Содержание к диссертации
Введение
I. Анализ состояния вопроса. цель и задачи исследования 9
1.1 Виды операций с использованием специальных инструментов 9
1.2 Конструкции специальных инструментов 9
1.2.1 Систематизация профилей рельефов рабочих поверхностей специальных инструментов 9
1.2.2 В ысечные инструменты 12
1.2.3 Печатные инструменты 13
1.3 Общая характеристика инструментальных материалов 14
1.4 Способы формообразования рельефов рабочих поверхностей специальных инструментов 15
1.4.1 Способы обработки с использованием механической энергии... 16
1.4.2 Способы обработки с использованием тепловой энергии 18
1.4.3 Способы обработки использованием химической энергии 20
1.5 Способы упрочнения рабочих поверхностей специальных инструментов 29
1.5.1 Термообработка рабочих поверхностей инструментов 30
1.5.2 Легирование рабочих поверхностей инструментов 32
1.5.3 Нанесение износостойких покрытий на рабочие поверхности инструментов 35
1.5.4 Пластическое деформирование 37
1.6 Выводы по главе I. Цель работы и задачи исследования 38
П. Теоретические исследования связи "технологические параметры обработки характеристики специалышх инструментов" 41
2.1 Выбор рациональной последовательности электрофизикохимических воздействий при формообразовании и упрочнении рабочих поверхностей специальных инструментов 41
2.2 Моделирование гидродинамических параметров ЭХО 50
2.3.1 Моделирование электрических полей при струйной ЭХО 59
2.3.2 Моделирование электрических полей при ЭХО с солевой пассивацией анода. 68
2.3.3 Моделирование плотностей тока при ЭХО с добавкой в электролит эмульсии 76
2.4 Моделирование лазерного термоупрочнения стальных специальных инструментов 78
2.5 Модь формирования шероховатости оксидно-керамических покрытий на магниевых сплавах 89
III. Методика проведения экспериментальных исследований 96
3.1 Общая характеристика комплексной методики проведения экспериментальных исследований 96
3.2 Методика проведения экспериментальных исследований ЭХО 96
3.2.1 Материалы и предварительная подготовка образцов 97
3.2.2 Нанесение диэлектрических масок : 98
3.2.3 Оценка локализующей способности ЭХО 100
3.2.4 Оценка качества поверхности 101
3.2.5 Экспериментальное оборудование 101
3.2.6 Составы электролитов для ЭХО 105
3.2.7 Обработка результатов исследований ЭХО 105
3.3 Методика проведения экспериментальных исследований лазерного термоупрочнения 106
3.3.1 Экспериментальные образцы и предварительная подготовка поверхностей 106
3.3.2 Проведение экспериментов лазерного термоупрочнения 107
3.3.3 Измерение микротвердости поверхности 108
3.3.4 Экспериментальное оборудование 109
3.3.5 Обработка результатов экспериментальных исследований лазерного термоупрочнения 111
3.4 Методика проведения экспериментальных исследований микродугового оксидирования 111
3.4.1 Экспериментальные образцы и предварительная подготовка поверхностей 112
3.4.2 Формирование оксидно-керамических покрытий 112
3.4.3 Оценка качества поверхностей оксидно-керамических покрытий и искажение геометрии экспериментальных образцов 114
3.4.4 Экспериментальное оборудование 114
3.4.5 Обработка результатов экспериментальных исследований процесса микродугового оксидирования 115
3.5 Механическая обработка 117
3.6 Методика проведения трибологических испытаний 117
3.6.1 Оборудование и схема трибологических испытаний 117
3.6.2 Обработка результатов трибологических испытаний. 118
3.7 Выводы по главе III 118
IV. Комплексные экспериментальные исследования связи "технологические параметры обработки - характеристики специальных инструментов". 120
4.1 Электрохимическое формирование профилей специальных инструментов 120
4.1.1 Исследования влияния гидродинамики протекания электролита на точность ЭХО 122
4.1.2 Исследования локализующей способности струйной ЭХО 124
4.1.3 Исследования формы профилей рельефов при струйной ЭХО... 129
4.1.4 Исследования шероховатости поверхностей при ЭХО 133
4.2 Исследования лазерного термоупрочнения стальных специальных инструментов 137
4.3 Исследования МДО специальных инструментов из магниевых сплавов 145
4.4 Трибологические испытания 153
