Способ электрохимической обработки Советский патент 1990 года по МПК B23H7/38 

Изобретение относится к области машиностроения, а конкретно к электрофизическим методам обработки, и касается способа электрохимической обработки преимущественно небольших деталей.

Целью изобретения является повышение производительности обработки небольших деталей.

Принудительную прокачку рабочей среды осуществляют посредством возбуждения ультразвуковых колебаний, которые излучают в рабочую жидкость в направлении вдоль межэлектродного промежутка, причем частоту колебаний выбирают из соотношения

L. -| а,,

где f - частота, Гц;

L - длина межэлектродного промежутка, м;

а наибольшая величина межэлектродного зазора, м.

а интенсивность колебаний W выбирают из условия 103 W 1 О .

Источник акустических колебаний располагают на расстоянии 2-5а„с1Кс относительно входа в рабочую зону.

На чертеже представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Электрод-инструмент 1 и деталь 2 расположены в рабочей жидкости 3, размещаемой в ванне А. Между деталью 2 и электродом-инструментом 1 имеется межэлектродный зазор S величиной а. Длина тракта прокачки рабочей жидкости в меж /лектродном промежутке равна L. Преобразователь 6 ультразвуковых колебаний, получающий энергию от источника 7, расположен на входе в межэлектродный зазор 5« Деталь и электрод-инструмент в соответствующей полярности подключены к источнику 8 технологического напряжения.

(Л

с:

С,Т1 СО

оо

00

to

В интенсивном поле акустических колебаний возникают стационарные потоки жидкости. Когда в жидкой среде, находящейся в ванне Ц при атмосфер- с ном давлении Р, 10 Па, преобразователем .6 возбуждаются интенсивные ультразвуковые колебания,, то возникает постоянная составляющая давления, т.е. избыточное (по отношению к атмосфер- ю ному) акустическое давление

Р«.

.Н:5.

| 5-po-(v)

ср

(V2) - Ср

где - постоянная, зависящая от вида

среды и для воды равная 7-8; РО - плотность среды (для рабочих жидкостей при электрохимической обработке в первом прибли жении можно принять 1,1-103 кг/ДмЗ;

квадрат среднего значения колебательной скорости частиц среды.

Из общего выражения для воды и водных растворов следует, что постоян ная составляющая давления равна

Рак- (V2),p.

В различных точках рабочей среды, где распространяется- ультразвук, колебательные скорости, а значит, и по стоянная составляющая давления, различны. Это объясняется расхождением волны, поглощением, а также специфичностью ее распространения в межэлектродном промежутке (подобно волноводу) Поэтому в области пространства, занятой средой, создается разность постоянных составляющих давления .

При создании колебаний в жидкости в направлении вдоль межэлектродного промежутка, возникает акустическое давление РЯ.MCJICC Амплитуда колебаний вдоЛь промежутка на входе и не выходе различна. По длине L существует разность давлений . Возникает стационарное течение жидкости со скоростью Vp.c, . При этом оказывается неизменной алгебраическая сумма постоянной составляющей давления Pjg, динамического давления потока ро потерь давления ЛР вследствие вязкостного трения в межэлектродном промежутке:

( 2

2

«

uPg К const.

где V

Р.С,

- местная скорость потока рабочей среды;

с

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ЛР„ - потери давления вследствие

вязкости. В первом приближении можно считать,

что К P,

Постоянная составляющая для водных растворов

P,,g W.

Течение рабочей жидкости возникает при некотором пороге интенсивности 17,,при котором начинают проявляться нелинейные свойства среды. Исходя из приведенных рассуждений, этот порог можно принять равным 10 Вт/м. При превышении этого порога, как показывают опыты, скорость течения жидкости пропорциональна градиенту плотности кинетической энергии колебаний, т.е. акустического давления. При малой интенсивности скорость течения жидкости пропорциональна интенсивности и частоте -, а также обратно пропорциональна кинематической вязкости рабочей среды. На высоких частотах колебаний скорость течения пропорциональна квадрату частоты и почти пропорциональна квадрату коэффициента поглощения.

Для создания разности давлений в межэлектродном промежутке необходима неравномерность интенсивности W по его длине L. Уменьшение интенсивности W на выходе из промежутка обеспечивается поглощением ультразвука. По1- лощение в воде растет на частотах свыше 0,5 МГц, а при большой амплитуде - увеличивается в несколько десятков раз по сравнению с волнами малой амплитуды. Например, в воде при час;то- те f 1,5 МГц и интенсивности W 10 Вт/м2 на расстоянии 10 см интенсивность падает вдвое, т.е. коэффициент поглощения примерно составляет 0,1 см .

