RU2046158C1

RU2046158C1 - Method for anodic treatment of billets made from alloy and high-alloy steel

Info

Publication number: RU2046158C1
Authority: RU
Inventors: Е.Н. Акимов; В.А. Гадасик
Original assignee: Акимов Евгений Николаевич
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: production of microsurgical instruments. SUBSTANCE: method involves introducing cylindrical billets into cavities of hollow cylindrical cathodes; dipping into electrolyte based on sulfuric and phosphoric acids; conducting treatment in two communicated baths with electrolyte depth difference in the baths being equal to length of conical part adapted for treatment. Billets and cathodes are connected in parallel with DC source, with current density being within the range of 300-1200 A/dm². In the process of treatment electrolyte is pumped from one bath into another. EFFECT: increased efficiency and improved quality of microsurgical instruments. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области электрохимических методов обработки, в частности к изготовлению конусообразных изделий для производства медицинского инструмента: стоматологического, микрохирургического, офтальмологического и др. The invention relates to the field of electrochemical processing methods, in particular to the manufacture of cone-shaped products for the production of medical instruments: dental, microsurgical, ophthalmic, etc.

Известен способ получения конусообразного изделия из цилиндрической заготовки методом химического травления. Металлическую заготовку травят в кислотах при относительном изменении уровня травильного раствора и заготовки. Конусность достигается за счет различной длительности нахождения участков заготовки в травильном растворе. A known method of producing a cone-shaped product from a cylindrical billet by chemical etching. The metal billet is etched in acids with a relative change in the level of the etching solution and the billet. The tapering is achieved due to the different lengths of finding the sections of the workpiece in the etching solution.

Недостатки низкая производительность и невысокое качество изделий с низким процентом выхода годных изделий. Disadvantages: low productivity and low quality products with a low yield.

Известен способ для получения конусообразных изделий электрохимическим методом. Заготовки под напряжением с заданной частотой периодически погружают в электролит. С участков, находящихся в электролите дольше, обнижение диаметра заготовки происходит больше, чем самым формируют конусообразность изделий. A known method for producing conical products by the electrochemical method. Workpieces under voltage with a given frequency are periodically immersed in an electrolyte. From sites located in the electrolyte for longer, the reduction in the diameter of the workpiece takes place more than the shape of the products is conical.

Недостаток данного способа низкая производительность процесса. Изделие во время процесса анодного растворения подвержено переменной нагрузке, т.е. когда обрабатываемая часть изделия полностью погружена в электролит, удельная плотность тока минимальная, и наоборот, в верхнем положении изделия, когда самый кончик расположен в электролите, нагрузка максимальная. Плотность тока может изменяться в десятки раз. Чтобы не было эрозии или "поджога" кончика изделия, рабочий ток уменьшают до минимально допустимого, что приводит к низкой скорости процесса, а именно к производительности. Обычно плотность тока не превышает 100-200 А/дм². При таком процессе форма кончиков изделий, как правило, имеет пикообразную форму, а это требует ручной доработки до сферической поверхности.The disadvantage of this method is the low productivity of the process. The product is subject to a variable load during the anodic dissolution process, i.e. when the treated part of the product is completely immersed in the electrolyte, the specific current density is minimal, and vice versa, in the upper position of the product, when the tip is located in the electrolyte, the load is maximum. The current density can vary tens of times. In order to avoid erosion or “arson” of the tip of the product, the operating current is reduced to the minimum permissible, which leads to a low speed of the process, namely to productivity. Typically, the current density does not exceed 100-200 A / dm ² . With this process, the shape of the tips of the products, as a rule, has a peak shape, and this requires manual refinement to a spherical surface.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ анодной обработки конусных изделий, принятый за прототип. Способ заключается в том, что заготовку, используемую в качестве анода, помещают внутрь полого цилиндрического катода, и постепенно извлекают заостряемое изделие из электролита. При электрохимической обработке концевые участки, больше подвергавшиеся растворению, потеряют больше металла, чем вышележащие, что создает конусность. Closest to the technical nature of the proposed is a method of anodic processing of conical products, adopted as a prototype. The method consists in the fact that the preform used as the anode is placed inside the hollow cylindrical cathode, and the pointed article is gradually removed from the electrolyte. During electrochemical processing, end sections that are more subjected to dissolution will lose more metal than overlying ones, which creates a taper.

