4.2. Электрохимическая обработка

Электрохимическая размерная обработка (ЭХО) является одним из эффективных и перспективных способов формообразования сложных фасонных поверхностей. Привлекательность этого способа обусловлена:

• высокой производительностью и возможностями эффективной обработки деталей из труднообрабатываемых материалов;

• незначительным силовым воздействием на заготовку, что позволяет обрабатывать маложесткие детали;

• отсутствием металлургических изменений в обрабатываемом материале, наклепа и остаточных напряжений в поверхностном слое; качество поверхности после ЭХО требует минимальной финишной обработки или не требует совсем;

• успехами в исследовании процессов удаления материала при ЭХО и автоматизации управления ими, созданием качественно нового технологического оборудовании;

• отсутствием при нормальном протекании процесса обработки износа катода-инструмента;

• возможностью совмещения черновых и чистовых переходов.

Рис. 4.48. Схема электролиза железа в растворе NaCl:

1 — анод; 2 — катод; 3 — электролит; 4 — ванна

ЭХО основана на анодном растворении материала при прохождении электрического тока через электролит и представляет собой сложный электрохимический процесс, сопровождаемый цепью химических реакций образования соединений, интенсивным тепло- и газовыделением в условиях малого межэлектродного зазора 0,05...0,3 мм. Для удаления продуктов электролиза используется интенсивная прокачка электролита.

Химические реакции, происходящие при анодном растворении, рассмотрим на примере электролиза железа в растворе хлористого натрия (рис. 4.48). В результате диссоциации последнего в электролите образуются катионы Na+ и анионы СГ. Молекулы воды диссоциируют на катионы Н+ и анионы ОН'. Если к электродам приложено напряжение постоянного тока, то анионы начинают перемещаться к аноду, а катионы — к катоду. На аноде атомы железа отдают электроны, образуя ионы Fe2+H переходя в раствор электролита:

Fe - 2е^- → Fe²⁺

Ионы Fe взаимодействуют с находящимися в электролите ионами хлора и образуют хлористое железо:

Fe²⁺ + 2Сl^- → FeCl₂

Ионы натрия и гидрооксида, вступая в реакцию, образуют щелочь:

Na⁺ + ОН^- → NaOH

NaOH реагирует с FeCl₂ с образованием гидрата закиси железа:

2NaOH + FeCl₂ → 2NaCl + Fe(OH)₂

Последний после взаимодействия с растворенным в электролите кислородом образует гидрат оксида железа, который слабо растворим в воде и выпадает в осадок:

4Fe(OH)₂ + O₂↑ + Н₂O → 4Fe(OH)₃↓

На катоде ионы водорода приобретают электроны, образуя водород, выделяющийся в виде пузырьков газа:

Н⁺ + е^- → Н; Н + Н → Н₂↑

В качестве электролитов используют водные растворы солей, кислот и щелочей.

Скорость удаления материала с анода, при прочих равных условиях, находится в прямой зависимости от плотности анодного тока. Плотность тока определяет не только производительность, но и шероховатость обрабатываемой поверхности. Следует отметить, что шероховатость снижается с ростом плотности тока.

Скорость растворения материала при электролизе описывается законом Фарадея:

где m — масса растворенного материала; А — атомная масса металла или сплава; n — число электронов, переносимых через границу раздела фаз; F — постоянная Фарадея; η — выход по току; I — сила тока.

Выход по току η = I_p / I определяет долю I_p тока I, затрачиваемую на растворение материала. Часть электрической энергии затрачивается на другие протекающие при электролизе процессы (образование соединений растворяемого материала, электролиз воды, нагрев электролита).

Величину называют электрохимическим эквивалентом вещества.

Производительность ЭХО оценивают машинным временем обработки t_о, значение которого в общем случае рассчитывается по формуле

где Z — припуск на обработку в рассматриваемом сечении изделия; V_cp — средняя линейная скорость растворения в этом сечении.

Поскольку V_cp является функцией мгновенной скорости растворения V, то значение последней также служит количественной характеристикой производительности:

где р_м — плотность материала анода; V_уд и V'_уд — массовая и объемная скорость растворения материала соответственно; i — плотность тока.

Удельную скорость растворения целесообразно использовать для сравнительной оценки интенсивности удаления материала (обрабатываемости при ЭХО).

