автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии электрохимической обработки узких пазов на сложноконтурных поверхностях деталей машин

П6 ОД

. - - <л

ВОРОНЕЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИМ ИНСТИТУТ

.1

На правах рукописи

ШПАК Геннадий Федорович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УЗКИХ ПАЗОВ НА СЛОЖНОКОНТУРНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Специальность 05- 03- 01 — Процессы механической и физико-технической обработки,станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж — 1993

Работа выполнена в Кишиневском политехническом институте ш. С.Ладо и в Липецком политехническом институте

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Б.П.Саушкин

Официальные оппоненты: Доктор техничоских^аук, профессор Леонов Владимир Владимирович

кандидат технических нгук, доцент Сыоланцев Геннадий Павлович

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский институт

технологии и организации производства дгсгатеяей, г, Москва

Зацита состоится " Тй " чтя_1993г. в 14 час

на заседании специализировс.ьного совета К 063.81.09 в Воронежском политехническом институте по адресу: 394026, Воронеж, Московский проспект,14.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией кожно ознакомится в библиотеке института

Автореферат разослан " 15 " пая 1993г.

Ученый секретарь Специализированного совета

канд. фиэ. - мат. наук» доцент • ... ■ Н.А.Тюкачсв

0Б4ЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА PAEQTU

Актуальность темы. Машиностроение, приборостроение, ядерная энергетика, авиастроение и многие другио отрасли требуют изготовления комплектующих деталеГ- и узлов im материалов, оиладьщих высокими физико-химическими и механическими свойствами. К таким материалам относятся жаросто!:ки<з стали и сплавы на ни.сель-хромово/ основе, обладающие внеокими эксплуатационными свойствами (износостойкость, удельная прочность, кор-роз:!онн&/! стойкость, усталостная прочность, жаропрочность).

Повышение прочностные характеристики таких сплавов затрудняют или дэляют невогможной их мех/дничзскул обработку.

Перспективным способом дл>: обработки иядель" ин сплавов на никель-хромовой оснсве, является слектрочышчесхиГ!. Вне о кал производительность процесса, отсутствие износа электрода-инструмента, сравнительно простат ш;ематикескья схема формообразования, отсутствий остаточных напрдаени;1 после обработки и рэд других положительных (¡¡акторов делают этот способ в данном случае незаменимым.

Работа выполнялась по Координационном планам АН СССР по проблемам "Электрохимик" (задание 2.Ü.IQ.4.) и "Но<»ые процессы получении и обработки металлических материалов" (папразленио ¿.¿Ъ). lio материалам диссертации выполнена НКОКР "Исследовании технологии и разработка рекомендация по повншэнию о^ектианости ЭХО деталс;; из жароэаартних и титановых сплавов ( № гос.регистрации 018770007^16).

Цель работы: Разработка и исследование ".'эхнологии электрохимической обработки узких пазов на сложноконтурнык поверхностях деталей машин в неводных и водноорганических средах.

Исходя и:з этого в настояяеО работе поставлены и решены следующие основные задачи:

- исследование закономерностей анодного растьорения Cl, Ai, стали 12Х10НЭТ и сплава ¡КСб-кп d неводиих и водно -органических средах и разработка на их оснозе перспективных электролитов;

- моделирование ЭХО в предложенных средах для оценки и анализа технологических характеристик процесса;

- моделирование процесса формообразования узких, глухих паэоч на поверхности изделия из исследуемых материалов;

- разработка на иснове результатов исследований технологических

рекомевдаци;. и конкретных технологий, оценка их технико-экономической о^ективности.

Научная новизна работы. Выявлены закономерности, описывающие влияние компонентов раствора и условий олектролчза на анодное поведение хрома, никеля, стали I2XI8H9T, сплава КСб-кп при плотностях тока до 7 Л/см**. Установлена взаимосвязь олектрофизических характеристик поверхностных новообразований с параметрами процесса анодного растворения исследуемых материалов. Показано, что растворение хрома в неводных средах ослокнтется солевоГ: лассивацисП анодной поверхности, а скорость процесса и ото4, облает;: ли,оптируется стадией отвода продуктов от межфазнрГ. границы. При растворен;:/ никеля и сплавов на его основе существенное влияние на скорость суммарного электродного процесса оказывает ыассопоренос участвующих в процессе частиц через слой поверхностных новообразований'..

Построена математическая «одаль форкообразозания узких, глухих пазов на поверхности изделия, на основе которой описана динамика процесса Лориообразовснин.

Нау-шая новигна проведенных исследований подтверждается двумя ¡■.вгорсклчи свадетельстваии на изобренен/с ( A.C. СССР У1465209, A.C. СССР № 1705423 ).

