RU2220031C1

RU2220031C1 - Method for electrochemical treatment of titanium and its alloys

Info

Publication number: RU2220031C1
Application number: RU2003103461A
Authority: RU
Inventors: И.Л. Агафонов; С.В. Безруков; Н.З. Гимаев; А.Н. Зайцев; Т.Р. Идрисов; В.Н. Куценко; Р.Р. Мухутдинов; М.С. Смирнов
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2003-12-27
Also published as: WO2004076110A1

Abstract

FIELD: precision electrochemical treatment for making complex shaped surfaces of machine parts. SUBSTANCE: method comprises steps of treatment in electrolytes on base of single-component aqueous solutions of neutral salts with 3 - 9% concentration; synchronizing applying of trains of anode activating controlled high-frequency rectangular pulses from voltage or current source with time moment of maximum mutual approaching of oscillating tool-electrode and part-electrode; performing treatment with small working interelectrode gaps; controlling time period of pulse train and phase of applying pulse train relative to time moment of maximum mutual approaching of electrodes and feeding rate of tool-electrode; using pulse source with rate of lowering electric current density along rear edge of pulses in order to eliminate passivation of treated surface. EFFECT: significantly increased speed and accuracy of treatment in the result of controlled process, enhanced quality of surface. 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области прецизионной электрохимической обработки (ЭХО) металлов и сплавов импульсным током и может быть использовано для получения сложнофасонных поверхностей деталей машин с высокой производительностью, точностью и качеством обработки, в частности при размерной электрохимической обработке деталей из легкопассивирующихся материалов, например титана и титановых сплавов. The invention relates to the field of precision electrochemical processing (ECM) of metals and alloys by pulsed current and can be used to obtain complex-shaped surfaces of machine parts with high performance, accuracy and quality of processing, in particular during dimensional electrochemical processing of parts from easily passivated materials, for example titanium and titanium alloys .

Известен способ электрохимической обработки титана и титановых сплавов в электролите на основе однокомпонентного водного раствора нейтральной соли с использованием анодных импульсов, которые имеют длительность от 1 до 50 мc и частоту 5 до 500 Гц. Обработку осуществляют на межэлектродных зазорах 0,25 мм и более (патент США 6402931 В1, М.Кл⁷. В 23 Н 9/02, 2002).A known method for the electrochemical treatment of titanium and titanium alloys in an electrolyte based on a one-component aqueous solution of a neutral salt using anode pulses that have a duration of 1 to 50 ms and a frequency of 5 to 500 Hz. The processing is carried out at interelectrode gaps of 0.25 mm or more (US patent 6402931 B1, M. Cl ^7. In 23 H 9/02, 2002).

Недостатком данного способа является то, что при обработке титана и титановых сплавов с использованием низкочастотных импульсов технологического тока с длительностью импульсов от 1 мс и более не удается исключить возникновения дефектов типа питтинга и точечных растравов на поверхностях заготовки, не подлежащих обработке, кроме того, использование больших зазоров для прокачки электролита через межэлектродный промежуток (МЭП) не позволяет исключить такой дефект, как струйность на обрабатываемой торцевой поверхности при размерной ЭХО. The disadvantage of this method is that when processing titanium and titanium alloys using low-frequency pulses of a technological current with a pulse duration of 1 ms or more, it is not possible to exclude the occurrence of defects such as pitting and point rasters on the surfaces of the workpiece that cannot be processed, in addition, the use of large the gaps for pumping the electrolyte through the interelectrode gap (MEP) does not allow to exclude such a defect as the jetting on the treated end surface with a dimensional ECHO.

Известен также способ электрохимической обработки титановых сплавов с использованием анодных активирующих импульсов длительностью около 20 мс, когда обработку ведут на зазорах 0,1 мм и более (Давыдов А.Д., Клепиков Р.П., Мороз И.И. Электрохимическая обработка титановых сплавов с применением анодных активирующих импульсов. - Электронная обработка материалов. 1980, 6, с. 8-10). There is also a method for the electrochemical treatment of titanium alloys using anode activating pulses lasting about 20 ms, when the processing is carried out at 0.1 mm or more gaps (Davydov A.D., Klepikov R.P., Moroz I.I. Electrochemical treatment of titanium alloys using anode activating pulses. - Electronic processing of materials. 1980, 6, p. 8-10).

