RU2701909C1 - Pulse-cyclic electrochemical processing method - Google Patents

Pulse-cyclic electrochemical processing method Download PDF

Info

Publication number
RU2701909C1
RU2701909C1 RU2018142978A RU2018142978A RU2701909C1 RU 2701909 C1 RU2701909 C1 RU 2701909C1 RU 2018142978 A RU2018142978 A RU 2018142978A RU 2018142978 A RU2018142978 A RU 2018142978A RU 2701909 C1 RU2701909 C1 RU 2701909C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulse
duration
processing
time
electric layer
Prior art date
Application number
RU2018142978A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Васильевич Любимов
Владимир Миронович Волгин
Алексей Юрьевич Веневцев
Инна Вячеславовна Гнидина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority to RU2018142978A priority Critical patent/RU2701909C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2701909C1 publication Critical patent/RU2701909C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to electrochemical methods of dimensional processing of metals and alloys and can be used for high-efficiency processing of hard-to-process metals and alloys with provision of modes of elimination of short circuits. Pulse-cyclic electrochemical treatment method involves treatment of part in electrolyte solution by voltage pulses, duration of which is longer than charging time of double electric layer, but shorter than short-circuit development time: t< t< t, where tis dual electric layer charging time; tis duration of voltage pulse; tis short circuit development time in electrolyte.EFFECT: invention provides higher reliability of pulse-cyclic electrochemical processing.1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электрохимическим способам размерной обработки материалов, осуществляемой в импульсном режиме, может быть использовано для высокоэффективной обработки деталей машин, приборов, механизмов из труднообрабатываемых машиностроительных материалов (металлов и сплавов) в общем машиностроении, приборостроении, микрообработке при радикальном повышении надежности процесса вследствие снижения вероятности коротких замыканий.The invention relates to electrochemical methods of dimensional processing of materials, carried out in a pulsed mode, can be used for highly efficient processing of machine parts, devices, mechanisms from hard-to-machine engineering materials (metals and alloys) in general engineering, instrumentation, microprocessing with a radical increase in process reliability due to a decrease in probability short circuits.

Известны способы размерной электрохимической обработки металлов и сплавов (Давыдов А.Д., Козак Е. Высокоскоростное электрохимическое формообразование. М.: Наука. 1990 - 272 с.). В указанной книге описаны теория, способы, физические основы, режимы электрохимической обработки, в том числе в импульсном режиме. Приведены данные о процессах нарушения обработки в результате коротких замыканий.Known methods of dimensional electrochemical processing of metals and alloys (Davydov A.D., Kozak E. High-speed electrochemical shaping. M: Nauka. 1990 - 272 p.). This book describes the theory, methods, physical foundations, modes of electrochemical processing, including in pulsed mode. Data on the processes of processing disturbance as a result of short circuits are given.

Электрохимическая обработка осуществляется в результате анодного растворения материала заготовки в нейтральных водных растворах солей (электролитах) при приложении внешнего поляризующего напряжения. Способ является уникальным, так как осуществляется без износа электрода-инструмента, и обеспечивает высокое качество поверхности деталей из труднообрабатываемых материалов (нержавеющих сталей, вязких сплавов и др.).Electrochemical processing is carried out as a result of anodic dissolution of the workpiece material in neutral aqueous solutions of salts (electrolytes) with the application of an external polarizing voltage. The method is unique, as it is carried out without wear of the electrode-tool, and provides high surface quality of parts from difficult materials (stainless steels, viscous alloys, etc.).

