Электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки Российский патент 2018 года по МПК B23H3/04 B23H9/00 

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения, в частности к оборудованию для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, применяемых в винтовых героторных гидравлических двигателях для бурения нефтяных скважин.

Статоры с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall) повышают ресурс и надежность винтовых героторных гидравлических двигателей, используются для увеличения крутящего момента на выходном валу в режиме максимальной мощности, допустимой осевой нагрузки за счет увеличения перепада давления в режиме максимальной мощности, обеспечения равномерного натяга во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления, снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения, а также за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых камер между зубьями ротора и обкладки статора (RU 2321767, RU 2321768, RU 2300617, RU 2361997, RU 2373364).

Основные преимущества статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall):

- повышается нагрузочная способность статора, снижаются гистерезисные потери в обкладке, повышаются энергетические характеристики и тормозной момент двигательной секции, что исключает вероятность торможения двигателя при изменении нагрузки и повышает управляемость бурения;

- снижается количество вырабатываемого и сохраняемого тепла, натяг в соединении ротор-обкладка статора меньше зависит от температуры и деструкции (ʺразбуханияʺ) эластомера, обеспечиваются высокие энергетические характеристики в увеличенном интервале глубины скважины, температуры и буровых растворов на нефтяной основе;

- улучшенные энергетические характеристики двигателя позволяют эффективно использовать его с долотами PDC (Polycrystalline Diamond Compakt) с поликристаллическими алмазами;

- за счет меньшей толщины эластомера при отрыве кусков обкладки не происходит закупорки промывочных отверстий долота, вследствие этого требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, повышается наработка на отказ (Журнал ʺБурение и нефтьʺ, 11/2014, стр. 56÷59).

Известна установка для электрохимического фрезерования необработанной внутренней поверхности осевого отверстия трубчатой заготовки, содержащая устройство для удерживания заготовки, электрод, включающий множество смежных зубьев по окружности с канавками между ними, простирающихся между аксиально противоположными передним и задним его краями, устройство для перемещения электрода через отверстие заготовки между ближним и дальним краями заготовки, устройство для подключения заготовки и электрода в роли анода и катода соответственно, устройство для направления жидкого электролита через отверстие для обволакивания электрода, электрохимической обработки необработанного отверстия и формирования винтового отверстия за задним краем электрода, и устройство для уплотнения заднего края электрода к заготовке для герметизации от потока электролита, предназначенного для изоляции электролита в необработанном отверстии при прохождении электрода через заготовку (US 6413407 В1, 02.07. 2002).

В известной установке уплотнительное устройство для герметизации потока электролита прикреплено к заднему краю электрода для перемещения за ним в винтовом отверстии, включает устройство для направления жидкости за задним краем электрода с уплотнительным модулем, предназначенным для отделения жидкости от электролита, при этом уплотнительный модуль включает заднюю направляющую, прикрепленную к заднему краю электрода, и множество смежных направляющих зубьев по окружности с канавками между ними, направляющие зубья для уплотнения винтового отверстия больше зубьев электрода, а также включает наружную направляющую, присоединенную к ближнему краю заготовки, и множество смежных внутренних зубьев по окружности с канавками между зубьями, при этом эти внутренние зубья дополняются зубьями задней направляющей для герметизации от потока электролита и жидкости между ними, зубья электрода и направляющая расположены спирально по окружности для электрохимической обработки спиральных зубьев, а зубья наружной направляющей расположены по спирали для вращения в винтовом отверстии при перемещении электрода вдоль оси через заготовку.

В известной установке электрод выполнен полым в передней части для направления электролита через него, включает винтовую заднюю направляющую, присоединенную к заднему краю электрода и подогнанную по размеру для герметизации винтового отверстия во время электрохимической обработки, и винтовую переднюю направляющую, прикрепленную к переднему краю электрода и подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия, передняя и задняя направляющие поддерживают винтовой электрод аксиально между ними для центрирования внутри заготовки и обеспечения равномерного зазора между зубьями электрода и внутренней поверхностью заготовки.

Недостатками известного электрода являются неполная возможность повышения ресурса при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки (длиной до 6500 мм и диаметром до 245 мм), снижения расхода электроэнергии, а также повышения точности обработки.

Недостатки известного электрода объясняются неполной возможностью повышения эффективности теплообмена электрода, обеспечения изотермических условий с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности, предотвращения протекания токов, шунтирующих рабочий ток в межэлектродном промежутке, повышения точности центрирования электрода, а также недостаточной эффективностью уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий (ʺприжеговʺ) электрода.

Масса металлического шлама при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, например, длиной до 6500 мм и диаметром до 245 мм, составляет 150÷250 кг.

При этом прокачка электролита с металлическим шламом осуществляется из межэлектродного промежутка через радиальные отверстия внутрь электрода, что не обеспечивает эффективности уноса и очистки металлического шлама потоком электролита, не предотвращает короткие замыкания (ʺприжегиʺ) электрода, а также не обеспечивает изотермические условия с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности, изображено на фиг. патента US 6413407 В1, 02.07.2002.

Недостатком известного электрода является также высокая стоимость изготовления множества винтовых уплотнительных устройств каждого типа (числа зубьев) и размера (контурного диаметра), включающих заднюю направляющую, прикрепленную к заднему краю электрода, и множество смежных направляющих зубьев по окружности с канавками между ними, при этом направляющие зубья больше зубьев электрода для уплотнения винтового отверстия, а также включающих наружную направляющую, присоединенную к ближнему краю заготовки, и множество смежных внутренних зубьев по окружности с канавками между собой, при этом эти внутренние зубья дополняются зубьями задней направляющей для герметизации от потока электролита и жидкости между ними.

Недостатки известного электрода объясняются также тем, что площадь поперечного сечения, которую удаляют во время электрохимического фрезерования необработанной внутренней поверхности осевого отверстия трубчатой заготовки, достаточно велика, постоянный ток составляет 30000 ампер при напряжении 25 вольт, при этом поток электролита 30, прокачиваемого против направления движения электрода 20, подающегося в межэлектродный промежуток и проходящего далее через отверстия 36 электрода 20, не обеспечивает эффективного охлаждения электрода, что увеличивает вероятность потери устойчивости и возникновения неизолированных поверхностей, через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, вследствие этого не обеспечивается минимальный градиент температуры в его стенках на рабочей поверхности, не обеспечиваются форма и размеры винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, а также длительный (без износа) ресурс электрода 20.

Недостатком известного электрода является также недостаточная эффективность защиты от коротких замыканий и механических повреждений, что объясняется тем, что электрод, закрепленный на приводной штанге (длиной до 5500 мм), вдвигается в отверстие трубчатой заготовки, расположенной перед электродом, при этом из-за трения устройства уплотнения заднего края электрода в винтовом отверстии заготовки происходит потеря устойчивости приводной штанги, разрушение электрической изоляции и возникновение неизолированных поверхностей, через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, вследствие этого не обеспечиваются ресурс электрода и повышение точности обработки, а также возможность уменьшения расхода электроэнергии.