4.5 Практическая реализация и разработка рекомендаций формованию рабочих поверхностей специальных инструментов с применением эл ектрофизикохимических воздействий 155
Общие выводы 159
Литература
- Систематизация профилей рельефов рабочих поверхностей специальных инструментов
- Моделирование гидродинамических параметров ЭХО
- Методика проведения экспериментальных исследований ЭХО
- Исследования влияния гидродинамики протекания электролита на точность ЭХО
Введение к работе
Актуальность темы. В машиностроительной и полиграфической промышленности, большой объем выпускаемой продукции требует износостойких специальных инструментов, способных выдержать большие тиражи, а большая номенклатура разнообразной продукции - быстрой их смены, в том числе высечных (неметаллические уплотнения, прокладки, этикетки, упаковка и так далее), тиснильных (шильдики, плакаты). Под специальными, понимаются инструменты характеризующиеся нетиповой формой (фасонные печатные, тиснильные пластины, гибкие и жесткие высечные ножи) и специфическими свойствами материалов (сплавы меди, магния, цинка, свинца, а также стальные).
Повышение требований, предъявляемых к качеству деталей с точки зрения улучшения точности и качества поверхности при их обработке, заставляет технологов и исследователей искать пути их обеспечения. Одними из наиболее перспективных путей являются методы электрофизикохимической размерной обработки (ЭФХРО). В связи с этим задача введения электрофизикохимических воздействий для формообразования и упрочнения специальных инструментов, решение которой позволит создавать в том числе уникальные объекты (нежесткие вырубные элементы, объемные матрицы для тиснения голографических изображений и так далее) является весьма актуальной.
Современное оборудование для электрохимической, электроэрозионной, ультразвуковой, ионно-плазменной, вакуумной, лазерной и комбинированной обработки, представляет возможность разработки технологий изготовления фасонных инструментов с использованием электрофизикохимических воздействий.
Данная работа направлена на повышение эксплуатационных и технико-экономических показателей (износостойкость, твердость рабочих поверхностей, экологическая нагрузка при изготовлении) инструментов с фасонными поверхностями (на примере инструментов полиграфии) за счет дополнения современной технологии изготовления электрофизикохимическими воздействиями.
Актуальность исследований подтверждается Госконтрактом № Л0048/1650.
Цель работы. Повышение эксплуатационных и технико-экономических параметров специальных инструментов с фасонными рабочими поверхностями (на примере полиграфических инструментов) на основе применения электрофизикохимических воздействий.
Методы исследования. Работа включает в себя теоретические (моделирование с применением ЭВМ) и экспериментальные исследования. Теоретические исследования физических процессов при анодном растворении, тепловых и диффузионных процессов при лазерном термоупрочнении проведены методом численного моделирования (методом конечных разностей), распределение скоростей течения электролита в межэлектродном зазоре выполнены в программном пакете "Gas", использующем численный метод конечных частиц. Экспериментальные исследования проводились с использованием методов теории планирования экспериментов и математической стати-
стики.
1J2kS\
СЛІстерІург */,/) і О» 300
Положения, выносимые на защиту:
-
Установленные закономерности взаимодополнения и сочетания электро-физикохимических воздействий (анодное растворение, лазерное тепловое воздействие, микродуговое оксидирование) на геометрию, микротвердость, шероховатость и износостойкость рабочих поверхностей фасонных инструментов.
-
Методика выбора последовательности электрофизикохимических воздействий, учитывающая свойства материала и направленная на улучшение эксплуатационных и технико-экономических параметров инструментов с фасонными поверхностями.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния анодного растворения, микродугового оксидирования и лазерного термоупрочнения на точность изготовления и износостойкость фасонных инструментов.