Практическое значение работы. На основании прсьеденш'л исследования разработаны технологические рекомендации "Электрохимическое формообразование узких., глухих пазов на сложноконтурных поверхностях изделий" (ТР-ТЭП-0,0), переданные для испольпованил на предприятия авиадвигателестроения: ЬЛКЦ ( г. Москва), Рыбинское конструкторское бюро моторостроения. Эта рекомендации послужили базой для разработки конкретных технологи?.. рекомендованных к внедрения в РКЕМ ( ожидаемы?. экономически!: эффект 0,6644 тыс.руб. на один моторокимплект) и на Бекцерский машиностроительном залоде < сяццаешй экономический аффект 17 тыс.руб . по ценам 19Б9 года.)

Достоверность результатов исследований достигалась: использованием теоретически обоснованных и проторенных практикой методов исследован.!;:; перчодическоР проверкой приборов и аппаратуры соответствующими ст^кбами; регулярным проведением оталонных измерений; проведением экспериментов в растворах с контролируемыми свойствами; стандартной обработкой образцов; соблюдением необходимого порядка прогедения опытов.

Научные положения, выводы и практические рекомендации по работе обоснован;!: применением независимых экспериментальных ме тодов измерений; использованием методов математической статистики при-обработке зкспериментсишитх данчнк; согласием теоретических расчетов с экспериментальными результатам; опытно-промш-ленными г.спытаншши технологических ре:хмет1дациЯ.

Апробация работы. Материалы содержащиеся в диссертационной работе доложены на У Международном семинаре по нетрадгционным технологиям в машиностроении (Болгария, ^'Л г.), 7 Всесоюзных и б республика!юмге и региональных конференциях и совещаниях. Опубликовано 25 печатных р^Со?, получено 2 авторских свидетельства на изобретение.

Объем работ и. Диссертация состоит аз введения., пяти глав и выводов, изложенных на ¡35 страницах кааи:тогиснсго текста, содержит 63 рисунка, списох литература из 1ЭЬ наименований и приложения.

В первой главе проаналияирс ванны научные работы, в которых рассматриваются современнее представления о механизме анодного поведения хрома, никеля и сплавов на их основе в различных средах; проводится анализ технологического применения электрохимической обработки исследуемых материалов; обсуждаются проблемы обработки узких, глухих пазов на изделиях из хромо-никелевых материалов. Дакме приведенные в нервоч глапе укегыгеят на отсутствие систематизированных сведения об анодном поведении хрома, никеля, сталея и сплавов на их основе при высоких плотностях тока в негодных и водно-органических средах.

Данные об электрохимической обработке хроко-никелевых сталей и сплавов в узких межэлектродных зазорах пои интенсивной прокачке электролита с органическими комюнентами немногочисленны и также несистематизированы. Это затрудняет обьектизную оцен-1су технического эффекта от использования таких электролитов, не позволяет однозначно прогнозировать достигаемые технологические характеристики.

3 результате анализа литературных данних сделан вчвод, что электрохимическая обработка яшяотси наиболее прнемлемю* и перс-, пзктивным методом для формообразования узких, глухих палов на сложно контурных поверхностях изделий из хромо-никелевых материалов.

Во второй г а а о « приведены: методика экспериментального исследования кинетики анодного растворения исследуемых . материалов; структурно-чувствительные методы исследования поверх-

- л -

ноптных плеяок; методика проведения химического анализа; моделирование процесса ЭХО на установке с длиномерным проточным каналом; моделирование процесса электрохимического профилирования узких, глухих паэои; методика нанесения изолирующей маски и получения рисунка; оценка достоверности измерений.

Исследование кинетики анодного растворения осуществлялось на вращающемся дисковом электроде в терхостатируемой электрохимической ячейке с разделенными анодным и катодтш пространствами.

Структурно-чувствктельнки исследования поверхностных пленок и проведение химического анализа осуществлялась по методике разработанной, в ИХТИ.

Для моделирования процесса ЭХО и сценки его технологических характеристик использовали установку разработанную в ИЛИ им С. Лазо.

Для моделирования процесса профилирования узких, глухих пазов на поверхностях заготовок и исследования процесса их формообразования изготовлена вибрационная установка преобразующая вращательное движониз вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение штока о заготовкой.

Оценку точности обработки осуществляли статистическим методом путем построения полигонов рассеьния размеров.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям кинетики анодного растворения.

Установлено, что удельная скорость растгоренил хремь в пер-¿оторатных растворах воды, спирта и диметилфор;,:амида примерно одинакова и не зависет от плотности тока. Б формамедном и особенно ацетон'г.-ркльном растворах при некотором значении плотности тока наблюдается возрастание удельной скорости растворения, причем в цоследнем растворе выход по току достигает 30С£ ( в расчете на

С*- (УП).