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает достаточного повышения точности и качества электрохимической обработки титановых сплавов, так как подача относительно длинных анодных активирующих импульсов (20 мс) на больших МЭЗ (0,1-0,2 мм) также приводит к образованию дефектов типа точечных растравов (питтинга) на участках обрабатываемой заготовки, находящихся под действием малых токов рассеяния, и не обеспечивается высокое качество обрабатываемой поверхности. Кроме того, при осуществлении известных способов используют электролиты сложного состава и высокой концентрации, процентное содержание и заданное соотношение которых в процессе эксплуатации поддерживать практически сложно. The disadvantage of this method is that it does not provide a sufficient increase in the accuracy and quality of the electrochemical treatment of titanium alloys, since the supply of relatively long anode activating pulses (20 ms) to large MEZs (0.1-0.2 mm) also leads to the formation of defects type of dot rasters (pitting) on the sections of the workpiece under the influence of small scattering currents, and high quality of the processed surface is not ensured. In addition, in the implementation of known methods, electrolytes of complex composition and high concentration are used, the percentage and a predetermined ratio of which during operation is practically difficult to maintain.

Известен способ электрохимической обработки титановых сплавов в электролитах на основе однокомпонентных водных растворов нейтральных солей с применением анодных активирующих регулируемых высокочастотных прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых пакетами, которые синхронизируют с моментом максимального сближения колеблющегося электрода-инструмента с электродом-заготовкой, и ведут обработку на малых рабочих межэлектродных зазорах (патент 2188102, М. Кл.⁷ В 23 Н 3/00, Бюл. 24, 2002).A known method for the electrochemical treatment of titanium alloys in electrolytes based on single-component aqueous solutions of neutral salts using anodic activating regulated high-frequency rectangular voltage pulses supplied by packets that synchronize with the moment of closest approach of the oscillating tool electrode to the workpiece electrode and process on small working interelectrode clearances (patent 2188102, M. Cl. ⁷ In 23 H 3/00, Bull. 24, 2002).

Это техническое решение как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому эффекту принято нами в качестве прототипа. This technical solution as the closest in technical essence and the achieved effect was adopted by us as a prototype.

Недостатком данного способа является то, что при обработке из-за неконтролируемого ведения процесса анодно-анионной активации обрабатываемой поверхности, или ее пассивации, или создания критической ситуации в межэлектродном промежутке из-за недопустимого уменьшения межэлектродного зазора (МЭЗ) возникают короткие замыкания электрода-инструмента (ЭИ) с обрабатываемой поверхностью, в результате этого происходит разрушение поверхности электрода-инструмента или образование дефекта, удаление которого приводит к изменению размеров рабочей части ЭИ. Возникновение короткого замыкания приводит также к образованию дефекта на обрабатываемой заготовке или к неисправимому браку. На боковой поверхности обрабатываемых полостей имеются дефекты типа растравов по границам зерен, которые существенно снижают качество поверхности. The disadvantage of this method is that during processing due to uncontrolled conduct of the process of anodic-anionic activation of the treated surface, or its passivation, or the creation of a critical situation in the interelectrode gap due to an unacceptable decrease in the interelectrode gap (MEZ), short circuits of the tool electrode ( EI) with the treated surface, as a result of this, the surface of the electrode-tool or the formation of a defect occurs, the removal of which leads to a change in the size of the working her parts of EI. The occurrence of a short circuit also leads to the formation of a defect on the workpiece or to irreparable defects. On the lateral surface of the treated cavities there are defects such as rasters along the grain boundaries, which significantly reduce the surface quality.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение производительности, точности и качества электрохимической обработки путем существенного снижения растравленной боковой поверхности и исключения дефектов типа питтинга и точечных растравов в окрестности обрабатываемой полости за счет контролируемого ведения процесса ЭХО. The problem to which the claimed invention is directed is to increase the productivity, accuracy and quality of electrochemical treatment by significantly reducing the etched side surface and eliminating defects such as pitting and point rasters in the vicinity of the treated cavity due to the controlled conduct of the ECHO process.