Интенсивность вводимых в межэлектродный промежуток колебаний не должна существенно превышать порога кавитации, поскольку при этом непосредственно у входа в промежуток увеличивается поглощение, а колебания не канализируются в промежуток. Этим обусловлено то, что преобразователь 6 (фиг. 1) располагают на расстоянии, не более чем в 2-5 раз превышающем величину промежутка.

Порог кавитации при низких частотах мал и увеличивается с повышением

частоты. Он снижается при охлаждении рабочей среды и с ростом содержания в ней газа.(при электрохимической обработке в газоэлектролитных смесях), для дегазированной воды на низких частотах соответствует интенсивности порядка З Ю Вт/м. Порог кавитации зависит от частоты, причем с ростом последней уменьшается различие в поведении воды дегазированной, или насыщенной газом (воздухом). При частотах более 1 МГц порог развитой кавитации может быть принят для интенсивности порядка 10 Вт/м.

Поскольку течение рабочей среды происходит в межэлектродном промежутке между поверхностями электродов, необходимо таким образом выбрать частоту, чтобы толщина акустического пограничного слоя была существенно меньше зазора а. На протяжении этого слоя амплитуда колебаний уменьшается в е раз. Чтобы подобное тормозящее влияние наличия электродов не сказывалось на создании разности давлений, необходимо задаться условием определенного соотношения между величиной промежутка и толщиной акустического пограничного слоя (S, 0,02 а. Толщина (в метрах) этого слоя, на котором сказывается влияние твердой поверхности электродов, равна

Г f-1-Д ак -ir. f

где - кинематическая вязкость ра- боче1 жидкости. Для водных растворов можно принять . Для водных растворов наименьшую

частоту колебаний можно определить

из условия

мин

Чтобы создать в межэлектродном промежутке перепад давления, необходимо подобрать также определенную частоту, обеспечивающую наибольшую разность давлений между входом и выходом промежутка;

Рассматривая промежуток как волно- вод, необходимо добиться, чтобы в нем возникала так называемая неоднородная волна без затухания, обеспечивающая снижение амплитуды колебаний на

выходе из промежутка. Для этого следует ВЫПОЛНИТЬ условие

,

где J - длина волны колебаний.

г При этом h - 7, где С - скорость

звука, для воды примерно 1500 м/с. Следовательно, а

Промежуток может запираться, т.е. не пропускать бегущих колебаний с длиной волны, характеризуемой неравенством а. Поэтому возникает неоднородная волна, амплитуда которой падает по мере удаления от входной части промежутка. Вся среда в межэлектродном промежутке (волноводе) колеблется синфазно, давление экспоненциально уменьшается по его длине. Таким образом, благодаря интенсивным ультразвуковым колебаниям, вводимым в промежуток, создается принудительное течение рабочей жидкости, т.е. условия для эффективного протекания процесса электрохимического растворения материала детали.

Обработку небольших дет.алей следует проводить в ванне, заполненной рабочей жидкостью. При этом дополнительно может также проявляться положительный эффект интенсификации процесса формо- образования ультразвуковыми колебаниями. Вследствие этого может быть повышена производительность процесса.

формула изобретения

Способ электрохимической обработ- . ки, согласно которому осуществляют принудительную прокачку рабочей жидкости через межэлектродный зазор между электродом-инструментом и заготовкой, подключенными к источнику технологического напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности об-. работки небольших деталей, принудительную .прокачку осуществляют путем воздействия на среду ультразвуковыми колебаниями, которые излучают в рабочую жидкость вдоль межэлектродного зазора, причем ультразвуковой преобразователь располагают на расстоянии (2-5)a,g,кc относительно входа в рабочую зону, частоту ультразвуковых колебаний f выбирают из соотношения ,

750, L -|- ajMaKi

15938128

L - длина межэлектродного

зазора, м, а интенсивность колебаний W выбирают

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к электрофизикохимическим методам обработки и касается способа электрохимической обработки небольших деталей. Цель - повышение производительности обработки. Обеспечивают интенсивную прокачку рабочей жидкости через зазор. Излучают в направлении вдоль зазора между электродом-инструментом и заготовкой ультразвуковые колебания. Частоту F и интенсивность W выбирают из соотношений: L*98750:Fα, где L - длина межэлектродного зазора

A макс - максимальный зазор

10 3*98W*9810 8. При этом ультразвуковой преобразователь располагают на расстоянии 2-5A макс относительно входа в рабочую зону. 1 ил.

где а.,яул - максимальный межэлектрод- из условия ,

ный зазор, W : 10 , Вт/м.

ч