Недостатки известного электрода объясняются также тем, что процесс электрохимической обработки в известной установке предназначен для получения гладкого винтового зубчатого профиля внутренней поверхности в необработанном отверстии трубчатой заготовки, при этом для предотвращения ухудшения шероховатости обработанной поверхности при дальнейшем воздействии электролита после создания канала нужных размеров, задняя внутренняя направляющая, присоединенная к заднему краю электрода, образует уплотнение за электродом, а вода или другая жидкость затем прокачивается под давлением за задней направляющей электрода для обеспечения промывки оставшегося электролита.

Для достижения гладкой поверхности винтового зубчатого профиля в осевом отверстии трубчатой заготовки, увеличено время окончательной обработки внутренней стенки трубчатой заготовки в отдельной камере под действием электролита, вследствие этого в указанной отдельной камере имеются неизолированные поверхности, через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, что не позволяет уменьшить расход электроэнергии и увеличить производительность обработки, изображено на фиг. 2, 3, 5.

Недостатком известного электрода является также то, что гладкий винтовой зубчатый профиль внутренней поверхности в отверстии трубчатой заготовки, получаемый в результате электрохимической обработки, не обеспечивает требуемую адгезионную прочность привулканизованной затем обкладки из эластомера к профилю внутренней винтовой поверхности трубчатой заготовки, изображено на фиг. патента US 6413407 В1, 02.07.2002.

Вследствие этого не обеспечиваются свойства материала в конструкции, например, усталостная выносливость эластомера при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), остаточная деформация и усталостная выносливость при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), температурный предел хрупкости (ГОСТ 7912-74), истирание при скольжении (ГОСТ 426-77).

Известна установка для электрохимической обработки геликоидального зубчатого профиля внутренней поверхности трубчатой детали для изготовления статора винтового двигателя или насоса, включающая электрод зубчатой формы, приводную штангу для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории таким образом, чтобы электрод мог электрохимическим методом обрабатывать геликоидальный зубчатый профиль внутренней поверхности трубчатой детали, а устройство для создания траектории потока и направления электролита в первоначальном пространстве между электродом и деталью выполнено таким образом, чтобы электропитание обеспечивало электрический ток через электролит на первоначальном пространстве между электродом и деталью, где траектория потока также включает в себя зону за электродом, в то время как электрод движется вдоль прямолинейной траектории, и электролит может использоваться для создания шероховатости на внутренней поверхности детали после обработки электродом, при этом электрод удерживается внутри детали в течение продолжительного времени для достижения шероховатости внутренней поверхности детали (US 7192260 В2, 20. 03. 2007).

Известная установка включает электрод для формирования винтовых зубьев в трубчатой детали, приводную штангу для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории, электропитание, соединенное с электродом и имеющее соединение с трубчатой деталью, расположенной вдоль прямолинейной траектории и установленной таким образом, что электрод может проходить в осевом положении внутри трубчатой детали, посредством чего электропитание может обеспечивать электрический ток через электрод (катод) и деталь (анод), при этом траектория потока для направления электролита между электродом и деталью включает зону, обозначенную между частью приводной штанги и деталью за электродом, и включает электрический проводник, соединенный с электропитанием и воздействующий на зону, где электрический ток установлен через электролит внутри зоны между проводником и деталью, при этом содержит зону значительного размера в направлении прямолинейной траектории, причем электрический ток, проведенный в зону, может травить, и тем самым увеличивать шероховатость окончательно обработанной внутренней поверхности детали после обработки электродом, а электрод удерживается внутри трубчатой детали в течение продолжительного времени, достаточного для достижения шероховатости внутренней поверхности детали.

В известной установке электрод соединен с приводной штангой при помощи инструментального конуса, наружная поверхность которого имеет форму усеченного конуса и соединяется с внутренней поверхностью в форме усеченного конуса в приводной штанге и электроде, при этом пространство определяется уплотнением на приводной штанге, контактирующим с винтовыми каналами детали.

В известной установке часть приводной штанги покрыта изолирующей муфтой, а электрический проводник воздействует на зону между частью приводной штанги и деталью, которая является частью приводной штанги, не покрытой изолирующей муфтой.

В известной установке содержится, по меньшей мере, один канал для прохождения электролита мимо направляющей, созданный на наружной поверхности приводной штанги, между приводной штангой и деталью, при этом задняя направляющая образована для создания зоны, где электролит проходит между задней направляющей и приводной штангой для отвода тепла от электрода и передачи на соединение приводной штанги, при этом задняя направляющая содержит множество каналов для прохождения электролита между задней направляющей и приводной штангой с целью отвода тепла от электрода и передачи на соединение приводной штанги.

Отличием изобретения, выбранного в качестве прототипа, от изобретения, выбранного в качестве аналога и описанного в патенте US 6413407 В1, является то, что для достижения шероховатости поверхности внутренней стенки трубы статора, увеличено время окончательной обработки внутренней стенки трубы под действием электролита, и тогда электрический ток может продолжать травление внутренней обработанной поверхности, посредством этого достигается шероховатость поверхности, что обеспечивает требуемую адгезионную прочность привулканизованной затем обкладки из эластомера к профилю внутренней поверхности трубчатой заготовки.

Электролит вводится через канал 42 в камеру на входе (приближенную к месту крепления) 44, изображено на фиг. 7.

Во время электрохимической обработки детали 46 электролит проходит по длине приводной штанги 48 между приводной штангой и обработанной частью 47 детали 46, и через канавки 49 в стенке центрального отверстия направляющей детали 50, где проходит приводная штанга, изображено на фиг. 10.

Предпочтительное расположение канавок - параллельно друг другу с интервалами по окружности центрального отверстия задней направляющей детали 50, изображено на фиг. 9.

Поток электролита через эти канавки обеспечивает охлаждение зоны контакта электрода и приводной штанги, при этом электролит проходит затем через электрод 52 в направлении от входа к выходу, т.е. по направлению движения электрода мимо передней направляющей 80 и ниже длины необработанного отверстия 56 детали 46, в камеру, где электролит выпускается и отправляется на повторное использование, изображено на фиг. 9, 10.

Камера 44 имеет внутренний диаметр в соответствии с размером обработанного профиля детали, чтобы удержать вес электрода, перед тем как задняя направляющая входит в деталь, изображено на фиг. 7.

Задняя направляющая 50 направляет поток электролита и удерживает вес электрода, установленного на приводной штанге 48, но она не выполняет функции уплотнения, при этом электролит остается в положении за электродом во время процесса обработки, изображено на фиг. 10.

Изолирующая трубка 60 приводной штанги смещена в положение 62, чтобы открыть кольцевую площадь 64 приводной штанги достаточной длины, тогда электрический ток между направляющим стержнем и деталью будет оказывать травление окончательно обработанной внутренней стенки трубчатой детали.

Недостатками известного электрода являются неполная возможность повышения ресурса при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки (длиной до 6500 мм и диаметром до 245 мм), снижения расхода электроэнергии, а также повышения точности обработки.

Масса металлического шлама при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, например, длиной до 6500 мм и диаметром до 245 мм, составляет 150÷250 кг.

Недостатки известного электрода объясняются неполной возможностью повышения эффективности теплообмена электрода, обеспечения изотермических условий с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности, предотвращения протекания токов, шунтирующих рабочий ток в межэлектродном промежутке, повышения точности центрирования электрода, а также недостаточной эффективностью уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий (ʺприжеговʺ) электрода.

