СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ С УБЫВАЮЩЕЙ ЗАВИСИМОСТЬЮ ВНЕШНЕГО ДИАМЕТРА ОТ ДЛИНЫ Российский патент 2001 года по МПК B23H9/08 B23H3/00 C25F5/00 

Изобретение относится к области электрофизических и электрохимических методов обработки, а именно к способам электрохимической размерной обработки сложнопрофильных поверхностей.

Известен способ электрохимической обработки стержневых заготовок для производства медицинского инструмента [Патент РФ 2064538, C 25 F 1/00//C 25 F 3/06, 27.07.96], включающий электрохимическую обработку заготовок при погружении и извлечении их из ванны с электролитом, отличающийся тем, что при электрохимической обработке заготовки равномерно перемещают вдоль ванны и вращают вокруг своей оси, причем анодную плотность тока на заготовках снижают при извлечении их из электролита по сравнению с погружением, но не более чем в 4 раза.

Недостатками способа являются необходимость сложной кинематики движения заготовок и необходимость использования для снижения тока на завершающем этапе обработки путем изменения межэлектродного расстояния катодов сложной геометрической формы.

Известен способ размерной электрохимической обработки [Авторское свидетельство СССР 472778, B 23 P 1/04, 1973], при котором, с целью повышения производительности, точности и исключения электроэрозионного износа электродов, скважность импульсов в процессе обработки регулируют от малых значений в начале обработки и до больших значений в конце обработки.

Недостатком способа является невозможность плавных регулировок амплитуды и длительности импульсов, что ограничивает возможности регулирования точности получения деталей.

Известно разбиение времени электрохимической обработки на несколько последовательных этапов с различными режимами, изменяющимися от нескольких одинаковых черновых к заключительному одному чистовому [Размерная электрическая обработка металлов /Б.А. Артамонов и др. - под ред. А.В. Глазкова. М.: Высшая школа, 1978. - с.278].

Недостатком такого разбиения является отсутствие изменения режимов обработки на промежуточных этапах, что не позволяет изменять скорость растворения материала заготовки последовательно от режима к режиму.

Близким по сути признаком известного технического решения [Патент РФ 2064538, C 25 F 1/00//C 25 F 3/06, 27.07.96] и заявляемого технического решения является снижение анодной плотности тока на заготовках на заключительном этапе обработки. В известном техническом решении этот признак используется для заключительной полировки поверхности заготовки, а в предлагаемом - дополнительно для получения необходимой формы поверхности детали типа "игла".

Близким по сути признаком известного технического решения [Авт.св. СССР 472778, B 23 P 1/04, 1973] и заявляемого технического решения является использование для обработки импульсов тока и регулирование их параметров для уменьшения производительности обработки от начала к концу обработки. В известном техническом решении этот признак используется для повышения производительности, точности и исключения электроэрозионного износа электродов, а в предлагаемом - дополнительно для получения необходимой формы поверхности детали типа "игла".

Совпадающим признаком известного технического решения [Размерная электрическая обработка металлов /Б.А. Артамонов и др. - под ред. А.В. Глазкова. М.: Высшая школа, 1978. - с.278] и заявляемого технического решения является разбиение времени электрохимической обработки на несколько последовательных этапов с различными режимами, изменяющимися от черновых к чистовым. В известном техническом решении этот признак преследует целью повышение производительности обработки, а в предлагаемом - дополнительно для получения необходимой формы поверхности детали типа "игла".

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления игл из цилиндрических прутков [Попилов Л. Я. Основы электротехнологии и новые ее разновидности. Библиотечка электротехнолога. Выпуск 1. - Л.: Машиностроение. 1971. с.21], при котором обработку ведут в растворах кислот, цилиндрическую заготовку, используемую в качестве анода, помещают коаксиально внутрь полого неподвижного цилиндрического катода и постепенно извлекают на необходимую высоту, значительно интенсифицируя анодное растворение на острие, заостряя его (прототип).

Указанный способ имеет ряд недостатков.

1. Способ не позволяет при постоянной скорости извлечения заготовки получать сложный профиль поверхности детали, так как предназначен в основном для заточки острия. Для получения сложного профиля детали необходимо скорость извлечения изменять по программе в зависимости от времени обработки различных участков, что требует сложных механических устройств.