Поставленная задача достигается способом электрохимической обработки титана и титановых сплавов в электролитах на основе однокомпонентных водных растворов нейтральных солей с применением анодных активирующих регулируемых высокочастотных прямоугольных импульсов от источников тока или напряжения, подаваемых пакетами, которые синхронизируют с моментом максимального сближения колеблющегося электрода-инструмента с электродом-заготовкой и ведут обработку на малых рабочих межэлектродных зазорах, в котором в отличие от прототипа регулируют длительность пакета импульсов, фазу подачи пакета импульсов относительно момента максимального сближения электродов и скорость подачи электрода-инструмента, поддерживая такое минимальное значение рабочего межэлектродного зазора, при котором для источника напряжения импульсы тока в пакете имеют характер возрастания тока, а для источника тока импульсы напряжения в пакете имеют характер понижения напряжения, причем скорость подачи электрода-инструмента увеличивают, если для источника напряжения количество импульсов в пакете с характером возрастания тока увеличивается, а для источника тока количество импульсов в пакете с характером понижения напряжения увеличивается, в противном случае скорость подачи ступенчато уменьшают до тех пор, пока не начнется увеличение количества импульсов в пакете с возрастанием тока для источника напряжения и с понижением напряжения для источника тока, при этом используют источники импульсов со скоростью падения плотности тока по заднему фронту, исключающей пассивацию обрабатываемой поверхности, причем используют электролиты с малым содержанием нейтральных солей - 3... 9-процентной концентрации. The problem is achieved by the method of electrochemical processing of titanium and titanium alloys in electrolytes based on one-component aqueous solutions of neutral salts using anodic activating regulated high-frequency rectangular pulses from current or voltage sources supplied by packets that synchronize with the moment of the closest approach of the oscillating electrode-tool with the workpiece electrode and process on small working interelectrode gaps, in which, unlike the prototype, the duration of the pulse packet, the phase of supply of the pulse packet relative to the moment of maximum electrode approach and the feed rate of the electrode-tool, maintaining such a minimum value of the working interelectrode gap at which the current pulses in the packet have a current increase character and the voltage pulses in the current source the package have the character of lowering the voltage, and the feed rate of the electrode-tool is increased if for the voltage source the number of pulses in the package with the nature of the increase in current increases, and for a current source the number of pulses in a packet with the nature of a decrease in voltage increases, otherwise the feed rate is gradually reduced until an increase in the number of pulses in the packet begins with an increase in current for the voltage source and with a decrease in voltage for the source current, while using pulse sources with a rate of decrease in current density on the trailing edge, excluding passivation of the treated surface, and using electrolytes with low content of neutral salts - 3 ... 9 percent concentration.

Регулирование длительности пакета, фазы подачи пакета относительно момента максимального сближения электродов, поддержание оптимального значения минимального МЭЗ за счет контролируемого ведения процесса по форме высокочастотных импульсов позволяют обеспечивать высокую производительность, точность и качество обработки. Regulation of the duration of the packet, the phase of the packet supply relative to the moment of maximum approximation of the electrodes, maintaining the optimal value of the minimum MEZ due to the controlled process in the form of high-frequency pulses allows for high performance, accuracy and quality of processing.

Предлагаемый способ электрохимической обработки титана и титановых сплавов позволяет повысить производительность в 1,3 раза, обеспечить точность в пределах 10 мкм и качество обрабатываемой поверхности Ra=0,2-0,4 мкм по торцевой и боковым поверхностям при формировании сложнофасонных полостей. The proposed method for the electrochemical treatment of titanium and titanium alloys allows to increase productivity by 1.3 times, to ensure accuracy within 10 μm and the quality of the processed surface Ra = 0.2-0.4 μm along the end and side surfaces when forming complex cavities.

Совокупность предложенных признаков является новой и неочевидной и обуславливает соответствие предложенного изобретения критерию "изобретательский уровень". The totality of the proposed features is new and non-obvious and determines the compliance of the proposed invention with the criterion of "inventive step".

Предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми рисунками, подтверждающими возможность его осуществления, на которых:
фиг. 1 изображает согласно изобретению изменение формы импульсов тока в пакетах в зависимости от величины МЭЗ, которые подают синхронно с моментом максимального сближения электродов;
фиг. 2 изображает согласно изобретению осциллограмму пакетов импульсов напряжения и тока, подаваемых от источника напряжения, с оптимальной формой импульсов тока в пакете.The invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, confirming the possibility of its implementation, in which:
FIG. 1 depicts, according to the invention, a change in the shape of current pulses in packets depending on the magnitude of the MEZ, which are supplied synchronously with the moment of maximum approximation of the electrodes;
FIG. 2 depicts, according to the invention, an oscillogram of voltage and current pulse packets supplied from a voltage source with the optimal shape of current pulses in a packet.