Во время электрохимической обработки детали 46 электролит проходит по длине приводной штанги 48 между приводной штангой и обработанной частью 47 детали 46, и через канавки 49 в стенке центрального отверстия направляющей детали 50, что не обеспечивает изотермические условия с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности, при этом металлический шлам накапливается между задней стенкой направляющей 80 и передним торцом электрода 52, что не обеспечивает эффективного уноса металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита, изображено на фиг. 9, 10.

Недостатком известного электрода является также высокая стоимость изготовления множества винтовых уплотнительных устройств каждого типа (числа зубьев) и размера (контурного диаметра), включающих заднюю направляющую, прикрепленную к заднему краю электрода, и множество смежных направляющих зубьев по окружности с канавками между ними, при этом направляющие зубья больше зубьев электрода для уплотнения винтового отверстия, а также включающих наружную направляющую, присоединенную к ближнему краю заготовки, и множество смежных внутренних зубьев по окружности с канавками между собой, при этом эти внутренние зубья дополняются зубьями задней направляющей для герметизации от потока электролита и жидкости между ними.

Недостатки известного электрода объясняются также тем, что площадь поперечного сечения, которую удаляют во время обработки, достаточно велика, постоянный ток составляет 30000 ампер при напряжении 20 вольт, передача электрического тока с таким высоким значением между электродом и приводной штангой не обеспечивает надежной защиты от коротких замыканий электрода и обрабатываемой детали, а поток электролита 30, прокачиваемого в межэлектродный промежуток и проходящего через каналы 49 электрода 52 или через каналы 91 электрода 88, не обеспечивает эффективного охлаждения электрода и минимального градиента температур в его стенках и на рабочей поверхности, увеличивает вероятность возникновения неизолированных поверхностей (частиц металлического шлама в электролите), через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, вследствие этого не обеспечивается форма и размеры электрода, имеющего винтовую зубчатую форму наружной поверхности, не обеспечивается форма и размеры винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, а также не обеспечивается длительный (без износа) ресурс электрода, изображено на фиг. патента US 7192260 В2, 20.03. 2007.

Недостаточная эффективность защиты электрода от механических повреждений и коротких замыканий объясняется также тем, что приводная штанга с закрепленным на ней электродом вдвигается в отверстие трубчатой заготовки, расположенной перед электродом, при этом из-за трения уплотнительных элементов 86, 92 относительно геликоидального зубчатого профиля внутренней поверхности трубчатой детали происходит потеря устойчивости приводной штанги и возникновение неизолированных поверхностей, через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, вследствие этого не обеспечиваются ресурс электрода, изображено на фиг. патента US 7192260 В2, 20.03.2007.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, содержащий электрод, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности, включающий винтовую заднюю направляющую, присоединенную к заднему краю электрода, и переднюю направляющую, прикрепленную к переднему краю электрода с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием трубчатой заготовки, а также содержащий оправку для установки на ней электрода, предназначенную для соединения с приводной штангой для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории для обеспечения равномерного зазора между зубьями электрода и внутренней поверхностью трубчатой заготовки, при этом передняя направляющая выполнена в виде гильзы из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой, содержит уплотнители для герметизации гильзы относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки и снабжена каналами для направления электролита в полость внутри необработанного отверстия трубчатой заготовки между гильзой и электродом, при этом электрод образует внутри каждого винтового зуба камеру для электролита, в стенке каждого винтового зуба электрода выполнен ряд поперечных щелевых каналов для направления электролита в межэлектродный промежуток, в пазах между зубьями электрода установлены вкладыши из диэлектрического материала, в поперечном сечении каждый вкладыш выполнен в форме двутаврового профиля и образует две дополнительные камеры для электролита, разделенные ребром двутаврового профиля, вход каждой дополнительной камеры расположен со стороны переднего края электрода, каждый торец полки двутаврового профиля, расположенной на максимальном радиальном расстоянии, образует с поверхностью электрода винтовой канал для направления электролита в межэлектродный промежуток, а задняя направляющая выполнена в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода, и экрана из диэлектрического материала, скрепленных с задним краем электрода, при этом на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы установлен центратор, выполненный из диэлектрического материала, имеющий круглую боковую поверхность, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, два торца, чередующиеся выступы и пазы на круглой боковой поверхности, выполненные с возможностью направления электролита в камеры внутри каждого винтового зуба электрода и в дополнительные камеры, образованные вкладышами из диэлектрического материала, установленными в пазах между зубьями электрода (RU 2586365 С1, 10.06.2016).

Недостатками известного электродного блока являются неполная возможность повышения ресурса для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки (длиной до 6500 мм и диаметром до 245 мм), снижения расхода электроэнергии, а также повышения точности обработки.

Масса металлического шлама при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, например, длиной до 6500 мм и диаметром до 245 мм, составляет 150÷250 кг.

Неполная возможность повышения ресурса электродного блока при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки и снижения расхода электроэнергии объясняется отсутствием плотного контакта по торцам токопроводящих деталей - электрода 5 и оправки 11 при затяжке болта 66 на торце 59 оправки 11 вследствие того, что между электродом 5 и оправкой 11 размещен центратор 51 из диэлектрического материала, при этом не предотвращается протекание токов, шунтирующих рабочий ток в межэлектродном промежутке 16, а также в зоне контакта электрода 2 и оправки 11 - по внутреннему диаметру электрода 5 и диаметру оправки 11, при этом возникают ʺприжегиʺ в зоне контакта электрода 5 и оправки 11, а также в резьбовом соединении болта 66 с оправкой 11 и в резьбовом соединении оправки 11 и приводной штанги 12, изображено на фиг. 1, 2, 7.

Неполная возможность повышения точности электрохимической обработки объясняется гидроабразивным размывом внутренних зубьев 62 в отверстии трубчатой заготовки 4 вследствие неравномерности скоростей и давлений потока электролита на основе хлорида натрия на водной основе (Na Cl) под давлением в системе - 4,0 МПа на выходе каждого из двух дополнительных каналов 35 и 35 для электролита, а также неполной возможностью повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий (ʺприжеговʺ) электрода 5 на выходе 45 и 46 каждого из двух дополнительных каналов 34, 35 для электролита 23, образованных вкладышем 31 из диэлектрического материала с поперечным сечением в форме двутаврового профиля, разделенного ребром 32 двутаврового профиля, перед тупиковой стенкой задней направляющей 47, выполненной в виде зубчатого диска (во впадинах между зубьями зубчатого диска), что приводит к образованию внутренних зубьев 62 в отверстии трубчатой заготовки 4 с уменьшенной толщиной головки зуба (в форме ʺзаостренногоʺ зуба), изображено на фиг. 1, 2, 7.

Технической задачей изобретения является повышение ресурса электродного блока при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, снижение расхода электроэнергии, а также увеличение точности обработки путем повышения эффективности теплообмена электрода и обеспечения изотермических условий с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности за счет обеспечения плотных контактов электрода с торцами элементов оправки и приводной штанги, создания дополнительной турбулентности для повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий.