По данному способу получение качественных конусных поверхностей довольно затруднительно вследствие переменной нагрузки на единицу поверхности. При выходе изделия из электролита, происходит увеличение плотности тока, что ведет к более интенсивному съему металла с заготовки, и, когда кончик изделия находится в электролите на малой глубине, плотность тока по сравнению с первоначальной может увеличиваться в десятки раз. При увеличивающейся плотности тока форма обрабатываемой поверхности искажается, и довольно сложная образующая этой поверхности имеет кривую второго и более высшего порядка. На кончике заготовки происходит интенсивный съем металла, приводящий к пикообразным формам, т.е. к острым концам. Такая форма требует, как правило, ручной доработки изделий для получения скругленной, например сферической, поверхности. На заготовке съем металла может происходить неравномерно по всей площади и локально. При локальном съеме металла происходит как бы вырыв металла из глубины или "поджог", чистота поверхности резко ухудшается, размеры отклоняются от необходимых, что ведет к неисправному браку, т.е. к снижению выхода годных изделий. According to this method, obtaining high-quality conical surfaces is rather difficult due to the variable load on a surface unit. When the product exits the electrolyte, the current density increases, which leads to a more intense removal of metal from the workpiece, and when the tip of the product is in the electrolyte at a shallow depth, the current density can increase by tens of times compared to the initial one. With increasing current density, the shape of the processed surface is distorted, and a rather complex generatrix of this surface has a curve of the second or higher order. Intensive metal removal occurs at the tip of the workpiece, resulting in peak shapes, i.e. to the sharp ends. Such a shape requires, as a rule, manual refinement of products to obtain a rounded, for example spherical, surface. On the workpiece, metal removal can occur unevenly over the entire area and locally. When the metal is removed locally, the metal ruptures from the depth or “arson”, the surface cleanliness deteriorates sharply, the dimensions deviate from the necessary ones, which leads to malfunctioning, i.e. to reduce the yield of products.

Процесс анодной обработки (электрохимического фрезерования) обычно лимитируется плотностью тока, которая не вызывает эрозию металла и обеспечивает максимальную чистоту обрабатываемой детали. The process of anode processing (electrochemical milling) is usually limited by the current density, which does not cause erosion of the metal and ensures maximum purity of the workpiece.

Цель изобретения повышение производительности и выхода годных изделий за счет интенсификации процесса анодной обработки в двух ваннах и достижения необходимой формы изделия. The purpose of the invention is to increase productivity and yield of products due to the intensification of the anode processing process in two bathtubs and achieving the desired shape of the product.

Поставленная цель достигается тем, что в способе анодной обработки заготовки из легированной и высоколегированной стали для получения конусообразных изделий, включающем введение цилиндрических заготовок внутрь полого цилиндрического катода, погружение в электролит на основе фосфорной и серной кислот и подключение тока, анодную обработку ведут одновременно в двух сообщающихся ваннах, имеющих перепад электролита по высоте, равный длине обработки конической части. Заготовки и катоды подключают параллельно при плотности тока 300-1200 А/дм² и перекачивании электролита из ванны в ванну. Параллельное подключение к источнику питания заготовок анодов и катодов обеих ванн дает, практически, постоянство нагрузки на каждое изделие и плотность тока во время анодной обработки в любой момент времени на всех обрабатываемых изделиях одинакова. Измерение уровней электролита в обеих ваннах при одинаковой скорости подъема обеспечивает идентичность изделий как в одной, так и в другой ванне. При перекачивании электролита в ваннах происходит перераспределение нагрузки на заготовках. В первоначальный момент времени, когда в одной ванне заготовка полностью погружена в электролит, а другой кончик заготовки только касается его (для получения всего конического профиля изделия), вся нагрузка идет на заготовки, погруженные в электролит. По мере изменения уровней электролита в ваннах происходит перераспределение нагрузки пропорционально площади контакта заготовок в каждой из ванн. Это позволяет получать конусообразные изделия с довольно высоким выходом годных изделий при высокой точности и хорошем качестве.This goal is achieved by the fact that in the method of anodic processing of billets of alloyed and high alloy steel to produce cone-shaped products, including the introduction of cylindrical billets into the hollow cylindrical cathode, immersion in an electrolyte based on phosphoric and sulfuric acids and the connection of current, the anode processing is carried out simultaneously in two communicating bathtubs having an electrolyte drop in height equal to the processing length of the conical part. Billets and cathodes are connected in parallel at a current density of 300-1200 A / dm ² and pumping of the electrolyte from the bath to the bath. Parallel connection to the power source of the anode and cathode blanks of both baths gives practically constant load on each product and current density during anode processing at any time on all processed products is the same. Measurement of electrolyte levels in both bathtubs at the same rate of rise ensures the identity of the products in both one and the other bathtub. When pumping electrolyte in the baths, the load is redistributed on the workpieces. At the initial moment of time, when in one bath the workpiece is completely immersed in the electrolyte, and the other tip of the workpiece only touches it (to obtain the entire conical profile of the product), the entire load is on workpieces immersed in the electrolyte. As the electrolyte levels in the baths change, the load is redistributed in proportion to the contact area of the workpieces in each bath. This allows you to get cone-shaped products with a fairly high yield of products with high accuracy and good quality.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволяет установить соответствие их критерию "новизна". Comparison of the claimed technical solutions with the prototype allows us to establish compliance with their criterion of "novelty."