-
Технологический регламент получения рельефов инструментов с фасонными поверхностями из меди Ml и стали 65Г методом электрохимической обработки с анодными масками, нанесения оксидно-керамического покрытия на инструменты из магниевого сплава МА2-2Мпч методом микродугового оксидирования, лазерного термоупрочнения инструментов из стали 65 Г.
-
Способ формообразования рельефов инструментов с фасонными рабочими поверхностями методом струйной электрохимической обработки с анодными диэлектрическими масками и солевой пассивацией поверхности анода из меди.
-
Способ формообразования рельефов инструментов с фасонными рабочими поверхностями методом струйной электрохимической обработки с анодными диэлектрическими масками и добавкой в электролит эмульсии из поверхностно-активных веществ и углеводородов.
Научная новизна.
Обоснование выбора последовательности электрофизикохимических воздействий при изготовлении инструментов с фасонными поверхностями на основе взаимодополнения и сочетания видов подводимой энергии (тепловая, химическая, механическая) и учета свойств материала для последовательного улучшения эксплуатационных и технико-экономических параметров инструментов.
Практическая ценность работы:
-
Создана гамма инструментов с улучшенными эксплуатационными и технико-экономическими свойствами.
-
Обоснован выбор последовательности электрофизикохимических воздействий при изготовлении рельефов инструментов с фасонными рабочими поверхностями для повышения их эксплуатационных и технико-экономических параметров.
-
Теоретически обоснованы и экспериментально проверены условия повышения точности электрохимической обработки с диэлектрическими анодными масками при обработке меди Ml, лазерного термоупрочнения рабочих поверхностей инструментов из стали 65Г, нанесения износостойкого оксидно-керамического покрытия на поверхности инструментов из магниевых сплавов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных научно-технических конференциях "Современная электротехнология промышленности Центра России. Исследования, инновации, применение" г. Тула, 2002-2004 г., Всероссийских научно-технических конфе-
ренциях "Современная электротехнология в машиностроении", г. Тула, 2002-2003 г., XXIX Гагаринских чтениях, научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГу в 2002-2004 г.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, перечня использованной литературы. Работа содержит 138 листов машинописного текста, 109 рисунков, 10 таблиц, общий объем работы 173 с. Список использованной литературы содержит 141 источник.
Систематизация профилей рельефов рабочих поверхностей специальных инструментов
Рельефы специальных инструментов можно представить как сочетание впадин и выступов, которые можно охарактеризовать такими параметрами как высота, форма, а также расположение на поверхности.
Элементы одного инструмента могут отличаться на порядок: их размеры колеблются от 0,1 до 3 мм по высоте и от 0,05 мм и до сотен миллиметров по ширине. Нижняя граница такого рельефа граничит с микрорельефом. Существует классификация микрорельефа [123, 124]. Термин микрорельеф относится к шероховатости, и определяется ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 24773-81 (регулярный микрорельеф). Параметры профилей специальных инструментов (в частности полиграфических) ГОСТ не нормированы, они определяются технологическими инструкциями или экспертными оценками [77, 80].
Поэтому предлагается оценивать профили рельефов специальных инструментов следующим образом: разбивать рельеф на составные элементы (единичный профиль) и сложный многоуровневый профиль рассматривать как комбинацию единичных профилей.
Профиль единичного элемента можно охарактеризовать следующими параметрами: SI- ширина верхней кромки выступа, S2 - ширина основания, h -высота выступа, R1J12 - радиусы кривизны боковой стенки, аД а2 - углы наклона плоских боковых стенок или касательных к боковым стенкам с радиусом, R3 - радиус кривизны вершины выступа. Обозначим за "положительный" радиус боковой стенки тот, центр которого лежит внутри объема профиля, за "отрицательный" - вне объема профиля, то есть при положительном радиусе R, профиль боковой стенки выпуклый, при отрицательном - впалый. При радиусе стенки стремящемся к бесконечности имеем плоскую стенку.