Сущность технического решения заключается в том, что в электродном блоке для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, содержащем электрод, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности, включающий винтовую заднюю направляющую, присоединенную к заднему краю электрода, и переднюю направляющую, прикрепленную к переднему краю электрода с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием трубчатой заготовки, а также содержащем оправку для установки на ней электрода, предназначенную для соединения с приводной штангой для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории для обеспечения равномерного зазора между зубьями электрода и внутренней поверхностью трубчатой заготовки, передняя направляющая выполнена в виде гильзы из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой, содержит уплотнители для герметизации гильзы относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки и снабжена каналами для направления электролита в полость внутри необработанного отверстия трубчатой заготовки между гильзой и электродом, при этом электрод образует внутри каждого винтового зуба камеру для электролита, в стенке каждого винтового зуба электрода выполнен ряд поперечных щелевых каналов для направления электролита в межэлектродный промежуток, в пазах между зубьями электрода установлены вкладыши из диэлектрического материала, в поперечном сечении каждый вкладыш выполнен в форме двутаврового профиля и образует две дополнительные камеры для электролита, разделенные ребром двутаврового профиля, вход каждой дополнительной камеры расположен со стороны переднего края электрода, каждый торец полки двутаврового профиля, расположенной на максимальном радиальном расстоянии, образует с поверхностью электрода винтовой канал для направления электролита в межэлектродный промежуток, а задняя направляющая выполнена в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода, и экрана из диэлектрического материала, скрепленных с задним краем электрода, при этом на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы установлен центратор из диэлектрического материала, имеющий круглую боковую поверхность, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, два торца, чередующиеся выступы и пазы на круглой боковой поверхности, выполненные с возможностью направления электролита в камеры внутри каждого винтового зуба электрода и в дополнительные камеры, образованные вкладышами из диэлектрического материала, установленными в пазах между зубьями электрода, согласно изобретению центратор из диэлектрического материала снабжен скрепленной с ним внутренней втулкой, выполненной из токопроводящего материала и установленной коаксиально на оправке, край приводной штанги, направленный к электроду, выполнен с наружным центрирующим поясом, а оправка выполнена со сквозным центральным отверстием и внутренним центрирующим поясом и установлена коаксиально на центрирующем поясе приводной штанги, а также снабжен резьбовым модулем, прикрепленным к приводной штанге сквозь центральное отверстие оправки и имеющим резьбовые элементы на открытом краю оправки с возможностью плотных контактов переднего торца электрода с задним торцом внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала, переднего торца внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала с упорным торцом оправки, а также торцов оправки и приводной штанги, при этом со стороны контактирующего с задним торцом электрода торца задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, в плоскости каждой впадины между зубьями выполнена кавитационная каверна с возможностью образования собственных щелевых каналов для электролита, соединенных с выходом дополнительных каналов для электролита, образованных вкладышем из диэлектрического материала с поперечным сечением в форме двутаврового профиля, а толщина стенки задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, выполнена минимальной в плоскости каждой впадины между зубьями.

Внутренняя втулка в центраторе из диэлектрического материала выполнена с буртом, направленным к переднему краю электрода, а предкамера для электролита перед передним краем электрода образована наружной поверхностью бурта внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала, торцом центратора, направленным к переднему краю электрода, и передним краем электрода.

На наружном центрирующем поясе приводной штанги установлена коаксиально собственная центрирующая втулка из диэлектрического материала, подогнанная по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, контактирующая с передним торцом гильзы из диэлектрического материала, при этом собственная центрирующая втулка из диэлектрического материала содержит уплотнители для герметизации относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки, приводной штанги и переднего торца гильзы из диэлектрического материала.

Между торцами оправки и приводной штанги установлено уплотнительное кольцо из токопроводящего материала.

Выполнение электродного блока для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля таким образом, что центратор из диэлектрического материала снабжен скрепленной с ним внутренней втулкой, выполненной из токопроводящего материала и установленной коаксиально на оправке, край приводной штанги, направленный к электроду, выполнен с наружным центрирующим поясом, а оправка выполнена со сквозным центральным отверстием и внутренним центрирующим поясом и установлена коаксиально на центрирующем поясе приводной штанги, а также снабжен резьбовым модулем, прикрепленным к приводной штанге сквозь центральное отверстие оправки и имеющим резьбовые элементы на открытом краю оправки с возможностью плотных контактов переднего торца электрода с задним торцом внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала, переднего торца внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала с упорным торцом оправки, а также торцов оправки и приводной штанги, при этом со стороны контактирующего с задним торцом электрода торца задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, в плоскости каждой впадины между зубьями выполнена кавитационная каверна с возможностью образования собственных щелевых каналов для электролита, соединенных с выходом дополнительных каналов для электролита, образованных вкладышем из диэлектрического материала с поперечным сечением в форме двутаврового профиля, а толщина стенки задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, выполнена минимальной в плоскости каждой впадины между зубьями, обеспечивает повышение ресурса электродного блока при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, снижение расхода электроэнергии, а также увеличение точности обработки путем повышения эффективности теплообмена электрода и обеспечения изотермических условий с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности за счет обеспечения плотных контактов электрода с торцами токопроводящих элементов оправки и приводной штанги, создания дополнительной турбулентности для повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий.

Выполнение электродного блока для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля таким образом, что внутренняя втулка в центраторе из диэлектрического материала выполнена с буртом, направленным к переднему краю электрода, а предкамера для электролита перед передним краем электрода образована наружной поверхностью бурта внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала, торцом центратора, направленным к переднему краю электрода, и передним краем электрода, уменьшает потери давления потока электролита на основе хлорида натрия на водной основе (Na Сl) под давлением в системе - 4,0 МПа и гидроабразивный ʺразмыв' за счет выравнивания скоростей и давлений потока электролита между выходами чередующихся пазов на круглой боковой поверхности кольцевого центратора и входами в камеры внутри каждого винтового зуба электрода, а также между входами в дополнительные камеры электрода, образованные вкладышами в форме двутаврового профиля, установленными в пазах между зубьями электрода, что обеспечивает изотермические условия с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности, повышает эффективность уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий, а также обеспечивает длительный ресурс электрода, равный сроку службы установки для электрохимической обработки.

Выполнение электродного блока для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля таким образом, что на наружном центрирующем поясе приводной штанги установлена коаксиально собственная центрирующая втулка из диэлектрического материала, подогнанная по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, контактирующая с передним торцом гильзы из диэлектрического материала, при этом собственная центрирующая втулка из диэлектрического материала содержит уплотнители для герметизации относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки, приводной штанги и переднего торца гильзы из диэлектрического материала, дополнительно повышает точность центрирования электрода в необработанном отверстии трубчатой заготовки, а также точность получаемой в результате электрохимической обработки формы и размеров винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки.