Наряду с рассмотренными показателями производительности для количественной оценки используют значения массовой и объемной скорости растворения.

Одним из показателей экономической эффективности процесса ЭХО является удельная энергоемкость

Здесь w — энергия, затраченная на проведение процесса.

Основные параметры процесса ЭХО приведены в табл. 4.7.

Таблица 4.7

Параметр	Величина параметра
Электрические параметры
Напряжение	5...30 В (постоянное или импульсное)
Ток	50...40000 А (постоянный или импульсный)
Плотность тока	10...500 А/см2
Параметры элeкmpoлита и условия его подачи
Наиболее часто используемый	NaCl (60...240 г/л)
Часто используемый	NaNО3 (120...480 г/л)
Температура электролита	20...50 °С
Расход электролита	1 л/мин/100 А
Скорость электролита	1500...3000 м/мин
Давление на входе электролита	0,15...3 МПа
Давление на выходе электролита	0,1...0,3 МПа
Производительноеть и качество обработки
Мок электродный зазор	0,05...0,3 мм
Скорость подачи электрода	0,1... 20 мм/мин
Точность обработки двухмерных по­верхностей	0,05...0,2 мм (0,02...0,05 при импульсной ЭХО)
Точность обработки трехмерных по­верхностей	0,1 мм (0,05 при импульсной ЭХО)
Шероховатость поверхности	Ra = 0,1...2,5 мкм
Производительность обработки	1200.. .2500 мм3 на каждые 1000 А тока

В состав оборудования для электрохимической размерной обработки входят следующие элементы: несущая конструкция 1 с рабочей камерой 2, электрод-инструмент 3, установленный в шпинделе станка 4, устройство подачи шпинделя 5, гидравлическая система, состоящая из бака 6, насоса 7, устройства очистки S и регенерации 9 электролита, дроссельной и контрольной аппаратуры, источник питания К) и блок управления II (рис. 4.49).

Рис. 4.49. Принципиальная конструктивная схема электрохимического станка

После установки и закрепления заготовки 12 на столе станка электрод-инструмент 3 подводится к ней на расстояние, равное начальному межэлектродному зазору. Включается насос и начинается прокачка электролита через МЭП. Сообщается подача электроду-инструменту (постоянная или изменяющаяся по заданному циклу), и на межэлектродный промежуток подается рабочее напряжение.

В качестве материалов катодов-инструментов используют латунь, бронзу, медь, титан и др.

К электролитам, используемым для ЭХО, предъявляют следующие требования.

1. Анионы в растворе электролита должны обеспечивать максимальную скорость анодного растворения материала. Они не должны вступать в химические реакции с материалом анода и образовывать пассивные пленки. На практике используют электролиты, содержащие анионы Cl, SO₄, NO₃, СlO₃ и ОН.

2. Катионы электролита не должны осаждаться на поверхности электрода-инструмента, изменяя его форму. Обычно используют катионы щелочных металлов.

3. Электролиты должны иметь высокую электропроводность и низкую вязкость. С ростом электропроводности уменьшается выделение тепла, а малая вязкость обеспечивает лучшие условия течения жидкости в межэлектродном промежутке. Значения проводимости и вязкости при увеличении температуры должны меняться незначительно.

4. Электролиты не должны быть токсичными и вызывать коррозию заготовки и деталей станка. Предпочтительно использование нейтральных солей, растворы кислот используют только при прошивке отверстий малого диаметра, когда необходимо, чтобы продукты разрушения растворялись в электролите.

5. Электролиты должны сохранять концентрацию и требуемое значение pH в процессе обработки. При ЭХО коррозионно-стойких и инструментальных сталей pH электролита поддерживают в пределах 7-8, а жаропрочных сплавов — 7-9. Повышение pH больше определенного критического значения приводит к пассивации катода-инструмента и, как следствие, резкому снижению плотности тока и производительности обработки, а также росту шероховатости поверхности. Нормальное протекание процесса ЭХО становится невозможным.

Рис. 4.50. Характер изменения профиля заготовки и межэлектродных зазоров в процессе ЭХО плоским катодом-инструментом

Для обеспечения перечисленных свойств на практике часто используют смеси разных электролитов.

