PL184299B1

PL184299B1 - Sposób elektrochemicznej obróbki za pomocą impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji oraz urządzenie do elektrochemicznej obróbki za pomocą impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji

Info

Publication number: PL184299B1
Application number: PL96319277A
Authority: PL
Inventors: Nasich Z. Gimaev; Aleksandr N. Zajcev; Aleksandr L. Belogorskij; Igor L. Agafonov; Naila A. Amirchanova; Viktor N. Kucenko; Rafail R. Muchutdinov
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics Nv
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 2002-09-30
Also published as: AR002859A1; EA199700042A1; HUP9800265A3; MX9701932A; EA000069B1; KR100407873B1; EP0787056B1; JPH10505798A; WO1997003781A3; HUP9800265A2; WO1997003781A2; UA29511C2; CZ81397A3; CA2199850A1; DE787056T1; MY132232A; BR9606518A; DE69610611T2; CN1165493A; DE69610611D1

Abstract

1. Sposób elektrochemicznej obróbki za pomoca impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji, zwlaszcza przewodzacego prad przedmiotu obrabianego w elektrolicie, które to impulsy przyklada sie pomiedzy przedmiot obrabiany i przewodzaca elektrode, przy czym jeden lub wiecej impulsów pradowych o pola- ryzacji zgodnej wystepuje na przemian z im- pulsami napieciowymi o polaryzacji przeciw- nej, znamienny tym, ze amplitude (Un ) impul- sów napieciowych ustawia sie pomiedzy dwo- ma wartosciami napiec (Un 1 , Un 2 ) wyznaczo- nymi dla uzyskania okreslonej jakosci po- wierzchni przedmiotu obrabianego oraz okre- slonego stopnia zuzycia elektrody, a wyzna- czenie powyzszych dwóch napiec realizuje sie za pomoca testu, który przeprowadza sie przed wykonaniem wlasciwego procesu obróbki przedmiotu obrabia F IG .1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób elektrochemicznej obróbki za pomocą impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji, zwłaszcza przewodzących elektryczność przedmiotów zanurzonych w elektrolicie, przy czym jeden lub więcej impulsów napięciowych o polaryzacji zgodnej występują na zmianę z impulsami prądowymi o polaryzacji przeciwnej oraz urządzenie do elektrochemicznej obróbki za pomocą impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji.

Sposób tego rodzaju znany jest z rosyjskiego opisu patentowego SU 1440636 Al. Sposób ten jest wykorzystywany do produkcji elementów o skomplikowanym profilu lub narzędzi skrawających wykonanych z twardej i wytrzymałej stali lub stopu. Podczas trwania prądowych impulsów elektrycznych o polaryzacji zgodnej, przedmiot obrabiany ma potencjał dodatni w stosunku do elektrody, metal przedmiotu obrabianego rozpuszcza się w elektrolicie i jednocześnie tworzy się warstwa pasywacyjna na powierzchni przedmiotu obrabianego. Natomiast podczas trwania napięciowych impulsów elektrycznych o polaryzacji przeciwnej, przedmiot obrabiany ma potencjał ujemny w stosunku do elektrody, co powoduje depasywację powierzchni przedmiotu obrabianego. W tym czasie, w otoczeniu przedmiotu obrabianego, w wyniku wydzielania się wodoru z wody, elektrolit staje się zasadowy. Wysokie wartości czynnika pH powodują reakcję, w wyniku której rozpuszcza się warstwa pasywacyjna obrabianego przedmiotu. Po impulsie napięciowym o polaryzacji przeciwnej następuje przerwa o długości około 0.5 do 2 razy długość czasu trwania impulsu.

Wada powyższego sposobu polega na tym, że nie znane są optymalne granice zmian wartości napięcia impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej, zapewniające efektywność produkcji oraz wysoką precyzję i jakość wykonania. W procesie tym zachodzi zjawisko rozpuszczania się elektrody, co pociąga za sobą zmiany wymiarów i kształtu elektrody i w efekcie pogarsza precyzję wykonania i jakość powierzchni obrabianego przedmiotu.

W amerykańskim opisie patentowym 3,654,116 przedstawiono osób elektrochemicznej obróbki za pomocą impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji, przy czym impulsy prądowe polaryzacji zgodnej występują na zmianę z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej. Amplituda, długość trwania lub umiejscowienie impulsów o polaryzacji przeciwnej są tak wyznaczane, aby w ich efekcie uniknąć jedynie pasywacji. Jednak sposób ten nie określa optymalnych zakresów, w jakich powinna zawierać się amplituda impulsów o polaryzacji przeciwnej.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu pozwalającego na osiągnięcie lepszej precyzji wykonania, wyższej efektywności produkcji i produkowanie elementów o wyższej jakości. Innym celem wynalazku jest opracowanie urządzenia do przeprowadzania tego sposobu. Przedstawiony sposób charakteryzuje się tym, że amplitudę napięcia impulsów elektrycznych zmienia się w granicach wyznaczonych przez dwa określone napięcia, które wyznacza się dla uzyskania określonej jakości powierzchni przedmiotu obrabianego oraz określonego stopnia zużycia elektrody. Napięcia te wyznacza się poprzez przeprowadzenie przynajmniej jednego testu, poprzedzającego właściwą obróbkę danego przedmiotu.

Dzięki przeprowadzeniu testu i wyznaczeniu zakresu zmienności optymalnych amplitud napięcia, zapobiega się rozpuszczaniu się elektrody, a ponadto uzyskuje się wysoką efektywność obróbki, czemu odpowiada dobra jakość uzyskiwanej powierzchni, na przykład w postaci błyszczącego wykończenia.

W przypadku stali chromowo-niklowej, obrabianej w opisanych warunkach, zmniejsza się stężenie toksycznego sześciowartościowego chromu w odpadowym roztworze elektrolitu, co ułatwia spełnić wymagania związane z ochroną środowiska naturalnego.

184 299

Granice, w których winno zawierać się napięcie impulsów polaryzacji przeciwnej, wyznacza się za pomocą zmodyfikowanego sposobu według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że amplitudę napięcia impulsów elektrycznych stopniowo zwiększa się od wartości początkowej, aż do osiągnięcia określonej wartości końcowej oraz tym, że wartości te wyznacza się w momencie zmiany znaku różnic pomiędzy wartościami parametru, charakteryzującego szczelinę pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym.

Stwierdzono, że pojawienie się zmian znaku w różnicach pomiędzy kolejnymi wartościami parametru charakteryzującego właściwości szczeliny pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym jest charakterystycznym zjawiskiem, występującym dla określonych amplitud napięcia impulsów elektrycznych o polaryzacji przeciwnej. Pierwsza zmiana znaku pojawia się na początku zakresu, w którym impulsy elektryczne o danej amplitudzie tworzą błyszczącą powierzchnię na przedmiocie obrabianym. Druga zmiana znaku wyznacza punkt, w którym elektroda zaczyna rozpuszczać się w elektrolicie, pogarszając dokładność obróbki. W trakcie przeprowadzania testu, amplituda napięć impulsów elektrycznych o polaryzacji przeciwnej stopniowo zwiększa się. Zapamiętać należy wartości amplitud napięcia i dwóch momentów, w których następuje zmiana znaku. Te dwie wartości amplitud napięcia wyznaczają zakres, w którym prowadzi się proces obróbki.