Предлагаемый способ ЭХО заключается в следующем. После включения станка, источника питания и насоса для подачи электролита в МЭП выставляют рабочий зазор и под давлением электролита на входе МЭП (50 кПа и более) производят электрохимическую обработку с подачей на МЭП пакета высокочастотных импульсов напряжения (тока). Обработку осуществляют с использованием колеблющегося электрода. Включают вибратор станка, который приводит в колебательное движение ЭИ в пределах 1...100 Гц с амплитудой колебания 0,1-0,2 мм, и выставляют начальное значение минимального МЭЗ, например, в пределах 0,01...0,05 мм. При этом высокочастотный источник питания выдает пакеты высокочастотных импульсов с частотой, равной частоте колебания ЭИ (фиг.1). Пакеты импульсов синхронизируют с моментом максимального сближения электродов, т.е. с моментом достижения межэлектродного зазора (8 мин) величиной 0,01...0,03 мм. Параметры высокочастотных импульсов, длительность пакета импульсов и фазу подачи пакета импульсов относительно момента максимального сближения электродов в процессе обработки плавно регулируют, периодически контролируя скорость подачи и качество обрабатываемой поверхности заготовки и участки, не подлежащие обработке. Сначала добиваются, чтобы не было дефектов типа питтинга и точечных растравов в окрестности обрабатываемой полости, затем добиваются увеличения скорости подачи без образования указанных дефектов. Эксперименты проводились по обработке титанового сплава ВТ-6 в однокомпонентных электролитах в 5...9-процентном в водном растворе азотнокислого натрия и в 3...5-процентном растворе хлорида натрия. Частота подачи пакетов, синхронизированных с частотой колебания электрода-инструмента, равнялась 50 Гц. Длительность пакета изменялась от 200 мкс до 3 мс, а фаза подачи пакета относительно момента максимального сближения электродов регулировалась таким образом, что в момент максимального сближения электродов часть пакета импульсов не выходила за пределы этого момента в зависимости от условий обработки (величины давления электролита на входе МЭП, схемы прокачки электролита - центральная, боковая или в ванне без прокачки, и глубины обработки) (фиг.2). Длительности импульсов в пакете и паузы между ними регулировались от 1 до 50 мкс. Скорость падения плотности тока по заднему фронту импульсов, подаваемых как от источника тока, так и от источника напряжения, имела 10⁸А/см²•с. Высокие значения скорости выключения импульсов тока исключают практически пассивацию обрабатываемой торцевой поверхности, что обеспечивает высокую скорость анодного растворения титана и титановых сплавов.The proposed method of ECHO is as follows. After turning on the machine, the power source and the pump for supplying electrolyte to the MEP, the working gap is set and under the pressure of the electrolyte at the MEP input (50 kPa or more), electrochemical processing is performed with a packet of high-frequency voltage (current) pulses supplied to the MEP. Processing is carried out using an oscillating electrode. Turn on the vibrator of the machine, which leads to the oscillatory movement of the EI within 1 ... 100 Hz with an amplitude of 0.1-0.2 mm, and set the initial value of the minimum MEZ, for example, within 0.01 ... 0.05 mm In this case, the high-frequency power source generates packets of high-frequency pulses with a frequency equal to the oscillation frequency of the EI (Fig. 1). The pulse packets are synchronized with the moment of maximum approximation of the electrodes, i.e. with the moment of reaching the interelectrode gap (8 min) of 0.01 ... 0.03 mm. The parameters of high-frequency pulses, the duration of the packet of pulses and the phase of supply of the packet of pulses relative to the moment of maximum approximation of the electrodes during processing are continuously controlled, periodically monitoring the feed rate and the quality of the workpiece’s surface and areas not to be processed. First, they seek to ensure that there are no defects such as pitting and dot patterns in the vicinity of the treated cavity, then they achieve an increase in the feed rate without the formation of these defects. The experiments were carried out on the treatment of VT-6 titanium alloy in single-component electrolytes in 5 ... 9% in an aqueous solution of sodium nitrate and in a 3 ... 5% solution of sodium chloride. The frequency of supply of packets synchronized with the oscillation frequency of the electrode-tool was 50 Hz. The duration of the packet varied from 200 μs to 3 ms, and the phase of supply of the packet relative to the moment of maximum approximation of the electrodes was regulated so that at the moment of maximum approximation of the electrodes, part of the pulse packet did not go beyond this moment depending on the processing conditions (electrolyte pressure at the MEP input electrolyte pumping circuits — central, lateral or in a bath without pumping, and processing depth) (Fig. 2). The pulse durations in the packet and the pauses between them were regulated from 1 to 50 μs. The rate of decrease in current density along the trailing edge of the pulses supplied both from the current source and from the voltage source had 10 ⁸ A / cm ² • s. High values of the shutdown speed of current pulses exclude practically passivation of the machined end surface, which ensures a high rate of anodic dissolution of titanium and titanium alloys.