Точность электрохимической размерной обработки определяется совокупностью факторов, основными из которых являются:

• межэлектродный зазор и точность его установки;

• локализующая способность электролита, вид, концентрация и условия прокачки;

• точность изготовления и коррекции электрода-инструмента;

• электрические режимы обработки;

• точность применяемого оборудования;

• равномерность распределения электрического потенциала.

Наиболее распространены схемы обработки с постоянной скоростью перемещения электрода-инструмента. В этом случае после механического касания с заготовкой при отсутствии технологического тока устанавливают начальный зазор S_o (рис. 4.50). После подачи технологического тока проводят обработку с постоянной скоростью перемещения катода-инструмента. Через некоторое время скорости перемещения и удаления материала становятся равными, т. е. устанавливается определенный рабочий зазор S_ф. Значение этого зазора является важным параметром ЭХО, определяющим точность обработки.

Для обеспечения точности и стабильности новое положение начального за-юра устанавливают периодически с вычислением и коррекцией скорости перемещения электрода-инструмента.

Скорость электрохимического растворения на различных участках обработки обратно пропорциональна значению межэлектродного зазора. Такая зависимость скорости растворения при ЭХО получила название саморегулирования интенсивности электрохимического растворения.

Значение минимального допустимого зазора определяется протекающим током:

где k — электропроводность среды; F_H — площадь проекции детали в плоскости, перпендикулярной направлению подачи; U_o — напряжение; ∆U — суммарный потенциал поляризации электродов; I— ток.

Следует отметить, что процесс электрохимического растворения начинается, как правило, при значениях U_o > ∆U. На практике это соответствует значениям U_o = 3.. .5 В. Большинство операций ЭХО осуществляется при U_o = 9... 12 В, а при обработке титановых сплавов при U_о = 18...30 В. При напряжениях, больших 30 В, происходит электрический пробой межэлектродного промежутка.

На растворение металла при ЭХО значительное влияние оказывают наличие i межэлектродном зазоре продуктов разрушения и пузырьков водорода, выделяющегося на катоде при электролизе, скорость потока электролита и его температура. Эти факторы вызывают неравномерность растворения материала (рис. 4.51) Съем материала увеличивается с ростом температуры электролита и падает с увеличением газозаполнения межэлектродного промежутка.

Очевидно, что для минимизации влияния перечисленных факторов на точность обработки необходимо обеспечивать условия эффективного удаления продуктов электролиза и отвода теплоты из межэлектродного промежутка. В ряде случаев, например, при значительной протяженности межэлектродного промежутка, обеспечить это весьма трудно.

При обработке поверхностей сложной формы на интенсивность растворения материала влияет кривизна поверхностей и то, что линии, определяющие минимальное расстояние между электродами, в отдельных точках не параллелью Z направлению движения электрода-катода. Это приводит к тому, что форма катода-инструмента не является зеркальным эквидистантным отражением формы обрабатываемой детали, т. е. требует специальной коррекции профиля электро-да-инструмента. В настоящее время отсутствуют надежные методики расчета формы инструмента для обработки сложных поверхностей, которые учитывали бы все факторы, влияющие на точность обработки.

Рис. 4.51. Влияние температуры электролита и выделения водорода на погрешности формы детали при ЭХО

Рис. 4.52. Проектирование инструмента для ЭХО поверхностей сложной формы

Приближенно координаты точек поверхности электрода (рис. 4.52) могут быть рассчитаны по формулам

где у_о = F_о(x) — функция профиля лопатки.

Иногда электроды для обработки сложных поверхностей изготавливают на станках ЭХО методом обратного копирования относительно эталонной детали. Обратное копирование электродов-инструментов производится при тех же режимах и том же межэлектродном зазоре, что и при обработке детали.

Одним из наиболее эффективных путей повышения точности является использование импульсных схем электрохимической обработки. При импульсном ЭХО электрохимическое растворение материала производится в течение коротких импульсов напряжения (0,1...5 мс). Во время паузы между импульсами или группами импульсов производится полное удаление продуктов разрушения, водорода и теплоты из межэлектродного зазора, чем обеспечивается равномерность растворения материала по поверхности. Для улучшения качественных показателей ЭХО используют также пульсирующую прокачку электролита, вибрации заготовки или электрода-инструмента (станок ЭХВИС-5000Ф2) и др. На рис. 4.53 показан характер изменения напряжения, тока и межэлектродного зазора при импульсной ЭХО. Импульсная ЭХО позволяет не только повысить точность обработки, но и уменьшить шероховатость обработанных поверхностей (рис. 4.54).