Jeśli nie zastosuje się impulsów elektrycznych o polaryzacji przeciwnej, to napięcie pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym nie spada do zera natychmiast po skończeniu się impulsu prądowego o polaryzacji zgodnej, ale wynosi dokładnie tyle co wartość napięcia polaryzacji i jeśli nie pojawi się kolejny impuls, to stopniowo spada do zera. Zgodnie z wynalazkiem, amplituda napięciowych impulsów elektrycznych jest zwiększana od wartości początkowej, która odpowiada napięciu polaryzacji, aż do wartości końcowej, nie większej niż napięcie, przy którym elektroda zaczyna się rozpuszczać w elektrolicie.

Pierwsza modyfikacja sposobu dotyczy parametru, który charakteryzuje właściwości szczeliny pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym. Parametr ten może być równy globalnemu minimum amplitudy napięcia panującego w szczelinie podczas trwania impulsów prądowych, przy czym zmiany napięcia wynikają ze względnego ruchu oscylacyjnego elektrody i przedmiotu obrabianego. W tym przypadku wspomniany parametr jest napięciem pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym. Oprócz ruchu postępowego elektrody względem przedmiotu obrabianego, występuje ruch oscylacyjny. Elektroda wykonuje na przykład sinusoidalne oscylacje, a przedmiot obrabiany jest przesuwany w jej kierunku. Impulsy prądowe o polaryzacji zgodnej występują w momencie, gdy elektroda znajduje się najbliżej przedmiotu obrabianego. Podczas trwania impulsów prądowych, przebieg napięcia pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym wykazuje kształt, posiadający globalne minimum. Wartość napięcia w punkcie globalnego minimum zależy od amplitudy napięcia impulsów o polaryzacji przeciwnej. W trakcie przeprowadzania testu, amplituda impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej jest stopniowo zwiększana oraz wyliczane są różnice wartości napięć dla kolejnych globalnych minimów. W momencie pojawienia się zmiany znaku w ciągu różnic, wyznaczana jest wartość napięcia impulsów o polaryzacji przeciwnej.

W trakcie przeprowadzania testu amplituda impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej, następujących po każdym impulsie prądowym o polaryzacji zgodnej, może być zwiększana o określony przyrost wartość napięcia. Gdy przyrost ten jest stosunkowo nieduży, to mierzalna zmiana napięcia dla kolejnych minimów globalnych pojawi się po odpowiednio dużej ilości impulsów prądowych. W takim przypadku należy uśrednić kolejne wyniki pomiarów napięć dla globalnych minimów, co pozwoli na wyznaczenie punktu zmiany znaku z odpowiednią dokładnością. Na ogół wyznaczenie zmiany znaku jest możliwe wtedy, gdy wykorzysta się większe przyrosty napięcia. Optymalna wartość przyrostu napięcia jest uzależniona od pożądanej dokładności wyznaczenia przedziału, w którym powinna zawierać się amplituda napięciowych impulsów elektrycznych.

W czasie przeprowadzania testu utrzymywana jest stała wyznaczona wielkość odstępu pomiędzy elektrodrą a przedmiotem obrabianym. Kolejna odmiana sposobu charakteryzuje się tym, że wielkość odstępu pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym jest tak zmieniana, aby podczas trwania impulsów prądowych napięcie pomiędzy przedmiotem obrabianym,

184 299 a elektrodą wykazywało lokalne maksimum. Impulsy elektryczne powodują, ogrzewanie się elektrolitu. Gdy elektroda oddala się od przedmiotu obrabianego powstaje zjawisko kawitacji, co doprowadza elektrolit do wrzenia i w efekcie pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym powstają bąbelki gazu. To z kolei powoduje chwilowe zwiększenie rezystancji elektrolitu, co objawia się w postaci lokalnego maksimum w przebiegu napięcia panującego pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym w czasie trwania impulsów prądowych.

Jest także możliwe, aby wykorzystać inne właściwości charakteryzujące szczelinę pomiędzy przedmiotem obrabianym, a elektrodą, jako parametr charakterystyczny. Druga modyfikacja sposobu według wynalazku charakteryzuje się tym, że wspomniany parametr jest całką z prądu płynącego przez szczelinę pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym, w czasie trwania impulsów napięciowych.

W tym przypadku mierzy się chwilowy prąd przepływający przez szczelinę pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym, w czasie trwania impulsu napięciowego. Całka z tego prądu jest parametrem, służącym do wyznaczenia punktu zmiany znaku.

Trzecia modyfikacja sposobu charakteryzuje się tym, że wspomniany parametr jest całką z napięcia panującego pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym, w czasie trwania impulsów prądowych.

W powyższym przypadku mierzy się chwilowe napięcie, które pojawia się pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym w czasie trwania impulsów prądowych. Całka z tego napięcia jest parametrem, służącym do wyznaczenia punktu zmiany znaku.

Przedstawione powyżej dwie odmiany sposobu są użyteczne, gdy nie pojawia się globalne minimum napięcia, panującego pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym, co może być spowodowane brakiem ruchu oscylacyjnego elektrody względem przedmiotu obrabianego. Inną przyczyną może być nie brak ruchu oscylacyjnego, ale podzielenie każdego impulsu prądowego na większą ilość krótszych impulsów, w celu uniemożliwienia wystąpienia zjawiska kawitacji i nie dopuszczenia do zbytniego podgrzania elektrolitu. W takim przypadku jest bardzo trudno, lub jest nawet niemożliwe, aby wyznaczyć minimum globalne napięcia.

Ponadto istnieje także możliwość pomiaru rezystancji pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym. W tym przypadku wyznacza się zmiany znaku dla zmian rezystancji, lub też istnieje możliwość bezpośredniego pomiaru odległości pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym i w tym przypadku wyznacza się zmiany znaku dla zmieniającej się odległości. W tym drugim przypadku w celu wyznaczenia korzystnej wartości amplitudy napięcia dla impulsów elektrycznych o polaryzacji przeciwnej, można zastosować kolejną modyfikację sposobu, która charakteryzuje się tym, że w trakcie przeprowadzania testu z większa się stopniowo amplitudę impulsów elektrycznych, mierzy się odległość pomiędzy przedmiotem obrabianym, a elektrodą oraz wyznacza się różnicę pomiędzy odległością aktualną a odległością poprzednią. Prawidłowa wartość amplitudy napięcia występuje wtedy, gdy pojawi się zmiana znaku w ciągu różnicy napięcia. Napięcie o tak wyznaczonej amplitudzie wykorzystuje się w procesie dalszej obróbki.

Należy zauważyć, że w przypadku wykorzystywania właściwości charakteryzujących szczelinę pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym, nie jest konieczne, aby elektroda wykonywała ruch oscylacyjny względem przedmiotu obrabianego.

Ponadto należy zauważyć, że impulsy o polaryzacji przeciwnej mogą trwać krócej, niż przerwy pomiędzy impulsami elektrycznymi o polaryzacji zgodnej, a mimo to uzyskuje się taki sam efekt depasywacji obrabianej powierzchni.