Известны технические решения, сходные с предлагаемым, поэтому заявляемый способ соответствует критерию "существенные отличия". Known technical solutions similar to the proposed, therefore, the claimed method meets the criterion of "significant differences".

На чертеже представлена установка, с помощью которой реализуют способ анодной обработки заготовок. The drawing shows the installation with which implement the method of anodic processing of workpieces.

Установка содержит емкости 1 и 2 с электролитом 3, трубчатые катоды 4, внутри которых располагают заготовки 5, источник 6 питания, устройство 7 перекачивания электролита и устройство 8 переключения подачи электролита. The installation contains tanks 1 and 2 with electrolyte 3, tubular cathodes 4, inside of which are placed workpieces 5, a power supply 6, an electrolyte pumping device 7, and an electrolyte supply switching device 8.

Для реализации способа применяли стали марок 12Х18Н10Т, 07Х16Н6, 40Х13, 9ХС. Состав электролитов для анодной обработки представлен в табл. 1. To implement the method used steel grades 12X18H10T, 07X16H6, 40X13, 9XC. The composition of electrolytes for anode processing is presented in table. 1.

В разных электролитах возможно получение конусообразных изделий из различных сталей с необходимой формой. Кроме этих типов электролитов, применяемых, в основном, для обработки легированных и высоколегированных сталей, можно применять электролиты на основе фосфорной кислоты для цветных металлов и сплавов. In different electrolytes, it is possible to obtain cone-shaped products from various steels with the necessary shape. In addition to these types of electrolytes, used mainly for the treatment of alloyed and high alloy steels, phosphoric acid-based electrolytes can be used for non-ferrous metals and alloys.

Для реализации способа применяли заготовки цилиндрической формы диаметром 1,5 мм с длиной обработки l_o 58 мм из стали 12Х18Н10Т. В первом случае формирование конической поверхности вели на всю длину обработки, т.е. не было формирования цилиндрической части в готовом изделии (l_ц 0). Для этого случая заготовки в одной ванне устанавливали так, чтобы глубина ее погружения соответствовала всей длине обработки, а в другой уровень электролита устанавливали на уровне концов заготовок.To implement the method used cylindrical blanks with a diameter of 1.5 mm with a processing length of l _o 58 mm from steel 12X18H10T. In the first case, the conical surface was formed over the entire length of the treatment, i.e. there was no formation of a cylindrical part in the finished product (l _c 0). For this case, the blanks in one bath were set so that the depth of immersion corresponded to the entire processing length, and in another electrolyte level was set at the level of the ends of the blanks.

Для другого случая, когда l_ц 0, т.е. на изделии должны быть сформированы коническая и цилиндрическая части, нижний уровень электролита устанавливали таким образом, чтобы заготовки погружались в электролит на глубину обработки цилиндрической части заготовки, которая может изменяться от 0 до l_о. Температура электролита составляла 50-60^оС.For another case, when l _c 0, i.e. the conical and cylindrical parts must be formed on the product, the lower level of the electrolyte is set so that the workpieces are immersed in the electrolyte to the depth of processing of the cylindrical part of the workpiece, which can vary from 0 to l _about . The temperature of the electrolyte was 50-60 ^about C.

Для анодной обработки стали 12Х18Н10Т применяли электролиты 1 и 3. Для закаленных сталей 40Х13 электролит N 1, 2, 3, и 9ХС электролит 2 (см. табл. 2). Electrolytes 1 and 3 were used for the anodic treatment of 12Kh18N10T steel. For quenched steel 40Kh13, electrolyte N 1, 2, 3, and 9XC electrolyte 2 (see Table 2).

Способ анодной обработки заключается в следующем. The anode processing method is as follows.

