Elektrochemické obrábanie

Transkript

1 Elektrochemické obrábanie použitie len na vodivé materiály, nezávisle od tvrdosti, húževnatosti,... anodické rozpúšťanie obrábaný materiál je anóda a nástroj je katóda, nevzniká tepelné ani mechanické poškodenie materiálu, zanedbateľné opotrebovanie nástroja, kvalitu povrchu ovplyvňuje homogenita štruktúry, v porovnaní s chemickým obrábaním sa dosahujú vyššie hodnoty úberu materiálu, tvarová a rozmerová presnosť sú tiež vyššie

2 Elektrochemické obrábanie Elektrolýza prebieha v medzere medzi nástrojom a materiálom kde prúdi pod tlakom elektrolyt. Použitím vyššieho tlaku elektrolytu sa zrýchli úber materiálu aj kvalita povrchu. Úber materiálu je najintenzívnejší na mieste kde je medzera najmenšia najväčšia prúdová hustota. Nástroj má tvar budúceho obrobku.

3 Elektrochemické obrábanie elektrolyt roztok HCl, tlak elektrolytu je 0,5 1,5 MPa, rýchlosť prúdenia elektrolytu je okolo 50 m/sec, 2 prúdová hustota je do 1000 A/mm, napätie do 30V, pri vyššom by mohol vzniknúť výboj, 3 rýchlosť úberu je 1 3,5 mm /min.a, posuv až 2 mm/min jednotlivé fázové zložky sa rozpúšťajú rôznou rýchlosťou, každá fázová zložka má aj minimálne napätie pod ktorým sa proces zastaví

4 Elektrochemicé obrábanie

5 Elektrochemické obrábanie Šírka medzery je 0,1 0,3 mm. väčšia medzera pomalší úber materiálu a horšia kvalita povrchu, menšia medzera vrastá možnosť skratu a poškodenia materiálu a elektródy, konštantná medzera dosiahne sa plynulou reguláciou, priebežne sa meria veľkosť medzery a mení sa rýchlosť posuvu (adaptívne riadenie)

6 Elektrochemické obrábanie Nástroj je Cu elektróda. Oplatí sa pri sériovej výrobe zložitých tvarových súčiastok. Časti nástroja, ktoré sa nezúčastňujú obrábania sú izolované. Stroje aj nástroje sú drahé, preto sa používa iba v oddôvodnených prípadoch.

7 Elektrochemické obrábanie výkon elektrochemického obrábania je množstvo rozpusteného kovu, riadi sa Faradayovými zákonmi, rýchlosť úberu je hlavný faktor elektrochemickej obrobiteľnosti, presnosť obrábania závisí medzielektródovej vzdialenosti, bežne IT 8 až IT 10, kavlita povrchu (drsnosť) záleží od obrábaného materiálu, koncentrácie elektrolytu, elektrických, hydraulických parametrov, dosiahnuteľné Ra 0,2

8 Elektrochemické obrábanie Elektrolyt je najčastejšie roztok kyseliny, alebo rôznych solí. Elektrolyt sa používa v koncentrácii 10 až 20%, teplota býva okolo 35 C. Elektrolyt zabezpečuje: vedenie elektrického prúdu, odvádza vzniknuté teplo a nečistoty, rozpúšťa obrábaný materiál

9 Elektrochemické obrábanie Požiadavky na elektrolyt: vysoká elektrická vodivosť, nesmú sa vylučovať katióny kovu, ktoré by sa mohli usadzovať na nástroji, musí obsahovať ióny, ktoré budú rozpúšťať anódu, reakčné produkty, ktoré sa z elektrolytu dajú odstrániť, nízka kinematická viskozita, aby neboli zbytočné hydraulické straty, musí byť agresívny vzhľadom na obrábaný materiál a musí rovnomerne rozpúšťať všetky jeho fázové zložky

10 Elektrochemické obrábanie V priebehu obrábania sa kyslosť elektrolytu prudko zvyšuje, môže nastať pasivácia anódy (Fe a Ni zliatiny). Pridáva sa kyselina dusičná, ktorá pôsobí ako stabilizátor ph. Odstraňovanie splodín z elektrolytu.

11 Elektrochemické obrábanie obrábanie homogénnym elektrolytom medzielektródová medzera okolo 0,2 mm, menej presné obrábanie, potrebná korekcia činnej časti nástroja. obrábanie zmesovým elektrolytom zmes elektrolyt + vzduch, elektrolyt + CO2, medzera môže byť pod 0,1 mm (zvyčajne 0,05 0,08 mm), vysoká kvalita a presnosť povrchu aj pri zložitých tvaroch.

12 Spôsoby elektrochemického obrábania Podľa spôsobu odstraňovania splodín rozpúšťania môžeme deliť: s prúdiacim elektrolytom: vnútorné, vonkajšie, priečne, mechanicky odstraňovanými produktmi reakcie. Pri nízkej prúdovej hustote (pod hranicou tvorenia pasivačnej vrstvy) nie je potrebné odstraňovanie splodín.

13 Spôsoby elektrochemického obrábania

14

15 ECM hĺbenie dutín 2 vysoká prúdová hustota (1000 A/cm ), vysoká rýchlosť prúdenia elektrolytu (okolo 60/sec), posuv nástrojovej elektródy 0,5 10 mm/min, zmesový elektrolyt, drsnosť povrchu Ra menej ako 2 Ťažkoobrobiteľné, tvrdé, vysokopevné materiály. Dutiny zápustiek, lopatky turbín,...

