RU2323071C2

RU2323071C2 - Electrochemical working method

Info

Publication number: RU2323071C2
Application number: RU2006113276/02A
Authority: RU
Inventors: Ильдар Ильсурович Хафизов (RU); Ильдар Ильсурович Хафизов; Альфи Равилевна Закирова (RU); Альфия Равилевна Закирова; Зуфар Барыевич Садыков (RU); Зуфар Барыевич Садыков
Original assignee: Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2008-04-27
Also published as: RU2006113276A

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly formation of through openings of any contour in electrically conducting materials with high accuracy at intensified electrochemical working process.

SUBSTANCE: method comprises steps of electrochemical working of sheet blank with use of dielectric patterns applied onto both sides of blank and joined along contour of working by means of two tool-electrodes in flow-through electrolyte at connecting tool-electrodes and blank to electric current source while using blank as anode and tool-electrodes as cathode; working during two stages; at first stage interrupting working process by means of two tool-electrodes at achieving electric current value for designed time period necessary for removing material from blank after forming recesses; at second stage connecting one of tool-electrodes and sheet blank to positive pole of electric current source and connecting other tool-electrode to negative pole of electric current source for going on working till achieving value of electric current equal to electric current value according to designed period of first stage of working.

EFFECT: improved accuracy and efficiency of working along contour of opening.

3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении сквозных отверстий любого контура в токопроводящих материалах.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the manufacture of through holes of any circuit in conductive materials.

Известен способ изготовления отверстий по а.с. №1839126. Способ электрохимической обработки, В23Н 3/00, В23Н 9/06, опубл. бюл. №47-48 от 30.12.1993 г. - [1]. Для проведения способа на заготовку накладывают диэлектрический трафарет, определяющий окончательный контур обрабатываемого отверстия (углубления), поверх его накладывают слой эластичного диэлектрика, контур вырезки в котором подобен окончательному контуру детали. Эластичный слой прижимают к трафарету. Электрохимическую обработку проводят в электролите, по мере углубления усилие прижима эластичного слоя к трафарету уменьшают обратно пропорционально глубине обработки. К недостаткам способа относится повышенный начальный межэлектродный зазор, что приводит к повышенному неравномерному съему материала с боковой поверхности отверстия и неустранимой погрешности профиля контура отверстия.A known method of manufacturing holes on.with. No. 1839126. The method of electrochemical processing, V23H 3/00, V23H 9/06, publ. bull. No. 47-48 dated December 30, 1993 - [1]. To carry out the method, a dielectric stencil is placed on the workpiece defining the final contour of the hole (recess) to be machined, a layer of elastic dielectric is laid on top of it, the contour of the cut in which is similar to the final contour of the part. The elastic layer is pressed against the stencil. The electrochemical treatment is carried out in an electrolyte, as the pressure of the elastic layer against the screen is deepened, it is reduced inversely with the depth of processing. The disadvantages of the method include the increased initial interelectrode gap, which leads to increased uneven removal of material from the side surface of the hole and the fatal error of the profile of the hole contour.

Известен способ по а.с. 1657301. Способ размерной электрохимической обработки отверстий в листовых деталях, В23Н 3/00, опубл. бюл. №23 от 23.06.1991 г., являющийся наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту - [2], по которому электрохимическую обработку отверстий осуществляют двумя катодами-инструментами по диэлектрическим трафаретам в проточном электролите с одновременной подачей напряжения на два катода-инструмента. Одновременно подачу напряжения прекращают в момент образования сквозных отверстий, а затем обработку осуществляют при поочередной подаче напряжения на каждый катод-инструмент.A known method for A.S. 1657301. A method of dimensional electrochemical processing of holes in sheet parts, B23H 3/00, publ. bull. No. 23 dated 06/23/1991, which is the closest to the claimed invention in technical essence and the achieved effect is [2], according to which the electrochemical processing of the holes is carried out by two cathodes-tools using dielectric stencils in a flowing electrolyte with simultaneous supply of voltage to two cathodes- tool. At the same time, the voltage supply is stopped at the time of the formation of through holes, and then the processing is carried out by alternately applying voltage to each cathode-tool.