Установка между торцами оправки и приводной штанги уплотнительного кольца из токопроводящего материала, преимущественно из меди M1 ГОСТ859-2014, обеспечивает надежное уплотнение потока электролита на основе хлорида натрия на водной основе (Na Сl) под давлением в системе - 4,0 МПа внутри приводной штанги, предотвращает протекание токов, шунтирующих рабочий ток в межэлектродном промежутке, по существу, ʺприжегиʺ посадочных поверхностей между наружным центрирующим поясом края приводной штанги, направленного к электроду, и внутренним центрирующим поясом оправки, повышает надежность герметизации соединения приводной штанги и оправки, а также упрощает разборку электродного блока.

Ниже изображен электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, предназначенной для изготовления статора с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall).

На фиг. 1 изображен электродный блок, прикрепленный к приводной штанге, в процессе электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки.

На фиг. 2 изображен электродный блок, прикрепленный к приводной штанге резьбовым модулем сквозь центральное отверстие оправки.

На фиг. 3 изображен разрез А-А на фиг. 2 поперек края приводной штанги, оправки и гильзы в месте крепления резьбового модуля к приводной штанге.

На фиг. 4 изображено сечение Б-Б на фиг. 2 поперек переднего края электрода с вкладышами из диэлектрического материала в форме двутаврового профиля, установленными в канавках между винтовыми зубьями электрода.

На фиг. 5 - изометрическое изображение электродного блока, вид со стороны заднего края электрода.

На фиг. 6 - изометрическое изображение электродного блока, вид со стороны переднего края электрода.

На фиг. 7 изображена задняя направляющая, выполненная в виде зубчатого диска, вид со стороны торца, направленного к электроду.

На фиг. 8 изображен разрез В-В на фиг. 7 вдоль кавитационной каверны в калибрующем зубчатом диске.

На фиг. 9 изображен электродный блок, скрепленный с приводной штангой, при завершении электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки.

На фиг. 10 изображено поперечное сечение трубчатой заготовки, получаемой при завершении электрохимической обработки.

Электродный блок 1 для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля 2 в отверстии 3 трубчатой заготовки 4 содержит электрод 5 (из латуни Л-63 ГОСТ 15527-70), имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности 6, включающий винтовую заднюю направляющую 7, присоединенную к заднему краю (торцу) 8 электрода 5, и переднюю направляющую 9, прикрепленную к переднему краю (торцу) 10 электрода 5 с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием 3 трубчатой заготовки 4, а также содержит оправку 11 для установки на ней электрода 5, предназначенную для соединения с приводной штангой 12 для продвижения электрода 5 вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода 5 вокруг своей оси 13 параллельно прямолинейной траектории для обеспечения равномерного межэлектродного зазора 14 между зубьями 15 электрода 5 и винтовым зубчатым профилем 2 в отверстии 3 трубчатой заготовки 4 в межэлектродном промежутке 16, изображено на фиг. 1, 2, 3.

Передняя направляющая 9 электрода 5 выполнена в виде гильзы 17 из диэлектрического материала (из капролона СТП-30 ТУ2224-003-39046337-04), скрепленной с оправкой 11 в процессе формования в продольных тупиковых пазах 18 оправки 11, с центрирующим поясом Д1, содержит уплотнители 19, 20 из эластомера для герметизации гильзы 17 относительно необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4, и снабжена каналами 21, 22 в оправке 11 и гильзе 17 для направления электролита 23 в полость 24 внутри необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4 между торцом 25 гильзы 17 и передним краем 10 электрода 5, при этом поз. 26 - трубчатый экран (или экраны) из диэлектрического материала, охватывающий наружную поверхность 27 приводной штанги 12, которая является проводником тока к электроду 5, изображено на фиг. 1, 2, 3.

Электрод 5 образует внутри каждого винтового зуба 15 камеру 28 для электролита 22, в стенке каждого винтового зуба 15 электрода 5 выполнен ряд поперечных щелевых каналов 29 для направления электролита 23 в межэлектродный промежуток 16, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4.

В пазах 30 между винтовыми зубьями 15 электрода 5 установлены вкладыши 31 из диэлектрического материала (из капролона СТП-30 ТУ2224-003-39046337-04), число вкладышей 31 равно числу винтовых зубьев 15 электрода 5, в поперечном сечении каждый вкладыш 31 выполнен в форме двутаврового профиля, а ребро 32 двутаврового профиля расположено в радиальной плоскости, например, 33 относительно центральной продольной оси 13 электрода 5, и образует две смежные дополнительные камеры 34, 35 для электролита 23, разделенные ребром 32 двутаврового профиля, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Входы 36, 37 каждой дополнительной камеры 34, 35 электрода 5, образованной вкладышами 31 из диэлектрического материала, а также входы 38 каждый камеры 28 внутри каждого винтового зуба 15 для электролита 22, расположены со стороны переднего края 10 электрода 5, изображено на фиг. 1, 4, 5, 6.

Каждый торец 39, 40 полки 41 двутаврового профиля вкладыша 31, расположенной на максимальном радиальном расстоянии 42, образует с поверхностью 43, 44 электрода 5 винтовой канал 45, 46 для направления электролита 23 в межэлектродный промежуток 16, изображено на фиг. 1, 2, 3,4.

Задняя направляющая 7 выполнена в виде зубчатого (калибрующего) диска 47 (из Латуни Л-63 ГОСТ 15527-70), контактирующего с задним торцом 8 электрода 5, и экрана 48 из диэлектрического материала (из капролона СТП-30 ТУ2224-003-39046337-04), скрепленных при помощи винтов 49 с задним торцом 8 электрода 5, изображено на фиг. 1, 2.

На оправке 11 между передней частью 10 электрода 5 и задней частью 50 гильзы 17 установлен центратор 51, выполненный из диэлектрического материала (из капролона СТП-30 ТУ2224-003-39046337-04), имеющий круглую боковую поверхность 52, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4, два торца 53 и 54, чередующиеся выступы 55 и пазы 56 на круглой боковой поверхности 52, выполненные с возможностью направления электролита 23 в камеры 28 внутри каждого винтового зуба 15 электрода 5 и в дополнительные камеры 34, 25 электрода 5, образованные вкладышами 31 из диэлектрического материала, установленными в пазах 30 между зубьями 15 электрода 5, изображено на фиг. 1, 2, 4, 5, 6.

Центратор 51 из диэлектрического материала, расположенный на оправке 11 между передней частью 10 электрода 5 и задней частью 50 гильзы 17 из диэлектрического материала, снабжен внутренней втулкой 57, выполненной из токопроводящего материала (втулка бронзовая ГОСТ613-79, материал - БрАМЦ), край 58 приводной штанги 12, направленный к электроду 5, выполнен с наружным центрирующим поясом 59, а оправка 11 выполнена со сквозным центральным отверстием 60 и внутренним центрирующим поясом 61 и установлена коаксиально на центрирующем поясе 59 приводной штанги 12, изображено на фиг. 1, 2

Электродный блок 1 снабжен резьбовым модулем 62, выполненным в виде резьбовой шпильки 63 и контргайки 64, жестко скрепленных с приводной штангой 12 при помощи резьбы в приваренном внутри отверстия 59 вкладыше 65 с шестью ребрами 66, при этом шпилька 63 расположена внутри центрального отверстия 60 оправки 11 и содержит резьбовые элементы 67, 68 на открытом (с обеспечением ʺвылетаʺ) краю 69 оправки 11 с возможностью плотных контактов:

- переднего торца 10 электрода 5 с задним торцом 70 внутренней втулки 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала;

- переднего торца 71 внутренней втулки 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала с упорным торцом 50 оправки 11;

- торца 72 внутри оправки 11 и торца 73 на краю 58 приводной штанги 12 при затяжке резьбовых элементов 67, 68 на открытом торце 69 оправки 11, изображено на фиг. 1, 2.