Wynalazek dotyczy również urządzenia służącego do elektrochemicznej obróbki przewodzących elektryczność przedmiotów zanurzonych w elektrolicie, poprzez zastosowanie impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji, przy czym jeden lub więcej impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej występują na zmianę z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej. Dla stosowania opisanego sposobu, w szczególności wykorzystania tekstu, za pomocą którego wykrywa się punkty zmiany znaku wartości parametru, charakteryzującego właściwości szczeliny pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym, opracowano urządzenie charakteryzujące się tym, że składa się z elektrody, elementów utrzymujących elektrodę

184 299 i przedmiot obrabiany względem siebie w pożądanej odległości, elementów służących do dostarczania elektrolitu pomiędzy .elektrodę i przedmiot obrabiany, źródła prądowego, dołączanego elektrycznie do przedmiotu obrabianego i elektrody, służącego do dostarczania impulsów prądowych do przedmiotu obrabianego i elektrody, źródła napięciowego, dołączanego elektrycznie do przedmiotu obrabianego i elektrody, służącego do dostarczania impulsów napięciowych do przedmiotu obrabianego i elektrody, elementów służących do zamiennego podłączania źródła prądowego lub napięciowego do przedmiotu obrabianego i elektrody, elementów generujących sygnał sterujący, zmieniający stopniowo napięcie wyjściowe źródła napięciowego, elementów analizujących i zapamiętujących kształt impulsów napięcia łub prądu przebiegających pomiędzy przedmiotem obrabianym i elektrodą elementów wykrywających zmianę znaku w wartości kolejnych różnic parametru wyliczonego na podstawie kształtu impulsów napięciowych lub impulsów prądowych lub też na podstawie rezystancji pomiędzy elektrodą a przedmiotem obrabianym oraz elementów zapamiętujących chwilowe wartości sygnału sterującego źródło napięciowe, w momencie wystąpienia zmiany znaku.

Źródło prądowe generuje impulsy prądowe potrzebne do elektrochemicznej obróbki przedmiotów. Idealne źródło prądowe jest źródłem posiadającym bardzo dużą impedancję wyjściową dostarczającym prąd o określonym natężeniu, nie zależącym od wartości rezystancji obciążenia. Jednak w praktyce impedancja wyjściowa jest ograniczona, ale mimo to dostarczany prąd nie zależy tak bardzo od chwilowej rezystancji pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym. Dlatego też zmiany napięcia pomiędzy elektrody a przedmiotem obrabianym wynikają prawie wyłącznie ze zmian rezystancji pomiędzy nimi, a nie z impedancji wyjściowej samego źródła. Takie źródło prądowe umożliwia przeprowadzenie wspomnianych pomiarów punktów zmian znaku wartości napięcia w minimach globalnych oraz zmian znaków całek z napięcia panującego pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym. Jednak w przypadku wybrania całki z prądu w czasie trwania impulsów napięciowych, nie jest konieczne, aby źródło prądowe posiadało dużą impedancję wyjściową. Kształt przebiegu napięcia podczas trwania impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej nie odgrywa żadnej roli w pomiarze prądu podczas trwania impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej. Może się nawet okazać, że w pewnych warunkach impedancja wyjściowa źródła prądowego jest tak niska, że zachowuje się ono jak źródło napięciowe.

Źródło napięciowe generuje impulsy napięciowe o polaryzacji przeciwnej, potrzebne do depasywacji powierzchni przedmiotu obrabianego. Idealne źródło napięciowe jest źródłem posiadającym bardzo małą impedancję wyjściową utrzymującym określone napięcie, niezależnie od wartości rezystancji obciążenia. Jednak w praktyce wartość impedancji wyjściowej nie jest bardzo mała, ale mimo to napięcie wyjściowe źródła jest prawie niezależne od chwilowej rezystancji pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym. Dlatego też zmiany prądu płynącego pomiędzy elektrodą a przedmiotem obrabianym wynikają prawie wyłącznie ze zmian rezystancji pomiędzy nimi, a nie z impedancji wyjściowej samego źródła. W szczególności, gdy mierzona jest całka z prądu płynącego podczas impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej, pożądane jest, aby źródło napięciowe posiadało niską impedancję wyjściową. W przypadku, gdy mierzone są punkty zmian znaku globalnego minimum oraz zmiany znaku całki napięcia panującego pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym podczas trwania impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej, to przebieg prądu podczas trwania impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej gra podrzędną rolę. Może się nawet okazać, że impedancja wyjściowa źródła napięciowego może być tak wysoką że zachowuje się ono jak źródło prądowe.

Napięcie wyjściowe źródła napięciowego jest sterowane, co pozwala na stopniowe zmiany amplitudy impulsów napięciowych w trakcie trwania testu. Źródło prądowe oraz źródło napięciowe są zamiennie podłączane do elektrody i przedmiotu obrabianego, co pozwala utworzyć ciąg impulsów o zmiennej polaryzacji. Jeśli elektroda i przedmiot obrabiany wykonują względem siebie ruch oscylacyjny, to korzystne jest, aby ciąg impulsów był tak z nimi zsynchronizowany, aby środek impulsu prądowego wypadał w momencie, gdy elektroda i przedmiot obrabiany znajdują się najbliżej siebie.

184 299

Zmiany przepływającego prądu lub napięcia panującego pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym mierzone są w funkcji czasu, po czym są zapamiętywane w pamięci. Korzystnie jest, aby wartości napięć i prądów, poprzez przetworniki analogowo-cyfrowe, kierowane były do zapamiętującego je komputera. Komputer analizując dane pomiarowe wykrywa zmiany znaku mierzonego parametru. Komputer służy także do wytwarzania sygnału sterującego napięciem wyjściowym źródła napięciowego. W czasie trwania testu napięcie wyjściowe źródła napięciowego jest stopniowo zwiększane, zgodnie z sygnałem sterującym pochodzącym z komputera. Gdy komputer wykryje zmianę znaku, odpowiadająca mu wartość sygnału sterującego jest zapamiętywana. Po zakończeniu testu poziom sygnału sterującego jest ustawiany na wartości, zawierające się w granicach wyznaczonych przez punkty zmian znaku wartości mierzonego parametru.

Należy zauważyć, że zamiast mierzenia i analizowania wartości prądu, lub napięcia, możliwy jest bezpośredni pomiar odległości elektrody od przedmiotu obrabianego za pomocą czujnika odległości, z dołączonymi do niego przetwornikami analogowo-cyfrowymi.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat wykonania urządzenia wykorzystującego sposób według wynalazku, fig. 2 - przebiegi sygnałów w jednej z modyfikacji sposobu według wynalazku, fig. 3 zmiany właściwości elektrolitu znajdującego się pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym, przy wykorzystaniu jednej z modyfikacji sposobu według wynalazku, fig. 4 - przebieg sygnału pojawiającego się w jednej z modyfikacji sposobu według wynalazku, fig. 5 - przebieg ciągu impulsów prądu zmiennego, zgodnie ze sposobem według wynalazku, fig. 6 schemat połączeń elektrycznych urządzenia pracującego zgodnie ze sposobem według wynalazku, fig. 7 - zależności pomiędzy parametrami procesu, a amplitudą impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej w sposobie według wynalazku, fig. 8 - przebiegi napięć panujących pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym w jednej z modyfikacji sposobu według wynalazku, a fig. 9 przedstawia schemat blokowy pokazujący niektóre kroki procesu zgodnie ze sposobem według wynalazku.

Na fig. 1 przedstawiono urządzenie do elektrochemicznej obróbki przedmiotu obrabianego 2. Przedmiot obrabiany 2 jest przemieszczany na stoliku 4 z prędkością V_k w kierunku elektrody 6, która wykonuje ruch oscylacyjny względem przedmiotu obrabianego 2 dzięki zastosowaniu wału korbowego 8, napędzanego za pomocą silnika 10. Przedmiot obrabiany jest wykonany na przykład ze stali zawierającej chrom. Elektrolit, będący na przykład wodnym roztworem azotanów metali alkalicznych, przepływa przez szczelinę 5, znajdującą się pomiędzy przedmiotem obrabianym 2, a elektrodą 6. Elektrolit znajduje się pod ciśnieniem P[ i dostarczany jest ze zbiornika 3. Przedmiot obrabiany 2, stolik 4 oraz elektroda 6 są przewodnikami prądu. Elektroda 6 oraz stolik 4 dołączone są do elektrycznego źródła zasilającego 12, generującego impulsy elektryczne o zmiennej polaryzacji, doprowadzane do elektrody 6 stolika 4. Impulsy elektryczne składają się z impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej, dla której stolik 4 i w związku z tym także przedmiot obrabiany 2, posiadają potencjał dodatni względem elektrody 6. Impulsy te występują naprzemiennie z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej, dla której przedmiot obrabiany 2 posiada potencjał ujemny względem elektrody 6. W czasie trwania impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej, metal przedmiotu obrabianego 2 rozpuszcza się w elektrolicie i jednocześnie tworzą się warstwy pasywacyjne na powierzchni przedmiotu obrabianego 2. Podczas trwania impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej powierzchnia przedmiotu obrabianego 2 ulega depasywacji. W tym samym czasie z powodu wydzielania się wodoru z wody, w pobliżu przedmiotu obrabianego elektrolit staje się zasadowy. Wysoka wartość czynnika pH powoduje reakcję, w której rozpuszcza się warstwa pasywacyjna przedmiotu obrabianego 2.