Наиболее существенным недостатком способа является высокая вероятность коротких замыканий между электродом-инструментом (катодом) и заготовкой (анодом). Явление короткого замыкания является причиной радикального разрушения электрода-инструмента и заготовки. В результате громадных токов короткого замыкания (до нескольких тыс. ампер) происходит термическое нарушение геометрии электрода-инструмента, «пригар» на поверхности заготовки, что является причиной невозможности их дальнейшего использования. Особенно актуально эта проблема проявляется при переходе к электрохимической обработке на малых межэлектродных зазорах (МЭЗ) и повышении плотности тока до сотен ампер на см2. Дальнейшее уменьшение МЭЗ при микроэлектрохимической обработке привело к повышению плотности тока до 1000-2000 А/см2.The most significant disadvantage of this method is the high probability of short circuits between the electrode-tool (cathode) and the workpiece (anode). The phenomenon of short circuit causes radical destruction of the electrode-tool and the workpiece. As a result of enormous short-circuit currents (up to several thousand amperes), there is a thermal violation of the geometry of the electrode-tool, a “stick” on the surface of the workpiece, which makes it impossible to use them further. This problem is especially relevant when switching to electrochemical processing at small interelectrode gaps (MEZs) and increasing the current density to hundreds of amperes per cm 2 . A further decrease in the MEZ during microelectrochemical treatment led to an increase in the current density to 1000-2000 A / cm 2 .

Среди известных способов устранения коротких замыканий можно выделить следующие:Among the known methods for eliminating short circuits, the following can be distinguished:

1. Переход от осуществления ЭХО в непрерывном режиме к циклическому режиму (схема И.И. Баенко).1. The transition from the implementation of ECHO in continuous mode to cyclic mode (scheme II Baenko).

2. Применение импульсных токов (Алтынбаев А.К.).2. The use of pulsed currents (Altynbaev AK).

3. Применение импульсно-циклических схем обработки (Седыкин Ф.В.)3. The use of pulse-cyclic processing schemes (Sedykin F.V.)

4. Применение систем защиты от коротких замыканий (Гепштейн B.C., Немилов Е.Ф., Струков К.В. и др.).4. The use of short circuit protection systems (Gepshtein B.C., Nemilov EF, Strukov KV and others).

5. Применение вибрации электродов (Морозов Б.И.)5. The use of vibration of the electrodes (Morozov B.I.)

6. Применение систем очистки электролитов.6. The use of electrolyte purification systems.

Все применяемые способы являются апостериорными, так как они функционируют по факту возникновения и развития короткого замыкания. Время срабатывания систем на основе перечисленных способов больше времени зарождения короткого замыкания.All methods used are a posteriori, since they function upon the occurrence and development of a short circuit. The response time of systems based on the above methods is longer than the initiation time of a short circuit.

Известен способ электрохимической обработки в котором снижение вероятности коротких замыканий достигается за счет сочетания сложных кинематических перемещений и контроля за ними для исключения нарушения устойчивости системы СПИД (Патент RU 2330746 Способ размерной электрохимической обработки металлов В23Н 3/00 10/08/ 2008). Процесс осуществляется в растворе электролита импульсами напряжения при использовании циклического режима и колебаний электрода-инструмента.There is a method of electrochemical processing in which the reduction in the probability of short circuits is achieved by combining complex kinematic movements and controlling them to eliminate the instability of the AIDS system (Patent RU 2330746 Method for dimensional electrochemical processing of metals B23H 3/00 10/08/2008). The process is carried out in an electrolyte solution by voltage pulses when using the cyclic mode and oscillations of the electrode-tool.

Недостатком известного способа является:The disadvantage of this method is:

1) недостаточная надежность способа из-за сложной конструктивно-кинематической схемы способа, включающей вибрацию электрода, периодическое «ощупывание» его анодно растворяемой поверхности;1) lack of reliability of the method due to the complex structural-kinematic scheme of the method, including vibration of the electrode, periodic "feeling" of its anodically dissolving surface;

2) отсутствие информация об условиях развития коротких замыканий. Задачей предлагаемого способа обработки является повышение надежности процесса за счет радикального устранения коротких замыканий при электрохимической обработке при выборе условий энергетического обеспечения, предупреждающих возникновение короткого замыкания (длительности импульса напряжения).2) lack of information on the conditions for the development of short circuits. The objective of the proposed processing method is to increase the reliability of the process due to the radical elimination of short circuits during electrochemical processing when choosing the conditions for energy supply, preventing the occurrence of a short circuit (voltage pulse duration).