В отличии от хрома при растворении никеля наблюдается существенное отличие скорости растворения в водном и органических электролитах. Получено, что в водном растворе скорость растворения практически равна нулю во всем исследованном диапазоне токов, процесс сопровождается интенсивным анодным газовнделением. В отличии от этого во всех органических электролитах наблюдается возрастающая зависимость скорости растворения от плотности тока вплоть до достижения значений ^уд= (I., Л,2) г/Ач и соответствующего значения + 0,2. Влияние индивидуальных

сьойств растворителя проявляются в том, что возрастание скорости растворения иаблвдаатся при различных значениях плотности то

ха. • ' • . ч-

Несмотря на присутствие в сплав« ЖОб-кп около 60 мас.й никеля, наблюдаемое ьлмянле среды на уд&тьнуо скорость растворения этого с плави во многом отличается от описанного вшз для случая растворении никедя. Так, этот сплав хорошо растворяется в водном растворе, причем близка к значению, полученному при растворении.хрома. В довольно широком диапазоне плотностей тока (0,2..,5Л/см2) раствореиие сплава в АН л ОС растворах характеризуется практически неизменной величиной (1,2г/Ач и 0,95г/АЧ • соответственно) и лишь а растгорах "шидоч наблвдлетоя возрастаю щая зависимость уд. Май больше значения при растворении этого сплава (1,1;. Д,3г/Ач) достигнуты в растворах ДМФА и АН.

Растворение стали 12ХХ8ЮТ во многом определяется, по-вадо-мому, присутствием в.ее состава значительного количества жсяеэа, электрохимическое поведение которого в перхлоратных растрорах близко к поведению никеля. Этим обььсняетсл практическое отсутствие сьема металла в водном растворе ( при интенсивном газовидо-лении), возрастающая зависимость ^уд а растворах ДДФА и ЭС. _ Поляризационные кривые растворения исследуемых катерислоа также существенно зависят от использованного растворителя. Если потенциалы активации достаточно близки по величине ( вероятно в с эля л с определяющей рать» аниона в механизме сктивации и присутствием на поверхности воздушно-окисленной пленки), то дальнейший ход поляризационных кривых определяется приоодор растворителя. Еа;и в водном и ацетонитрильнок раствора наблюдается быстрый рост тока после активации, то растворение' исследуемых материалов в растворах амидов (ФА, ,ЦЖ?А, даАА) характеризуется кинетическими затруднениями: начиная с некоторого значения потенциала тох-практически Не зависит от его величины.

Для выяснении природы лимитирующей стадом процесса ионизации обрабатываемых материалов в амидиых хлорнакислых средах исследовано, влияние гидродинамики, концентрации соли, температуры и скорости развертки потенциала на величину предельного тока.

, Установлено, что характер влияния перечисленных параметров на 1пр идентичен в обоих нспольэованних растворах: с ростом температуры, частоты вр$ч;ения электрода, скорости развертки потенциала и снижением концентрации соли величина предельного тока увеличивается. Это позволяет предположить, что наблюдаемые ограничения

скорости растворения носят диффузионную природу и что лаиитируи-' щей стцдие!! суммарного электродного процесса ( в диапазоне потенциалов, соответствующих ш'ощ^дке тока) яалг.ется стадия отвода продукте а элоктрочиза о обьем раствора.

При растворении С^ ото подтпередаетея характером зависимости предельного тока от концентрации соли в растворе.

Известно, что электродннГ- процесс 1;скияа:;и:; в водных

средах контролируется стадией ссбственко ионизации. Идентичность поляризационных г.ритах, п.лученкых в водном и ацетонитрильном растворах, позволяет предположить, что в последнем электролите перенос заряда таюкс является лкмигирукгце? сездиеЯ.

Тгким образом, установлено, что при растворении хрома э пер-хлоратных средах природа растворителя существенно влияет на характер поляризации. Б ам^нкх среда- процесс ионизации хрома контролируется стадией отвода продуктов электролиза с обьем раствора.

Более подробны Г' анализ данных илюстрирующих процесс ионизации никеля, стали !ИХ1Ш9? и сплава НСо-кп вынуждает обратить внимание на некоторые специфические особенности растворении этих материалов. Так гвдродинамичеехих фаитор в меньсеГ: степени влияет на величину предельного -око, чем ото наблюдалось при растворении хрома. Значительно слабее прои^ляется влияние концентрации сол1. на величину пр. Остановлено, что зависимость £- пр= не экстраполируется на начало координат, а отсекает положительна отрезок на оси ординат. Это может означать, что существенную роль в торможении скорости растворения никеля, стали ¿¿Х18Н2Х и сплава ~1С6-кп в исследуешх растворах, играет мигра-цканно-ди^фузионнь;-/ перенос катионов металла через структуиро-ванни;, елок, поверхностных новообразований. С таким предположенном согласуются высокие (близкие к предельно^) значения энергии активации ( для Ж' -24,6? , дли стали 12ПЭД9Г - 2?.22 ¿д-ы-уС^ , рдл сплава ЙСб-кп - 2 С (УХ (им соответственно в ФА и ЛЛйА растворах хлорнокислсг© натрия), слабая зависимость предельного то'ла от концентрации соли. Косвенным подтверждением тикой точки зрения служат данные струк^рно-^вствительного анализа, согласно которым импеданс Варборге, характеризующий сопротивление катионному переносу, увеличивается с ростом потенциалов поляризации.