2. Значительное увеличение плотности тока на кончике иглы непосредственно перед выниманием детали из электролита, что усложняет получение игл необходимых геометрических размеров.

3. Невозможность осуществления полировки поверхности иглы.

Задача изобретения - получение сложнопрофильной поверхности цилиндрических деталей с убывающей зависимостью внешнего диаметра от длинн.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе электрохимической обработки цилиндрических деталей с убывающей зависимостью внешнего диаметра от длины, включающем непрерывное перемещение с постоянной скоростью вверх до минимальной точки заготовки относительно цилиндрического катода, расположенного коаксиально с межэлектродным зазором, сначала производят перемещение заготовки относительно катода вниз до максимальной точки для осуществления формообразования поверхности, на межэлектродный промежуток подают униполярные и/или биполярные импульсы тока прямоугольной формы, при этом поверхность заготовки разбивают на k участков, каждый из которых представляет собой боковую поверхность цилиндра высотой h_k, последовательно изменяют i режимов обработки каждого участка для регулирования скорости съема металла путем изменения амплитудно-временных параметров импульса и паузы, переключение с i-того режима на (i+1)-ый режим осуществляют после смещения заготовки относительно катода на расстояние h_k, изменение амплитудно-временных параметров импульсов тока устанавливают из условия осуществления к моменту переключения режима растворения материала на нижней границе участка, равного
,
где Δl_i - необходимый линейный радиальный съем металла на нижней границе k-того участка на i-том режиме, мм, а при движении заготовки относительно катода вверх до минимальной точки производят ее полирование на дополнительном полировочном режиме.

Операция - электрохимическое формообразование поверхности технических игл. Материал игл - нержавеющая сталь 12Х18Н9Т и углеродистая сталь У8. Материал катода нержавеющая сталь 12Х18Н9Т. Используемый электролит - смесь ортофосфорной и серной кислот с добавкой хромового ангидрида.

Выбор амплитудно-временных параметров импульсов технологического тока основывается на кривых нарастания и спада поляризации, полученных экспериментальным путем для обрабатываемых материалов в предлагаемом электролите. Временная зависимость импульсов следующая: импульс положительной полярности длительностью t_имп и амплитудой I_имп, первая пауза длительностью t_п1, импульс отрицательной полярности длительностью t_импотр и амплитудой I_импотр, вторая пауза длительностью t_п2. Длительность периода следования импульсов тока Т следующая:
T = t_имп + t_п1 + t_импотр + t_п2
При подаче униполярных импульсов импульс отрицательной полярности вторая пауза отсутствуют. В этом случае длительность периода следования импульсов тока Т следующая:
T = t_имп + t_п1
Пример 1.

Материал анода - 12Х18Н9Т. Скорость относительного движения электродов ν_дв = 1 см/мин. Геометрические размеры формируемой детали и цилиндрической заготовки представлены на фиг. 1, где D_загот - диаметр цилиндрической заготовки. Поверхность заготовки разбита на три участка:
h₁ = 2 см, h₂ = 2,5 см, h₃ = 3 см
Величины ΔL_k составляют: ΔL₁= 1,5 мм, ΔL₂ = 0,3 мм, ΔL₃ = 0,1 мм.

Обработка ведется униполярными импульсами тока следующих параметров:
i = 1: I_имп = 7 А/см²; t_имп = 10•10^-5 с; t_п1 5•10^-4 с
i = 2: I_имп = 6 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1 = 5•10^-4 с
i = 3: I_имп = 4 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1 = 10•10^-4 с
Дополнительный полировочный режим при обратной скорости движения электродов V_дв.обр = 1 см/мин:
I_имп = 0,1 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1 = 10•10_-5 с
Пример 2.

Материал анода - 12Х18Н9Т. Скорость относительного движения электродов ν_дв = 3 см/мин. Геометрические размеры и разбиение на участки такие же, как и в примере 1. Обработка ведется биполярными импульсами тока при следующих параметрах:
i = 1: I_имп = 6 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1 = 2,5•10^-5 с; I_{имп.отр}=1,4 А/см²; t_{имп.отр} = 5•10^-5 с; t_п2= 2,5•10^-5 с
i = 2: I_имп = 1,5 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1 = 2,5•10^-5 с; I_{имп.отр} = 0,4 А/см²; t_{имп.отр} = 5•10^-5 с; t_п2 = 2,5•10^-5 с
i = 3: I_имп = 0,5 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1 = 2,5•10^-5 с; I _{имп.отр} = 0,2 А/см²; t_{имп.отр} = 5•10^-5 с; t_п2 = 2,5•10^-5с
Использование биполярных импульсов позволяет увеличить производительность при сохранении точности обработки.

