Введение к работе
Актуальность работы.
Новый качественный уровень развития ряда отраслей промыш- . ленности: электронной, электротехнической, авиа- и приборостроения,- требует повышения надежности оборудования с одновременной его миниатюризацией и жесткими требованиями к микрогеометрии изделий. Это обусловило широкое применение деталей, изготовленных из металлических лент толщиной до 50 мкм.
Как правило, в качестве исходных материалов применяются прецизионные сплавы с заданными физико-механическими свойствами: магнитными, пружинными, коррозионностойкими,
Высоколегированные сплавы (ВЛС) типа 36НХТЮ и ЗОНГХТШ с заданными характеристиками упругости нашли применение в специальной аппаратуре магнитной записи как материалы для изготовления сложноконтурных и высокоточных тонкомерных пружин подвеса магнитных.головок.
Требования, предъявляемые к качеству сложноконтурных деталей, их высокая точность при миниатюрных линейных размерах, заставили отказаться от традиционных методов обработки - механических (резание и штамповка). Способ химического травления по фоторезистивной маске также оказался неприемлем из-за его многооперационности и неудовлетворительной точности получаемых изделий.
Использование современных электрофизических методов обработки (лазерного, эдектроэррозионного) невыгодно с точки зрения производительности и затрат. Кроме того, высокая температура в зоне обработки приводит к нарушениям в структуре сплава и потере им специальных свойств (аморфных, пружинных, магнитных). -
Как показывает многолетний опыт кафедры "Технология электрохимических производств" НГТУ и проблемной лаборатории "Защита материалов", перспективным является способ электрохимического формообразования по трафарету (ЭХФТ). Однако относительно большие площади растворяемого металла в данном случае приводят к неоправданным энергетическим и материальным затратам, снижению производительности процесса. Это выявило проблему со-вершенствования метода ЭХФТ с позиции минимально необходимого объема металла, растворяемого в окнах трафарета для получения детали заданного контура. .
Решению данной проблемы применительно к обработке преци-
зионных высоколегированных сплавов со специальными физико-механическими характеристиками посвящена настоящая работа.
Исследования выполнены на кафедре "Технология электрохимических производств" НГГУ (НІІИ) в соответствии с Координационным планом АНСССР на 1986-1990 гг. по направлению 2.25, проблеме 2.25.2, подразделу-2.25.2.3.4., исследованиями проблемной научно-исследовательской лаборатории "Защита материалов" по г/б темам 1.4 и 3.91 "Электрохимическая обработка и противокоррозионная защита материалов".
Цель работы.
Изучить возможность создания процесса ЭХФТ ВЛС, накопить новый фактический материал по данному объекту и на его основе разработать ресурсосберегающую, высокопроизводительную и экологически безопасную технологию контурного ЭХФТ миниатюрных сложнопрофильных высокоточных1.- деталей из тонких (0,02-0,1 мм) металлических лент.
Задачи исследования.
Исследовать процесс анодного растворения ВЛС ЗбНХТЮ и ЗОНГХТШ в условиях ЭХФ. Определить основные факторы, влияющие на точность и производительность процесса ЭХФТ и изучить их влияние на условия формирования контура изделия.
Разработать критерий выбора электролита для ЭХФТ тонкомерных деталей с контролируемой микрогеометрией из прецизионных ВЛС - металлических лент толщиной 0,02-0,1 мм.
Определить условия, отвечающие высокой точности и производительности и на их основе подобрать оптимальный состав электролита и режимы электролиза.
Разработать основы конструирования узлов и деталей высокопроизводительного оборудования и предложить к внедрению ресурсосберегающую и экологически чистую технологию получения сложноконтурных тонкомерных изделий с контролируемой микрогеометрией из металлических лент-прецизионных ВЛС ЗбНХТЮ и ЗОНГХТШ.
Автор защищает:
Установленные им:
-особенности электрохимического поведения ВЛС ЗбНХТЮ и ЗОНГХТШ при высоких (до 100 А/см2) плотностях тока в электролитах- водных растворах неорганических солей с различным кати-
онным и анионным составом;
закономерности влияния электрохимического и гидродинамического факторов на процесс формирования контура изделия;
критерий выбора состава электролита для контурного ЭХФТ сложнопрофильных деталей с контролируемой микрогеометрией из прецизионных ВЛС;
оптимальные состав электролита и режимы электролиза для электрохимической обработки сплавов ЗбНХТЮ и ЗОНГХТШ - металлических лент толщиной 0,05 мм по контуру формообразующего отверстия в трафарете;
основы конструирования объемного трафарета для ЭХФТ. позволяющего осуществлять коррекцию гидродинамических условий
- по длине межэлектродного канала;
- конструкторские решения высокопроизводительного обору
дования ЭХФТ и технологические приемы, позволяющие обеспечить
исполнение тонкомерных деталей ажурного рисунка с точностью
і 0,015 мм из металлических лент толщиной 0,02-0,1 мм.