поляризационные кривив растворения никеля, стали и сплава в водном, и АН растворах не обнаруживают кинетических затруднений

подобных описанным Выше при поляризации в рогтосрпх амидов. Однако, несмотря на близость потенциалов растворения и подобие форм поляризационных кривых, существо анодного процесса рлэм-ч-но: в АН растворе наблюдается интенсивное растворение металлов, а в водном - газсиццелемие в отсутствии диодного растворении (кроме сплава КСС-кп). Это может бить связано с различием состава я сиойств поверхностях пленок. .

Можно предположить, что в общем случае поверхностные новообразования в перхлоратных средах имеют окои-оолевую природу. Причем в зависимости от природы растворителя и соли могут в большой степени проявляться оксвдшде или солевые свойства таких новообразования.

В работе излагаются соображении, подтьермдаищне гипотезу о том, что причиной наблюдаемой аномалии явлчетея иньзрейя стабильности ионов различно:; степени окисления при переходе от водного раствора к органическим и конкуренция химическо!' и электрохимической стадий доокисления промежуточных низксаолентннх ¡гястиц. Так, анализ проработанных электролитоэ на содержание частиц

проведенные по методике, изложенное- в диссертации, показал, что в водном электролите присутствуют частицы ¿^(У!), что подтверждается данными других авторов. В отличии от этого в £ЙА и АН растворах гродухты растьорения присутствуют в виде частиц Сх. (Ш), а а формамидном растворе установлено присутствие как /V (Iii), та;< и Ct (У1). Об этом свидетельствуют практически совпадающие значения соответствующих частот светопоглащения ь фоновом и исследуемом растворам.

Эти дашшо подтверждают тот факт, что в но вод них средах образуются стабильные продукты CrL (ill).

Обоснована воэмс;-шость применения бинарных растворителе". Так добавление воды в один из амидних растворов до некоторой концентрации приводит к увеличения предельного тока. При этом удельная скорость растворения З-^уд сильно зависит от содержания воды и величина плотности тока. Для каждой плотности тока мошю указать та!?ую величину добавки воды ЪицО , вшз котороГ скорость, растворения исследусмкх материале» близка к скорости растворения а водном растворе.

Полученные данные, позволяют использовать более дешевые и удобные в эксплуатации годно-органлческие электролиты, обеспечивающие сохранение производительности при снижении энергоемкости процесса ( за счет более высокой электропроводимости).

■ - в -

u • •

В связи со сказанным можно лредлохить следующие перспективные электролиты для электрохимической обработки исследуемых материалов.

Для обработки хрома это электролит следующего состава, мае,55:

- хлорнокислыЯ натрий - 12..,24

- нитрил уксусной кислоты • - 35...60 ^

- вода * -.остальное

Этот электролит практически идентичен разработанное нами раиее для обработки титаноьых сплавов и защищен A.C. СССР № X465Ü09. Таким образом расширишь область его применения. При обработке хрома этот электролит обеспечивает¡^высокую скорость растворении { ^уд«0,82г/Ач), низку в шероховатость ( /?а= 0,2...0,3 мкм), снижение энергоемкости.

Дня обработки никеля, стали I2X-.3H9T, сплава ЖС6-кп предлагается электролит следующего состава, мае./5:

- хлорнокислыЯ натрий - 12...24 ■

- ьода . . - 5... 15

- гексахлорэтан - I ... 2

- диметилформамид(диметилоцетамид) - остальное

- Этот электролит защищен A.C. СССР № 1705423. Добавление гек-сахлорэтана в указанный раствор не изменяет его технологических свойств, но повышает эксплуатационные, а именно, улучшает условия труда за счет предотвращения возможного взрыва перхлорат-содержащего раствора наступая в качестве ингибитора разложения и увеличивает срок хранения электролита.

, При обработке хромо-никелевых сталей и*'сплавов предложенный электролит обеспечиэает следующие технологические преимущества: высокую удельную скорость растворения ( для № -0,91 г/Ач, для ЖСб-кп - I ,-32 г/АЧ, для I2XISH9T - 1,21 гДч); низкую шероховатость ( для - Аа- =0,3...0,35мкм., для КСС-кп -Йл*0,2...0,3 мкм, для.12X101191' - da »0,3...0,35 мкм); Снижение энергоемкости.