Рис. 4.53. Принципиальная схема импульсной ЭХО

Системы автоматизированного контроля за процессом ЭХО обеспечивают поддержание параметров обработки в соответствии с требуемыми точностью, производительностью и качеством поверхностного слоя. Они управляют источником питания, системами очистки и подачи электролита, поддержания межэлектродного зазора, положением электрода при обработке, температурой электролита и др.

Система контроля межэлектродного зазора жестко связана с перемещением электрода-инструмента. Зазор может контролироваться постоянно или периодически в соответствии с заданной программой.

В некоторых системах контроля используется принцип регулятора, производящего периодическую коррекцию зазора, которая выполняется следующим образом.

Цикл обработки прерывается, измеряется текущее значение зазора и изменяется до начального. Зазор устанавливается подводом электрода-инструмента до касания и его отводом на значение требуемого зазора при отсутствии технологического тока.

Периодические изменения зазора могут производиться через заданные промежутки времени или после перемещения электрода в процессе обработки на определенное расстояние. Периодичность изменения зазора назначается в зависимости от требуемой точности обработки.

Рис. 4.54. Влияние плотности тока на шероховатость поверхности после ЭХО:

1 — постоянный ток; 2 — импульсный ток

На некоторых станках используют системы, которые поддерживают значение шчора в функции тока или напряжения. Их целесообразно применять в тех случаях, когда площадь обрабатываемой поверхности неизменна. Тогда сигнал о токе, протекающем через зазор, сравнивается с базовым значением, заданным при расчете технологического режима. Усиленный сигнал рассогласования используется для управления электроприводом перемещения электрода-инструмента. При увеличении тока происходит подъем электрода-инструмента, а при уменьшении — опускание.

Недостатками, ограничивающими применение методов ЭХО, являются:

• высокая энергоемкость (примерно на два порядка выше, чем при резании);

• относительно высокая стоимость оборудования и значительные площади под него (15...60 м²), высокий уровень эксплуатационных затрат;

• сложность управления процессом формообразования;

• возможность появления специфических дефектов поверхностного слоя (газонасыщение, межкристаллитное растравливание, питтинги, струйность);

• повышенные требования к культуре производства, экологические требования.

В связи с изложенным область целесообразного применения ЭХО ограничивается сложноконтурными поверхностями и элементами, маложесткими деталями из труднообрабатываемых резанием материалов (коррозионно-стойкие, жаропрочные и закаленные стали и сплавы, сплавы на основе титана, молибдена, рения, твердые). Наибольшее распространение получила ЭХО сложноконтурных поверхностей деталей машин, полостей штампов, а также отверстий, карманов, удаление заусенцев.

На практике используют разные схемы электрохимической обработки, некоторые из них показаны на рис. 4.55, 4.56.

Схему рис. 4.55, а применяют для получения сквозных и глухих отверстий. Рабочая часть катода-инструмента имеет токопроводящий поясок высотой h, а остальная поверхность покрыта электроизоляционным слоем. При равномерной скорости подачи электрода v получаемое отверстие имеет постоянную форму.

Рис. 4.55. Схемы прошивки отверстия (а) и обработки сложной поверхности (6)

Боковой зазор S_б, определяющий диаметр получаемого отверстия, может быть найден по формуле

где S_о — значение торцового зазора при данных условиях обработки,

Схему, представленную на рис. 4.55, б, используют для обработки полостей сложной формы. При постоянной скорости перемещения катода-инструмента шор на различных участках поверхности неодинаков и зависит от угла а между вектором скорости подачи и нормалью к участку рабочей поверхности. При проектировании электрода-инструмента этот зазор S_α определяют по формуле

Электрохимическое протягивание (рис. 4.56, а) применяют для обработки глубоких фасонных отверстий, пазов, наружных поверхностей. Катод-инструмент имеет 1-3 ступени. Чтобы увеличить производительность обработки, рабочие ступени выполняют коническими. Точность протягивания зависит от точности размеров катода-инструмента, стабильности режима обработки и постоянства скорости подачи.

