Электрохимическое шлифование - Electrochemical grinding - Wikipedia

Электрохимическое шлифование это процесс удаления электропроводящего материала путем шлифования отрицательно заряженный абразивный шлифовальный круг, электролит жидкости и положительно заряженной детали.[1] Материалы, удаленные из заготовки, остаются в жидкости электролита. Электрохимическое измельчение аналогично электрохимическая обработка но использует колесо вместо инструмента, имеющего форму контура заготовки.

Характеристики процесса

  • Колеса и заготовка электропроводны.
  • Круги используются в последнюю очередь для многих шлифовок - обычно 90% металла удаляется электролиз и 10% от абразивного шлифовального круга.[2]
  • Возможность получения гладких кромок без заусенцев, вызванных механическим шлифованием.[3]
  • Не выделяет заметного тепла, которое могло бы деформировать заготовку.[4]
  • Разлагает заготовку и помещает ее в раствор электролита. Наиболее распространенные электролиты: хлорид натрия и нитрат натрия при концентрации 2 фунта на галлон.[1]

Процесс

Процесс электрохимического шлифования сочетает в себе традиционные процессы электрохимической обработки и шлифования для удаления материала с заготовки. Шлифовальный круг используется в качестве режущего инструмента в качестве катода, а заготовка - в качестве анода. Во время процесса электролитическая жидкость, обычно нитрат натрия,[5] закачивается в пространство между заготовкой и шлифовальным кругом. Другие используемые электролиты включают гидроксид натрия, карбонат натрия и хлорид натрия.[6] Эта электролитическая жидкость вызывает электрохимические реакции на поверхности детали, которые окисляют поверхность, тем самым удаляя материал. В результате происходящего окисления на поверхности заготовки образуются слои оксидных пленок, которые необходимо удалить шлифовальным кругом. Ниже представлена ​​пара схем этого процесса.

Схема электрохимического измельчения
Схема электрохимического измельчения

Абразивные материалы, алмаз или оксид алюминия,[5] приклеиваются к шлифовальному кругу, что позволяет кругу удалять оксидные слои с поверхности заготовки абразивным действием. Соответствующие материалы, используемые для электролита и абразивных материалов для шлифовальных кругов, приведены в таблице ниже.

КомпонентМатериал
Абразивные материалы для шлифовальных круговАлмаз, оксид алюминия[5]
Электролитическая жидкостьНитрат натрия, гидроксид натрия,

Карбонат натрия, Хлорат натрия[5][6]

Большая часть съема материала происходит за счет электрохимических реакций, происходящих на поверхности детали. Удаление пяти или менее процентов материала происходит за счет абразивного воздействия шлифовального круга.[5] Тот факт, что большая часть материала не удаляется при абразивном воздействии, способствует увеличению срока службы шлифовального круга; то есть инструмент долго изнашивается. Электролитическая жидкость служит еще одной полезной цели - вымывает остатки материала между шлифовальным кругом и заготовкой. Абразивные частицы, прикрепленные к шлифовальному кругу, помогают электрически изолировать пространство между шлифовальным кругом и заготовкой.[6][7] Уравнение, дающее скорость съема материала для процесса электрохимического измельчения предоставляется в [5] и указывается здесь как:

MRR = GI / ρF[5]

где ρ - плотность заготовки, G - общая масса заготовки, I - подаваемый ток, MRR - скорость съема материала, а F - постоянная Фарадея.[5]

Некоторые из основных факторов, которые определяют производительность процесса электрохимического шлифования, включают подачу тока, скорость вращения шлифовального круга, скорость подачи заготовки, тип используемого электролита, скорость подачи электролита и химические свойства заготовки.[6][8] Изменяя эти параметры, можно изменить скорость съема материала. Увеличение подаваемого тока, скорости вращения колеса, скорости подачи электролита или скорости подачи заготовки приведет к увеличению скорость съема материала (MRR), при уменьшении этих свойств произойдет обратное. Если деталь более реактивна к используемому электролиту, скорость съема материала увеличится. Шлифовальный круг обычно вращается с поверхностной скоростью 1200–2000 м / мин.[5] и подаваемые токи составляют около 1000 А.[6]

Точность деталей, изготовленных с помощью электрохимического шлифования, в значительной степени определяется химическими свойствами детали и используемой электролитической жидкости. Если заготовка очень реактивна к электролиту, и если слишком много электролита закачивается в пространство между шлифовальным кругом и заготовкой, может быть трудно контролировать удаление материала, что может привести к потере точности.[6] Кроме того, точность может снизиться, если скорость подачи заготовки слишком высока.

Колеса представляют собой металлические диски с внедренными абразивными частицами. Медь,[4] латунь и никель - наиболее часто используемые материалы; оксид алюминия обычно используется как абразив при шлифовании стали. При шлифовании будет использоваться тонкий слой алмазных частиц. карбиды или стали тверже 65 Rc.

Электролитический шпиндель с угольными щетками, действующий как коммутатор, удерживает колесо. Шпиндель получает отрицательный заряд от источника постоянного тока, который дает заготовке положительный заряд. Электролитическая жидкость подается там, где деталь контактирует с инструментом, через сопло, подобное тому, которое подает охлаждающую жидкость при обычном шлифовании. Жидкость работает с кругом, образуя электрохимические ячейки, окисляющие поверхность заготовки. Когда колесо уносит оксид, обнажается свежий металл. Для удаления окисленной жидкости может потребоваться только давление 20 фунтов на квадратный дюйм или меньше, вызывая гораздо меньшие искажения, чем механическое измельчение. Колесо мало изнашивается, что снижает потребность в правке и правке.[4]

Толерантность

  • Этот вид шлифования в основном используется, потому что он может формировать очень твердые металлы, а также потому, что это процесс химического восстановления, круг работает дольше, чем обычный шлифовальный круг.
  • У этого типа шлифования есть разные типы кругов, поэтому он может придавать металлам любую форму.
  • Обеспечивает более гладкую поверхность без заусенцев и вызывает меньшее поверхностное напряжение по сравнению с другими методами шлифования.