Дополнительный полировочный режим при обратной скорости движения электродов ν_дв.обр = 3 см/мин:
I_имп = 0,2 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1 = 5•10^-5 с
Пример 3.

Материал анода - сталь У8. Скорость относительного движения электродов ν_дв = 2 см/мин. Поверхность заготовки разбита на 4 участка:
h₁ = 2 см, h₂ = 2,5 см, h₃ = 3 см, h₄ = 3,5 см
Величины ΔL_k составляют:
ΔL₁ = 2 мм, ΔL₂ = 0,5 мм, ΔL₃ = 0,3 мм, ΔL₄ = 0,1 мм
Обработка ведется униполярными и биполярными импульсами тока следующих параметров:
i = 1: I_имп = 8 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1= 2,5•10^-4 с;
i = 2: I_имп = 1,5 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1= 2,5•10^-5 с; I_{имп.отр}= 0,4 А/см²; t_{имп.отр}= 5•10^-5 с; t_п2 = 5•10^-5 с
i = 3: I_имп = 0,5 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1= 2,5•10^-5 с; I_{имп.отр} = 0,2 А/см²; t_{имп.отр}= 5•10^-5 с; t_п2 = 5•10^-5 с
i = 4: I_имп = 0,5 А/см²; t_имп = 5•10^-5 с; t_п1= 2,5•10^-5 с; I_{имп.отр} = 0,2 А/см²; t_{имп.отр}= 5•10^-5 с; t_п2 = 5•10^-5 с
Дополнительный полировочный режим при обратной скорости движения электродов ν_дв.обр = 2 см/мин:
I_имп = 0,5 А/см²; t_имп= 5•10^-5 с; t_п1 = 10•10^-5 са

Изобретение может быть использовано при электрохимической размерной обработке сложнопрофильных поверхностей. Производят перемещение заготовки относительно коаксиально расположенного цилиндрического катода вниз до максимальной точки для осуществления формообразования поверхности. На межэлектродный промежуток подают униполярные и/или биполярные импульсы тока прямоугольной формы. Затем заготовку непрерывно перемещают с постоянной скоростью вверх до минимальной точки относительно катода для ее полирования на дополнительном полировочном режиме. Предварительно поверхность заготовки разбивают на k участков и последовательно изменяют режимы обработки каждого участка для регулирования скорости съема металла путем изменения амплитудно-временных параметров импульса и паузы. Способ позволяет получить поверхность заданного профиля, не требуя сложных механических устройств. 1 ил.

Способ электрохимической обработки цилиндрических деталей с убывающей зависимостью внешнего диаметра от длины, включающий непрерывное перемещение с постоянной скоростью вверх до минимальной точки заготовки относительно цилиндрического катода, расположенного коаксиально с межэлектродным зазором, отличающийся тем, что сначала производят перемещение заготовки относительно катода вниз до максимальной точки для осуществления формообразования поверхности, на межэлектродный промежуток подают униполярные и/или биполярные импульсы тока прямоугольной формы, при этом поверхность заготовки разбивают на k участков, каждый из которых представляет собой боковую поверхность цилиндра высотой h_k, последовательно изменяют i режимов обработки каждого участка для регулирования скорости съема металла путем изменения амплитудно-временных параметров импульса и паузы, переключение с i-го режима на (i+1)-й режим осуществляют после смещения заготовки относительно катода на расстояние h_k, изменение амплитудно-временных параметров импульса тока устанавливают из условию осуществления к моменту переключения режима растворения материала на нижней границе участка, равного
,
где Δl_i - необходимый линейный радиальный съем металла на нижней границе k-го участка на i-м режиме, мм,
а при перемещении заготовки относительно катода вверх до минимальной точки производят ее полирование на дополнительном полировочном режиме.