Рис. 4.56. Схемы электрохимического протягивания (а) и шлифования (б)

Рис. 4.57. Станок Twin RAM ЕСМ фирмы MJ Technologies для формообразования пера лопаток компрессора

Электрохимическое шлифование (рис. 4.56, б) является операцией чистовой обработки, при которой удаление материала заготовки производится анодным растворением. В качестве катодов-инструментов применяют металлические или графитовые круги. Электролит подается поливом из сопла и увлекается вращающимся инструментом в зону обработки (межэлектродный промежуток). Электрохимическое шлифование целесообразно использовать для обработки поверхностей сложного профиля и тонкостенных деталей. Точность этого метода зависит от точности профиля катода-инструмента и достигает ±0,01 мм.

В производстве ГТД ЭХО широко применяют для изготовления пера средне- и крупногабаритных лопаток.

Характерной особенностью ЭХО пера лопаток является то, что она не создает в поверхностном слое остаточных напряжений и наклепа. Вследствие избирательности процесса электрохимического растворения, которой не удается в полной мере избежать, происходит растравливание по границам зерен. Глубина и измененного слоя в зависимости от обрабатываемого материала и условий обработки не превышает 0,03...0,05 мм. Этот измененный слой удаляется в дальнейшем абразивной обработкой.

Для ЭХО пера лопаток используют специализированные станки с подвижными электродами ЭХО-1, ЭХО-2, ЭХВИС-5000, ЭХЛ-100, ЭХС-10Б, АМ-CHEN, MJT (рис. 4.57) и др.

Обработка детали обычно производится двумя электродами-инструментами с периодическим контролем и установкой межэлектродного зазора через каждые 1,5.. .8 с при их синхронном перемещении.

Перо крупногабаритных лопаток перед ЭХО в целях выравнивания припуски» фрезеруют. Точность формообразования при ЭХО зависит от конструктивно-технологических факторов, связанных с параметрами оборудования, приспособлений и инструмента, и физико-химических факторов (обрабатываемый материал, состав и концентрация электролита, режимы и условия обработки), влияющих на процесс анодного растворения. При традиционных схемах ЭХО лопатки с пером высотой до 150 мм обрабатывают с точностью 0,15 мм; с пером до 250 мм — 0,3 мм; с пером до 630 мм — 0,5 мм.

Точность копирования поверхностей пера лопаток ЭХО в значительной степени определяется межэлектродным зазором, при котором происходит обработка поверхности. Чем меньше зазор, тем выше точность.

Обработка на малых межэлектродных зазорах (порядка 0,05...0,08 мм) возможна только при использовании импульсных источников питания.

Процесс импульсной ЭХО лопаток компрессора из титановых сплавов обеспечивает стабильность геометрических размеров лопаток в пределах 0,03...0,05 мм при шероховатости поверхности Ra = 0,20 мкм и отсутствии растравливания. 11аиболее перспективной схемой ЭХО является круговая обработка одновременно всех элементов трактовой поверхности лопаток на конечной стадии формирования пера при сомкнутых электродах. Эта схема позволяет производить полную окончательную обработку поверхностей пера, включая радиусы переходов поверхностей пера к хвостовику, полок хвостовика, скругление радиусов входной и выходной кромок и др. Такая ЭХО для лопаток из титановых сплавов с длиной пера до 120 мм обеспечивает точность копирования 0,03...0,05 мм при шероховатости поверхности Ra = 0,1...0,2 мкм и скорости удаления металла 0,3...0,5 мм/мин.

Импульсная ЭХО лопаток компрессора по круговой схеме может выполняться на станке модели ЭХВИС-5000Ф2. Система ЧПУ станка обеспечивает стабильность электрических режимов обработки, постоянство межэлектродного зазора, контроль и управление системой подачи электролита, его температуры и скорости, переключение работы станка с прокачки электролита поперек пера лопатки на прокачку вдоль пера на окончательной стадии формообразования поверхностей.

За рубежом оборудование для электрохимической обработки выпускают фирмы Leistritz (Германия), WJNBRO group, MOSS (Англия), Sermatech Manufacturing Group (США) и др.

