5.4 Анодна електрохімічна обробка

Анодна електрохімічна обробка – повне або локальне зняття шару з виробу гальванічним шляхом, коли оброблюваний виріб у гальванічній ванні підключається, як анод.

Використовується анодна електрохімічна обробка для анодного травлення, анодного полірування, анодної розмірної обробки виробів.

Анодне травлення – зняття шару поверхні виробу, швидкість процесу складає 50-500 мм³/хв, а в результаті травлення отримуємо шорстку поверхню виробу.

Анодне полірування – зняття виступів з поверхні оброблюваного виробу, процес ведеться при невеликих густинах струму 0,2-0,5 А/см² та пов'язаний з невеликими швидкостями розчинення металу.

Ванни для травлення та полірування стаціонарні з нерухомими електродами, як електроліт використовується розчин кухонної солі. Напруга живлення ванн 6-24 В при струмах 10-12,5 кА.

Анодна розмірна обробка виробів є спеціальною обробкою гальванічним шляхом, включаючи фасонну обробку, промивання отворів та ін. з використанням спеціального електрода-інструмента (катода). В якості електрода-інструмента використовується мідь, латунь. Між електродом та виробом, який знаходиться на відстані 0,1-0,5 мм, під тиском зі швидкістю 5-40 м/с подається електроліт у вигляді 15-25 % розчину кухонної солі. Схеми обробки при копіюванні профілю та прошивання виробу наведені на рис. 60.

Анодна розмірна обробка має високу точність та чистоту обробки, відсутність зміни структури матеріалу, який обробляється. Особливо ефективна обробка виробів з твердих сплавів.

Відбувається обробка, в основному, в спеціальних верстатах, які складаються з джерела живлення, робочої камери, баку для приготування та зберігання електроліту, насосу для перекачування електроліту. Вихід за струмом в верстатах – 60-99 %, ефективність знімання металу – 8-16 см³/(кВтּгод), питома витрата електроенергії для сталевих виробів 6-25 кВтּгод/кг. Щільність струму регулюється в межах від 0,2 до 200 А/см², напруга – 3-24 В, максимальний струм до 300 кА. В верстатах передбачається регулювання струму та напруги, підтримка постійності проміжку та подавання електроліту. В верстатах використовуються звичайні джерела постійного струму, джерела з синусоїдними імпульсами, імпульсами прямокутної та пилоподібної форми.

а)

б)

Рис. 60. Схема анодної розмірної обробки виробів

а – копіювання профілю;

б – відтворення профілю катода в аноді (прошивання);

1 – анод; 2 – електроліт; 3 – катод;

4 – профіль катода, відтворений в аноді

Контрольні питання до підрозділу 5.4

1. В яких випадках використовується анодна електрохімічна обробка металів ?

2. Що собою являє анодна розмірна обробка виробів ?

3. Які показники верстатів анодної обробки металів ?

5.5 Електрообладнання електрохімічних установок

Для перетворення змінного струму в постійний для живлення електролізних установок застосовуються генератори постійного струму та напівпровідникові випрямляючі агрегати.

Позитивною якістю механічних перетворювачів є можливість повільного регулювання випрямленої напруги у широких межах без погіршення коефіцієнта потужності у мережах змінного струму, незалежність випрямленої напруги від напруги мережі. Однак низький к.к.д. перетворювача, менша надійність роботи порівняно зі статичними перетворювачами, наявність машин, які обертаються, висока вартість, враховуючи будівельну частину, – все це робить переважне використання для гальванічних установок статичних перетворювачів. Найширше розповсюдження отримали кремнієві випрямляючі агрегати, які мають високий к.к.д., який складає 97- 99 %.

Джерелом постійного струму зі статичними перетворювачами є перетворювальна підстанція, до складу якої входять розподільні пристрої високої напруги і постійного струму, силові трансформатори та випрямляючі напівпровідникові агрегати.

До джерел живлення електролізних установок висуваються вимоги:

• висока точність регулювання сили струму; так, для електролізу алюмінію ∆I = ±1 %, для інших розплавів та розчинів ∆I = ±2 %;

• плавне регулювання напруги для стабілізації сили струму, припустимий діапазон коливань напруги ∆U (%)

,

де Е_р.в. – відносна величина проти-е.р.с. серії електролізних ванн,

для алюмінію Е_р.в = 30 %, тоді ∆U =±0,7 %;

• безперебійність живлення установок (більшість електролізних установок відносяться до споживачів першої категорії);

• багатофазна система випрямлення струму, використовується двонапівперіодне випрямлення (схема Ларіонова), шестифазна система зі зрівнювальним реактором, дванадцятифазна система; чим вища фазність установки, тим менший коефіцієнт викривлення к_в форми струму у первинному колі.

Напруга живлення трансформаторів складає 0,38, 6, 10 і 35 кВ в залежності від потужності перетворювачів. При струмі випрямляючих агрегатів до 6,25 кА включно знижувальний трансформатор має одну вторинну обмотку, при струмі 12,5 кА – дві обмотки, при струмі 25 кА – чотири вторинні обмотки. Трансформатори передбачають перемикання первинної обмотки з зірки на трикутник та мають відводи для регулювання напруги. Може використовуватись також спеціальний регулювальний трансформатор, який встановлено перед силовим і розраховано на прохідну потужність. Як регулювальний трансформатор може бути використаний трифазний автотрансформатор з регулюванням напруги під навантаженням. Для живлення серії ванн можливе послідовно-паралельне ввімкнення вторинних обмоток трансформаторів. Випрямляючі агрегати використовуються з нерегульованими та регульованими вентилями. Силова схема з нерегульованими вентилями, яка ввімкнена за шестифазною мостовою схемою, при чотирьох вторинних обмотках трансформатора наведена на рис. 61.

Рис. 61. Силова схема перетворювача з нерегульованими

вентилями

Вирівнювальні дроселі ДрВ передбачаються у блоках вторинних обмоток, з'єднаних у трикутник, для вирівнювання навантажень випрямляючих блоків; дроселі насичення ДрН (на схемі не показані) забезпечують повільне регулювання напруги.

При використанні регульованих вентилів вони встановлюються у первинному колі силового трансформатора та служать для повільного регулювання напруги, до вторинної обмотки трансформатора підключаються нерегульовані випрямлячі.

Для потужних електролізних установок перетворювальні агрегати підключаються до серії ванн без комутаційної апаратури, для установок невеликої потужності використовуються швидкодіючі автоматичні вимикачі.

Електролізні ванни збираються в серії і підключаються до випрямляючих агрегатів за допомогою спеціальних шинопроводів з алюмінієвих або мідних шин, які вибираються за допустимим навантаженням та перевіряються на допустимі втрати напруги та механічну міцність. Шинопроводи великих перерізів збираються з прямокутних шин, при струмах шинопроводів в декілька тисяч ампер передбачається охолодження шинопроводів.

Контрольні питання до підрозділу 5.5

1. Які джерела живлення використовуються для електрохімічних установок ?

2. Які вимоги пред’являються до джерел живлення електрохімічних установок ?