Приложения

Электрохимическое шлифование часто используется для твердых материалов, где обычная обработка сложна и требует много времени, таких как нержавеющая сталь и некоторые экзотические металлы. Для материалов с твердостью выше 65 HRC, ЭКГ может иметь скорость съема материала в 10 раз больше, чем при традиционной обработке. Поскольку ЭКГ требует незначительного истирания, ее часто используют для процессов, когда на поверхности детали не должно быть заусенцев, царапин и остаточных напряжений. Благодаря этим свойствам электрохимическое измельчение имеет ряд полезных применений.

  • Шлифовальные лопатки турбин[8]
  • Шлифовка сотовых металлов для аэрокосмической промышленности[8]
  • Заточка игл для подкожных инъекций[8]
  • Обработка твердосплавных режущих пластин[8]
  • ЭКГ используется для удаления поверхностных дефектов деталей, где чрезмерный съем материала и остаточные напряжения нежелательны, например, перепрофилирование шестерен локомотивов.[8]
  • Удаление усталостные трещины из подводных металлоконструкций. В этом случае, морская вода сам действует как электролит. Частицы алмаза в шлифовальном круге удаляют все непроводящие органические вещества, такие как водоросли, до начала электрохимического измельчения.[9]

Преимущества и недостатки

Одним из ключевых преимуществ электрохимического шлифования является минимальный износ инструмента шлифовального круга. Это связано с тем, что большая часть материала удаляется в результате электрохимической реакции, которая происходит между катодом и анодом. Единственный раз, когда действительно происходит абразивное шлифование, - это удаление пленки, которая образуется на поверхности заготовки. Еще одно преимущество электрохимического шлифования заключается в том, что его можно использовать для обработки твердых материалов. Твердые материалы представляют трудности для других типов обработки из-за износа инструмента, связанного с обработкой твердых материалов.[5] Может показаться немного неожиданным, что электрохимическое шлифование может удалить материал с твердой поверхности и вызвать минимальный износ. Поскольку большая часть материала удаляется в результате электрохимических реакций, заготовка не подвергается тепловому повреждению, как это было бы при обычном процессе шлифования.[10]

Электрохимическое измельчение также имеет ряд недостатков. Система состоит из анодной заготовки и катодного шлифовального круга. Чтобы создать такие условия, и заготовка, и шлифовальный круг должны быть токопроводящими. Это ограничивает типы материалов заготовок, которые подходят для электрохимического шлифования. Еще одним недостатком электрохимического шлифования является то, что оно применимо только для плоского шлифования. Электрохимическое шлифование невозможно применить к деталям с полостями из-за того, что шлифовальные круги не могут удалить пленочный налет в полости.[5] Еще один недостаток заключается в том, что электролитическая жидкость может вызвать коррозию поверхности детали и шлифовального круга.[10] Наконец, электрохимическое шлифование сложнее традиционных методов обработки. Это потребует более опытного персонала для работы с оборудованием, что приведет к увеличению стоимости производства.

внешняя ссылка

  • Everite Machine Products Co Производитель ручных и автоматических электрохимических отрезных и шлифовальных станков с полным комплексом услуг
  • Tridex Technology Ltd Производитель электрохимических шлифовальных и отрезных станков (веб-сайт на английском и немецком языках)

Рекомендации

  1. ^ а б Бенедикт, Гэри Ф. (1987), Нетрадиционные производственные процессы: Том 19 Технологии производства и обработки материалов., CRC Press, стр. 153–160, ISBN  0-8247-7352-7
  2. ^ Дерек Плетчер, Фрэнк Уолш (1990), Промышленная электрохимия, Springer, стр. 464–466, ISBN  0-412-30410-4
  3. ^ Валенти, Майкл, "Making the Cut", Машиностроение, Американское общество инженеров-механиков, 2001. http://www.memagazine.org/backissues/membersonly/nov01/features/makcut/makcut.html В архиве 2010-07-05 в Wayback Machine, дата обращения 23.02.2010.
  4. ^ а б c Валенти, "Делая разрез".
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k Калпакджян, Серопе; Шмид, Стивен (2008). Процессы изготовления (5-е изд.). Прентис Холл. С. 558–561. ISBN  9780132272711.
  6. ^ а б c d е ж Филлипс, Роберт (1989). «Электрохимическое шлифование». Справочник ASM. Получено 15 февраля 2016.
  7. ^ «Словарь металлов». ASM International. 2012.
  8. ^ а б c d е ж Джайн, В.К. (2003). «Электрохимические гибридные процессы». ASM International. Получено 15 февраля 2016.
  9. ^ МакГео, Дж. А. (1988), Современные методы обработки, Springer, стр. 82, ISBN  0-412-31970-5
  10. ^ а б Бралла, Джеймс (2007). Справочник производственных процессов - как изготавливаются изделия, компоненты и материалы. Промышленная пресса. п. 122. ISBN  9780831131791.