Основными геометрическими параметрами печатных пластин являются: hj - глубина, которая должна быть тем больше, чем больше ширина (или диаметр) St пробельного элемента; а - угол наклона боковой поверхности (профильный угол). Соотношения между h, S и а определяются в одних странах, в том числе России, технологическими инструкциями, а в других странах, например в США - методом экспертной оценки [87, 88, 116, 117].
Пример полиграфических печатных инструментов приведен на рис. 1.8. Вырубные, биговочные, перфорационные и высечные инструменты изготавливаются из высоколегированной стали (табл. 1.1). Для изготовления высеч-ных инструментов используются также высококачественные углеродистые стали типа сталей 55...65.
Для изготовления печатных инструментов используются цветные сплавы. Это обусловлено несколькими причинами: - низкая твердость, что дает возможность исправления брака на стадии фотолитографического процесса, а также возможность изготовления инструментов с мелкими элементами (до 0,05 мм) обработкой резанием; - высокие теплоемкость и теплопроводность, обеспечивающие высокие скорости конгревной печати; - малый размер зерна (до 0,3 мкм), что обеспечивает высокую разрешающую способность при изготовлении инструментов травлением к кислотах; - низкая температура плавления, обеспечивающая достаточно легкую переработку сплава и повторное использование в условиях типографии.
Существует достаточно большое количество способов формообразования, в данном разделе рассмотрены способы, получившие наибольшее распространение.
Для получения фасонных рабочих поверхностей специальных инструментов, могут быть применены механические и физико-химические способы обработки, классификация которых по виду используемой энергии, представ-0 лена на рис Л .9.
Механическая обработка основана на явлении удаления материала лезвийным инструментом (обработка резанием) или перераспределения материала р из-за пластической деформации под давлением (обработка давлением).
Обработка резанием. Для формообразования рельефов сложной формы, характерных для фасонных инструментов (в частности полиграфических), применяется фрезерование. На сегодняшний день это один из двух применяемых способов получения рельефов фасонных инструментов.
Достоинством метода является возможность получения любого по сложности профиля рабочей поверхности.
При использовании этого метода, составляется компьютерная трехмерная модель поверхности в специализированных пакетах программ (EnRout 3D, 3D Engrave), затем она передается в систему ЧПУ станка, которая автоматиче-ски назначает режимы и производит обработку. Это позволяет получать с достаточной точностью рельефы любой сложности, как одно- так и многоуровне 17 вые [98]. Выпускаемое серийное оборудование (пяти координатные станки, мощностью от 60 Вт до 10 кВт, габариты обрабатываемой детали от 160х 100 мм до 2000x3000 мм) позволяют производить формование фасонных рабочих поверхностей специальных инструментов всех типоразмеров..Точность обработки составляет до 5 мкм [134,138].
Недостатки метода - невозможность обработки тонких нежестких заготовок из-за сил резания, приводящих к возникновению следов технологической наследственности на обратной стороне заготовок, трудность обработки резанием мягких цветных сплавов, широко распространенных в полиграфии (медных, свинцовых) из-за наволакивания и образования заусенцев. Помимо этого, необходима частая замена дорогостоящего режущего инструмента. В процессе резания возникают побочные явления такие, как нагрев и деформирование заготовки, в результате чего возникают нежелательные эффекты: изменение структуры материала и его свойств, увеличиваются внутренние напряжения, на поверхности возникают микротрещины [131]. При обработке резанием значительное влияние на точность и качество получаемого рельефа оказывает износ обрабатывающего инструмента. Производительность обработки резанием довольно низкая, например, по сравнению с методом травления в кислотах, так как обрабатываются все элементы рельефа последовательно.
Обработка давлением. В научно-технической литературе, для образования фасонного рельефа давлением [110] выделяются два метода: накатывание профильным роликом и выдавливание.