Рис. 4.58. Схема круговой ЭХО

Рис. 4.59. Электроды для ЭХО пера лопатки (а) и лопатка (б), полученная из брусковой заготовки

Фирма Amchem разработала микропроцессорный контроллер для импульсной ЭХО в случаях больших площадей. На современных станках для ЭХО в период пауз производится пульсирующая прокачка электролита, обеспечивающая эффективную очистку зазора. Обработка может выполняться при пульсирующем или постоянном напряжении и постоянном значении тока. Источники питания обеспечивают напряжение 5...30 В и изменение тока со скоростью 40000 А/с при возникновении короткого замыкания или сбоях системы. Последнее позволяет избежать повреждений электродов и детали.

При использовании ЭХО для лопаток компрессора с осевыми хвостовиками типа «ласточкин хвост» в качестве исходных заготовок может быть применен калиброванный прутковый прокат прямоугольного профиля.

На рис. 4.58 приведена схема круговой ЭХО трактовых поверхностей лопатим компрессора, а на рис. 4.59 — катоды-инструменты. Время обработки одной лопатки составляет 6... 10 мин.

Но данным фирмы «Роллс-Ройс», замена вальцовки из точной заготовки электрохимической обработкой позволяет снизить себестоимость лопаток на ~50%, сократить затраты на закупку материалов (стоимость пруткового проката прямоугольного профиля намного ниже стоимости заготовок, полученных точной штамповкой) и уменьшить брак с 5 до 0,5 %.

Профиль замковой части лопатки может быть обработан электрохимическим внешним протягиванием по схеме, показанной на рис. 4.60.

Электрохимическую обработку используют для предварительного (под чистовое протягивание) получения пазов в дисках турбин. Она выполняется методом трепанации полыми катодами-инструментами по схеме, показанной на рис. 4.61. Катоды-инструменты имеют стенки толщиной 1,8...2 мм. Внутренние и внешние поверхности (за исключением рабочего торца) покрывают изоляции слоем толщиной ~0,2 мм. Электролит под давлением подается через внутреннюю полость катода-инструмента и выходит в переднюю полукамеру. Задняя полукамера обеспечивает поворот потока электролита на выходе катода-инструмента. На современных станках производится резка нескольких пазов одновременно с припуском на дальнейшее получистовое и чистовое протягивание ~2...2,5 мм. Формирование пазов в диске способом ЭХО позволяет уменьшить стоимость изготовления за счет применения более дешевого оборудования (взамен сложных и дорогостоящих протяжных станков) и инструмента (вместо конструктивно сложных и дорогих протяжек).

Рис. 4.60. Схема электрохимического протягивания замка лопатки турбины:

1 — обрабатываемый замок; 2 — катод-инструмент; 3 — телескопическая крышка; 4 — подача электролита

Рис. 4.61. Схема электрохимической вырезки елочных пазов в диске:

1 — диск; 2 — передняя полукамера; 3 — полый катод-инструмент; 4 — подача электролита; 5 — задняя полукамера; б — сечение электрода-инструмента

Одним из важнейших применений ЭХО в производстве ГТД является формирование межлопаточных каналов в моноколесах (блисках и блингах).

По схеме, приведенной на рис. 4.62, выполняют обработку межлопастных каналов относительно несложной геометрии, допускающей ввод и извлечение электрода-инструмента из межлопастного канала в радиальном направлении.

Эта схема предусматривает предварительную прорезку межлопастных каналов фрезерованием, электроэрозионной обработкой или струйной резкой. Окончательное формирование каналов с обработкой корыта и спинки смежных лопаток производится ЭХО, например на копировально-прошивочном станке ЭХЛ-7М.

Вторая схема (рис. 4.63) позволяет формировать лопатки более сложной геометрии. При этом используют два электрода-инструмента, одновременно обрабатывающих с двух сторон все элементы проточной части одной лопатки.

Электрохимическую обработку используют при изготовлении корпусных деталей авиационных двигателей для формирования сложнопрофильных элементов, аналогичных показанным на рис. 4.64.

Одной из новых перспективных схем ЭХО считается обработка непрофилиронанным электродом-инструментом на оборудовании с ЧПУ (рис. 4.65).