Предлагаемый способ электрохимической обработки осуществляется при использовании длительностей импульсов напряжения меньшей времени развития короткого замыкания.The proposed method of electrochemical processing is carried out using voltage pulse durations shorter than the short circuit development time.

Наиболее эффективным путем повышения надежности процесса электрохимической обработки является уменьшение длительности импульсов напряжения (tимп). Однако при tимп >> tркз. обеспечить полное исключение коротких замыканий невозможно, где tркз - время развития короткого замыкания в рабочей среде (электролите) (время задержки пробоя).The most effective way to increase the reliability of the process of electrochemical processing is to reduce the duration of voltage pulses (t imp ). However, at t imp >> t rkz . it is impossible to completely eliminate short circuits, where t rkz is the time for the development of a short circuit in the working medium (electrolyte) (breakdown delay time).

Для исключения коротких замыканий в предлагаемом способе выполняется условиеTo exclude short circuits in the proposed method, the condition

Figure 00000001
Figure 00000001

где tзар - время заряжения двойного электрического слоя.where t zar is the charging time of the double electric layer.

Для осуществления способа производится:To implement the method produced:

1) расчет минимально допустимой длительности импульса напряжения на основании расчета времени заряжения двойного электрического слоя.1) calculation of the minimum allowable voltage pulse duration based on the calculation of the charging time of the double electric layer.

Время заряжения двойного электрического слоя оценочно может быть определено какThe charging time of a double electric layer can be estimated as

Figure 00000002
Figure 00000002

где С - удельная емкость двойного электрического слоя, Ф/м2; U - перенапряжение в двойном электрическом слое, В; J - плотность тока, А/м2.where C is the specific capacity of the double electric layer, f / m 2 ; U is the overvoltage in the double electric layer, V; J is the current density, A / m 2 .

Из теоретической электрохимии известно, что для традиционных условий размерной электрохимической обработкиFrom theoretical electrochemistry it is known that for traditional conditions of dimensional electrochemical processing

С=0,2 Ф/м2; U=(0,2 - 0,8) В; J=10-2000 А/см2.C = 0.2 F / m 2 ; U = (0.2 - 0.8) V; J = 10-2000 A / cm 2 .

Для обозначенных условий осуществления процесса электрохимической обработки по зависимости (2) выполнен расчет диапазона минимальных величин длительностей импульса напряжения (см. таблица).For the indicated conditions for the implementation of the process of electrochemical processing, dependence (2) calculated the range of the minimum values of the duration of the voltage pulse (see table).

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, tимп min должно быть в диапазоне 2-160 нс. В последнее время осуществление таких длительностей импульса напряжения стало осуществимо в связи с созданием новой электронной техники, обеспечивающей формирование мощных импульсов напряжения заданной длительности.Thus, t imp min should be in the range of 2-160 ns. Recently, the implementation of such voltage pulse durations has become feasible in connection with the creation of a new electronic technology that provides the formation of powerful voltage pulses of a given duration.

2) выбор максимальной длительности импульса напряжения.2) selection of the maximum voltage pulse duration.

Для исключения коротких замыканий необходимо выполнение условияTo eliminate short circuits, the condition

tимп < tркз. imp t <t RHCs.

Из работ Ушакова В.Я. и Наугольных К.А. (Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей. Томск, изд-во ТГУ, 1975. 258 с.; Наугольных К.А., Рой Н.А. Электрические разряды в воде., М.: Наука, 1971, 155 с.). известно, что при пробое жидкостей в тепловом режиме имеет место задержка пробоя, зависящая от теплоемкости, электропроводности жидкости, напряженности электрического поля. Оценочно время задержки пробоя может рассчитано по формуле:From the works of Ushakov V.Ya. and Nugolnykh K.A. (Ushakov V.Ya. Pulse electric breakdown of liquids. Tomsk, TSU publishing house, 1975. 258 s .; Nugolnykh K.A., Roy N.A. Electric discharges in water., M .: Nauka, 1971, 155 s. .). It is known that during the breakdown of liquids in the thermal mode, there is a breakdown delay, depending on the specific heat, electrical conductivity of the liquid, and electric field strength. Estimated breakdown delay time can be calculated by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где с - теплоемкость жидкости; γ0 - электропроводность раствора; Е-напряженность электрического поля; а - коэффициент.where c is the heat capacity of the liquid; γ 0 - conductivity of the solution; E-electric field strength; and - coefficient.