ВчетаертоИ главе приведены технологические характеристики ЭХО в предлагаемых срезах, йарамотры режима выбирали с учетом решения технологической задачи формообразования системы узких, глухих пазов в присутствии фоторезистивного слоя на поверхности детали. В соответствии ö общей мо.одикой эксперименты проводились на установке с прямоточным каналом. Рассматривали параметры производительности и энергоемкости процесса, точность обработки, качество обработанной проверхлости. Эксперименты проводились на образцах из сплава КСО-кп и стали 12Х18НЭТ.

Приводен анализ вольт-амперных характеристик; влияния на их наклон концентрации воды и межэлектродного промежутка. Используч эти данные можно предварительно выбрать величину- межэлектродного промежутка и подходящую концентрация воды в растворе по критерию энергоемкости процесса.

Проанализированы значения удельной скорости растворения, полученные при различных условиях проведения процесса ЭХО. Установлено, что при переходе от водных растворов хлорнокмелого натрия к органическим наблодается значительное увеличение удельном скорости растворения до 1...1.3 г/Ач, как при обработке стули 12Х18Н9Т так и при растворении сплава ЙСб-кп соотвьтствешо. Это, по.-виде-мому, связано с тем, что при увеличении концентрации органических растворителей в электролите снижается величина эффективно!* степени окисления основных компонентов металла, а элемента, входящие в состав стали и сплава, переходят в раствор а более ниькоЯ степени окисления. Эти результаты хорошо согласуются с данными полученными в третьей главе и обосновывают применимость, предлагаемого электролита по критерию производительности.

Такие параметры, как величина МЭ»1, скорость прокачки электролита на бказывьют существенного вличния на удельную скорость растворения. Можно выделить али.чние плотности тока, при увеличении которого наблюдается рост удельной скорости растворения.

Так как результаты, полученные на ВДЭ и данные исследования, проведенных в длиномерноы канале, имеют достаточно хоревую сходимость, можно сделать вывод, что достижение высокой скорости растворения не зависит от конструктивных особённосто!' электрохимической ячейки и определяются составом и физико-химическими свойствами используемых электролитов. Это позволяет рекомендовать их использование в технологических целях.

Расмотрено влияние различных факторов на удзльную энергоемкость процесса. Установлено, что при увеличении ЮЛ в пределах 1...6мм удельная энергоемкость возрастает на 40... 50/5 в зависимости от природы растворителя применяемого в электролитах.

Скорость прокачки электролита при обработке сплава ЖСб-кп не оказывает существенного влияния на удельную энергоемкость цроцес-са. В противовес сказанное, при обработки стали 12Х18Н9Т э фор-мамидном перхлератком растворе эта величина снижается на 25%.Это связано с характеристиками процесса гаэоиццеления, Увеличение плотности тока прямо' пропорционально росту удельной энергоемкости. Это связано с тем, что возрастание плотности тока приводит к росту напряжения на слекгродах, в то время-как удельная скорость растворения изменяется в меньпей степени.

- ;с -

Значительное влияние на величин /дельной энергоемкости оказывает концентрации воды в электролите. Установлено, что при обработке стали 12X18Н5Г в формамццном перхлоратном растворе удельная энергоемкость резло иозрастает, а в диметилформамцдном растворе ее рост начинаете/, лишь при концентрации воды 25об%. Это связано с гем, что удельная скорость растворения стали в форма-мцдном растворе при увеличении концентрации воды резко снижается, а при использовании дичетилформамидного растворо снижение удельной скорости растворения происходит при концентрации воды 2Ь%.

Обработка сплава КСб-кп показала, что добавление воды э органический электролит до 2Ьоб% приводит к синению энергоемкости на 10-1Ь%. Это связано с тем, что удельная скорость растворения при добавлении воды до 25об!5 остается неизменной а напряжение на электродах снижается. Это приводит в конечном итоге к уменьшению удельной энергоемкости процесса. При дальнейшем увеличении концавмрации воды удельная энергоемкость резко возрастает о обеих амидных электролитах.

Изучение погрешностей обработки производилось путем анализа профилограмм поверхности образцов из сплава ЖСб-кп и стали 12Х18Н9Г, обработанных в водно -органических растворах хлорнокис-логи натрия. Исследовалось влияние величины МЭЗ, скорости прокачки электролита, плотности тока и концентрации воды на точностные характеристики процесса формообразовании. Проанализируем эгот процесс на примере обработки сплава НСб-кп в диметилформа-мвдном растворе хлорнокислого натрчя. Установлено, что величина мекэлекгродноГо промежутка оказывает существенное влияние на процесс формообразования. Действительно, при величине МЭЗ равноГ I мм величина сьсма металла в начале образца намного выше чем в конце. Причиной этого'"является высокая вязкость электролита, ма-лиП можэлектродный зазор, обильное газоввделение. Вышеперечисленные факторы приводят к перераспределению тока, что и сказывается на неравномерность сьема. При данном зазора поверхность образца покрыта черной, рыхло!! тенкой, которая формируется п результате накопления продунтов электролиза. По мере возрастании зазора величина сьсма металла по длино обргзца выравнивается, а следовательно, уменьшается погрешность формы. Увеличение скорости прокачки также приводит к снижению погрешности формы Л. Причины этого связаны с эвакуацией г.оодуктов электролиза. При большом значении скорости прокачки ( свыше 5,7 м/с) возникает такое явление кап "струЮность", и наблюдается возрастание погрешности формы. При увеличении плотности тока точность обработки

