.28,б), обратной прокачки (рис. 3.28, в) и тангенциальной (боковой) подачи электролита (рис. 3.28, г). Если формируемая на заготовке полость имеет значительную глубину и сложный аэродинамический профиль, то электролит обычно подают через отверстие в электроде-инструменте 1 (см. рис. 3.28, a, б, в).Недостатком этого способа является сложность изготовления электродов-инструментов и необходимость последующей обработки участка поверхности детали напротив щели — там остаются выступы высотой до 1 мм.

Рис. 3.28. Схемы прокачки электролита через межэлектродный                        промежуток