Размерная электрохимическая обработка металлов

      Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

      Государственное образовательное учреждение

      Высшего профессионального образования

          Томский политехнический университет 
 
 
 

 
 
 
 
 

     Кафедра ТАМП                                         
 

Реферат

Тема: «Размерная электрохимическая  обработка металлов» 
 
 
 
 
 
 

                                                              Выполнили студенты: гр.З-4351

                                                              Беззубенко А.А.

                                                              Захаров П.В.

                                                             Марачковский А.Г.

                                                            Проверил доцент:

                                                             Арляпов А.Ю.

                                                              
 
 
 

Томск 2010 г. 
 
 

      Содержание

Введение-------------------------------------------------------------------------------------3

1.Основы процессов  ЭХО----------------------------------------------------------------4

2. Разновидности  процессов ЭХО------------------------------------------------------6

3. Электролиты----------------------------------------------------------------------------12

4.Технологические характеристики---------------------------------------------------13

5.Общая характеристика оборудования для ЭХО----------------------------------17

6. Особенности  участков ЭХО----------------------------------------------------------19

7. Влияние ЭХО  на работающих и на окружающую среду-----------------------19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

      Важнейшим условием повышения эффективности  общественного производства и улучшения  качества продукции является ускорение  темпов научно-технического прогресса, что достигается, в частности, техническим перевооружением производства и широким внедрением прогрессивной техники и технологии.

      Первостепенная  роль в решении этих задач принадлежит  машиностроению – отрасли промышленности, производящей машины, оборудование, приборы, а также предметы культурно-бытового назначения. При этом к продукции машиностроения предъявляются высокие эксплуатационные и технико-экономические характеристики, особое внимание уделяется улучшению качества выпускаемых машин, оборудования, приборов, повышению их технического уровня, производительности, надежности и безопасности в эксплуатации.

      Для достижения высоких эксплуатационных и технико-экономических характеристик  необходимо совершенствовать технологию, повышать качество обработки деталей, применять новые конструкционные материалы, совершенствовать и разрабатывать новые технологические методы обработки.

      К числу современных технологических  процессов, сокращающих трудоемкость обработки металлических материалов, относится электрохимическая обработка (ЭХО) заготовок и деталей в токопроводящем растворе (электролите).

      В настоящее время область практического  применения ЭХО распространяется от простых операций по отрезке заготовок из труднообрабатываемых сталей и сплавов вплоть до операций по формообразованию сложнопрофильных деталей, например турбинных лопаток.

      Созданы и успешно эксплуатируются станки для электрохимического формообразования профиля пера лопаток турбин и  компрессоров, отрезки заготовок, заточки  режущих инструментов, формообразования отверстий, пазов и щелей и для других технологических операций; разрабатываются и осваиваются новые и совершенствуются существующие технологические процессы и оборудование; повышаются технико-экономические и эксплуатационные характеристики станков и установок для ЭХО. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Основы  процессов ЭХО.

      Явление анодного растворения. Электрохимическая обработка металлов основана на способности  их растворяться в результате окислительных реакций, происходящих в среде электропроводного раствора – электролита – под действием на него постоянного электрического тока. Такой химический процесс растворения металлов называют электролизом. Электролиз протекает при наличии источника питания, электролита и двух металлических проводников, называемых электродами, каждый из которых находится в электролитической ванне с электролитом.

      В электролите свободными электрическими зарядами являются ионы, образующиеся при растворении, например, в воде солей, кислот или щелочей. Молекулы таких веществ, взаимодействуя с  молекулами растворителя – воды, распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы. При этом движение ионов в электролите неупорядоченное. Под действием электрического поля, создаваемого источником питания, между электродом, соединенным с положительным полюсом и называемым анодом, и электродом – катодом, соединенным с отрицательным полюсом, возникает направленное движение ионов – отрицательно заряженные ионы (анионы) движутся к аноду, а положительно заряженные ионы (катионы) – к катоду. В электролите, таким образом, возникает электрический ток, представляющий упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных ионов.

      

      Рисунок 1. 1 – электрод-анод; 2 – электролит; 3 – электрод-катод; 4 – источник питания.

      Схема движения ионов в наиболее часто  применяемом для ЭХО электролите – водном растворе хлористого натрия NaCl – приведена на рисунке 1. при растворении хлористого натрия в воде его молекула распадается на катион натрия Na⁺ и анион хлора Cl^–. Вода Н₂О при этом также частично диссоциирует на катионы водорода Н⁺ и анионы гидроксила ОН^–. При подаче на электроды напряжения от источника питания анионы гидроксила и катионы водорода вместе с анионами хлора и катионами натрия вынуждены под действием сил электрического поля перемещаться соответственно к катоду и аноду. Атомы поверхностного слоя электрода-анода 1, получая от движущихся к нему анионов хлора и гидроксила дополнительные отрицательные заряды, превращаются в положительные ионы железа. Последние под действием сложных катодных и анодных реакций взаимодействуют с ионами гидроксила и образуют гидрат окиси железа Fe(OH)₃, который в виде нерастворимого химического соединения выпадает в осадок. Таким образом, происходит электрохимическое анодное растворение железа. Одновременно с этим на катоде выделяется водород, выходящий из электролита в виде пузырьков. Реакции, протекающие на катоде, как правило, не разрушают его, т.е. катод при ЭХО не изнашивается.

