Способ электрохимической размерной обработки

(1 В И 1) СОЮЗ СОВЕТСКИХСВЗВФМИЕСННМРЕСПУБЛИК дРОТВенный кон лдн изоьщтени У СВИДЕТЕЛЬСТ Н АВТОРС и электроа величина токлизе А,величина рабоэлектрохимичеобработки Аэффективные всоответственни растворенияэлектродеф е его, токакой размерной алентностио осажденияням онго ве- ЯЪф ока осажд опустимая астворенн гдеС плотность предельно ент а я р цищества,коэффициеприроды ометалла,и гидроди т, зависящий рабатываемогтипа электролы амических усл таовий ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ(71) Институт прикладной физики АН Молдавской ССР(56) 1, Авторское свидетельство СССР 9 28384, кл. В 23 Р 1/04, 1928.2. Авторскоесвидетельство СССР М 422562, кл. В 23 Р 1/04, 1972(54)(57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОИ РАЭМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, согласно которому одновременно осуществляют очистку электролита перед подачей .его в меж электродный зазор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьпаения качества и производительности обработки металлов, образующих в процессе обработки растворимые в среде электролита продукты анодньго растворения, путем стабилизации их концентрации, электролит подвергают электролизу при токе, определяемом по фор- муле выходы металлапо току соответственно для процессовосаждения и растворения. пособ по п.1, о т л и ч а юя тем, что плотность катодка электролиза определяют улеИзобретение относится к электрофизической и электрохимической размерной обработке металлов, образующих растворимые соединения например, комплексные в среде электролита.Известен способ анодного протравливания металлов в среде электроли" та, при котором электролит подвер- гается многократной циркуляции до определенного насыщения солью раство-л, ренного металла. с целью продле- "10 ния срока службы электролита в таких случаях его подвергают очистке от шлама и тяжелой фазы посредством пропускания к межэлектродному промежутку через центрифугу 1 . 15НедостатКом данного с.особа является невозможность очистки от раство-римых продуктов, в результате чего снижается качество обработки, вследствие осаждения растворенных продук- д 0 тов обработки на электроде-инструменте и изменения его формы. При этом способе снижается также производи" тельность из-за перерывов в работе.Известен также способ электрохимической размерной обработки металлов в среде электролита, основанный на электрохимическом растворенни материала заготовки в зоне обработки, в котором электролит пропускают к межэлектродному промежутку через электростатическое поле высокой на пряженности (125 ф 10 В/м) 2 . В результате этого продукты анодного растворения концентрируются на поверхности электролита, в то время как ниже расположенный объем имеет высокую степень очистки.Недостаток известного способа- непригодность для обработки металлов, образуюцих растворимые (в том числе, 40 комплексные) соединения в растворе электролита, например, меди или никеля в растворе азотнокислого аммония,что не позволяет достичь высокой пройзводительности и качества обра ботанной поверхности вследствие образования осадка на катоде-инструменте и изменения его формы при превышении определенной, предельно допустимой концентрации металла в растворе электролита.1Цель изобретения - повышение качества и производительности обработки металлов, образующих в процессе обработки растворимые в среде электролита продукты анодного растворения путем стабилизации их концентрации,Поставленная цель достигается тем, что в процессе электрохимичес кой размерной обработки, включающем протбкающую одновременно с обработкой очистку электролита перед подачей его в межэлектродный зазор, очистку электролита производят, подвергая 5электролит электролизу при токе, определяемом из соотношения Пэж"эрт 4:К Сдрпш плотность тока осажденияпредельно допустимая концентрация растворенноговецества;коэффициент, зависящий отприроды обрабатываемого металла, типа электролита игидродинамических усл 8 вий. где 1 л На фиг.1 представлены результаты кулонометрических измерений 1 на фиг.2 - зависимости выхода по току меди от концентрации меди в растворе электролита и гидродинамических условий.Проведенные кулонометрические измерения, результаты которых суммированы на фиг.1, показываюцей влияние плотности катодного тока на выход по току меди (в расчете на Рд =2) при осаждении в растворе азотнокислого аммония в зависимости от проработки электролита (кривая 1 содержание меди 2,4 г/л, кривая 2 содержание меди 0,8 г/л), свидетельствуют о том, что имеется ярко выраженный максимум значений .выхода по току меди, зависящий от концентрации меди в растворе (степени проработки электролита при условии отсутствия катодного осаждения, выраженный в величине пропущенного заряда на литр электролита); при низких плотностях тока происходит не осаждение меди, а ее растворение с поверхности при пропускании катодного тока, при высоких плотностях тока выход по току меди приближается к нулю, максимальные значения выхода по току не превышают значений 62 (в расчете на П =2) .Анализпредставленных зависимостей и их сопоставление с результатами поляризационных измерений позволяют заключить, что максимум значений выгде 3, - величина тока при электролизе, Л;величина рабочего токаэлектрохимической размернойобработки, А;ПИПЭ. - эффективные валентности осаждения растворения металла,2И- выход металла по току соответственно для процессов осаждения и растворения.