Krzywa I na fig. 2 przedstawia zmiany rozmiaru S(t) szczeliny 5 pomiędzy elektrodą 6, a przedmiotem obrabianym 2. Krzywe II i III na fig. 2 przedstawiają odpowiednio zmiany pięcia U panującego w szczelinie 5 oraz zmiany prądu I przepływającego przez szczelinę 5. Impulsy prądowe o polaryzacji zgodnej i amplitudzie Ip mają długość t,, co przedstawia krzywa IV na fig. 2, kiedy to elektroda 6 znajduje się najbliżej przedmiotu obrabianego 2. Podczas trwania impulsów prądowych, przebieg napięcia panującego w szczelinie 5 wykazuje

184 299 minimum, co ilustruje krzywa II na fig. 2. Impulsy prądowe występują naprzemiennie z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej o amplitudzie U_n i długości t_u, co ilustruje krzywa V na fig. 2.

W początkowym,etapie, kiedy to elektroda 6 przesuwa się w kierunku przedmiotu obrabianego 2, istnieje duża szczelina o rozmiarze S_max, co pokazano na fig. 3. W tym czasie elektrolit przepływa w sposób turbulentny i zawiera on parę oraz bąbelki gazu, co powoduje, że przestrzeń pomiędzy przedmiotem obrabianym 2, a elektrodą 6 wykazuje duży opór elektryczny, co wyraźnie objawia się, jako pierwsze maksimum w przebiegu napięcia U, pokazanym w postaci krzywej II na fig. 2. W wyniku zbliżenia się elektrody 6 do przedmiotu obrabianego 2, ciśnienie elektrolitu odpowiednio wzrasta powodując, że para i bąbelki gazu rozpuszczają się, czyniąc elektrolit jednorodnym wewnątrz szczeliny. W ten sposób dzięki zmniejszeniu szczeliny uzyskuje się dużą gęstość prądu. W wyniku tego opór elektryczny szczeliny zmniejsza się, co ukazane jest w postaci wystąpienia globalnego minimum w przebiegu napięcia U, pokazanym w postaci krzywej II na fig. 2. Natomiast w wyniku odsuwania się elektrody 6 od przedmiotu obrabianego 2, w elektrolicie znów pojawia się para i bąbelki gazu, powodując zwiększenie oporu elektrycznego, co objawia się jako drugie maksimum w przebiegu napięcia U, pokazanym w postaci krzywej II na fig. 2. Moc pobierana ze źródła może być tak duża, że spowoduje wrzenie elektrolitu, w którym wydzieli się dodatkowa ilość pary i bąbelków gazu. To z kolei spowoduje chwilowe zwiększenie oporu elektrycznego elektrolitu, co manifestuje się w postaci lokalnego maksimum w przebiegu zmian napięcia U panującego pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym w czasie trwania impulsów prądowych. Figura 4 dokładniej przedstawia przebieg zmian napięcia U, na którym uwidoczniono lokalne maksimum U3ma<, następujące tuż po wystąpieniu globalnego minimum Um_in.

Należy zauważyć, że możliwe jest uniknięcie gwałtownego powstawania bąbelków gazu, jeśli zastosuje się ciąg impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej, występujących na zmianę z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej. Ciąg takich impulsów o zmiennej polaryzacji pokazany jest na fig. 5. W ten sposób proces obróbki przebiega spokojniej, dając lepsze rezultaty przy identycznym rozmiarze szczeliny. Figura 6 przedstawia schemat blokowy połączeń urządzenia do elektrochemicznej obróbki zgodnie z wynalazkiem, wraz ze źródłem zasilającym 2. Źródło zasilające 12 składa się ze źródła prądowego 14, dostarczającego prąd L, o natężeniu zmienianym za pomocą sygnału sterującego CSI, oraz źródła napięciowego 16, wytwarzającego napięcie Un, zmieniane za pomocą sygnału sterującego CSU. Ujemny zacisk źródła prądowego 14 oraz dodatni zacisk sterowanego źródła napięciowego 16 są dołączone do elektrody 6 poprzez szeregowo włączony dodatkowy rezystor 18. Dodatni zacisk źródła prądowego 14 jest dołączany do przedmiotu obrabianego 2 poprzez przełącznik

20. Przełącznik 20 jest zwierany w przedziałach czasowych f (fig. 2), dzięki pobudzeniu sygnałem sterującym S_;, pochodzącym z układu synchronizującego 22. Natomiast ujemny zacisk sterowanego źródła napięciowego 16 dołączony jest do przedmiotu obrabianego 2 poprzez przełącznik 24. Przełącznik 24 zwierany jest w przedziałach czasowych tu (fig. 2), dzięki pobudzeniu sygnałem sterującym Su, także pochodzącym z układu synchronizującego 22, sterującego jednocześnie silnikiem 10. Napięcie U, panujące pomiędzy elektrodą 6, a przedmiotem obrabianym 2 jest mierzone na zaciskach 32 i 34, po czym za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego 26 jest przekształcane do postaci sygnału cyfrowego Du, który jest zapamiętywany, analizowany i przetwarzany przez komputer 28. W razie potrzeby istnieje możliwość pomiaru prądu I, płynącego przez szczelinę, poprzez pomiar spadku napięcia na rezystorze 18 na zaciskach 36 i 38, które za pomocą drugiego przetwornika analogowocyfrowego 30 przekształcane jest na cyfrowy sygnał DI, który jest przetwarzany przez komputer 28, podobnie jak sygnał DU. Zamiast szeregowo włączonego rezystora 18 można również zastosować przekształtnik prądowy lub inne odpowiednie urządzenie. Przetwornik analogowo-cyfrowy 30 nie jest konieczny do działania układu, jeśli w odpowiednich chwilach czasowych -zaciski wejściowe przetwornika analogowo-cyfrowego 26 przełączy się z zacisków 32 i 34 służących do pomiaru napięcia, na zaciski 36 i 38 służące do pomiaru prądu. Do układu synchronizującego 22, przetworników analogowo-cyfrowych 26 i 30 oraz komputera 28 doprowadzony jest sygnał zegarowy (nie pokazany na fig. 6), który zapewnia synchronizację

184 299 zbierania i przetwarzania danych pomiarowych z impulsami elektrycznymi o zmiennej polaryzacji i ruchem oscylacyjnym elektrody. Położenie stolika 4 jest mierzone za pomocą czujnika położenia 40, który generuje sygnał DS, będący miarą położenia stolika 4. Komputer 28, poprzez odpowiednie złącza 42 i 44, będące na przykład przetwornikami cyfrowoanalogowymi, generuje sygnał sterujący CSI dla źródła prądowego 14 oraz sygnał sterujący CSU, dla sterowanego źródła napięciowego 16.