К недостатку способа относится невозможность определения моментов образования сквозного отверстия, что нарушает точность обработки.The disadvantage of this method is the inability to determine the moments of formation of a through hole, which violates the accuracy of the processing.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности контура отверстий в листовых токопроводящих материалах при одновременной интенсификации процесса обработки.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to improve the accuracy of the contour of the holes in the sheet conductive materials while enhancing the processing process.

Технический результат достигается тем, что по способу электрохимической обработки листовой заготовки с диэлектрическими трафаретами, нанесенными с двух сторон заготовки и совмещенными по контуру обработки, двумя электродами-инструментами в проточном электролите с подключением к источнику тока электродов-инструментов и заготовки, при этом анодом является заготовка, а катодом - электроды-инструменты, новым является то, что обработку осуществляют в два этапа, на первом этапе обработку двумя электродами-инструментами прекращают при достижении величины тока за расчетное время, необходимое для удаления с заготовки материала с получением углублений, на втором этапе один из электродов-инструментов и листовую заготовку подключают к положительному полюсу источника тока, а другой электрод-инструмент подключают к отрицательному полюсу источника тока и продолжают обработку до достижения величины тока, равной величине тока по расчетному времени первого этапа обработки.The technical result is achieved by the fact that according to the method of electrochemical processing of a sheet stock with dielectric stencils deposited on both sides of the workpiece and aligned along the processing contour, two tool electrodes in a flowing electrolyte with connecting to the current source of the tool electrodes and the workpiece, the workpiece being the anode and the cathode is instrument electrodes, the new one is that the processing is carried out in two stages, at the first stage, the processing with two electrode electrodes is stopped when reducing the current value for the estimated time required to remove material from the workpiece to obtain recesses, in the second stage, one of the tool electrodes and the sheet blank are connected to the positive pole of the current source, and the other electrode-tool is connected to the negative pole of the current source and continue processing to achieving a current value equal to the current value according to the estimated time of the first processing stage.

Сущность изобретения поясняется на Фиг.1-3, где:The invention is illustrated in Fig.1-3, where:

на Фиг.1 показано исходное положение заготовки, трафаретов и электродов-инструментов.figure 1 shows the initial position of the workpiece, stencils and electrode electrodes.

на Фиг.2 - положение заготовки, трафаретов и электродов-инструментов после первого этапа обработки.figure 2 - the position of the workpiece, stencils and electrode electrodes after the first stage of processing.

на Фиг.3 - положение заготовки, трафаретов и электродов-инструментов после второго этапа обработки.figure 3 - the position of the workpiece, stencils and electrode electrodes after the second stage of processing.

Здесь: 1 - заготовка; 2, 3 - диэлектрические трафареты; 4, 5 - электроды-инструменты; 6 - источник тока; 7 - регулятор (переключатель), 8 - выступы в месте стыковки углублений в отверстии.Here: 1 - blank; 2, 3 - dielectric stencils; 4, 5 - electrodes-tools; 6 - current source; 7 - regulator (switch), 8 - protrusions at the junction of the recesses in the hole.