Накатывание профильным роликом основано на последовательном перенесении рельефа инструмента — ролика на заготовку. Выдавливание в отличие от предыдущего способа осуществляет формообразование рельефа одновременно по всей поверхности [20].
Моделирование гидродинамических параметров ЭХО
При электрохимическом формообразовании с использованием диэлектрических масок, точность изготовления будет определяться подтравливанием под маску. Очевидно, что чем меньше подтравливание, тем выше точность копирования рисунка маски, то есть необходимо добиться однонаправленного анодного растворения материала заготовки в направлении перпендикулярном плоскости анода.
Гидродинамические факторы оказывают значительное влияние на точность электрохимической размерной обработки [81]. Это происходит как из-за изменения условий газо- и шламозаполнения по длине тракта МЭЗ, так и из-за различного профиля скоростей и давления по тракту, обусловливающих различные величины диффузионного слоя и лимитируя скорость процесса обработки (например, приводя к образованию струйностей) при диффузионном перенапряжении процесса. Поэтому необходимо исследование влияния гидродинамических параметров течения электролита в МЭЗ на возможность создания однонаправленного анодного растворения.
Поскольку толщина диффузионного слоя пропорциональна скорости электролита [122], то для исследования влияния гидродинамических параметров на однонаправленность процесса анодного растворения, при допущении, что электрохимическая реакция анодного растворения идет с диффузионным перенапряжением, целесообразно провести оценку величины и направления локальной скорости электролита у поверхности анода.
Моделирование проводилось в программном пакете GAS 2, основанном на численном методе конечных частиц, использующем схемы расщепления метода крупных частиц, реализованный на косоугольной неравномерной сетке. Моделирование гидродинамических процессов в этом пакете основано на системе уравнений течения вязкой жидкости в декартовой системе координат в форме Навье-Стокса: - уравнение неразрывности - уравнение состояния Р Р\р, Т). В данной системе уравнений: u,v - составляющие скорости потока по осям ху соответственно; t - время; р - плотность; Е CVT -h\u +v J/2 полная энергия; Г- температура; Р - давление; т,т- нормальное и касательное вязкие напряжения. Начальные и граничные условия задаются для конкретных схем течения электролита в электролизере и характеризуются условиями истечения и торможения, основными термодинамическими параметрами среды (начальными скоростями, давлениями, температурой).
Внутри конечной частицы параметры потока аппроксимируются алгебраическими функциями с использованием известных соотношений, применяемых в методе конечных элементов. Применение косоугольной формы частиц, позволяет избежать введения фиктивных и дробных ячеек на границах области течения и осуществлять произвольную дискретизацию пространства. Полученные конечно-разностные уравнения всех этапов расщепления характеризуются строгим выполнением законов сохранения массы, импульса и энергии.
Геометрические параметры профилей фасонных полиграфических инструментов (клише для тиснения и формы высокой печати) находятся в диапазоне: глубина впадины - до 3 мм, минимальная ширина впадины - до 0,05 мм, максимальная ширина не ограничена [80, 88]. Поэтому для исследования гидродинамических параметров ЭХО выбраны следующие параметры профиля анода и характеристики электрохимической ячейки: МЭЗ величиной S=5 мм с длиной тракта /=10 мм; глубина впадины h= 0,3 и 0,6 мм и шириной х: лс=0,3, 1,0 и 5 мм. Граничные условия на входе в МЭЗ электролита - давление 0,3 МПа и скорость Уэл=30 м/с.
Расчетная область, для случая прокачки электролита через полностью заполненный электролитом МЭЗ, электролит протекает вдоль плоскости анода, представлена на рис. 2.5.
Методика проведения экспериментальных исследований ЭХО
Для проверки теоретических представлений приведенных в главе 2, разработана и реализована комплексная методика экспериментальных исследований.
Целью комплексной методики является изучение влияния электрофизи-кохимических воздействий на технико-экономические и эксплуатационные свойства (точность изготовления, шероховатость, микротвердость и износостойкость рабочих поверхностей) специальных инструментов (печатных и тиснильных пластин, высечных ножей).