повышается, однако одновременно возрастает и энергоемкость процесса.

Концентрация воды в электролите такжо сказывается на погреш-ностиформообразования. Добавление воды до 2Ьоб% практически не изменяет характера поверхности. Увеличение ее концентрации свыше ¿5об% приводит к резкому возрастанию погрешности формы.

Качественно аналогичное результаты полумены при обработке ' сплава КС6-кп в формативном перхлорачном растворе, при. обработ-' ке стали 12ХШ19Т а этих же электролитах.

В третьей главе показано, что в диметадформамидных и диметил-ацета.дацннх средах хлорнокислого натрия наблодается возрастающая зависимость скорости растворения от плотности тока. Сделано предположение, что в эт;;х злвктролитих при рекомендованных режимах обработки следует опадать повышенноИ локализации процесса ЭХО хромо-никелевых сталей и сплавов.

Для оценки локализующих свойств электролитов изуиали технологическую наследственность при обработке образцов с поданной неравномерностью припуска в соответствии с методикой проведения экспериментов.

Установлено, что природа растворителя влияет на коэффициент выравнивания К/ . Гак, при обработке сплава ;?.СС-кп в водном раствора хлорнокислого натрия при плотности тока I =2А/сы"", растворение металла происходит с очень низкой скорость» и коэффициент практически равен нулю. Визуально иоглс определить, что процесс сопровождается обильным гаюЕвделением, а г.овэох-нссть электрода покрывается толстоП пленкой продуктов электролиза. В неводных и водно-органических растворах происходит растворение всех точек анодной поверхности при относительно равномерном снижении с/оросги растворения с увеличением локального

Расчеты показали, что средина величина снятого припус- • ка практически не отличается от полученной аналитическим путем. Для всех исследовании* сред величина К^ мало зависит от величины зазора.

При применении ЭХО наиболее важными характеристиками качества поверхностного слоя являются микрогеометрия порерхности. га-зонасьщение и растравливание по границам зерен.

При обработке сплава 1С6~кп в димэтил форма мидном и формамид-ном растворах хлорнокислого натрия растравливания по границам зерен не наблюдалось. Это связано, вероятно, с тем, что выравниваются скорости растворения всех компонентов, входящих в состав сплава.

.■■■:■- . - Ja - .

Рассмотрим влияние различных л&оаметров ЭХО иа среднеарифметическую величину микронеровностеА, полученных при обработке сплава КОО-кп в ДМфА растворе хлорнокислого натрия. Установлено, что величина мекздектродного зазора в исследуемом диапазоне рабочих чазоров практически ив оказывает влияния :« микрогеомет-рюо поверхности.

Интенсификация параметров гидродинамики,при прочих равных условиях обработки,приводит к выравниванию микрорельефа поверхности. 2то свяяанс с чем, что улучшается отвод продуктов электролита из можэлектродного промежутка, присест вие которых негативно сказывается на процесс ЭХО. Но, как-,, fi отмечалось ранее увеличение скорости прскачки электролита ограничено сверху, так как уже при скорости =5,7 м/с возникает такое явление как "струИность".

Величина плотности тока окалывает большое влияние на шероховатость поверхности. Установлено, что реет плотности тока до

i =2,8 А/см^ при а » 3,7 мм приводит к реэкону снижению величины микроиеровносте!'. Ra =0,07...0,09 мкм.

. Увеличение концентрации воды до 25об£ не оказывает негативного влияния на шероховатость поверхности. При возрастании концентрации воды свыше кривая шероховатости уходит рез-

ко вверх. Уто связано с тем, что увеличение концентрации соды з раотшре приводит к пассивации образца. Поверхность покрывается черной пленкой f' - фаза.

Аналогиише результаты получены при обработке сплава КСС-кп в формамцдном растворе и стали IÜXI6H9T в о тих же электролитах.

В п я т о й г л а в е предстаслены данные по математическому и физическому моделировании процесса формообразования узких, глухих пазов на плоских образцах.

Поставленной технологическая задача мажет бить решена на основе прчмененил злектрохимаческого способа формообразования при нанесении изоляционной миски на поверхность изделия.