Odpowiednio sterując prędkością V_k stolika 4, tak zmienia się wielkość szczeliny 5, aby pojawiło się lokalne maksimum U_3raax, co pokazano na fig. 4. Wspomniane lokalne maksimum może zostać wykryte po przeanalizowaniu przebiegu napięcia U przy pomocy przetwornika analogowo-cyfrowego 26 i komputera 28, lub też za pomocą oscyloskopu. W razie potrzeby można zmieniać rozmiar szczeliny 5, również tak, aby w przebiegu napięcia U lokalne maksimum U_3max nie wystąpiło.

Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że przy zmianach napięcia Un impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej w przedziale pomiędzy napięciem polaryzacji Upo a napięciem Un2, przy którym elektroda 6 zaczyna się rozpuszczać, w przeprowadzanym procesie obróbki w danych warunkach, wartość Umin (fig. 2, krzywa II) globalnego minimum przechodzi najpierw przez wartość Umm=U„„ dla amplitudy napięcia U_n=U_nl, a następnie przechodzi przez maksimum Umi_n=Up2 dla amplitudy napięcia U_n =¾. Sytuację tę zilustrowano na fig. 7. Napięcie polaryzacji Upo jest napięciem panującym pomiędzy elektrodą 2, a przedmiotem obrabianym 6, tuż po zakończeniu się impulsu prądowego o polaryzacji zgodnej, gdy nie następują za nim impulsy o polaryzacji przeciwnej, co ilustruje krzywa I na fig. 8. Jeśli nie wystąpią kolejne impulsy prądowe, to napięcie polaryzacji Upo zmniejsza się stopniowo do zera. W pierwszym przedziale, w którym napięcie U_n zawiera się pomiędzy Upo i Un,, na powierzchni przedmiotu obrabianego pojawia się powłoka tlenkowa. Napięcie Un nie jest wtedy wystarczające, aby powłoka tlenkowa uległa depasywacji. W drugim przedziale, którym napięcie Un zawiera się pomiędzy U._o i Un,, impulsy napięciowe o polaryzacji przeciwnej powodują że powierzchnia przedmiotu obrabianego 2 stopniowo staje się jaśniejsza. W kolejnym, trzecim przedziale, w którym napięcie Un zawiera się pomiędzy Un, i U_Il2, prędkość V_k poruszania się przedmiotu obrabianego 2 może znacząco wzrosnąć, gdyż proces rozpuszczania przebiega efektywniej w przypadku braku powłoki tlenkowej. Przedmiot obrabiany 2 uzyskuje powierzchnię o wysokim połysku, dla której średni współczynnik chropowatości powierzchni jest mniejszy niż 0.1 mm. Dla stali zawierającej chrom, zawartość chromu w błyszczącej powierzchni jest większa, niż w przypadku stosowania impulsów o stałej polaryzacji. Ponadto w powyżej opisanym procesie znacznie zmniejsza się stężenie sześciowartościowych jonów chromu w odpadowym roztworze elektrolitu. Wartość napięcia U_n=Un„ w połączeniu z niewielką wielkością St szczeliny i jednorodnym, wolnym od bąbelków gazu elektrolitem, pozwala na większą precyzję wykonania i powoduje szybsze rozpuszczanie przedmiotu obrabianego. Elektroda 6 zaczyna rozpuszczać się dla napięcia Un=U„2, co jest zjawiskiem niekorzystnym, gdyż powoduje zmniejszenie dokładności obróbki.

W celu uzyskania optymalnych warunków przebiegu obróbki napięcie Un impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej musi być utrzymywane wewnątrz przedziału U_Bl do U_tó. Granice tego przedziału są wyznaczane za pomocą określonego testu według wynalazku, którego wykonanie poprzedza proces obróbki przedmiotu obrabianego 2. Dla danych warunków obróbki test polega na stopniowym zwiększaniu napięcia Un, poczynając od wartości napięcia polaryzacji a kończąc na wartości napięcia Un=Um_ax, dla którego elektroda zaczyna się rozpuszczać. Dla dwóch kolejnych impulsów prądowych napięcie Un zwiększane jest o DU_n. Dla każdego impulsu prądowego mierzy się napięcie Um_in i wylicza różnicę pomiędzy aktualnym napięciem Umin, a napięciem Umm dla poprzedniego impulsu prądowego. Moment wykrycia zmiany znaku w ciągu kolejnych różnic wyznacza wartość napięcia Un=Un„ co przedstawia fig. 7. Jeśli po upływie wielu impulsów pojawi się druga zmiana znaku w ciągu kolejnych różnic, to punkt ten wyznacza wartość napięcia Un=U_n2. W przypadku stosunkowo niewielkiej wartości DU„ pojawienie się mierzalnych zmian napięcia Um,„ kolejnych minimów globalnych wymaga stosunkowo dużej ilości impulsów prądowych. W takim przypadku należy uśrednić kolejne wyniki pomiarów napięć dla globalnych minimów, co pozwoli na

184 299 wyznaczenie punktu zmiany znaku z odpowiednią dokładnością. Można to osiągnąć poprzez odpowiednie zaprogramowanie komputera 28. Natomiast stosunkowo duża wartość DU_n pozwala na łatwe wyznaczenie punktu zmiany znaku dla dwóch kolejnych impulsów elektrycznych. Optymalna wartość DUn zależy od pożądanej dokładności wyznaczenia granic Un! i U„2 dla przedziału zmienności amplitudy Un impulsów napięciowych.

Poniżej sposób według wynalazku zostanie objaśniony za pomocą kolejno wykonywanych kroków.

Krok 1: Wybór warunków pracy dla procesu obróbki.

Warunkami pracy są na przykład warunki związane z kształtem przebiegu sygnału pokazanego na fig. 4, czyli obecność ruchu oscylacyjnego elektrody 6 i przedmiotu obrabianego 2 względem siebie oraz pojawienie się lokalnego maksimum U₃,m w przebiegu zmian globalnego minimum spadku napięcia U w szczelinie 5. Można również zastosować inne warunki pracy, jak na przykład inne rozmiary szczeliny i brak ruchu oscylacyjnego, ale należy wtedy zapewnić stałą prędkość V_kporuszania się przedmiotu obrabianego 2, równą prędkości rozpuszczania się przedmiotu obrabianego 2, co pozwoli na zachowanie stałej wielkości szczeliny w trakcie procesu obróbki.

Krok 2: Pomiar napięcia polaryzacji Up,,.

W trakcie przeprowadzania testu napięcie Un zwiększa się i wartości Un=Up,, co ilustruje krzywa II na fig. 8. W celu umożliwienia wyznaczenia wartości napięcia polaryzacji Upo, przed przeprowadzeniem właściwego testu wysyła się pewną ilość impulsów elektrycznych o jednakowej polaryzacji. W tym przypadku przełącznik 24 na fig. 6 nie jest włączany w przedziałach czasowych t._u występujących pomiędzy impulsami prądowymi o polaryzacji zgodnej z przedziałów czasowych t,. Spadek napięcia w szczelinie 5 zmienia się w sposób pokazany w postaci krzywej I na fig. 8. Wartość napięcia polaryzacji Up, jest mierzona poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 26 i zapamiętywana przez komputer 28.

Krok 3: Przeprowadzenie testu wyznaczającego granice U_nl i Un w jakich może się zmieniać napięcie Un.

Figura 9 przedstawia schemat blokowy przeprowadzanego przez komputer 28 testu, odpowiednio dla zmierzonych wcześniej napięć. Poszczególne bloki z fig. 9 posiadają następujące oznaczenia:

B0: Start

B1: = U_n = Upol

B2: Znacznik = Prawda

B3: U_min [0] = 0

B4: i = 1

B5:Un=Un + DUn

B6: Pomiar Um [i]

B7: DUmn = Umin [i-1] - U* [i]

B8: i = i+1

B9: Znacznik = Prawda ?