Процесс обработки вели, контролируя изменение формы пакета и каждого импульса в пакете во времени. При этом путем регулирования длительности пакета и фазы его подачи относительно момента максимального сближения электродов поддерживали амплитуду импульсов тока при использовании источника напряжения и амплитуду импульсов напряжения при использовании источника тока приблизительно одинаковой. Уменьшением величины МЭЗ за счет увеличения скорости подачи добивались анодно-анионной активации обрабатываемой поверхности, которую оценивали по изменению формы импульса тока (напряжения) во времени. Если происходило монотонное увеличение тока от переднего фронта к заднему фронту импульса, то происходила активация поверхности, что проявлялось в увеличении скорости анодного растворения и, следовательно, в увеличении скорости подачи ЭИ. Если скорость подачи увеличивали выше допустимой, то в результате происходило уменьшение величины МЭЗ меньше допустимого (например, меньше 5 мкм). При этом рост тока в течение импульса не только прекращался, наоборот, ток во времени начинал падать вследствие заполнения МЭП продуктами электрохимических реакций - зашламления и газонаполнения. При уменьшении скорости подачи ЭИ падение тока у импульсов прекращалось, т.е. при увеличении величины МЭЗ до допустимого значения (например, 7...10 мкм) и при поддержании такого значения МЭЗ все импульсы тока в пакете снова приобретали монотонно возрастающий характер. Таким образом, регулируя длительность пакета, фазу подачи пакета относительно момента максимального сближения электродов, параметры высокочастотных импульсов, скорость подачи и поддерживая оптимальное значение минимального МЭЗ за счет контролируемого ведения процесса по форме высокочастотных импульсов, обеспечивали высокую производительность, точность и качество обработки поверхности. The processing process was conducted by controlling the change in the shape of the packet and each pulse in the packet over time. In this case, by controlling the duration of the packet and the phase of its supply relative to the moment of maximum approximation of the electrodes, the amplitude of the current pulses was maintained when using a voltage source and the amplitude of the voltage pulses when using a current source was approximately the same. By reducing the MEZ due to an increase in the feed rate, anodic-anionic activation of the treated surface was achieved, which was estimated by the change in the shape of the current pulse (voltage) over time. If there was a monotonic increase in current from the leading edge to the trailing edge of the pulse, then the surface was activated, which manifested itself in an increase in the rate of anodic dissolution and, consequently, in an increase in the feed rate of EI. If the feed rate was increased above the allowable, then the result was a decrease in the value of the MEZ less than the allowable (for example, less than 5 microns). At the same time, the current growth during the pulse not only stopped, on the contrary, the current began to fall in time due to the filling of the MEP with products of electrochemical reactions - sludge and gas filling. With a decrease in the EI feed rate, the current drop at the pulses ceased, i.e. when the magnitude of the MEZ is increased to an acceptable value (for example, 7 ... 10 μm) and while maintaining this value of the MEZ, all current pulses in the packet again acquire a monotonously increasing character. Thus, by adjusting the duration of the packet, the phase of the packet supply with respect to the moment of maximum approximation of the electrodes, the parameters of the high-frequency pulses, the feed rate and maintaining the optimal value of the minimum MEZ due to the controlled process in the form of high-frequency pulses, they ensured high performance, accuracy and quality of surface treatment.