Торец 74 задней части 50 гильзы 17 из диэлектрического материала и торец 75 оправки 11 расположены в одной плоскости, а торцы 53 чередующихся выступов 55 центратора 51 из диэлектрического материала расположены в плоскости переднего торца 71 внутренней втулки 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала, изображено на фиг. 1, 2

В плоскости 76 каждой впадины 77 между зубьями 78 задней направляющей, выполненной в виде зубчатого (калибрующего) диска 47, со стороны торца 79, контактирующего с задним торцом 8 электрода 5, выполнена кавитационная каверна 80 с возможностью образования щелевых каналов 81 для электролита 23, соединенных с выходом 82, 83 дополнительных каналов 34, 35 для электролита 23, образованных вкладышем 31 из диэлектрического материала с поперечным сечением в форме двутаврового профиля, изображено на фиг. 1, 4, 5, 7, 8.

Толщина 84 стенки 85 задней направляющей, выполненной в виде зубчатого (калибрующего) диска 47, выполнена минимальной во впадинах 77 между зубьями 78 зубчатого диска 47, изображено на фиг. 1, 4, 5, 7, 8.

Внутренняя втулка 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала выполнена с буртом 86, направленным к переднему краю 10 электрода 5, а предкамера 87 для электролита 23 перед передним краем 10 электрода 5 образована наружной поверхностью бурта 86 внутренней втулки 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала, торцом 54 центратора 51, направленным к переднему краю 10 электрода 5, и передним краем 10 электрода 5, изображено на фиг. 1, 2.

На наружном центрирующем поясе 59 приводной штанги 12 установлена коаксиально собственная центрирующая втулка 88 из диэлектрического материала, подогнанная по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4, контактирующая задним торцом 89 с передним торцом 90 гильзы 17 из диэлектрического материала, при этом центрирующая втулка 88 из диэлектрического материала, с центрирующим поясом Д2, содержит уплотнители 91, 92, 93, 94 для герметизации относительно необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4, приводной штанги 12 и переднего торца 90 гильзы 17 из диэлектрического материала, изображено на фиг. 1, 2.

Между торцом 72 во внутренней полости оправки 11 и торцом 73 на краю 58 приводной штанги 12 установлено уплотнительное кольцо 95 из токопроводящего материала, преимущественно из меди M1 ГОСТ859-2014, изображено на фиг. 1, 2.

Вход 38 в камеру 28 внутри каждого винтового зуба 15 электрода 5 и входы 36, 37 в каждую пару дополнительных камер 34, 35, образованных вкладышами 31 из диэлектрического материала, установленными в пазах 30 между зубьями 15 электрода 5, расположены против выхода соответствующего продольного паза 56 в центраторе 51, по существу, против одного продольного паза 56 в центраторе 51 расположен вход 38 в камеру 28 внутри одного из винтовых зубьев 15 электрода 5, а против смежного продольного паза 56 в центраторе 51 расположены два входа 36, 37 в дополнительные камеры 34, 35, образованные вкладышами 31 из диэлектрического материала, установленными в пазах 30 между зубьями 15 электрода 5, изображено на фиг. 4, 5, 6.

Каждый ряд поперечных щелевых каналов 29 для направления электролита 23 в межэлектродный промежуток 16 в стенке каждого винтового зуба 15 электрода 5 расположен вдоль вершин 64 зубьев 15, изображено на фиг. 2, 3, 4, 5, 6.

Электродный блок 1 для электрохимической обработки снабжен винтами 49 для фиксации углового положения зубчатого диска 47 и экрана 48 относительно зубьев 15 электрода 5, а также устройством 96 фиксации (шпоночным соединением) углового положения электрода 5 относительно оправки 11 и внутренней втулки 57, скрепленной с центратором 51, изображено на фиг. 1, 2, 4, 7.

Кроме того поз. 97 - заглушка для задней стенки электрода 5 из латуни Л-63 ГОСТ 15527-70, соединенная с электродом 5 при помощи пайки (вариант изготовления электрода 5); поз. 98 - шайба из диэлектрического материала (из капролона СТП-30 ТУ2224-003-39046337-04), имеющая наружную резьбу 99; поз. 100 - защитный кожух из диэлектрического материала (из капролона СТП-30 ТУ2224-003-39046337-04), имеющий внутреннюю резьбу 101 для крепления защитного кожуха 100 и экрана 48, изображено на фиг. 1, 2, 9.

Кроме того поз. 102 - шпоночное соединение для фиксации в угловом положении оправки 11 относительно приводной штанги 12, изображено на фиг. 1, 2, 9.

Электродный блок предназначен для использования в установке ЭХО (RU 2578895, ООО ʺФирма ʺРадиус-Сервисʺ) для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall).

Предварительно собирают электродный блок 1.

Заднюю направляющую 7, выполненную в виде зубчатого (калибрующего) диска 47 и экрана 48 из диэлектрического материала скрепляют при помощи винтов 49 с задним торцом 8 электрода 5.

На оправку 11 устанавливают шпонку для обеспечения шпоночного соединения 96, устанавливают центратор 51 из диэлектрического материала, скрепленный с внутренней втулкой 57 из токопроводящего материала, и электродный блок 1, затем устанавливают шайбу 98 из диэлектрического материала и закрепляют при помощи гайки 67 на открытом краю оправки 11 для обеспечения плотных контактов - переднего торца 10 электрода 5 с задним торцом 70 внутренней втулки 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала, а также переднего торца 71 внутренней втулки 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала с упорным торцом 50 оправки 11.

Устанавливают кран-балкой трубчатую заготовку 4 в люнеты: первый край трубчатой заготовки 4 устанавливают на ролики неподвижно скрепленного с рамой установки регулируемого люнета, а второй край трубчатой заготовки 4 устанавливают на ролики скрепленного с рамой установки аналогичного, перемещаемого на раме установки в продольном направлении, вдоль отверстия 3 трубчатой заготовки 4 второго люнета.

На приводную штангу 12 устанавливают трубчатые экраны 26 из диэлектрического материала, в резьбу внутри отверстия 59 вкладыше 65 с ребрами 66 заворачивают резьбовую шпильку 63, заворачивают с заданным моментом затяжки гайку 64 для жесткого скрепления резьбовой шпильки 63 с приводной штангой 12.

Устанавливают приводную штангу 12 с экранами 26 из диэлектрического материала на собственные люнеты, скрепляют болтами фланец приводной штанги 12 с приводом вращения приводной штанги 12, установленном на суппорте, соединенном с приводом продольного перемещения суппорта.