      Параметры анодного растворения. Электролиз протекает в межэлектродном промежутке, под которым принято понимать пространство между поверхностями катода и анода. Следовательно, электрохимическое анодное растворение происходит без непосредственного механического контакта поверхностей катода и анода.

      В соответствии с первым законом Фарадея  объем V растворенного металла при электролизе прямо пропорционален объемному электрохимическому эквиваленту k данного металла, сила тока I и времени t:

      

      Объемный  электрохимический эквивалент k металла зависит от его валентности и атомной массы.

      На  практике объем растворенного металла не всегда соответствует величине, рассчитанной по этому уравнению. Так, объем растворенного металла существенно зависит от плотности тока на аноде, определяемой отношением силы тока I к площади S анода:

      

      При определенном сочетании параметров процесса – плотности тока, вида обрабатываемого металла, состава и скорости обновления электролита в межэлектродном промежутке – объем V растворенного металла относительно расчетного его значения может уменьшаться, а в некоторых случаях процесс анодного растворения полностью прекращается. Это объясняется образованием на поверхностях анода труднорастворимых окисных пленок, часто называемых пассивными.

      При наличии в электролите достаточного количества активирующих анионов, например анионов хлора Cl^–, происходит вытеснение из окисной пленки кислорода и разрушение ее без дополнительных затрат электрической энергии. В таких процессах, называемых активными, электрическая энергия расходуется непосредственно на электрохимическое растворение металла анода. Если в электролите недостает активирующих анионов, то на электрохимическое анодное растворение этих пленок затрачивается дополнительная электрическая энергия. При этом эффективность процессов ЭХО существенно снижается. Такой процесс электрохимического анодного растворения металла называют пассивным.

      Активное  анодное растворение отличается от пассивного особенностями реакций, происходящих на аноде. Активное растворение  характеризуется хорошей растворимостью металла анода, так как при  этом побочные реакции, кроме основной – анодного растворения, не протекают. Активное растворение металла происходит, например, при электрохимическом травлении. При пассивном растворении часть электрической энергии расходуется на побочные реакции, обеспечивающие удаление с поверхностей анода труднорастворимых окисных пленок. Пассивное растворение металла происходит, например, при электрохимическом полировании.

      Повышение плотности тока i относительно оптимального ее значения может привести при определенных условиях к образованию окисных  пленок сложного состава, которые не растворяются при электролизе. При этом наступает полная пассивация, т.е. переход поверхностного слоя металла из активного состояния в пассивное, при котором процесс анодного растворения прекращается. Подобные пленки удаляют с поверхностей анода механически, например абразивной обработкой.

      Эффективность процессов ЭХО оценивают так  называемым коэффициентом выхода металла  по току:

                                                                    V_ф

      η = — ,

          V

      где V_ф – фактический объем растворенного металла при пропускании определенного количества электричества, см³; V – расчетный объем металла, который должен раствориться при пропускании того же количества электричества, см³.

      С учетом коэффициента η уравнение, характеризующее объем растворенного металла, приобретает следующий вид:

      V_ф = kIt, см³.

      V_ф, как правило, всегда меньше расчетного V, т.е. η <1. Значение этого коэффициента η отражает характер анодного растворения: активное и пассивное. При активном растворении коэффициент выхода металла по току составляет обычно 0,5-1,0; при пассивном растворении η <0,5. 

      2. Разновидности процессов  ЭХО.

      Размерная электрохимическая  обработка. Этот процесс ЭХО служит для придания заготовке нужной формы и размеров. В отличие от рассмотренных процессов ЭХО, выполняемых в необновляемом или в незначительно обновляемом электролите, размерная электрохимическая обработка происходит при непрерывном и интенсивном обновлении электролита, прокачиваемого под давлением через межэлектродный промежуток. Принудительное удаление электролита из рабочей зоны позволяет вести формообразование обрабатываемых поверхностей с меньшими, чем при электрохимическом травлении и полировании, величинами межэлектродного промежутка. При этом на участках обрабатываемой поверхности с минимальным значением а_мин межэлектродного промежутка (рис.2.1, а) плотность тока значительно выше, чем на участках с большим его значением а_макс, т.к. при а_мин электрическое сопротивление рабочей среды (электролита) меньше, чем при а_макс. Соответственно этому анодное растворение металла на участках с минимальным значением межэлектродного промежутка будет протекать в начальной стадии обработки более интенсивно, чем на участках с большими значениями межэлектродного промежутка.