Это время соответствует времени возникновения так называемого «белого шума» (предвестника короткого замыкания).This time corresponds to the time of occurrence of the so-called “white noise” (precursor to a short circuit).

Экспериментальные оценки в названных выше работах дают tркз < 30 мкс.Experimental estimates in the above studies give t rkz <30 μs.

Таким образом, tимп max < 30 мкс.Thus, t imp max <30 μs.

3) осуществление процесса обработки с длительностями импульсов напряжения в выбранных пределах.3) the implementation of the processing process with the duration of the voltage pulses in the selected range.

Предлагаемый способ импульсно-циклической электрохимический обработки был экспериментально апробирован в следующих условиях:The proposed method of pulse-cyclic electrochemical processing was experimentally tested under the following conditions:

Межэлектродный зазор - 5-20 мкм.The interelectrode gap is 5-20 microns.

Длительность импульса: tимп1 = 1,0 мкс; tимп2 = 100 мкс.Pulse duration: t imp1 = 1.0 μs; t imp2 = 100 μs.

Напряжение - 12 В.Voltage - 12 V.

Тип электролита - водный раствор 10% NaNO3.The type of electrolyte is an aqueous solution of 10% NaNO 3 .

Материал заготовки - нержавеющая сталь 1Х18Н9Т.The workpiece material is 1X18H9T stainless steel.

Материал электрода- инструмента: латунь Л61.Material of the electrode-tool: brass L61.

Диаметр электрода- инструмента - 5,0 мм.The diameter of the tool electrode is 5.0 mm.

Начальная температура электролита - 23°С.The initial temperature of the electrolyte is 23 ° C.

Коэффициент импульсов напряжения 20, 40, 60%.The coefficient of voltage pulses is 20, 40, 60%.

Эксперимент выполнялся в два этапа:The experiment was carried out in two stages:

1) для длительности tимп1 <tркз;1) for the duration t imp1 <t pkz ;

2) для длительности tимп2 > tркз.2) for the duration t imp2 > t pkz .

Установлено, что при использовании импульсов длительностью 1,0 мкс коротких замыканий не наблюдалось, а при использовании импульсов длительностью 100,0 мкс на поверхностях обоих электродов обнаружены следы термических воздействий в виде лунок диаметром около 2 миллиметров и глубиной около 0.2 мм.It was found that when using pulses with a duration of 1.0 μs, no short circuits were observed, and when using pulses of a duration of 100.0 μs, traces of thermal effects were detected on the surfaces of both electrodes in the form of holes with a diameter of about 2 millimeters and a depth of about 0.2 mm.

Claims (3)

Способ импульсно-циклической электрохимической обработки детали, включающий обработку детали в растворе электролита импульсами напряжения, отличающийся тем, что обработку ведут импульсами напряжения, длительность которых больше времени заряжения двойного электрического слоя и меньше времени развития короткого замыкания:A method of pulse-cyclic electrochemical treatment of a part, comprising treating the part in an electrolyte solution with voltage pulses, characterized in that the processing is carried out by voltage pulses, the duration of which is longer than the charging time of the double electric layer and less than the development time of a short circuit: tзар < tимп < tркз,t zar <t imp <t rkz , где tзар - время заряжения двойного электрического слоя; tимп - длительность импульса напряжения; tркз - время развития короткого замыкания в электролите.where t zar is the charging time of the double electric layer; t imp - voltage pulse duration; t rkz - time of development of a short circuit in the electrolyte.
RU2018142978A 2018-12-05 2018-12-05 Pulse-cyclic electrochemical processing method RU2701909C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142978A RU2701909C1 (en) 2018-12-05 2018-12-05 Pulse-cyclic electrochemical processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142978A RU2701909C1 (en) 2018-12-05 2018-12-05 Pulse-cyclic electrochemical processing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2701909C1 true RU2701909C1 (en) 2019-10-02