16 ECM hĺbenie dutín

17 ECM hĺbenie dutín

18 ECM hĺbenie dutín

19 ECM vŕtanie Poznáme tri základné spôsoby výroby otvorov pomocou ECM: hĺbenie tvarovou rúrkou (STEM) rúrka tvarového prierezu (tvarové otvory), elektrolytické jemné vŕtanie (ECF) sklenená rúrka elektrolytické vŕtanie prúdom elektrolytu (ESD) sklenená rúrka s kapilárou

20 Hĺbenie tvarovou rúrkou priemer otvoru 0,5 až 5 mm, L/D viac ako 200, napätie V, elektrolyt: H2SO4, HNO3,

21 Elektrolytické jemné vŕtanie priemer otvoru 0,2 až 2 mm, L/D viac ako 100, napätie V, elektrolyt: H2SO4, HNO3,

22 Elektrolytické vŕtanie prúdom elektrolytu priemer otvoru 0,1 až 1 mm, L/D do 50, napätie V, elektrolyt: H2SO4, HNO3,

23 Elektrochemické delenie materiálu Poznáme nasledovné spôsoby ECM delenia materiálu: rotujúcim kotúčom kotúčová elektróda má boky pokryté izoláciou, stabilný úber štrbinovým nástrojom nástroj je rúrka na ktorej je štrbina odkiaľ vyteká elektrolyt, zložitejšie tvarové rezy, drôtovým nástrojom elektróda je drôt, do miesta rezu sa privádza elektrolyt hadičkou, hrúbka do 20 mm,

24 ECM delenie materiálu štrbinovým nástrojom

25 ECM delenie materiálu drôtovým nástrojom

26 Elektrochemické obrábanie odstraňovanie ostrín elektrolyt sa nasmeruje na ostriny, na ostrých hranách je najväčšia prúdová hustota, ostriny sa anodicky rozpúšťajú, brúsenie kombinácia anodického rozpúšťania a mechanického brúsenia, do elektrolytu je primiešané brusivo, leštenie na vrcholoch nerovností je najväčšia prúdová hustota, malý úber materiálu, prúdová hustota okolo 0,7 A/cm2, napätie do 12 V, katóda je z olova, veľká medzera, makronerovnosti sa môžu zväčšiť,

27 Elektrochemické obrábanie značenie elektróda má tvar značky, označené miesto sa líši od okolia zahĺbením o 0,003 až 0,1 mm, značenie trvá len niekoľko sekúnd, nepôsobí sila, teplo ani deformácia, používa sa na tenké fólie, tvrdé a krehké materiály

28 Elektrochemické nanášanie povlakov Galvanické pokovovanie je založené na katodickom vylučovaní kovu z elektrolytu. Pokovovaný predmet je katóda, anóda je elektróda z kovu, ktorý sa nanáša. Anóda sa rozpúšťa do elektrolytu a na katóde sa z elektrolytu vylučuje kov. Na hranách vznikajú ostré výrastky, na ploche bližšie k anóde je hrubšia vylúčená vrstva. Vylučovanie kovu má charakter kryštalizácie.

29 Elektrochemické nanášanie povlakov ochrana povrchu chráni povrch pred vplyvom prostredia (Zn), dekoratívne účely okrem ochrany povrchu plní aj dekoratívnu funkciu (Cr), funkčné zameranie povlak na povrchu je vytvorený za účelom zmeny funkčných vlastností (oteruvzdornosť, tvrdosť, nízky koeficient trenia),

30 Elektrochemické nanášanie povlakov Rýchlosť vylučovania závisí aj od mocenstva vylučovaného kovu. Pohybuje sa od 0,03 mm/hod pri Cr vrstvách po 0,5 mm/hod pri Fe a Ni vrstvách. Negatívny jav je vylučovanie H2, ktorý môže spôsobiť krehkosť naneseného povlaku. Odstraňuje sa žíhaním.

31 Elektrochemické nanášanie povlakov Je potrebná príprava povrchu: očistenie mechanicky sa očistí povrch, odmastnenie odstránia sa z povrchu nečistoty a mastnota, prípadne povrchový film, morenie zlepší priľnavosť nanášanej vrstvy k povrchu, nanesenie technologických medzivrstiev zlepší priľnavosť nanášanej vrstvy k povrchu

32 Elektrochemické nanášanie povlakov disperzné vrstvy V povlaku sú vnesené disperzné častice (Al2O3, SiC, TiO2, TiC, teflon, grafit, diamant). Disperzné vrstvy majú zlepšené niektoré mechanické vlastnosti (tvrdosť, trenie,...). Vznikajú súčasným vylučovaním kovu a usádzaním disperzoidu (prášok so zrnitosťou 0,1 6 m). Je potrebné intenzívne miešanie elektrolytu. Nosný kov býva zvyčajne Ni, Fe, Cu, Co, Ti.

33 Zariadenia na elektrochemické obrábanie tuhý rám na presné vedenie nástrojovej elektródy, číslicový riadiaci systém s vysokou presnosťou, vysokopresné pohony, max. hodnota úberu okolo 50 cm3/min, 3 vysoká spotreba el. energie (1kW/4 až 6 cm odobrateého materíálu), vysoká cena.

34 Zariadenia na elektrochemické obrábanie

35 Zariadenie na elektrochemické nanášanie povlakov

36 Zariadenie na elektrochemické nanášanie povlakov

37 Zariadenie na elektrochemické nanášanie povlakov

38 Zariadenie na elektrochemické nanášanie povlakov

39 Zariadenie na elektrochemické nanášanie povlakov

40 Zariadenie na elektrochemické nanášanie povlakov

41