На заготовку 1 нанесены с двух противолежащих сторон совмещенные по контуру обработки диэлектрические трафареты 2 и 3, относительно которых расположены с зазором S₀ электроды-инструменты 4 и 5. Заготовка 1, электроды-инструменты 4 и 5 подключены к полюсам источника постоянного тока 6, полярность которого изменяется регулятором 7, заготовка подключена к положительному полюсу, электроды-инструменты - к отрицательным полюсам источника тока (Фиг.1). В конце первого этапа обработки в местах, где отсутствуют диэлектрические участки трафаретов 2 и 3, под действием тока в среде электролита между заготовкой 1 и электродами-инструментами 4 и 5 образовались два противолежащих углубления, как правило, имеющих выступы в месте стыковки углублений в отверстии. Длительность обработки на первом этапе (Фиг.2) осуществляют регулятором 7 по расчетному количеству электричества на анодное растворение материала на этом этапе обработки. На втором этапе обработки (Фиг.3) положительный полюс тока от источника 6 подключен на заготовку 1 и на один из электродов-инструментов, например 5, а электрод-инструмент 4 подключен к отрицательному полюсу источника. Это вызывает концентрацию силовых линий тока на выступах 8 в месте стыковки углублений в отверстии и отклоняет часть силовых линий от боковых поверхностей обработанной части отверстия.Dielectric stencils 2 and 3, aligned along the machining contour, are applied to the workpiece 1 from two opposite sides, relative to which electrodes-tools 4 and 5 are located with a gap S _0. Workpiece 1, electrodes-tools 4 and 5 are connected to the poles of a DC source 6, polarity which is changed by the regulator 7, the workpiece is connected to the positive pole, the electrodes-tools to the negative poles of the current source (Figure 1). At the end of the first stage of processing, in places where there are no dielectric sections of the stencils 2 and 3, under the action of current in the electrolyte medium between the workpiece 1 and the tool electrodes 4 and 5 two opposite depressions formed, as a rule, having protrusions at the junction of the recesses in the hole. The processing time at the first stage (Figure 2) is carried out by the regulator 7 according to the calculated amount of electricity per anodic dissolution of the material at this stage of processing. In the second processing step (Fig. 3), the positive current pole from the source 6 is connected to the workpiece 1 and to one of the tool electrodes, for example 5, and the tool electrode 4 is connected to the negative pole of the source. This causes the concentration of current lines on the protrusions 8 at the junction of the recesses in the hole and deflects part of the lines of force from the side surfaces of the machined part of the hole.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

На исходную заготовку 1 накладывают или наносят трафареты 2 и 3 с заданным контуром отверстия, устанавливают с зазором S₀ электроды-инструменты 4 и 5, подают в зазоры электролит и регулятором 7 включают источник тока 6, положительный полюс которого подключен к заготовке 1, а отрицательный - к электродам-инструментам 4 и 5. Время образования углублений с двух сторон, контролируемое регулятором 7, рассчитывают по количеству электричества, необходимому для удаления с заготовки 1 объема материала с получением углублений в конце первого этапа обработки.Stencils 2 and 3 with a predetermined hole contour are applied or applied to the initial blank 1, electrodes-tools 4 and 5 are installed with a gap S ₀ , the electrolyte is fed into the gaps and the regulator 7 turns on the current source 6, the positive pole of which is connected to the blank 1 and the negative - to the electrodes-tools 4 and 5. The time of formation of the recesses on both sides, controlled by the regulator 7, is calculated by the amount of electricity required to remove from the workpiece 1 the volume of material with obtaining recesses at the end of the first stage of processing ki.

Управление обработкой по количеству электричества выполняют по расчетному времени первого этапа обработки. Из основного уравнения электрохимической обработки время τ съема металла заготовки на первом этапе обработки объемом V рассчитывают по зависимости:Processing control by the amount of electricity is performed according to the estimated time of the first processing step. From the basic equation of electrochemical processing, the time τ of removal of the metal of the workpiece at the first stage of processing with volume V is calculated according to the dependence:

где α - объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого материала,where α is the volumetric electrochemical equivalent of the processed material,

J - сила тока при обработке,J is the current strength during processing,

η - коэффициент выхода по току.η is the current efficiency coefficient.

Из закона ОмаFrom Ohm's Law

где R - сопротивление в межэлектродном зазоре,where R is the resistance in the interelectrode gap,

S₀ - зазор,S ₀ is the gap

t_m - толщина трафарета,t _m is the thickness of the stencil,

F - площадь обрабатываемой поверхности,F is the surface area to be treated,

ℵ - удельная электропроводность электролита.ℵ is the electrical conductivity of the electrolyte.

Объем снятого металла V=F·k·t,The volume of the removed metal V = F · k · t,

где t - толщина заготовки,where t is the thickness of the workpiece,

k - коэффициент, учитывающий глубину обработки в конце первого этапа,k is a coefficient taking into account the depth of processing at the end of the first stage,

k=0,85-0,9.k = 0.85-0.9.