Family

ID=68171118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018142978A RU2701909C1 (en) 2018-12-05 2018-12-05 Pulse-cyclic electrochemical processing method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2701909C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU891299A1 (en) * 1979-02-12 1981-12-23 Новосибирский электротехнический институт Dimensional electrochemical machining method
EP0998366A2 (en) * 1998-04-06 2000-05-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of and arrangement for electrochemical machining
RU2188749C2 (en) * 1998-05-05 2002-09-10 Компания Новотэч Лтд. Process for electrochemical dimensional working
RU2330746C2 (en) * 2006-05-18 2008-08-10 Владимир Сергеевич Богданов Method of dimensional electro-chemical treatment of metals
RU2465992C2 (en) * 2010-12-02 2012-11-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Есм" Method of pulsed electromachining

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU891299A1 (en) * 1979-02-12 1981-12-23 Новосибирский электротехнический институт Dimensional electrochemical machining method
EP0998366A2 (en) * 1998-04-06 2000-05-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of and arrangement for electrochemical machining
RU2188749C2 (en) * 1998-05-05 2002-09-10 Компания Новотэч Лтд. Process for electrochemical dimensional working
RU2330746C2 (en) * 2006-05-18 2008-08-10 Владимир Сергеевич Богданов Method of dimensional electro-chemical treatment of metals
RU2465992C2 (en) * 2010-12-02 2012-11-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Есм" Method of pulsed electromachining

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kashapov et al. Research of the impact acidity of electrolytic cathode on the course of the plasma-electrolytic process
US3520788A (en) Process for the extension of the effective surface of aluminium electrodes or foils for electrolytic capacitors
RU2008145736A (en) METHOD OF ELECTROCHEMICAL PROCESSING
Han et al. Effects of polarization on machining accuracy in pulse electrochemical machining
CN112538651A (en) Method for polishing titanium alloy by ultrasonic-assisted electrolytic plasma
RU2701909C1 (en) Pulse-cyclic electrochemical processing method
JP2007154302A (en) Power source system for aluminum alloy anodic oxidation
Coteaţă et al. Electrochemical discharge machining of small diameter holes
JP2007154300A (en) Aluminum alloy anodic oxidation method and power source for aluminum alloy anodic oxidation
US20210108327A1 (en) Method of forming a protective oxide ceramic coating on the surface of valve metals and alloys
CN103266343A (en) Surface roughening method of metal material
CN110076407A (en) A kind of ultrasonic modulation time variant voltage efficient electrolysis combined machining method
JP6097900B2 (en) Electric discharge machining method and electric discharge machine for sintered diamond
CN208262028U (en) A kind of Fine and Deep Hole electrolytic machining device based on high frequency positive negative pulse stuffing power supply
RU2764042C2 (en) Method for stripping heat-resistant coatings from metal substrate of solid alloys
JP7356732B2 (en) Processing equipment and processing method
JP3132766B2 (en) Method and apparatus for electrical discharge machining of hard metal objects
JPS6339677B2 (en)
US20120138480A1 (en) Method for the Electrochemical Machining of a Workpiece
JP2009039817A (en) Electrical discharge machining device
SU1013183A1 (en) Method of dimensional electric discharge and chemical machining
WO2022202460A1 (en) Treatment device and treatment method
Zhang et al. Reduction of stray corrosion by utilizing directional induction of hydrogen bubbles in bipolar pulsed ECM
JP2013184255A (en) Discharge control method for small hole electric discharge machine and power supply device for small hole electrical discharge machining
SU833416A1 (en) Electrochemical treatment method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201206