Рис. 4.64. Корпусные детали двигателя (а) с элементами, обработанными ЭХО, и станок для обработки корпусных кольцевых деталей (б)

По некоторым данным, этот метод может быть эффективно использован для чистовой обработки сложных открытых и полуоткрытых поверхностей обеспечением точности до 0,01 мм.

При механической обработке часто образуются заусенцы, удаление которых, особенно в труднодоступных местах, сложно и выполняется вручную. Одно и решений этой проблемы — электрохимическая обработка (рис. 4.66). Достоинствами этой технологии удаления заусенцев являются отсутствие непосредственного механического контакта, малое время обработки, возможность автоматизации процесса. Снятие заусенцев занимает 10...30 с (зависит от размера заусенцев и геометрии детали).

Для ЭХО используют как универсальные, так и специальные станки разного назначения, например для обработки лопаток ГТД, электрохимической прошивки отверстий, снятия заусенцев и др.

В табл. 4.8 приведены сведения о некоторых станках для ЭХО, широко используемых в авиадвигателе-строении.

Для получения отверстий, щелей и окон в камерах сгорания, оболочках из листовых материалов и в других подобных деталях диаметром до 1,2 и высотой до 0,5 м спроектированы многокоординатные станки электрохимической обработки с ручным управлением и ЧПУ.

Рис. 4.65. Схема ЭХО непрофилированным электродом-инструментом

Рис. 4.66. Схемы удаления заусенцев

Таблица 4.8

Модель станка	Назначение	Точность обработки, мм	Электрические характеристики		Площадь обработки, см2
			IA/Iср, А	U, В
4420ФЗ СЭП902 ЭС4000 ЕС-1500 ЕС-3000 PEN MGT ЭКУ-400 ЭКУ-350	Копировально- прошивочные	0,03 0,05 0,05 0,03 0,05 0,001 0,03 0,2 0,1	-/250 -/250 -/300 1500/270 3000/520 -/1000 -/20000 -/10000 -/10000	0...15 0...15 0...15 6...15 6...15 — — 0...18 0...24	15 15 40 15 40 15 200 400 350
ЭХС-10Б ЭХО-1 ЭХО-2 ЭХВИС-500 ЭХЛ-100 Amchen MGT	Специализированные для профиля пера лопатки	0,1 0,2 0,2 0,01 0,01 — 0,05	-/3000 -/5000 -/5000 -/5000 -/5000 40000/- 20000/-	0...24 0...18 0...18 0...30 0...24 — —	160 200 200 100 100 200 200

Электрохимическим способом, используя схемы, показанные на рис. 4.67, получают отверстия малого диаметра.

При электрохимической прошивке трубчатым электродом-инструментом (рис. 4.67, а) последний выполняется в виде металлической трубки (обычно из Nb, Ti или коррозионно-стойкой стали) с изолированной боковой поверхностью.

Для эффективного удаления продуктов электрохимических реакций из межэлектродного промежутка используют прокачку электролита через тело электрода. Обработка ведется при плотности тока 60... 140 А/см², относительно больших значениях межэлектродного зазора (0,1.. .0,3 мм) и давлении электролита на входе 0,5... 10 МПа. В ряде случаев для повышения стабильности процесса на выходе электролита искусственно создают гидросопротивление потоку.

Рис. 4.67. Схемы электрохимической прошивки отверстий малого диаметра:

а — трубчатым электродом; б — струйной с электродом, размещенным в непроводящей (кварце-ной) трубке; в — струйной с кварцевой трубкой, имеющей капиллярный конец; г — струйной для системы отверстий; 1 — катод-инструмент; 2 — заготовка; 3 — изоляционное покрытие; 4 — стеклянная трубка

Достоинством электрохимической прошивки является отсутствие механических и термических воздействий, дающее возможность получения поверхности хорошего качества практически без износа инструмента, заусенцев и острых кромок.

К недостаткам следует отнести наводораживание поверхностного слоя отверстия, низкую скорость обработки (0,5...4,0 мм/мин) и нестабильность протекания процесса вследствие неблагоприятных условий эвакуации продуктов электрохимической реакции. Требуется применение качественных кислотостойких покрытий, обладающих хорошей адгезией к поверхности электрода-инструмента. Последнее — наиболее существенное техническое ограничение в использовании электрохимической прошивки для получения отверстий диаметром менее 0,5 мм.