Тогда расчетное время обработкиThen the estimated processing time

где ΔU - потери напряжения в межэлектродном зазоре. ΔU = (2,5 - 3,5) В («Электрофизические и электрохимические методы обработки». том 1, стр.111. Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учебное пособие (в 2 томах). T.1 Обработка материалов с применением инструмента./ Под редакцией В.П. Смоленцева. М.: Высшая школа, 1983. - 247 с.) - [3].where ΔU is the voltage loss in the interelectrode gap. ΔU = (2.5 - 3.5) В (“Electrophysical and electrochemical processing methods.” Volume 1, p. 111. Artamonov B.A., Volkov Yu.S., Drozhalova V.I. et al. Electrophysical and electrochemical methods of material processing. A training manual (in 2 volumes). T.1 Material processing using a tool. / Edited by V.P. Smolentsev. M .: Higher school, 1983. - 247 p.) - [3].

После окончания первого этапа один из электродов, например 5, подключают к положительному полюсу источника тока 6 при подключенных других электроде-инструменте 4 и листовой заготовке 1 к отрицательному и положительному полюсам соответственно и продолжают обработку на втором этапе до момента достижения величины рабочего тока, равной величине в конце первого этапа, после чего регулятор 7 отключает источник тока 6. Дальнейшая обработка отверстия нецелесообразна, так как электромагнитные силовые линии начнут концентрироваться у боковых стенок отверстия, что приведет к нарушению точности и увеличению трудоемкости обработки.After the end of the first stage, one of the electrodes, for example 5, is connected to the positive pole of the current source 6 with the other electrode-tool 4 and sheet blank 1 connected to the negative and positive poles, respectively, and continue processing in the second stage until the operating current reaches the value equal to at the end of the first stage, after which the regulator 7 turns off the current source 6. Further processing of the hole is impractical, since the electromagnetic field lines will begin to concentrate at the side walls approx holes that would violate the accuracy and increase the complexity of processing.

Пример осуществления способа. Необходимо получить в листовом материале из стали 12Х18Н9Т толщиной t = 0,24 мм сквозные отверстия ⌀ = 0,1 мм с допуском 0,05 мм. Зазор между электродом-инструментом и трафаретом 0,2 мм, толщина трафарета 0,05 мм, напряжение с учетом потерь 3,2 В, электролит 10% нитрата натрия и 2% хлористого натрия, температура обработки 20С°, время обработки на первом этапе 8,2 секунды, после чего на втором этапе время обработки составило 1,5 секунды. Погрешность всех отверстий не превышала 0,03 мм, что в 1,8-2,0 раза ниже в сравнении с прототипом. Время обработки снизилось по сравнению с прототипом на 32%.An example implementation of the method. It is necessary to obtain through holes ⌀ = 0.1 mm with a tolerance of 0.05 mm in a sheet material of steel 12X18H9T with a thickness of t = 0.24 mm. The gap between the electrode-tool and the stencil is 0.2 mm, the thickness of the stencil is 0.05 mm, the voltage taking into account losses of 3.2 V, the electrolyte is 10% sodium nitrate and 2% sodium chloride, the processing temperature is 20 ° C, the processing time in the first stage is 8 , 2 seconds, after which, at the second stage, the processing time was 1.5 seconds. The error of all holes did not exceed 0.03 mm, which is 1.8-2.0 times lower in comparison with the prototype. Processing time decreased compared to the prototype by 32%.

Таким образом, достигнуты повышение точности и снижение трудоемкости обработки.Thus, an increase in accuracy and a decrease in the complexity of processing have been achieved.

Claims

The method of electrochemical processing of a sheet billet with dielectric stencils deposited on both sides of the billet and aligned along the processing contour, two tool electrodes in a flowing electrolyte with connection of the tool electrodes and the workpiece to the current source, the workpiece being the anode and the tool electrodes being the cathode , characterized in that the processing is carried out in two stages, at the first stage, the processing with two electrode electrodes is stopped when the current value for the estimated time is reached, it is necessary to remove material from the workpiece to obtain recesses, in the second step, one of the tool electrodes and the sheet blank are connected to the positive pole of the current source, and the other electrode tool is connected to the negative pole of the current source and processing continues until the current value is equal to the current value according to the estimated time of the first stage of processing.