В этих условиях экспериментирования на оптимальных режимах электрохимической обработки на поверхности вокруг обрабатываемой полости отсутствовали дефекты типа питтинга, точечных растравов и растравливаний по границам зерен на боковой поверхности обрабатываемой полости. Скорость обработки увеличилась относительно прототипа в 1,3 раза. Шероховатость обработанной торцевой поверхности находилась в пределах Ra=0,2-0,4 мкм. Эти положительные эффекты можно объяснить тем, что при предложенном способе обработки удается ввести большее количество электричества для анодного растворения обрабатываемой поверхности при малых значениях межэлектродного зазора (30 мкм и менее) даже в условиях использования однокомпонентных электролитов малой концентрации на основе водных растворов нейтральных солей (3...9%). Это обеспечивается повышением надежности обработки на малых межэлектродных зазорах из-за наличия контроля по форме каждого импульса тока (напряжения) в пакете и информации об анодно-анионной активации обрабатываемой поверхности, а также наличия информации о возникновении ситуации, вызывающей возникновение короткого замыкания электродов, что позволяет производить обработку без разрушения рабочей поверхности электрода-инструмента и обрабатываемой поверхности, не допуская возникновения короткого замыкания между электродами при ЭХО на предельно малых межэлектродных зазорах (в пределах 10 мкм), а также локализовать процесс формообразования при минимальных значениях МЭЗ. Все это приводит к существенному повышению производительности и качества обработки без снижения точности формообразования. На оптимальных режимах геометрические размеры и форма ЭИ копируются на обрабатываемой заготовке с погрешностью не более 0,01...0,05 мм. Under these experimental conditions, at the optimum conditions of electrochemical treatment, there were no defects such as pitting, point rasters, or etching along grain boundaries on the lateral surface of the treated cavity on the surface around the treated cavity. The processing speed increased relative to the prototype 1.3 times. The roughness of the treated end surface was in the range Ra = 0.2-0.4 μm. These positive effects can be explained by the fact that with the proposed processing method it is possible to introduce a greater amount of electricity for anodic dissolution of the treated surface at small interelectrode gap values (30 μm or less) even when using single-component electrolytes of low concentration based on aqueous solutions of neutral salts (3. ..9%). This is achieved by increasing the reliability of processing at small interelectrode gaps due to the presence of control in the shape of each current pulse (voltage) in the packet and information about the anodic-anionic activation of the treated surface, as well as the availability of information about the occurrence of a situation that causes the occurrence of a short circuit of the electrodes, which allows perform processing without destroying the working surface of the electrode-tool and the surface being treated, avoiding the occurrence of a short circuit between the electrodes during ECM and very small interelectrode gaps (within 10 m), and the process of forming localize at the minimum values MEZ. All this leads to a significant increase in productivity and processing quality without compromising the accuracy of shaping. At optimal conditions, the geometric dimensions and shape of the EI are copied on the workpiece with an error of not more than 0.01 ... 0.05 mm.

Пример конкретной реализации
Предлагаемый способ электрохимической обработки реализован на модернизированном копировально-прошивочном станке модели ЕСМ-1500. Обрабатываемый материал - титановый сплав марки ВТ-6. ЭИ - сталь 40Х13. Площадь обработки -1 см². Прокачка электролита - центральная. Состав электролита - 8% NaNO₃. В процессе обработки высокочастотные (~80 кГц) импульсы напряжения длительностью 8 мкс и паузой между ними 4,2 мкс на МЭП подавали пакетами с частотой 50 Гц длительностью 1 мс. Амплитуда импульсов напряжения в пакете равнялось 25 В. Середину пакета высокочастотных импульсов напряжения синхронизировали с моментом максимального сближения электродов. Частота колебания электродов равнялась 50 Гц. Амплитуда колебания электрода - 0,1 мм. Начальный межэлектродный зазор - 0,02 мм.Concrete implementation example
The proposed method of electrochemical processing is implemented on a modernized copy-stitching machine model ECM-1500. The processed material is VT-6 grade titanium alloy. EI - steel 40X13. The processing area is -1 cm ² . Electrolyte pumping is central. The electrolyte composition is 8% NaNO ₃ . During processing, high-frequency (~ 80 kHz) voltage pulses with a duration of 8 μs and a pause between them of 4.2 μs were applied to the MEP in packets of 50 Hz with a duration of 1 ms. The amplitude of the voltage pulses in the packet was 25 V. The middle of the packet of high-frequency voltage pulses was synchronized with the moment of maximum approximation of the electrodes. The oscillation frequency of the electrodes was 50 Hz. The oscillation amplitude of the electrode is 0.1 mm. The initial interelectrode gap is 0.02 mm.