Включают привод продольного перемещения суппорта и вдвигают приводную штангу 12, снабженную трубчатыми экранами 26 из диэлектрического материала и закрепленной резьбовой шпилькой 63 в отверстие 3 трубчатой заготовки 4, установленной в собственных люнетах, край 58 приводной штанги 12 располагают с вылетом из отверстия 3 трубчатой заготовки 4 таким образом, чтобы край экрана 26 на приводной штанге 12 располагался на дальнем от привода вращения приводной штанги 12 крае трубчатой заготовки 4, чтобы было удобно монтировать электродный блок 1 с оправкой 11 на краю 58 приводной штанги 12.

На наружный центрирующий пояс 59 приводной штанги 12 устанавливают центрирующую втулку 88 из диэлектрического материала, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4, при этом устанавливают уплотнители 91, 92, 93, 94 для герметизации относительно необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4, приводной штанги 12 и переднего торца 90 гильзы 17 из диэлектрического материала.

На приводную штангу 12 устанавливают шпонку для обеспечения шпоночного соединения 102, внутрь собранного электродного блока 1 устанавливают уплотнительное кольцо 95 из токопроводящего материала, и перемещают собранный электродный блок 1, включающий заднюю направляющую 7, выполненную в виде зубчатого (калибрующего) диска 47 и экрана 48 из диэлектрического материала, скрепленный при помощи винтов 49 с задним торцом 8 электрода 5 до упора переднего торца 90 гильзы 17 в торец центрирующей втулки 88.

Завинчивают с заданным моментом гайку 68 на открытом краю 69 оправки 11 для обеспечения плотных контактов торца 72 внутри оправки 11 и торца 73 на краю 58 приводной штанги 12.

На гайку 98 навинчивают защитный кожух 100 из диэлектрического материала, имеющий внутреннюю резьбу 101 для крепления защитного кожуха 100 и экрана 48.

Перемещают вдоль направляющей рамы на второй край трубчатой заготовки 4 камеру для электролита 23, снабженную устройством для поддержания избыточного давления электролита 23 в межэлектродном промежутке 16.

В начале электрохимической обработки приводная штанга 11 с экраном 26 из диэлектрического материала, которая является проводником тока к электроду 5, расположена внутри отверстия 3 трубчатой заготовки 4, электродный блок 1, скрепленный с приводной штангой 11, расположен в камере для электролита 23 (не показанной), при этом передняя направляющая 9 электрода 5, выполненная в виде гильзы 17 из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой 11, содержащей уплотнители 19, 20 из эластомера, установлена в необработанном отверстии 3 трубчатой заготовки 4.

Присоединяют источник электрического тока, например, выпрямитель ʺKRAFT 12000/24ʺ, для подключения неподвижной трубчатой заготовки 4 в виде анода, и с токосъемником для подключения вращающейся приводной штанги 11 и электрода 5 в виде катода, через поток электролита 23 в межэлектродном промежутке 16, а также соединяют блок управления с электрическими выходными сигналами параметров установки с компьютером.

Включают блок управления, соединенный с компьютером, при этом автоматически включаются насосы, электрооборудование, источник электрического тока - выпрямитель 24 ʺKRAFT 12000/24ʺ, привод продольного перемещения суппорта, приводной штанги 11 и скрепленного с ней электродного блока 1 вдоль прямолинейной траектории внутри отверстия 3 трубчатой заготовки 4, привод вращения приводной штанги 11 и скрепленного с ней электродного блока 1 вокруг оси 13 приводной штанги 11, при этом сила технологического тока составляет 12000 А, напряжение составляет 24 В.

При помощи привода продольного перемещения суппорта, приводной штанги 11 и скрепленного с ней электродного блока 1 вдоль прямолинейной траектории внутри отверстия 3 трубчатой заготовки 4, и привода вращения приводной штанги 11 и скрепленного с ней электродного блока 1 вокруг оси 13 приводной штанги 11, электрод 5, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности 6, включающий винтовую заднюю направляющую 7, присоединенную к заднему краю 8 электрода 5, и переднюю направляющую 9, прикрепленную к переднему краю 10 электрода 5 с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием 3 трубчатой заготовки 4, совершает продольное и вращательное движение, и образует винтовой зубчатый профиль внутренней поверхности 2 в отверстии 3 трубчатой заготовки 4.

Электролит 23 в процессе электрохимической обработки циркулирует по гидравлической схеме: бак рабочий с электролитом 23, бак промежуточный с электролитом 23, бак промывки с электролитом 23, насосы, модули фильтров, а также арматура (теплообменники, фильтры, вентили, затворы дисковые, датчики давления, температуры, расхода, рукав высокого давления и гибкий рукав сливной) и устройства для регулирования параметров электролита, управляемых выходными сигналами блока управления, при этом максимальное давление электролита в системе - 4,0 МПа.

В электрохимическом процессе используют электролит 23 на основе хлорида натрия на водной основе (Na Cl), при осуществлении указанного процесса вода разлагается, а ионы ОН соединяются с ионами железа, образуя FOH, который выпадает в осадок и подвергается фильтрованию в модуле фильтров, при этом концентрация электролита 18÷20%, температура электролита 40С°, водородный показатель электролита 7÷9 рН, максимально допустимое количество продуктов анодного растворения в электролите 50 г/л.

Скорость рабочей подачи электродного блока (бесступенчатое регулирование) составляет 10÷25 мм/мин, частота вращения штанги 12 (бесступенчатое регулирование) составляет 0÷0,45 об/мин.

Масса металлического шлама при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля 2 в отверстии 3 трубчатой заготовки 4 для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, например, длиной 6500 мм и диаметром 240 мм, составляет 240 кг.

Выполнение электродного блока для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля таким образом, что центратор 51 из диэлектрического материала, расположенный на оправке 11 между передней частью 10 электрода 5 и задней частью 50 гильзы 17 из диэлектрического материала, снабжен внутренней втулкой 57, выполненной из токопроводящего материала, край 58 приводной штанги 12, направленный к электроду 5, выполнен с наружным центрирующим поясом 59, а оправка 11 выполнена со сквозным центральным отверстием 60 и внутренним центрирующим поясом 61 и установлена коаксиально на центрирующем поясе 59 приводной штанги 12, при этом электродный блок 1 снабжен резьбовым модулем 62, выполненным в виде резьбовой шпильки 63 и контргайки 64, жестко скрепленных с приводной штангой 12 при помощи резьбы в приваренном внутри отверстия 59 вкладыше 65 с ребрами 66, при этом шпилька 63 расположена внутри центрального отверстия 60 оправки 11 и содержит резьбовые элементы 67, 68 на открытом (с обеспечением ʺвылетаʺ) краю 69 оправки 11 с возможностью плотных контактов:

- переднего торца 10 электрода 5 с задним торцом 70 внутренней втулки 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала;

- переднего торца 71 внутренней втулки 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала с упорным торцом 50 оправки 11;

- торца 72 внутри оправки 11 и торца 73 на краю 58 приводной штанги 12 при затяжке резьбовых элементов 67, 68 на открытом краю 69 оправки 11, при этом торец 74 задней части 50 гильзы 17 из диэлектрического материала и торец 75 оправки 11 расположены в одной плоскости, а торцы 53 чередующихся выступов 55 центратора 51 из диэлектрического материала расположены в плоскости переднего торца 71 внутренней втулки 57 в центраторе 51 из диэлектрического материала, а в плоскости 76 каждой впадины 77 между зубьями 78 задней направляющей, выполненной в виде зубчатого (калибрующего) диска 47, со стороны торца 79, контактирующего с задним торцом 8 электрода 5, выполнена кавитационная каверна 80 с возможностью образования щелевых каналов 81 для электролита 23, соединенных с выходом 82, 83 дополнительных каналов 34, 35 для электролита 23, образованных вкладышем 31 из диэлектрического материала с поперечным сечением в форме двутаврового профиля, при этом толщина 84 стенки 85 задней направляющей, выполненной в виде зубчатого (калибрующего) диска 47, выполнена минимальной во впадинах 77 между зубьями 78 зубчатого диска 47, обеспечивает надежный контроль межэлектродного зазора 14 в межэлектродном промежутке 16 за счет использования электронных датчиков давления, температуры и расхода электролита, а также блока управления с электрическими выходными сигналами параметров установки, соединенного с компьютером.