Объектом исследования служат процессы электрофизикохимических воздействий (анодное растворение, лазерное термоупрочнение, микро дуговое оксидирование).
Комплексная методика экспериментальных исследований включает в себя следующие основные составляющие: 1. методику проведения экспериментальных исследований ЭХО; 2. методику проведения экспериментальных исследований лазерного термоупрочнения; 3. методику проведения экспериментальных исследований МДО; 4. методику проведения трибологических испытаний.
Методики позволяют оценить точность изготовления и форму рельефов поверхностей, их шероховатость, микротвердость и износостойкость.
Для реализации метода струйной ЭХО с применением диэлектрических масок, разработана и реализована методика экспериментальных исследований ЭХО.
Целью методики является изучение влияния условий осуществления анодного растворения на точность формирования профилей и качество поверхностей рабочих поверхностей специальных инструментов.
Объектом исследования служит процесс размерной электрохимической обработки.
Методика экспериментальных исследований струйной ЭХО включает в себя следующие основные составляющие: 1. Нанесение диэлектрических масок; 2. Оценку локализующей способности ЭХО; 3. Оценку качества поверхности. Материалы и предварительная подготовка образцов
Для реализации экспериментальных исследований процесса ЭХО применялись экспериментальные образцы из материалов: медь Ml ГОСТ 859-2001, Сталь 65Г ГОСТ 14959-79, с геометрическими размерами axbxc=60x40x9, 60x40x0,6 и 120x90x0,6.
Подготовка поверхности экспериментальных образцов к нанесению фо-торезистивной маски. Перед нанесением фоторезиста, поверхность образцов подвергалась очистке и обезжириванию.
Очистка поверхности заключалась в снятии загрязнений и естественной окисной пленки: - образцов из Стали 65Г в 5% соляной кислоте в течение 30 с; - образцов из меди Мів 50% азотной кислоте, в течение 10 с; Обезжиривание производилось смачиванием поверхности образцов бен зином БР-1, после чего протиралась хлопчатобумажными салфетками.
По окончании каждой операции производилась промывка образцов дистиллированной водой, после чего они высушивались до полного удаления влаги.
Нанесение фоторезистивных диэлектрических масок на поверхность экспериментальных образцов заключалась в подготовке фоторезиста, поверхности образцов, и собственно нанесения фоторезиста.
Подготовка фоторезиста. Применялся сухой пленочный позитивный фоторезист СПФ-5ВЩ, толщиной 40 мкм. Подготовка фоторезиста заключалась в раскройке на элементы соответствующего размера и снятии защитного полиэтиленового слоя.
Нанесение фоторезиста на поверхность экспериментальных образцов. Было применено два способа нанесения фоторезиста: - для образцов площадью менее 100 см , фоторезист наносился на нагретую до 110... 120 С поверхность и прикатывался резиновым валиком; - для образцов площадью более 100 см , фоторезист наносился на образец с температурой 20 С, после чего прикатывался резиновым валиком. Затем помещался в печь с температурой 110...120 С для нагрева. В процессе нагрева, фоторезист периодически прикатывался резиновым валиком.
После этого, образцы с нанесенным слоем фоторезиста выдерживались 30 мин при комнатной температуре в темноте.
Исследования влияния гидродинамики протекания электролита на точность ЭХО
При обработке на экспериментальной установке с набрызгиванием электролита, наблюдается ускоренный подтрав под маску со стороны течения электролита, что согласуется с результатами моделирования гидродинамики, описанными в гл. 2.2, рис. 2.7. Электролит при схеме набрызгивания движется вдоль поверхности анода. Разность подтрава со стороны течения электролита и с противоположной стороны ("наветренной" и "подветренной") составляет в зависимости от продолжительности обработки до 50% в однокомпонентном электролите (10 % NaNCb) до 90 % при обработке с солевой пассивацией поверхности анода. По этой причине для формования инструментов с фасонными рабочими поверхностями, с размерами элементов менее 1 мм, схема с набрызгиванием электролита трудноприменима. Для обработки инструментов не имеющего критическим фактором точность передачи рисунка изолирующей маски - высечных ножей, схема с течением элекролита вдоль поверхности анода допустима. При этом условии, для устранения разности подтравов с противоположных сторон маски, при обработке применялось реверсирование направления вращения вала электролизера, что приводило к изменению направления течения электролита на противоположное.