B10: Du_min< 0 ?

B11: Znacznik = Fałsz

B12: Un= U_n

B13: Du^in > 0 ?

BU:U_n2 = Un

B15: Koniec

Licznik i zlicza kolejne impulsy prądowe. U_min [i] jest zmierzoną wartością U_mi„ podczas i-tego impulsu.

W bloku B1 zmiennej Un przyporządkowuje się wartość początkową równą Upo, _ Komputer 28, poprzez przetwornik cyfrowo-analogowy 44, dostarcza do sterowanego źródła napięciowego 16 odpowiedni sygnał sterujący CSU, w wyniku czego wartość napięcia wyjściowego U„ tego źródła wynosi Upo,. W bloku B2 zmiennej binarnej Znacznik przyporządkowywana jest wartość prawda, w bloku B3 zmienna Umin [0] otrzymuje wartość 0, a w bloku B4 licznik jest ustawiany na 1. Po powyższych czynnościach wstępnych, w bloku B5 wartość napięcia Un zwiększa się, dzięki odpowiedniemu działaniu komputera 28, który za każdym

184 299 razem generuje odpowiedni sygnał CSU sterujący źródłem napięciowym 16. W czasie trwania kolejnego impulsu prądowego, w bloku B6 następuje pomiar napięcia U_min. Kolejno, w bloku B7 wyznacza się różnicę pomiędzy napięciem Umin dla poprzedniego impulsu i napięciem Um dla impulsu aktualnego, po czym bloku B8 wartość licznika zwiększa się o jeden dla wykonania następnego pomiaru. W bloku B9 sprawdza się wartość znacznika. Ponieważ w bloku B2 znacznikowi przyporządkowano wartość prawda, więc w pierwszej iteracji sterowanie przechodzi do bloku B10, w którym sprawdza się, czy wystąpiła zmiana znaku różnicy wyliczonej w bloku B7, czyli innymi słowy, następuje sprawdzenie czy różnica jest mniejsza od zera. Jeśli wspomniana różnica jest mniejsza od zera, to sterowanie przechodzi do bloku B11, w którym wartość znacznika ustawiana jest na wartość fałsz. W bloku B12 chwilowa wartość napięta Un zmierzonego w momencie wystąpienia zmiany znaku zapamiętywana jest w zmiennej Un,. W następnej kolejności sterowanie w programie powraca do bloku B5. Ponieważ znacznik posiada teraz wartość fałsz, więc po wykonaniu testu w bloku B9, wykonają się działania w bloku B13, w którym następuje sprawdzenie, czy w wyliczonej w bloku B7 różnicy nastąpiła odwrotna zmiana znaku, co sprowadza się do sprawdzenia, czy różnica jest większa od zera. Jeśli różnica nie jest większa od zera, to sterowanie w programie powraca do bloku B5, a w przeciwnym przypadku wykonają się działania w bloku B14, w którym chwilowa wartość napięcia Un zmierzonego w momencie wystąpienia drugiej zmiany znaku, zapamiętywana jest w zmiennej Un2 Wreszcie w bloku B15 program testu wstępnego kończy działanie. Opisany powyżej proces ilustruje krzywa Π z fig. 8, na której ukazano przebieg napięcia U dla dwóch kolejnych impulsów w chwilach [i-1] oraz [i].

Krok 4: Zatrzymanie procesu.

Po zakończeniu testu proces zostaje zatrzymany, w celu dokonania wyboru w kroku 5.

Krok 5: Wybór punktu pracy dla napięcia Un w zakresie wyznaczonych wcześniej wartości od.

Na tym etapie napięcie Un ustawiane jest na wartość z wyznaczonego w teście zakresu od Un, do Un2. Wartości Un, i U^ są zapamiętane w pamięci komputera 28. Z pomocą odpowiedniego oprogramowania i poprzez przetwornik cyfrowo-analogowy 42, można ustawić odpowiednią wartość napięcia sterującego CSU odpowiadającą napięciu Un, mieszczącemu się w zakresie wartości od Un, do U^.

Krok 6: Kontynuacja procesu obróbki.

W kroku tym proces obróbki kontynuuje się w warunkach ustalonych poprzez wartość napięcia Un. Krzywa ΠΙ na fig. 8 przedstawia zmiany napięcia U podczas przykładania impulsów zmiennej polaryzacji. Proces obróbki trwa tak długo, aż stolik 4 przesunie się na odpowiednią odległość, która mierzona jest za pomocą czujnika 40 (patrz fig. 6).

Krok 7: Zatrzymanie procesu obróbki.

Proces obróbki zatrzymuje się w momencie, gdy stolik 4 przesunie się na określoną odległość, po czym impulsy elektryczne ustają.

W przypadku stali zawierającej chrom, elektrochemicznie obrabianej w elektrolicie, opartym na wodnym roztworze azotanów metali alkalicznych, zgodnie z opisanym sposobem, impulsy napięciowe o polaryzacji przeciwnej przyczyniają się do powstawania wyładowań elektrycznych powierzchni przedmiotu obrabianego i w wyniku uwolnienia aktywnych atomów wodoru na powierzchni przedmiotu obrabianego następuje redukcja tlenków metalu w warstwie tlenkowej przedmiotu obrabianego oraz redukcja jonów (między innymi jonów dwuchromianu Cr₂O<) znajdujących się na powierzchni przedmiotu obrabianego.

W momencie przyłożenia impulsów o zmiennej polaryzacji, na obrabianej powierzchni stali chromowej zachodzą następujące reakcje:

Dla żelaza:

Fe + H₂O ® Fe(OH) + e + H⁺

Fe(OH) ® Fe(OH)' +e

Fe (OH)' + NO3 ® Fe(OH)NO·,

Dla chromu:

2Cr + 7H₂O ® Cr₂O₇2 + 14H⁺ + 12e

2Cr + 3H₂O ® Cr₂O₃ + 6H' + 6e

184 299

W przypadku polaryzacji anodowej na obrabianej powierzchni powstają następujące tlenki:

FeO, Fe₂O₃, Cr₂O₃, CrO₃

W przypadku polaryzacji katodowej na powierzchni przedmiotu obrabianego zachodzi następująca reakcja:

2H₂O + 2e ® 2H + 2OH

Powstały z wody aktywny atom wodoru redukuje tlenki na powierzchni przedmiotu obrabianego zgodnie z następującymi reakcjami:

2H + FeO ® Fe + H₂O

2H + Fe₂O₃ ® 2FeO + H₂O

Cr₂O3 + 2H ® 2CrO + H₂O

CrO + 2H ® Cr + H₂O

2CrC3 + 6H ® Cr₂O3 + 3H₂O

Natomiast aniony (Cr₂O₇ ²') redukują się następująco:

Cr₂O₇2- + 8H ® Cr₂O₃ + 4H₂O

Wybór poziomu napięcia impulsów o polaryzacji przeciwnej jest oparty na następujących założeniach. Amplituda napięcia impulsów o polaryzacji przeciwnej nie powinna być zbyt wysoka, aby nie zapoczątkować procesu rozpuszczania elektrody, a sumaryczna ilość ładunku Q_n nie powinna spowodować krytycznej alkalizacji warstwy powierzchniowej przedmiotu obrabianego, która przyczynia się do powstania zjawiska pasywacji. Wymagana długość trwania tu impulsu o polaryzacji przeciwnej, określana jest poprzez ilość ładunku Qn potrzebnego do uwolnienia wodoru w takich ilościach, które są wystarczające do zajścia reakcji redukcji warstwy tlenkowej.