Кроме того, плотность катодного тока выбирают из соотношения1007887 Концентрация меди в электролите, г/л 1,8 2,4 20-60 5-20 0,6 0,8 2-6 0,2 0,27 хода по току меди находится приблизительно в области второго предельного тока восстановления меди (дометалла), а поскольку эта величиназависит от концентрации меди в растворе (проработки электролита), что , 5показывает кривая 1 на фиг.2; игидродинамических условий (от частоты вращения дискового электрода,кривая 2 на фиг.2), эти факторы будут Проработка электролита, А ч/л Данные значения плотности токаполучены из условия достижейия максимального выхода по токУ катодного 25осаждения меди (60) при скоростипротока электролита 0,1-1 м/с.Нри ЭХРО меди и ее сплавов вэлектролитах на основеаммонийных солей эффективность извлечения медипрактически не зависит от анионногосостава и концентрации электролита.П р и м е р. Проводят электрохимическую размерную обработку внутренней поверхности труб (из сплавовмеди) при следующих условиях: рабочийз 5ток 200 А; площадь обрабатываемойповерхности 10 см, скорость протокаэлектролита 6 м/с межэлектродныйзазор 0,3 мм; электролит 160 г/лИН 4 МО , объем электролита 100 л. 40Но достижении содержания меди в растворе 0,85 г/л ( менее,чем через 0,5 ч)условия обработки резко ухудшаютсявследствие осаждения меди на поверхности катода, изменения формы катода, 45в результате чего межэлектройныйзазор меняется по длине, что приводит к появлению коротких замыканий,дефектов на поверхности обрабатываемого изделия,Для предотвращения этих явленийэлектролит пропускают через электролизер при плотности тока на катоде15 мА/см . Величину тока электролитза определяют следующим образом.. При данных условиях ЭХРО анодное 55растворение меди происходит в активированном состоянии со 100-нымвыходом металла по току (в расчетена ионизацию в двухвалеатном состоянии) . Выход по току при злектроли- .бОтической обработке электролита принят равным 60. Отсюда суммарный ток.Э 1= 3 - ф - ФЮА.60 65 определять оптимальные условия осаждения меди. Аналогичные закономерности характерны и для электроосаждения других металлов, в частности, никеля.Оптимальные плотности катодного тока осаждения меди в зависимости от степени проработки электролита приведены в табл,1.Таблица 1 з Оптимальные плотности катодного тока мА/см При обработке величину тока поддерживают на уровне 330-335 А. Площадь электродов электролизера, необходимая для обеспечения плотности катодного тока 15 мА/см, равна 3 о 335 2с -22330 см 0,015 Электролизер выполнен из чередующихся анодных графитовых и катодных медных пластин, расположенных на расстоянии 2 см друг от друга. При такой схеме рабочими поверхностями катодных пластин служат обе стороны (отсюда размеры пластин - 60 х. х 46,5 см). Пластины выполнены размером 60 х 45 см, что дает плотность тока 15,5 мА/см, Электролизер с такими параметрами достаточен для поддержания концентрации меди в растворе ниже предельно допустимой (0,8 г/л. Снижение концентрации меди ближе 0,6 г/л приводит к повыаению энергоемкости вследствие снижения выхода по току.При ЭХРО с электролитической обработкой электролита электролизер включают .через 15 мин поспе начала процесса.При непрерывной работе электроли-, эера в течение в течение 8 ч качество очистки электролита остается высоким, и на поверхностифобрабатываемой детали дефекты не образуются. Для получения сравнительных данных параллельно проводят электрохимическую обработку внутренней поверхности труб без стабилизации состава электролита.В табл.2 даны сравнительные результаты электрохимической обработки поверхности труб по известном; и предлагаемому способам.1007887 Таблица 2 Показатель Способ обработки известный предлагаемыйФеи шмУдельная скоростьсъема, г/А, ч 1,2 1,2 Точность получениязаданной формы Поверхность остаетсяровной. Сохраняетсяцилиндричность об"рабатываемого отверстия в пределах допуска (0,1 мм ) На поверхности обрабатываемой деталиобразуются выступы,борозды, периодиЧеские кольцевые выступы. Некоторые участки не подвергаютсяобработке вообще Шероховатостьповерхности Величина шероховатости некоторых участков детали внекласса, качество поверхности весьма неоднородно, на поверхности имеютсяприжоги Шероховатостьповерхностипосле обработки в пределах 8 класса.Как видно иэ табл,2, электрохимическая обработка в электролите безстабилизации его состава протекаетнеустойчиво и при этом наблюдаютсярезкие броски тока, характерные длякоротких замыканий, в результатечего обрабатываемые детали не отличаются высоким качеством, а при длительной работе (более 0,5 ч) с таким электролитом на них появляютсянеисправимые дефекты,Изменение плотности тока катодного осаждения в большую или меньшуюсторону от указанных в табл.1 пределов привело бы к уменьшению выходапо току1 практически до нуля (см,фиг.1), что, согласно 11, равносильно бесконечному увеличению тока,необходимому для восстановления меди еИспользование предлагаемого способа электрохимической обработки обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение точностиобработки вследствие предотвращения образования осадка на катоде-инструменте, надежное сохранениеформы катода-инструмента; улучшениекачества обрабатываемой поверхности;утилизацию ценного металла (меди),вследствие выделения его в чистомвиде путем катодного осаждения, врезультате чего на каждый килограмммеди экономится 1-1,5 руб, предотвращение загрязнения окружающей сре ды вследствие извлечения растворимых продуктов анодного растворенияиз обработанного электролита; повышение производительности процессаобработки вследствие непрерывной 45 очистки электролита, а также ликвидирования вынужденных перерывов вработе для замены электролита, й