ФНАР для инструментов из стали 65Г составил 1,3...1,4 при глубине обработки 0,45 мм, при этом с уменьшением электропроводности электролита ФНАР возрастает (от 1,2 для 10 % до 1,4 для 5% NaCl).
Скорость вращения вала электролизера при схеме с набрызгиванием, оказывает значительное влияние на силу тока в ячейке, зависимость силы тока в ячейке от частоты вращения вала имеет экстремальный характер (рис. 4.2). Частота вращения вала при которой сила тока в ячейке для данной конструкции электролизера максимальна, для катода-лопасти — 5 об/с, а для катода проволоки -5...6 об/с.
Разница в силе тока обусловлена тем, что в случае катода проволоки, величина МЭЗ 10 мм, в то время как МЭЗ для катода-лопасти изменяется от 5 мм до 20 мм. Характер зависимости силы тока в ЭХЯ от частоты вращения вала определяется омическим сопротивлением потока электролита, падающего на заготовку. Омическое сопротивление потока электролита определяется гидродинамикой. Наблюдение показало, что экстремальный характер зависимости силы тока вызван тем, что с увеличением скорости вращения вала от 0 до 5 об/с, количество электролита попадающее на заготовку возрастает, возрастает ширина столба электролита, вследствие чего падает его омическое сопротивление. При дальнейшем увеличении скорости вращения вала (более 6 об/с), падение силы связано со срывом электролита с лопастей вала, нарушением сплошности потока, что увеличивает его омическое сопротивление.
На основании проведенных экспериментов установлено, что оптимальной схемой электролизера является схема с катодом-проволокой (рис. 3.5д), которая обеспечивает максимальную силу тока в ячейке и равномерность обработки. Оптимальная скорость вращения вала 6-7 об/мин при данной конструкции электролизера, обеспечивающая максимальную силу тока в ячейке при используемой глубине погружения вала и форме лопаток. Угол крепления лопа сти к валу должен находиться в интервале 50...60 , что обеспечивает равно мерный характер распределения потока электролита на заготовку. Схемы а,в,г создают значительную неравномерность травления, схема б обладает малой производительностью из-за значительного МЭЗ [60, 64, 66].
Проведенные экспериментальные исследования, показывают, что течение электролита вдоль плоскости анода: - создает условия для высокой скорости травления под маску, то есть затруднительности получения высокой точности обработки; - неравномерности подтравливания, что значительно затрудняет коррекцию маски.
При струйной обработке не выявлено разности подтравов с разных сто рон изолирующей маски. Это связано с тем, что электролит распространяется от центра струи во все стороны с одинаковой скоростью. МЭЗ при струйной обработке не должен быть слишком малым, чтобы полностью не заполнялся электролитом отраженным от анода, так как при полном заполнении МЭЗ теряется эффект повышения направленности анодного растворения за счет струйного течения электролита.
При струйной ЭХО, существует зависимость силы тока от диаметров струй электролита. Сила тока с уменьшением диаметра струи снижается, что связано с увеличением омического сопротивления струи, например, для поддержания силы тока постоянной, при уменьшении диаметра струи с 2,5 мм до 1 мм напряжение необходимо увеличить с 25 до 60 В (для условий проведения эксперимента). Таким образом, эксперименты показали, что струйная ЭХО более энергоемка, обработка ведется на повышенных напряжениях, схожий эффект наблюдаются при струйном электрохимическом сверлении отверстий (напряжение до 500 В) [128].