При электрохимической струйной прошивке (рис. 4.67, б, в) катод, выполненный из благородного металла (Au, Pt), размещается в кварцевой или сапфировой трубке. Такая конструкция электрода-инструмента исключает короткое замыкание, а при наличии вытянутого капиллярного конца дает возможность получения отверстия до 0,1.. .0,2 мм.

К основным недостаткам электрохимической струйной прошивки следует отнести низкую скорость подачи электрода-инструмента (не более 4 мм/мин); необходимость применения высоких рабочих напряжений (400... 1200 В) и давления прокачки (до 10 МПа); использование агрессивных кислотных электролитов (15...30%-ные водные растворы НС1, H₂SO₄, HNO₃); хрупкость и засорение капиллярных частей кварцевых трубок.

Системы отверстий малого диаметра могут быть получены по схеме, показанной на рис. 4.67, г. Обработку выполняют ламинарными струями, формируемыми при подаче электролита под давлением через титановый катод-инструмент.

Технические показатели рассмотренных способов прошивки отверстий приведены в табл. 4.9.

Известен способ электрохимической перфорации тонкостенных деталей по трафарету. В основном им получают отверстия в фольгах, тонкостенных трубах и т. п. Электрохимическое перфорирование позволяет получать сетки толщиной

5...200 мкм с шагом отверстий не менее 0,2 мм при минимальном диаметре 0,05 мм.

Таблица 4.9

Параметр	Прошивка трубчатым электродом	Струйная с электродом в кварцевой трубке	Струйная с капиллярным концом	Прошивка струей элек­тролита
Минимальный диа­метр отверстия, мм	0,5	0,2	0,125	0,125
Максимальное отношение длина/диаметр	300	100	40	30
Точность обработ­ки, мм	±0,03	±0,03	±0,03	±0,05
Скорость прошивки, мм/мин	1.. .3,5	1...3,5	1...3,5	1...3,5

Электрохимическая обработка сравнительно широко используется для маркирования изделий. Электрохимическое маркирование по стандартам западных фирм является единственным допустимым методом маркирования роторных деталей ГТД.

Метод электрохимической маркировки основан на воздействии электрического тока низкого напряжения на поверхность изделия из металла в среде рас-I нора электролита через пустоты в специальной трафаретной маске из диэлектрика.

Результатом такого воздействия является изменение рельефа поверхности к изделия с образованием выемок глубиной от 0,002 до 0,2 мм либо изменение циста.

Преимущества электрохимического метода заключаются в простоте реализации, отсутствии деформаций и повреждений маркируемой поверхности, высоком качестве и долговечности наносимых изображений, небольшой стоимости маркировочного оборудования.

Современные специализированные технологические установки электрохимического маркирования (в частности, шведской фирмы OSTLING) позволяют наносить текстовую и графическую информацию на поверхность металлических изделий вне зависимости от их размеров, формы (круглые, плоские, криволинейные) и метода предварительной обработки (закалка, упрочнение, наличие металлопокрытий). В зависимости от типа производства используют как простейшие ручные маркеры, так и автоматизированные системы (рис. 4.68).

Рис. 4.68. Оборудование для электрохимического маркирования:

а — ручная настольная установка; б — полуавтоматическая установка; в — принтеры для подготовки трафаретов

Маркировка производится прижатием рабочей головки вручную через трафаретную маску к поверхности изделия в течение выбранного заранее промежутка времени. Необходимое для проведения качественной маркировки количество электролита восполняется маканием рабочей головки в раствор.

Трафаретные маски длительного использования изготовляют из химически и термически стойкого материала, имеющего сетчатую структуру, а для маркировки меняющейся информации (даты, серийного номера) используют специальные комбинации трафаретных масок.

Трафаретные маски короткого срока пользования на бумажной основе изготавливают с помощью разработанных для этих целей специальных принтеров, связанных с компьютером.

Для достижения наилучшего качества маркировки, четкости и контрастности наносимого изображения электролитические растворы выбирают с учетом свойств обрабатываемых материалов. Чтобы избежать коррозии поверхностей изделий, используют нейтрализующие растворы.