По истечении времени технологического процесса отключают блок управления, соединенный с компьютером, насосы, электрооборудование, источник электрического тока - выпрямитель 24 ʺKRAFT 12000/24ʺ, привод продольного перемещения суппорта, приводной штанги 12 и скрепленного с ней электродного блока 1 вдоль прямолинейной траектории внутри отверстия 3 трубчатой заготовки 4, привод вращения приводной штанги 12 и скрепленного с ней электродного блока 1 вокруг оси 13 приводной штанги 12.

Отключают токосъемник для подключения неподвижной трубчатой заготовки 4 в виде анода, и токосъемник для подключения вращающейся приводной штанги 12 и электрода 5 в виде катода.

Для этого отводят две полумуфты токосъемника с колодками от неподвижной трубчатой заготовки 4, отсоединяют устройство для удерживания заготовки 4 в местах крепления его крепление с рамой, перемещают вдоль направляющей рамы камеру для электролита 23 вместе с устройством для удерживания заготовки 4, отворачивают защитный кожух 100 из диэлектрического материала, снимают электрод 5 вместе с задней направляющей 7, выполненной в виде зубчатого диска 47, контактирующего с задним торцом 8 электрода 5, и экрана 48 из диэлектрического материала, скрепленных при помощи винтов 49 с задним торцом 8 электрода 5, и размещают их в технологическом месте хранения.

Устанавливают технологические заглушки, производят промывку винтового зубчатого профиля внутренней поверхности 2 трубчатой заготовки 4 специальным раствором.

Изобретение обеспечивает повышение ресурса электродного блока при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, снижение расхода электроэнергии, а также увеличение точности обработки путем повышения эффективности теплообмена электрода и обеспечения изотермических условий с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности за счет обеспечения плотных контактов электрода с торцами токопроводящих элементов оправки и приводной штанги, создания дополнительной турбулентности для повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий.

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, применяемых в винтовых героторных гидравлических двигателях для бурения нефтяных скважин. Изобретение обеспечивает повышение ресурса электродного блока при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, снижение расхода электроэнергии. Также изобретение позволяет увеличить точность обработки путем повышения эффективности теплообмена электрода и обеспечения изотермических условий с минимально возможным градиентом плотности тока на его рабочей поверхности за счет обеспечения плотных контактов электрода с торцами элементов оправки и приводной штанги, создания дополнительной турбулентности для повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, содержащий электрод, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности, включающий винтовую заднюю направляющую, присоединенную к заднему краю электрода, и переднюю направляющую, прикрепленную к переднему краю электрода с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием трубчатой заготовки, и содержащий оправку для установки на ней электрода, предназначенную для соединения с приводной штангой для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории для обеспечения равномерного зазора между зубьями электрода и внутренней поверхностью трубчатой заготовки, передняя направляющая выполнена в виде гильзы из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой, содержит уплотнители для герметизации гильзы относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки и снабжена каналами для направления электролита в полость внутри необработанного отверстия трубчатой заготовки между гильзой и электродом, при этом электрод образует внутри каждого винтового зуба камеру для электролита, в стенке каждого винтового зуба электрода выполнен ряд поперечных щелевых каналов для направления электролита в межэлектродный промежуток, в пазах между зубьями электрода установлены вкладыши из диэлектрического материала, в поперечном сечении каждый вкладыш выполнен в форме двутаврового профиля и образует две дополнительные камеры для электролита, разделенные ребром двутаврового профиля, вход каждой дополнительной камеры расположен со стороны переднего края электрода, каждый торец полки двутаврового профиля, расположенной на максимальном радиальном расстоянии, образует с поверхностью электрода винтовой канал для направления электролита в межэлектродный промежуток, а задняя направляющая выполнена в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода, и экрана из диэлектрического материала, скрепленных с задним краем электрода, при этом на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы установлен центратор из диэлектрического материала, имеющий круглую боковую поверхность, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, два торца, чередующиеся выступы и пазы на круглой боковой поверхности, выполненные с возможностью направления электролита в камеры внутри каждого винтового зуба электрода и в дополнительные камеры, образованные вкладышами из диэлектрического материала, установленными в пазах между зубьями электрода, отличающийся тем, что он снабжен резьбовым модулем и внутренней втулкой, скрепленной с центратором из диэлектрического материала, выполненной из токопроводящего материала и установленной коаксиально на оправке, при этом край приводной штанги, направленный к электроду, выполнен с наружным центрирующим поясом, а оправка выполнена со сквозным центральным отверстием и внутренним центрирующим поясом и установлена коаксиально на центрирующем поясе приводной штанги, резьбовой модуль прикреплен к приводной штанге сквозь центральное отверстие оправки и имеет резьбовые элементы на открытом краю оправки с возможностью плотных контактов переднего торца электрода с задним торцом внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала, переднего торца внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала с упорным торцом оправки, и торцов оправки и приводной штанги, при этом со стороны контактирующего с задним торцом электрода торца задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, в плоскости каждой впадины между зубьями выполнена кавитационная каверна с возможностью образования собственных щелевых каналов для электролита, соединенных с выходом дополнительных каналов для электролита, образованных вкладышем из диэлектрического материала с поперечным сечением в форме двутаврового профиля, а стенка задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, имеет минимальную толщину в плоскости каждой впадины между зубьями.

2. Электродный блок по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя втулка в центраторе из диэлектрического материала выполнена с буртом, направленным к переднему краю электрода, а предкамера для электролита перед передним краем электрода образована наружной поверхностью бурта внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала, торцом центратора, направленным к переднему краю электрода, и передним краем электрода.

3. Электродный блок по п. 1, отличающийся тем, что на наружном центрирующем поясе приводной штанги установлена коаксиально собственная центрирующая втулка из диэлектрического материала, подогнанная по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, контактирующая с передним торцом гильзы из диэлектрического материала, при этом собственная центрирующая втулка из диэлектрического материала содержит уплотнители для герметизации относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки, приводной штанги и переднего торца гильзы из диэлектрического материала.

4. Электродный блок по п. 1, отличающийся тем, что между торцами оправки и приводной штанги установлено уплотнительное кольцо из токопроводящего материала.