MD1413Z - Electrod-sculă pentru prelucrarea electrochimică dimensională - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la construcţia de maşini, şi anume la prelucrarea electrochimică combinată cu laser a metalelor şi poate fi utilizată pentru perforarea găurilor şi strunjirea canelurilor, în special, pentru fabricarea canelurilor elicoidale în ţevile uneltelor.Electrodul-sculă pentru prelucrarea electrochimică dimensională conţine o porţiune de lucru de formă arbitrară (1) cu un canal central (2), care comunică cu o cameră elipsoidală (3), separată printr-o şicană (4) în două părţi, dintre care partea superioară este umplută cu un lichid transparent (5) uşor evaporabil şi dotată cu o lentilă de focalizare (6), fixată pe partea superioară a corpului camerei (3). Focarul lentilei (6) este aliniat la centrul şicanei (4), executată în formă de o membrană elastică, în centrul căreia este fixată o ţintă de absorbţie a luminii (8), executată în formă de semisferă cavă, orientată cu cavitatea spre lentilă (6). Partea inferioară a camerei (3) este dotată cu un sistem de canale de transvazare (7) pentru electrolit. Porţiunea de lucru (1) şi piesa de prelucrat (10) sunt conectate la o sursă de tensiune (9).

Description

Invenţia se referă la construcţia de maşini, şi anume la prelucrarea electrochimică combinată cu laser a metalelor şi poate fi utilizată pentru perforarea găurilor şi strunjirea canelurilor, în special, pentru fabricarea canelurilor elicoidale în ţevile uneltelor.

Este cunoscută instalaţia pentru prelucrarea electrochimică cu laser, care permite, în special, obţinerea unei imagini prin gravarea electrochimică. Instalaţia conţine un laser de lucru, un sistem de focalizare, o celulă electrochimică cu un anod şi un catod, o masă cu trei coordonate, un calculator conectat electric cu o sursă de alimentare şi o masă cu trei coordonate. Instalaţia mai conţine un sistem de circulaţie a electrolitului, conectat cu o celulă electrochimică, instalaţia fiind dotată suplimentar cu un iluminator, o cameră video digitală, un laser auxiliar, iar sursa de alimentare este executată în formă de potenţiostat programabil, totodată laserele auxiliar şi de lucru sunt instalate coaxial, iar camera video digitală şi potenţiostatul programabil sunt conectate electric cu calculatorul [1].

Dezavantajul acestei instalaţii constă în complexitatea acesteia, deoarece nu poate acţiona fără un sistem de circulaţie forţat a electrolitului.

Cea mai apropiată soluţie este un electrod-sculă care cuprinde un corp cilindric, dotat cu un racord de debitare a electrolitului şi executat din material dielectric cu fund semioval, care este unit cu o porţiune de lucru cilindrică amplasată coaxial, la capătul căreia este executat un orificiu pentru evacuarea electrolitului. În interiorul corpului, în partea superioară, este amplasată o lentilă conică cavă cu bază convexă şi doi electrozi, lentila fiind umplută cu un electrolit lichid termosensibil, orientată cu vârful spre fundul corpului şi fixată rigid cu ajutorul unui inel de etanşare cu posibilitatea glisării lui pe suprafaţa interioară a corpului, sub lentilă este amplasat coaxial un catod cav [2].

Dezavantajul acestei instalaţii constă în aceea că pomparea electrolitului este reglementată de un sistem de pompare forţată a electrolitului, fără de care nu poate funcţiona.

Problema pe care o rezolvă invenţia este de a asigura o alimentare autonomă a electrolitului şi de a majora productivitatea de prelucrare prin creşterea fluxului electrolitului.

Instalaţia, conform invenţiei, elimină dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine o porţiune de lucru de formă arbitrară cu un canal central, care comunică cu o cameră elipsoidală, separată printr-o şicană în două părţi, dintre care partea superioară este umplută cu un lichid transparent uşor evaporabil şi dotată cu o lentilă de focalizare, fixată pe partea superioară a corpului camerei, totodată focarul lentilei este aliniat la centrul şicanei, executată în formă de o membrană elastică, în centrul căreia este fixată o ţintă de absorbţie a luminii, executată în formă de semisferă cavă, orientată cu cavitatea spre lentilă; partea inferioară a camerei este dotată cu un sistem de canale de transvazare pentru electrolit, totodată porţiunea de lucru şi piesa de prelucrat sunt conectate la o sursă de tensiune.

Rezultatul tehnic al aplicării electrodului-sculă propus este asigurarea pompării electrolitului fără sisteme suplimentare şi mărirea pompării prin utilizarea sistemului de circulaţie, datorită prezenţei în electrodul-sculă a membranei şi ţintei de absorbţie a luminii.

Invenţia se explică prin desenul din figură care prezintă schematic electrodul-sculă, care cuprinde porţiunea de lucru de formă arbitrară 1 cu canalul central 2, care comunică cu camera elipsoidală 3, separată prin şicana 4 în două părţi, dintre care partea superioară este umplută cu lichidul transparent 5 uşor evaporabil şi dotată cu lentila de focalizare 6, fixată pe partea superioară a camerei 3. Focarul lentilei 6 este aliniat la centrul şicanei 4, executată în formă de membrană elastică, în centrul căreia este fixată ţinta de absorbţie a luminii 8, executată în formă de semisferă cavă, orientată cu cavitatea spre lentila 6. Partea inferioară a camerei 3 este dotată cu sistemul de canale de transvazare 7 pentru electrolit. Sistemul de transvazare 7 este format din canale de transvazare 7a pentru debitarea electrolitului în partea inferioară a camerei 3, şi din canale de transvazare 7b pentru debitarea electrolitului în zona de prelucrare a piesei 10 prin canalul central 2. Porţiunea de lucru 1 şi piesa de prelucrat 10 sunt conectate la sursa de tensiune 9.

