Введение к работе
Актуальность проблемы. Электрохимическую обработку (ЭХО), основанную на локальном высокоскоростном анодном растворении металлов, используют при изготовлении деталей из труднообрабатываемых металлов и сплавов, изделий сложной конфигурации, деталей, которые не допускают приложения заметных механических воздействий.
При реализации ЭХО необходимо обеспечить проведение процесса формообразования с требуемой точностью, высокой производительностью и низкой шероховатостью обработанной поверхности. Вышеуказанные характеристики зависят от многих факторов, важнейшими из которых являются природа и концентрация компонентов растворов, величина межэлектродного зазора (МЭЗ) между электродом-инструментом (ЭИ) и обрабатываемым рабочим электродом (РЭ), скорость протекания через МЭЗ рабочего раствора, плотность анодного тока. Наряду с вышеперечисленными факторами весьма существенным является форма подведенного на электроды напряжения (постоянное, с наложением переменной составляющей, импульсное).
Обеспечение необходимой точности является одной из наиболее важных задач электрохимической размерной обработки. Использование импульсных режимов обработки - один из эффективных методов повышения точности ЭХО. Различные варианты данного вида обработки металлов могут отличаться: амплитудой, длительностью импульса и паузы, чередованием нескольких видов импульсов, кинематикой подачи электрода-инструмента. Данному вопросу посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных исследователей. При этом влияние частоты следования импульсов тока на электродные процессы и технологические показатели процесса ЭХО изучено недостаточно.
Цель работы состояла в установлении закономерностей влияния частоты импульсной поляризации на производительность и точность электрохимического формообразования при обработке никеля и никельсодержащих сплавов и в разработке рекомендаций по практическому применению импульсных режимов электрохимической обработки.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
проведение поляризационных измерений при анодном растворении никеля в 1 М растворе NaN03 при различных нестационарных электрических режимах;
введение критериев, характеризующих точность электрохимического формообразования в условиях нестационарной ЭХО;
исследование зависимостей критериев точности и производительности ЭХО никеля HI и сплава 08X18Н10 от частоты следования и амплитуды импульсов напряжения (однополярных прямоугольных, однополярных полусинусоидальных и полученных наложением синусоидального напряжения на постоянное с сохранением полярности);
разработка технологических рекомендаций по использованию импульсных
режимов для электрохимической обработки деталей из никельсодержащих
сплавов неизолированным электродом-инструментом.
Научная новизна результатов исследования состоит в том, что:
предложена новая методика оценки точности электрохимического формообразования в импульсных режимах, основанная на компьютерной обработке полученных профилей и позволяющая характеризовать неравномерность съема металла на различных участках обрабатываемой поверхности;
установлена экстремальная зависимость точности и производительности электрохимической обработки никеля и никельсодержащих сплавов от частоты следования импульсов напряжения. Повышение точности формообразования обеспечивается при использовании униполярных прямоугольных импульсов в интервале частот 1-2 кГц, при использовании униполярных полусинусоидальных импульсов в интервале 3-6 кГц;
показано, что наложение на постоянное напряжение 10 В переменной синусоидальной составляющей с амплитудой 4-6 В и частотой 10 кГц обеспечивает повышение как производительности, так и точности электрохимической обработки никеля.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
предложен новый способ импульсной электрохимической размерной обработки (патент РФ на изобретение № 2426628), обеспечивающий повышение точности электрохимического формообразования;
показано, что разработанная методика оценки точности электрохимического формообразования может быть использована при выборе режимов электрохимической обработки металлов и сплавов;
предложенные импульсные режимы электрохимической прошивки отверстий прошли опытно-производственные испытания и рекомендованы к применению при изготовлении перфорированных пластин из сплава ХН65ВМТЮ в ТОО «КазПромАгрегат», г. Актобе, респ. Казахстан;
экспериментальная установка и методика определения точности электрохимической обработки внедрена в учебный процесс ИГЭУ по дисциплине «Физика».
Автор защищает:
разработанную методику определения точности электрохимического формообразования металлов и сплавов;
экспериментальные доказательства возможности управления процессом ЭХО никеля и никельсодержащих сплавов путем варьирования амплитуды и частоты следования импульсов при различных формах подаваемого на электроды напряжения;
практические рекомендации по применению импульсных режимов ЭХО для электрохимической обработки деталей из никельсодержащих сплавов неизолированным электродом-инструментом.
Достоверность результатов работы обеспечивалась использованием современных научно обоснованных физико-химических методов исследования, воспроизводимостью экспериментальных данных в пределах точности применяемых методов. Погрешность измерений оценивались по многократным измерениям с последующей обработкой результатов методами математической статистики. Выводы, сделанные по результатам работы, а также научные положения аргументированы и прошли апробацию на научных конференциях и в рецензируемых журналах.
Личный вклад автора. Автором совместно с научным руководителем поставлены цели и задачи исследования. Экспериментальные результаты, а также теоретические обобщения и расчеты выполнены лично автором под руководством научного руководителя и при участии соавторов публикаций.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на международных и всероссийских конференциях: на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007); на II и III Международных научно-технических конференциях «Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей» (Кострома 2007, 2010); на III Всероссийской конференции «Актуальные проблемы электрохимической технологии» (Энгельс, 2008); на I, II, III Международных научных конференциях «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» (Плес, 2008, 2010, 2011); на Международных научно-технических конференциях (XV, XVI Бенардосовских чтениях) «Состояние и перспективы электротехнологии» (Иваново, 2009, 2011).
Публикации. По материалам работы опубликовано 16 работ, в том числе 4 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК, получен патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов эксперимента и обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы (137 источника). Диссертация изложена на 134 страницах, содержит 56 рисунка и 2 приложения.