В процессе обработки контролировали изменение формы каждого импульса в пакете во времени. Путем увеличения скорости подачи уменьшали величину МЭЗ, при этом добивались анодно-анионной активации обрабатываемой поверхности, которую оценивали по изменению формы импульсов тока (напряжения) во времени. Если при уменьшении величины МЭЗ происходило монотонное увеличение тока от переднего фронта к заднему фронту импульса, то скорость анодного растворения поверхности увеличивалась, что позволяло увеличить и скорости подачи. Однако если подачу увеличивали выше допустимой, то рост тока в течение импульса прекращался и изменялась форма импульса тока, т.е. ток во времени начинал падать вследствие заполнения МЭП продуктами электрохимических реакций из-за уменьшения величины МЭЗ меньше 5 мкм. При уменьшении скорости подачи, т.е. при увеличении величины МЭЗ от 5 до 20 мкм падение тока импульсов прекращалось и при поддержании такого значения МЭЗ все импульсы пакета снова приобретали монотонно возрастающий характер. During processing, the change in the shape of each pulse in the packet in time was monitored. By increasing the feed rate, the value of the MEZ was reduced, while the anodic-anionic activation of the treated surface was achieved, which was estimated by the change in the shape of the current pulses (voltage) in time. If, with a decrease in the MEZ value, a monotonic increase in the current from the leading edge to the trailing edge of the pulse occurred, then the rate of anodic dissolution of the surface increased, which made it possible to increase the feed rate. However, if the supply was increased above the permissible one, then the current growth during the pulse stopped and the shape of the current pulse changed, i.e. the current began to fall in time due to the filling of the MEA with the products of electrochemical reactions due to a decrease in the MES value of less than 5 μm. With a decrease in feed rate, i.e. with an increase in the MEZ value from 5 to 20 μm, the drop in the pulse current ceased, and when this MEZ value was maintained, all the pulses of the packet again became monotonously increasing.

Таким образом, регулируя скорость подачи, поддерживали оптимальное значение МЭЗ, обеспечивающего высокую производительность, точность и качество обработки. В этих условиях на оптимальных режимах электрохимической обработки на поверхности вокруг обрабатываемой полости отсутствуют дефекты типа питтинга, точечных растравов и растравливаний по границам зерен на боковой поверхности обрабатываемой полости. Скорость обработки увеличилась относительно прототипа в 1,3 раза. Шероховатость обработанной торцевой поверхности находится в пределах Ra=0,2-0,4 мкм. Погрешность копирования ЭИ на обработанной поверхности составляет не более 0,02 мм. В окрестности обработанной полости на поверхностях, не подлежащих обработке, дефекты типа питтингов и точечных растравов отсутствуют. Thus, by adjusting the feed rate, the optimal value of the MEZ was maintained, which ensures high productivity, accuracy and quality of processing. Under these conditions, at optimal conditions of electrochemical processing, there are no defects such as pitting, point rasters, and etching along grain boundaries on the side surface of the treated cavity at the surface around the treated cavity. The processing speed increased relative to the prototype 1.3 times. The roughness of the treated end surface is in the range Ra = 0.2-0.4 μm. The error in copying EI on the treated surface is not more than 0.02 mm. In the vicinity of the treated cavity on the surfaces that are not to be treated, there are no defects such as pitting and point rasters.

Таким образом, предложенный способ электрохимической обработки позволяет существенно увеличить скорость обработки, улучшить качество поверхности и повысить точность обработки в результате контролируемого ведения процесса. Thus, the proposed method of electrochemical processing can significantly increase the processing speed, improve surface quality and improve processing accuracy as a result of the controlled process.

Claims

A method for the electrochemical treatment of titanium and titanium alloys in electrolytes based on one-component aqueous solutions of neutral salts using anodic activating regulated high-frequency rectangular pulses from voltage or current sources supplied by packets that synchronize with the moment of the closest approach of the oscillating tool electrode with the workpiece electrode, and lead processing at small working interelectrode gaps, characterized in that they control the duration of the pulse packet, the phase and a pulse packet with respect to the moment of maximum approximation of the electrodes and the feed rate of the electrode-tool, maintaining such a minimum value of the working interelectrode gap at which the current pulses in the packet have a current increase character for the voltage source, and the voltage pulses in the packet have a voltage decrease character for the current source, moreover, the feed rate of the electrode-tool is increased if for a voltage source the number of pulses in the packet with the nature of the increase in current increases, and for a current source, the number of pulses in the packet with the nature of the voltage reduction increases, otherwise the feed rate is reduced stepwise until the number of pulses in the packet begins to increase with increasing current for the voltage source and with decreasing voltage for the current source, using sources pulses with a rate of decrease in current density along the trailing edge, which excludes passivation of the treated surface, and use electrolytes with a low content of neutral salts - 3 ... 9% con entratsii.