Electrodul-sculă funcţionează în modul următor

Între piesa de prelucrat 10 şi capătul porţiune de lucru 1 se stabileşte interstiţiul necesar dintre electrozi, în funcţie de materialul prelucrat şi electrolitul utilizat, după care se alimentează tensiunea de lucru de la sursa de tensiune 9. Prin canalele de transvazare 7a şi 7b electrolitul este alimentat în partea inferioară a camerei 3 şi în zona de prelucrare a piesei 10. Radiaţia laser (sursa acesteia în figuri nu este prezentată) este focalizată prin lentila 6 pe ţinta 8. Deoarece nu există un lichid absorbant de lumină în partea superioară a camerei, ci unul transparent 5, radiaţia laser practic nu interacţionează cu el, prin urmare, atunci când aceasta trece, masa principală a lichidului transparent 5 nu se încălzeşte şi toată energia de radiaţie este utilizată pentru încălzirea ţintei de absorbţie a luminii 8. Temperatura de pe suprafaţa ţintei 8 depăşeşte brusc temperatura de fierbere explozivă, care este însoţită de formarea unei cavităţi mari de vapori. În acest caz, ţinta 8 însăşi practic nu are timp să se încălzească (adâncimea de încălzire poate fi estimată ca √xt, unde x este conductibilitatea de temperatură a ţintei 8, t - timpul de expunere a impulsului laser). În cazul când lipseşte ţinta de absorbţie a luminii 8 şi pereţii camerei 3 ar fi executaţi din reflectori de oglindă, fasciculul laser ar fi reflectat în mod repetat de pereţi, fapt ce ar fi dus la încălzirea întregii mase de lichid 5 fără a fi creată o bulă de vapori, iar pomparea electrolitului nu ar fi fost observată. Înlocuind, de exemplu, apa cu freon (căldura de tranziţie de fază a freonului este aproape de un ordin de mărime mai mică decât cea a apei) cu aceleaşi caracteristici energetice ale radiaţiei laser majorează pomparea electrolitului de mai multe ori. Efectuarea ţintei de absorbţie a luminii 8 dintr-un material cu un coeficient de conductibilitate de temperatură scăzut (de exemplu, ebonită, ceramică etc.) minimizează încălzirea ţintei 8 şi permite ca partea principală a energiei laser să fie utilizată pentru a forma cavitatea de vapori. Executarea ţintei de absorbţie a luminii 8 sub formă de semisferă cavă, orientată cu cavitatea spre lentila 6, majorează pomparea electrolitului cu 7…12%, ceea ce se datorează dinamicii dezvoltării cavităţii aburilor. Formarea cavităţii de vapori este însoţită de o creştere accentuată a presiunii şi de mişcarea şicanei 4. Prezenţa canalelor de transvazare 7a şi 7b asigură o mişcare orientată a electrolitului în spaţiul interelectrodic. Totodată raportul conductibilităţii de temperatură a şicanei 4 la conductibilitatea de temperatură a ţintei 8 este mai mare de 5.

Avantajele electrodului-sculă propus pot fi combinate cu particularităţile electrodului-sculă, permiţând iradierea spaţiului interelectrodic cu radiaţia laser.

Exemplu:

Atunci când se utilizează un laser rubinic cu o energie în impuls de 20 J şi o durată a impulsului de 10-3 s (frecvenţa de repetare a impulsului este de 10 Hz), consumul electrolitului este de 6,7 l/min, în timp ce fără iradierea cu laser consumul electrolitului a fost de 3,9 l/min.

Înlocuirea ţintei de absorbţie a luminii cu un reflector a făcut ca dispozitivul să nu funcţioneze. Executarea unei ţinte de absorbţie a luminii în formă de semisferă cavă măreşte consumul electrolitului până la 7,2 l/min.

Astfel, electrodul-sculă a fost propus pentru prelucrarea electrochimică, care permite creşterea productivităţii procesului de îndepărtare a metalului datorită majorării debitului electrolitului.

1. RU 2289640 C1 2006.12.20

2. MD 208 Z 2010.05.31

Claims (1)

1. Electrod-sculă pentru prelucrarea electrochimică dimensională, care conţine o porţiune de lucru de formă arbitrară (1) cu un canal central (2), care comunică cu o cameră elipsoidală (3), separată printr-o şicană (4) în două părţi, dintre care partea superioară este umplută cu un lichid transparent (5) uşor evaporabil şi dotată cu o lentilă de focalizare (6), fixată pe partea superioară a corpului camerei (3), totodată focarul lentilei (6) este aliniat la centrul şicanei (4), executată în formă de o membrană elastică, în centrul căreia este fixată o ţintă de absorbţie a luminii (8), executată în formă de semisferă cavă, orientată cu cavitatea spre lentilă (6); partea inferioară a camerei (3) este dotată cu un sistem de canale de transvazare (7) pentru electrolit, totodată porţiunea de lucru (1) şi piesa de prelucrat (10) sunt conectate la o sursă de tensiune (9).