При .этом рапмеры окон в изоляционном покрытии должны быть меньше требуемых пазов, так как в процессе обработки с увеличением глубины пипов, растет их ширина и дл^на веледетвик растравливания металла под слоем изоляции,

Для расчету размеров окон в изоляции необходимо решить обратную задач/ олоктрохимичеслого формообразования, которая сформулирована в следующем ввде:

В области Д* (игами« полуплоскость) найти решение уравнение Лапласа (РисЛа) '

а^.О (I)

Когда на участках границы ЛВ и СД задано условие

д11 п (Л. ¡¡11а

(2) (3)

на В1«1С1

или 11 (3а)

Известно условие распространения анодноГ, поверхности (Рис 16)

ЭДя. л Ж! ■ъГ^-лЪп. \в,м,с,

где!

Ы Эх

"Т

Яп,~ проекция рпдиус - вег.тора на виешньмз нсрмаль Э - электрохимически,"! окьивалент S~ плотность анода ■ X ~ электропроводимость электролита

■I -

время

Напряжение на бесконечности равно нулю,

Г"

а)

б)

А 1\

Рис.1. Расчетная область задачи в начальник момеьт (а) й " произвольный момент времени (о).

АВ,ОД - участок изоляции; ВС - неизолированный участок анодной поверхности (а); З^М^С^ - пнодиак поверхность (б)

В результате проведенных математических преобразований получены зависимости глубины и ширины пазов от времени обработки, доходного окна и толщины диэлектрической маски. Установлено, что }?а геометрическиз параметры пазов влияет время обработки и величина окна в маске. Толщина диэлектрического слоя не оказывает влияния нг. процесс формообразование.

Физическое моделирование процесса формообразования проводилось нэ плоских образцах из стали 12Х16Н9Т и сплава ЖС6-;сп в водных, невохныу. и Еэд."о-оргс.ничпсккх растворах минеральных солей. Экспсримснть прозодглись на установке специально сконструированной для огу.х целе".

Исследовали влияние различных параметров режима обработки на технологические характеристики процесса формообразования пазов: производительность, точность,, шероховатость.

Сопоставление экспериментальных и расчетных зависикостеР глубины и ширины паза от вышеперечисленных параметров подтвердило корректный характер используемой математической модели. Установлено, что расчетная и экспериментальная кривые достаточно близки ( в пределах 1(Ю.

Б резучитате моделирован;:я процесса формообразования для инженерных расчетов предложены следующие выражения для описания глубины паза в электролитах обеспечивающих выход по току близкий к 1.

гд0' • в- глубина паза;

t- ьроня обработки;

к,'л - числовые коэффициенты, зависящие от условии электролиза и изменяющиеся в пределах:

А. - от 0,65 до 0,7 - от 0,45 до 0.47 Ширину паза предложено определять по выражению

а - Кв

где: К- коэффициент, зависящий от условии электролиза.

Эксперименты, провеценнке на изделиях с криволинейной поверхностью переменного радиуса, показали хорошую сходимость экспериментальных результатов с модельными исследованиями.

Качество поверхности сильно зависит от состава применяемого

-Неэлектролита. При обработке а хлоридном водлсм растворе на поверхности доншка пазь наблюдается гиттмнги, растравливание но границам зерен. При обработке сплава КСб-кп в водных растворах на поверхности выпадает У~ фаза в виде черного, мелкодисперсного пороака, что затрудняет процесс эдектрохимичяско?, обработки и ухудшает качество поверхности из-за перераспределения микротоков.

Если технологически зада^ многокритериальной оптимизации представить, например, в веде Ута> ; ¡От а- )Кл); Яа

|где величины а кьадрг.гнчх скобках означает технически при-, екяемый уровень данного параметра, то при I -2,Ь наилучзкм электролите:.! является алыстролг« на базе орга-.иче с кого растворит езля ( 1л ДЙА -г Ш //а С С йц ), а по критерия производительности - вод1!.иГ, хлореднитраткый электролит.

Поэтов отот сплав предложено обрабатывать в два перехода: черновая обработка в хлорид нитратное растворе и чистовая обработка - в незодчем электролите.

Б результате проведенных исследований составлен« технологические рекомендации И на их базе конкретная технология пс> формообразованию узких,глухих пазе в.

Таким образом, разработанные '"ехнологические мероприятия позволяй? интенсифицировать процесс формообразования вьаюукасанкьк пазов, повысить точность обработки, снизить удельные грудозг-.?-ратк.

Выводы по диссертации

1.Рассмотрена технологическая задача формоооразования системы узких,глухих пазов на изделиях из исследуемых материалов. Обоснована правомерность применения электрохимической обработка таких пазов-и необходимость разработки новых рабочих сред для достижения высоких технологических показателей.