Gdy wykorzystuje się grupy impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej, które występują na przemian z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej jak to pokazano na fig. 5, na ogół zmieizenie mp>ięcia U_m,n i wyznaczenie na tej podsaawee Uf, oraz U,_l2 nie j^^t możliwe. Natomiast zamiast bezpośredniego mierzenia U_rain można wyznaczyć całkę Fp (fig. 7) z napięcia U panującego w szczelinie w czasie t,. Różnice pomiędzy kolejno mierzonymi całkami Fp wykazują podobne zmiany znaku, jak w przypadku napięcia U_min. Możliwe jest również całkowanie w mniejszych przedziałach czasowych mieszczących się w przedziale ti Pomiar całki Fp jest szczególnie korzystny w przypadku tych sposobów elektrochemicznej obróbki, których elektroda nie wykonuje ruchu oscylacyjnego względem przedmiotu obrabianego, na przykład gdy przedmiot obrabiany przesuwa się ze stalą prędkością V_k, w przybliżeniu równą prędkości, z jaką przedmiot obrabiany 2 rozpuszcza się w elektrolicie, co powoduje, że rozmiar szczeliny pozostaje stały.

Inną możliwością jest mierzenie całki Q_n (fig. 7) z prądu I, który przepływa w przedziałach czasowych tu, w których przykładane są impulsy napięciowe o polaryzacji przeciwnej. Prąd I pokazany jest na fig. 2 w postaci krzywej III. Całka Q_n określa ilość ładunku elektrycznego, który przepływa w czasie trwania impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej. Prąd I mierzy się za pomocą włączonego szeregowo rezystora 18 oraz przetwornika analogowo-cyfrowego 30, po czym prąd ten całkowany jest przez komputer 28 (patrz fig. 6). Jak widać na fig. 7, całka Qn wykazuje maksimum dla napięcia Un=Un, oraz minimum dla napięcia Un=Un2, w przeciwieństwie do napięcia U,mn które wykazuje minimum dla napięcia U_n=U_n, oraz maksimum dla napięcia Un=U_n2. Oznacza to, że jeśli jako parametr wykorzysta się całkę Qn to zmiany jej znaku należy interpretować odwrotnie, niż w przypadku napięcia Um_in. W tym przypadku w blok B10 na schemacie z fig. 9 należy sprawdzić, czy wartość DO_njest większa niż zero, a w bloku B13, czy wartość DQn jest mniejsza niż zero. Zmierzona całka z prądu płynącego w czasie trwania impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej jest parametrem, odpowiednim dla przeprowadzenia procesu obróbki, w którym elektroda i przzdmiot obracany nie wykonujjruchu oncylίa.:yjeego wzgllęiem siebie.

Także inne parametry można wykorzystać do pomiaru własności czynnika znajdującego się w szczelinie i sterowania przebiegiem procesów chemicznych zachodzących na elektrodzie i przedmiocie obrabianym. Takimi parametrami mogą być rezystancja szczeliny oraz jej rozmiar S_t (fig. 7). Rezystancję można wyznaczyć poprzez pomiar zarówno napięcia U, jak

184 299 i prądu I w czasie trwania impulsów⁷ prądowych w przedziałach czasowych t_;. Jak przedstawiono na fig. 7, rozmiar szczeliny St wykazuje minimum dła napięcia U_n=U_nb identycznie, jak w przypadku U_min Dlatego też poprzez pomiar wielkości szczeliny można . wykryć punkt zmiany znaku.

Opisany powyżej sposób został wykorzystany w przypadku przedmiotu obrabianego i elektrody wykonanych ze stali wyżarzonej. Powierzchnia przedmiotu obrabianego wynosiła 0.3 cm², elektrolitem był wagowo 8% wodny roztwór NaNO₃, gęstość prądu impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej wynosiła 80 A/cm2, długość przedziału czasowego t; - 3ms, ciśnienie elektrolitu 0.7*10⁵ Pa, temperatura elektrolitu 20°C, częstotliwość oscylacji - 47 Hz, a amplituda oscylacji 0.2 mm, kształt impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej był prostokątny (fig. 2, krzywa III), a kształt impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej był również prostokątny (fig. 2, krzywa II).

Rozmiar szczeliny St w funkcji czasu tak się kształtował, aby powstało lokalne maksimum napięcia (patrz fig. 4) pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym. W trakcie wykonywania opisanego powyżej testu napięcie Un impulsów napięciowych o polaryzacji przeciwnej zmieniało się od napięcia polaryzacji Up,, = +2.3V do napięcia (-0.8V), przy którym elektroda zaczynała ulegać rozpuszczeniu. W celu wykrycia zmian znaku posłużono się wartością napięcia Umin globalnego minimum. Wyznaczone granice zmienności napięcia wyniosły: górna granica Un, = +0.05V oraz dolna granica Un2 = -0.6V. Następnie przeprowadzono proces obróbki utrzymując wartość napięcia Un wewnątrz wyznaczonych granic.

W innym wykonaniu elektroda 6 może zostać tak umocowana względem przedmiotu obrabianego 2, aby można ją było przesuwać, zmieniając w ten sposób wielkość szczeliny. Podczas trwania procesu obróbki szerokość szczeliny jest zmieniana, aby prędkość V_k była równa prędkości, z jaką rozpuszcza się przedmiot obrabiany 2.

Powyżej opisano sposób elektrochemicznej obróbki przewodzącego prąd przedmiotu obrabianego w elektrolicie, poprzez zastosowanie impulsów elektrycznych przykładanych pomiędzy przedmiot obrabiany i przewodzącą elektrodę, przy czym jeden lub większa ilość impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej, występuje naprzemian z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej. Amplituda impulsów napięciowych jest ustawiana pomiędzy dwoma wyznaczonymi wartościami napięć, dla których otrzymuje się powierzchnię przedmiotu obrabianego o odpowiedniej jakości oraz uzyskuje się odpowiednie zużycie elektrody. Wyznaczenie tych napięć przeprowadzane jest przy pomocy przynajmniej jednego testu, poprzedzającego właściwą obróbkę przedmiotu obrabianego. Podczas przeprowadzania testu, amplituda impulsów napięciowych stopniowo zwiększa się od określonej wartości początkowej do wartości końcowej. Natomiast dwie określone wartości napięć wyznacza się w momencie wystąpienia zmian znaku w ciągu kolejnych wartości parametru, reprezentującego właściwości szczeliny pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym. Parametrem tym może być wartość globalnego minimum w przebiegu napięcia w szczelinie, w czasie trwania impulsów prądowych. Wystąpienie globalnego minimum wynika z tego, że elektroda i przedmiot obrabiany wykonują ruch oscylacyjny względem siebie. Parametrem może być również całka z prądu płynącego przez szczelinę w czasie trwania impulsów napięciowych, całka z napięcia panującego w szczelinie w czasie trwania impulsów prądowych, rezystancja szczeliny lub też jej rozmiar.