Научная новизна
-
Получен новый фактический материал по закономерностям анодного растворения прецизионных ВЛС ЗбНХТЮ и ЗОНГХТШ в электролитах - водных растворах неорганических солей с различным анионным и кагионным составом при высоких плотностях тока. Показано, что скорость анодного растворения определяют локаль-кальные гидродинамические условия. Установлено, что анодное растворение сплавов происходит при контролирующей стадии -электрохимической в растворах, содержащих нитрат-, сульфат- и хлорид-ионы.
-
Разработана методика щелевого трафарета, позволившая установить две особенности процесса формообразования в окрестности кромки изоляции на аноде: 1) увеличение значения плотности тока на порядок по сравнению с измеряемой величиной (электрохимический фактор); 2) интенсивное перемешивание слоя электролита выделяющимся на аноде газом (газовый фактор).
-
Установлена величина газового фактора в общем процессе формирования контура изделия, которая, в зависимости от состава электролита, находится в пределах 10-25 %; определено его влияние на характеристику выхода по току.
-
Сформулирован новый подход к решению задачи формообра-
- о -
зования сложного контура тонкомерных деталей методом ЭХО, выраженный в обработке по контуру формообразующего отверстия в трафарете и организации, таким образом, процесса контурного ЭХФТ. ,
-
Установлен' критерий выбора электролита и режимов электролиза для ЭХФТ высоколегированных прецизионных сплавов, заключающийся в круто возрастающем характере зависимости выхода по току от плотности тока и проведении процесса в интервале значений выхода по току - 70-80 7. при плотности тока -15-25 А/см2.
-
Разработаны основы конструирования объемного трафарета, позволяющего корректировать гидродинамическую ситуацию по длине межэлектродного зазора в процессе обработки тонкомерной детали ажурного рисунка.
Практическая ценность.
-
Разработана технология контурного ЭХФТ деталей сложного контура из ВЛС - металлических лент толщиной 0,02-0,1 мм, основанная на растворении металла по контуру формообразующего отверстия в трафарете, отличающаяся: - точностью получаемых изделий to,015 - 0,02 мм; - снижением энергоемкости в 1,5 раза; - увеличением в.5-6 раз срока службы электролита; - экологической безопасностью, обеспеченной работой по замкнутому циклу.
-
Разработан электролит, отвечающий требованиям контурного ЭХФТ ВЛС 36НХТЮ и ЗОНГХТКМ, содержащий хлорид аммония -1,4 моль/д, нитрат аммония - 0,94 моль/л, сульфат аммония -1,14 моль/л, позволяющий получать сложноконтурные, детали ажурного рисунка с точностью І 0,015 мм из металлических лент толщиной 0,05 мм.
-
Разработана конструкция трафарета, позволяющего получать тонкомерные пружины подвеса магнитных головок из металлических лент методом ЭХФТ с заданной точностью.
-
Предложены технологические приемы и конструкторские решения высокопроизводительного оборудования для контурного ЭХФТ тонкомерных с контролируемой микрогеометией деталей из металлических лент.
-
Не имеющие аналогов (защищены 2-мя авторскими свидетельствами) технология и опытно-промышленная полуавтоматическая установка прошли испытания на ПО "Кишый машиностроительный
завод" (г. Днепропетровск), которые показали» что разработанная технология контурного ЭХФТ деталей из ВЛС ЗбНХТЮ и ЭОНГХТШ и установка позволяют изготавливать тонкомерные упругие элементы подвеса магнитных головок с производительностью от 8 до 12 отпечатков в минуту и точностью от і 0,02 мм до і 0,015 мм в зависимости от толщины ленты (от 0,1 мм до 0,05 мм) и производительности.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались на I Всесоюзной конференции "Электрохимическая обработка материалов" (г.Иваново, 1988 г.), на межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии электрохимической обработки металла и экология гальванического производства" (г.Волгоград, 1990 г.), на VI Всесоюзном совещании по электрической обработке материалов (г. Кишинев, 1990 г.) и на ежегодных научно-технических конференциях НПИ 1990-1993 гг..
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы и получено 2 авторских свидетельства.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 107 стр. машинописного текста, содержит 3 таблицы и 18 рисунков, состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, содержащего 98 наименований и 3-х приложений.