2.Сформулирована теоретическая модель формообразования в виде задачи Лапласа с переменной гнешнеи границе;':. В результате •моделирования получены расчетные эаыютмоети глубины и ширкну паза от параметров процесса. Проведана экспериментальная проверка теоретических зависимостей, показавшая хироауи сходимость (10£) расчетных и опытных данных, что подтвердило адекватность используемой модели. Полученное данные позволяют оценить машинное время обработки и точность фермооброзования пазов.

3.Устаноалена невозможность получения высокого ке.честра

- IG -

по зерхность пазов при ЭлО в традиционных электролитах. Поэтому разработаны и предложены новые рабочие среды на основе органических и бинарных водно-органических растворителей, заци-щенме авторским:! свидетельствами.

4. Новые электролиты получены на основе исследования механизма анодного растворения исследуемых материалов. Экспериментально доказано, что лимитирующей стадией суммарного электродного процесса при растворении хрома в неводных и водно-органических ( до определенного содержания воды) средах является диффузионный огвод продуктов злектролиза от реакционно!: поверхности. При растворении никеля и материалов на е?о основе процесс осложняется замедленностью мигроционно-диффуаио.чного переноса катионов через структуироврнный слоГ поверхностных новообразований, что подтверждается анализами электрофизических свойств поверхностных пленок, образующихся d процессе электролиза. Диффузионный механизм, описанный выше, предопределяет высо.юе качество поверхности при ЭХО в предложонных электролитах.

5.Экспериментально показано, что в неводных растворах хром переходчт в раствор в виде продуктов С* (П), а в ведшх¿Ч-Ш), что подтЕервдаег имеющиеся дамше об устойчивости низковалентных частиц в органических средах и гойсияет причину высокой производительности процесса при растворении хрома в предложенных электролитах.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследованиЛ разработаны и предложены на базовчо предприятия технологические рекомендации и эффективный технологический йроцесс обработки конкретных изделий.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1.jnak P.O.Моменте Г.С..Маслов A.B..Ерочкин М.П. Электрохимическая обработка системы глухих пазов на сложнсконтурных поверхностях деталей машин. Тез.докл.I Всесоюзная конф. по электрохимической анодноП обработке материалов. Иваново ,х988 с. 138

2. Маслов А..Н.,Саущкин В.П..Крьчун А.Т.Дшк Г.Ф. Электролит для разьерноП ЭХО титина и сплавов на его основе.А.С.,'Я465209

о. Шпак Г.й..Мделов A.B. .Сауткин Б.П. Электрохимическое растворе-нге хрома в формамидных растворах. Известия ВУЗов "Химия и химическая техкологил".Иваново,Т.ЗЗ, вып.9,1090. с. 89

4. Шпак Г.Ф, «Саушкин Б.П. .Маслов А.В.Еаилние природы растворителя на анодное поведение хрома, никеля и сплавов на их основе. Известии йУЗов"Химик и химическая технологии.Иваново,Т.35,вып4 1992, с. ЬЗ

5. tihibK Г.й.,Саушкин B.Ii.,Маслов A.B. и др. Электролит для травления мэтров. A.C. СССР № 1705423

6. Шпак Г.0. ,Маслов A.B. .Ыи^кова H.lü. и др. Применение электро-хш.Ы"ескоЯ обработки п технологии изготовления глухих пазов.Прогрессивные технологические методы в машиностроении.Под.ред.Сауш-

кма Б.П., Кишинев:Штиинца, 1991, c.II.

7.Маслов A.B., Сауыкин 5.П., Шпак Г.Ф.Особенности электрохимического растворения хромоникелевого сплава КСб-кп в водно-органических элек-тролитах.Теэ.доклЛУ Всесоюзное совещание "Проблему сольватации и комплексообразования в растворах? Иваново,19В9,с.406. ö.tÜnaK Г.О..Лилия С.А.Состояние поверхности жаропрочного сплаяа ПСб-хя и его основных компонентов при анодном высокоскоростном растворении в неводных перхлоратных раствора г.. ВсесооашЯ секик&р "ДэоР.но?. слой и адсорбция на твещых электролигах".Тгрту.1991,с.75. 9.Шпак Г.£>.,Лилин С.А.,Балмасов A.B. и др.Высокоскоростная '»лектрохи-кическан обработка никелевых сплавов (Ш-10А, ЖС6-кп) а также никел?;. хрома и циркония в неводных и водно-органических растворах электролитов. У.Научно-технический семинар с международным участием то кексн-венциальным технологиям а машиностроении. НРБ, 1991 с Л £8.

Поапмаио а печа» II. 05. 1Ш Фориаг «0*941/1«! Бумага 1 ии, ОЛмм 7 п. л. Т. 190 «J. Ротзпрячт. Зак. а 334 Тип. Ляп ПИ 398007 ул. Тамбоаскак, I.