После установки заготовок 5 в ваннах 1 и 2, подключают источник 6 питания параллельно заготовкам 5 и катодам 4. Затем включают источник питания и устройство 7 перекачивания электролита. Устройство 8 переключения подачи электролита устанавливают в такое положение, чтобы перекачка происходила из ванны с погруженной заготовкой на всю длину ее обработки во вторую. Изменяют положение уровней электролита при анодном растворении заготовок на такую величину, чтобы высота подъема уровня электролита соответствовала длине обработки конической части изделия т.е. l_к l_o l_ц, где к длина обработки конической части заготовки. При достижении заданного уровня отключают источник питания и устройство перекачки электролита. При таком способе обработки конусообразных изделий ванны уже готовы к новой загрузке таких же заготовок, причем перекачка электролита производится в обратную сторону. Готовые изделия в обеих ваннах получаются идентичными, коническая и цилиндрическая части имеют одинаковый профиль, а кончики изделий имеют сферическую форму.After installing the blanks 5 in the baths 1 and 2, connect the power source 6 parallel to the blanks 5 and the cathodes 4. Then turn on the power source and the electrolyte pumping device 7. The electrolyte feed switching device 8 is set so that pumping occurs from the bath with the workpiece immersed over the entire length of its processing into the second. Change the position of the electrolyte levels during the anodic dissolution of the workpieces by such a value that the height of the electrolyte level rise corresponds to the processing length of the conical part of the product i.e. l _to l _o l _c where is the length of the processing of the conical part of the workpiece. Upon reaching a predetermined level, the power source and the electrolyte pumping device are turned off. With this method of processing cone-shaped products, the bathtubs are ready for a new loading of the same workpieces, and the electrolyte is pumped in the opposite direction. Finished products in both baths are identical, the conical and cylindrical parts have the same profile, and the ends of the products have a spherical shape.

При плотности тока менее 300 А/дм². Скорость анодной обработки низкая, т. е. время обработки велико. На поверхности возможно появление шероховатых растравленных участков и выявление структуры.With a current density of less than 300 A / dm ² . The speed of the anode treatment is low, i.e., the processing time is long. Rough etched areas and revealing of the structure are possible on the surface.

При плотности тока выше 1200 А/дм² производить анодную обработку возможно, но происходит значительный нагрев самих заготовок и разогрев токоподвода заготовок. Вследствие сильного разогрева электролит на поверхности заготовки перегреваетcя, а это требует дополнительного теплообмена. На поверхности появляется дымчатая пленка, требуется дополнительная полировка поверхности при более низких плотностях тока.At a current density above 1200 A / dm ² , it is possible to perform anode processing, but there is a significant heating of the workpieces themselves and heating of the current supply of the workpieces. Due to strong heating, the electrolyte on the surface of the workpiece overheats, and this requires additional heat transfer. A smoky film appears on the surface; additional surface polishing is required at lower current densities.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить производительность в 2,3-3,6 раза и повысить выход готовых изделий практически в 2 раза. Данное техническое решение может быть применено в производстве микрохирургического инструмента, а именно в рефлексотерапии, в сосудистой хирургии, офтальмологии, нейтрохирургии, стоматологии и т.д. как микроинструментов с диаметром изделий 0,2-2,5 мм, так и больших изделий диаметром 4-5 мм, граненых изделий, практически с любой длиной обрабатываемой части от нескольких миллиметров до 100-120 мм. Thus, the proposed method allows to increase productivity by 2.3-3.6 times and to increase the yield of finished products by almost 2 times. This technical solution can be applied in the manufacture of a microsurgical instrument, namely in reflexology, in vascular surgery, ophthalmology, neutrosurgery, dentistry, etc. as micro-tools with a diameter of products of 0.2-2.5 mm, and large products with a diameter of 4-5 mm, faceted products, with almost any length of the machined part from a few millimeters to 100-120 mm.

Claims

METHOD FOR ANODE TREATMENT OF Billets from alloyed and high alloyed steel to obtain cone-shaped products, including the introduction of cylindrical billets into the hollow cylindrical cathode, immersion in an electrolyte based on phosphoric and sulfuric acids and connecting current, characterized in that, in order to increase productivity and yield of suitable products, Anode processing is carried out simultaneously in two interconnected baths having an electrolyte drop in height equal to the length of the processing of the conical part, while the workpieces and cathodes They are connected in parallel with a current density of 300 to 1200 A / dm ² and pumping of the electrolyte from the bath to the bath.