184 299

BO

184 299

FIG. 8

184 299

ii

FIG. 4

FIG. 5

184 299

FIG. 2

184 299

FIG. 1

FIG. 3

XDIU

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób elektrochemicznej obróbki za pomocą impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji, zwłaszcza przewodzącego prąd przedmiotu obrabianego w elektrolicie, które to impulsy przykłada się pomiędzy przedmiot obrabiany i przewodzącą elektrodę, przy czym jeden lub więcej impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej występuje na przemian z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej, znamienny tym, że amplitudę (UJ impulsów napięciowych ustawia się pomiędzy dwoma wartościami napięć (U_nl, U_n2) wyznaczonymi dla uzyskania określonej jakości powierzchni przedmiotu obrabianego oraz określonego stopnia zużycia elektrody, a wyznaczenie powyższych dwóch napięć realizuje się za pomocą testu, który przeprowadza się przed wykonaniem właściwego procesu obróbki przedmiotu obrabianego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w trakcie przeprowadzania testu amplitudę (Un) impulsów napięciowych stopniowo zwiększa się od wartości początkowej do wartości końcowej oraz dwa wspomniane napięcia wyznacza się w momentach, w których następuje zmiana znaku w ciągu kolejnych różnic wartości parametru charakteryzującego właściwości szczeliny (S_t) pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przyjmuje się wartość początkową amplitudy (Un) odpowiadaj ącą początkowo napięciu polaryzacji (U^J panującemu tuż po zakończeniu impulsu prądowego, pomiędzy przedmiotem obrabianym i elektrodą.
4. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że przyjmuje się wartość końcową amplitudy (Un) nie większą niż amplituda (U_ninaJ, przy której rozpoczyna się proces rozpuszczania elektrody w elektrolicie.
5. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że jako parametr przyjmuje się amplitudę (Umn) globalnego minimum dla przebiegu napięcia panującego w szczelinie w czasie trwania impulsów prądowych, przy czym powstanie globalnego minimum wynika z ruchu oscylacyjnego, jaki wykonują przedmiot obrabiany i elektroda względem siebie.
6. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że jako parametr przyjmuje się całkę (OJ z prądu płynącego przez szczelinę w czasie trwania impulsów napięciowych.
7. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że jako parametr przyjmuje się całkę (F_p) z napięcia panującego w szczelinie w czasie trwania impulsów prądowych.
8. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że jako parametr przyjmuje się rezystancję szczeliny.
9. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że jako parametr przyjmuje się rozmiar (St) szczeliny.
10. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że pierwszą z wyznaczanych wartości napięcia wyznacza się w momencie wystąpienia pierwszej zmiany znaku, z wartości ujemnej na wartość dodatnią, a drugą wartość napięcia wyznacza się w momencie wystąpienia drugiej zmiany znaku, z wartości dodatniej na wartość ujemną.
11. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że pierwszą z wyznaczanych wartości napięcia wyznacza się w momencie wystąpienia pierwszej zmiany znaku, z wartości dodatniej na wartość ujemną, a drugą wartość napięcia wyznacza się w momencie wystąpienia drugiej zmiany znaku, z wartości ujemnej na wartość dodatnią.
12. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że w trakcie przeprowadzania testu zwiększa się amplitudę (UJ impulsów napięciowych, mierzy się rozmiar szczeliny (St) pomiędzy przedmiotem obrabianym i elektrodą, wyznacza się różnicę wartości kolejnego i poprzedniego rozmiaru szczeliny, przy czym wartość amplitudy (UJ impulsów napięciowych

184 299 odnotowuje się w momencie wystąpienia odwrócenia znaku wspomnianej różnicy, a dalszy proces obróbki przeprowadza się przy tak wyznaczonej amplitudzie impulsów.
13. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że rozmiar szczeliny pomiędzy elektrodą, i przedmiotem obrabianym tak się zmienia, że w czasie trwania impulsów prądowych występuje lokalne maksimum (ϋ_3ιηΜ) w przebiegu napięcia panującego pomiędzy przedmiotem obrabianym i elektrodą.
14. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że ruch oscylacyjny synchronizuje się z impulsami prądowymi.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przedmiot obrabiany wykonany jest ze stali zawierającej chrom.
16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elektrolit jest wodnym roztworem azotanów metali alkalicznych.
17. Urządzenie do elektrochemicznej obróbki przewodzącego prąd przedmiotu obrabianego w elektrolicie, poprzez zastosowanie impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji, przykładanych pomiędzy przedmiot obrabiany i przewodzącą elektrodę, przy czym jeden lub więcej impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej występuje naprzemian z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej, znamienne tym, że wyposażone jest w elektrodę (6), elementy wyznaczające i utrzymujące elektrodę (6) i przedmiot obrabiany (2) w określonej odległości, tworząc pomiędzy nimi określoną szczelinę (5), elementy dostarczających elektrolit do szczeliny pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym, źródło prądowe (14) elektrycznie dołączone do przedmiotu obrabianego i elektrody, dla dostarczania do nich impulsów prądowych, sterowane źródło napięciowe (16) elektrycznie dołączone do przedmiotu obrabianego (2) i elektrody (6), dla dostarczania do nich impulsów napięciowych, elementy do zamiennego włączania źródła prądowego i źródła napięciowego w obwód z przedmiotem obrabianym i elektrodą, elementy generujące sygnał sterujący do stopniowego zmieniania napięcia wyjściowego źródła napięciowego, elementy do analizy i zapamiętywania kształtu przebiegu napięcia lub prądu impulsów elektrycznych przebiegających pomiędzy przedmiotem obrabianym (2) i elektrodą (6) elementy do wykrywania zmian znaku w ciągu kolejnych różnic parametru, wyznaczonego z przebiegu napięcia (V) lub przebiegu prądu (I) impulsów, rezystancji szczeliny pomiędzy elektrodą i przedmiotem obrabianym oraz elementy do zapamiętywania chwilowej wartości sygnału sterującego (DV) źródłem napięciowym w chwili wykrycia zmiany znaku.
18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że na elementy do analizy i zapamiętywania składają się przetworniki analogowo-cyfrowe (30) do zamiany kształtu przebiegu napięcia lub prądu na postać cyfrową.
19. Urządzenie według zastrz. 17 albo 18, znamienne tym, że wyposażone jest w elementy zapewniające ruch oscylacyjny elektrody (6) względem przedmiotu obrabianego (2) oraz elementy synchronizujące zamiennie podłączane źródło prądowe (I) i napięciowe (V) z ruchem oscylacyjnym.
20. Zasilacz elektryczny wykorzystywany w sposobie elektrochemicznej obróbki przewodzącego prąd przedmiotu obrabianego w elektrolicie, poprzez zastosowanie impulsów elektrycznych o zmiennej polaryzacji, przykładanych pomiędzy przedmiot obrabiany i przewodzącą elektrodę, przy czym jeden lub więcej impulsów prądowych o polaryzacji zgodnej występuje naprzemian z impulsami napięciowymi o polaryzacji przeciwnej, znamienny tym, że wyposażony jest w źródło prądowe (14) elektrycznie dołączane do przedmiotu obrabianego (2) i elektrody (6) dla dostarczania do nich impulsów prądowych, sterowane źródło napięciowe (16) elektrycznie dołączone do przedmiotu obrabianego (2) i elektrody (6) dla dostarczania do nich impulsów napięciowych, elementy do zamiennego włączania źródła prądowego i źródła napięciowego w obwód z przedmiotem obrabianym i elektrodą, elementy generujące sygnał sterujący (DS), do stopniowego zmieniania napięcia wyjściowego źródła napięciowego (16), elementy do analizy i zapamiętywania kształtu przebiegu impulsów napięcia lub prądu impulsów elektrycznych przebiegających pomiędzy przedmiotem obrabianym i elektrodą, elementy do wykrywania zmian znaku w ciągu kolejnych różnic parametru, wyznaczonego z przebiegu napięcia (Un) lub przebiegu prądu (In) impulsów elektrycznych, re4

184 299 zystancji szczeliny pomiędzy elektrodą (6) i przedmiotem (2) obrabianym oraz elementy do zapamiętywania chwilowej wartości sygnału (CSU) sterującego źródłem napięciowym w chwili wykrycia zmiany znaku.