ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 59
Скачиваний: 0
Ho xz— площадь инструмента А, так что зависимость (3.22) можно переписать:
сила /4 л:М, |
(3.23) |
откуда видно, что имеется значительное преимущество в том случае, если поток электролита прокачивается вдоль наименьшего размера инструмента.
В дополнение к постоянной силе, вызываемой основным гидро статистическим давлением, турбулентность потока или колебания давления, производимые насосами или клапанами, могут создать также переменные силы. Следовательно, конструкции электро химических станков должны быть жесткими, если нужно поддер
живать необходимую точность |
обработки |
и |
класс |
чистоты по |
|||||
верхности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всевозможные гидравлические потери, потери в вязком потоке |
|||||||||
приводят к нагреву электролита |
(на ATV) |
при его прокачке через |
|||||||
межэлектродный зазор. Влияние ATV |
на величину |
суммарной |
|||||||
температуры |
определяется как |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Д7\, = 7 ^ - 1 ( Г 7 |
0 С |
|
|
|
(3.24) |
||
и незначительно по сравнению с тем, что вызывается |
теплотой |
||||||||
фазового |
превращения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
ВЛИЯНИЕ |
ТЕМПЕРАТУРЫ |
И |
ДАВЛЕНИЯ |
|
|
||
Как |
было |
показано, |
нагрев |
электролита |
во время |
электро |
|||
химической обработки неизбежен. Хотя необходимо охлаждение
электролита, |
существуют тем не менее преимущества |
использова |
||||||||||
ния электролита |
с повышенной |
|
|
|
|
|||||||
температурой. |
С |
повышением |
|
|
|
|
||||||
температуры возрастает не толь |
|
|
|
|
||||||||
ко |
удельная |
электропровод |
|
|
|
|
||||||
ность |
электролита, |
но |
ускоря |
|
|
|
|
|||||
ются |
|
электродные |
реакции |
и |
|
|
|
|
||||
снижается перенапряжение. На |
|
|
|
|
||||||||
пряжение |
|
и, |
следовательно, |
|
|
|
|
|||||
энергия, |
необходимые для под |
|
|
|
|
|||||||
держания |
данной плотности то |
|
|
|
|
|||||||
ка, уменьшаются |
с повышением |
|
|
|
юот,°с |
|||||||
температуры |
(рис. 3.6). С повы |
|
|
|
||||||||
шением температуры |
увеличи |
Рис. 3.6. Влияние |
температуры на на |
|||||||||
вается |
растворимость |
продук |
пряжение ячейки, |
необходимое |
для |
|||||||
тов |
реакции, а давление, нуж |
поддержания заданной плотности |
тока |
|||||||||
ное для прокачки |
электролита |
|
|
|
|
|||||||
через |
зазор |
с желаемой скоростью, уменьшается. Последнее яв |
||||||||||
ляется |
следствием |
понижения |
вязкости электролита |
с повыше |
||||||||
нием температуры |
и также объясняет повышенную электропровод |
|||||||||||
ность. Для растворов, например, |
хлорида натрия давление, необ- |
|||||||||||
ходнмое для воспроизведения условий потока, описанных выше, уменьшается с 3,6 кгс с м - 2 при 25° С до 3,0 к г с - с м - 2 при 85° С.
Увеличение давления электролита сверх атмосферного повы шает температуру кипения электролита, уменьшает перенапря жение водорода на катоде и, сжимая выделяющийся водород, уменьшает его объем. При повышенных давлениях пузырьки водорода, следовательно, занимают меньший объем в зазоре и вытесняют меньше электролита; следовательно, могут поддержи ваться большие плотности тока.
5. РАВНОВЕСНЫЙ ЗАЗОР
Для электрохимической обработки зазор между инструментом и деталью должен быть небольшим в целях уменьшения количества энергии, расходуемой в виде теплоты фазового превращения на нагрев электролита в зазоре и для точного воспроизведения формы инструмента. Малый зазор неизбежно приводит к возникновению больших гидростатических давлений, но другие его преимущества обычно превосходят этот недостаток.
Для плоскопараллельных электродов процесс электрохимиче ской обработки может быть с некоторыми допущениями выражен уравнением, включающим величины скорости подачи катода, тока, напряжения и т. д. Ниже приведены уравнения для иллю страции главных особенностей процесса в этих условиях, но для криволинейных поверхностей применение их ограничено.
Всамом простом случае инструмент подается по направлению
кдетали с постоянной скоростью и между электродами поддержи вается постоянное напряжение. В состоянии равновесия скорость растворения анода равна скорости подачи а. Количество снятого
металла определяется по законам Фарадея:
т = —р-,
так что толщина слоя материала, удаляемого с единицы площади детали за время t, определяется как
Лг |
(3.25) |
|
где рт — плотность материала детали.
При равновесии толщина этого слоя должна быть равна рас
стоянию, которое проходит инструмент за то же время. |
Таким |
образом, |
|
а = - ~ р - |
(3.26) |
Если величина напряжения, необходимого для прохождения тока через электролит, за вычетом суммы потенциала разряда и перенапряжений есть V—А У, зазор между электродами у,
46
градиент |
потенциала |
в |
электролите |
Е |
Vly, то |
плотность |
тока |
||
в |
электролите |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
s |
= E K = { V - * V |
) k |
, |
|
(3.27) |
|
где |
k — электропроводность |
электролита. |
|
|
|||||
|
Объединив уравнения (3.26) и (3.27), получим |
выражение для |
|||||||
величины |
равновесного |
зазора: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
у= |
<У-*ді«. |
|
|
|
(3.28) |
|
Если |
по какой-либо |
причине скорость съема |
металла |
будет |
||||
увеличиваться, будет возрастать и зазор. Но увеличение зазора означает, что электрическое сопротивление цепи возрастает и, следовательно, ток будет понижаться; скорость съема металла тогда будет уменьшаться, пока снова не будет достигнуто равно
весие. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя типичные значения параметров в уравнение (3.28): |
||||||||||||
у = 0,0125 см; |
/ |
= |
155 А |
с м - 2 |
; |
є = 28 для |
железа; |
рт = |
|||||
= |
7,8 |
г с м " 3 |
для |
железа; |
/г = |
0,2 |
О м - 1 |
- с м - 1 ; |
F — 26,8 |
А ч ; |
|||
V |
|
10 В, |
получим |
соответствующую |
скорость |
подачи |
а = |
||||||
= |
0,3 |
см - м и н - 1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. РАСХОД |
ЭНЕРГИИ |
|
|
|
|
||
|
Напряжение, |
необходимое для прохождения |
тока |
в 10 000 А |
|||||||||
через электрохимическую ячейку, соответствующего скорости
съема металла |
16 с м 3 - м и н - 1 , вероятно, будет |
между 10 и 25 В, |
в зависимости |
от используемого электролита, |
величины зазора |
и температуры. Большая часть его (при обработке железа в ка
честве |
электролита используют |
растворы солей) |
превращается |
||
в теплоту. |
Электрохимический |
съем |
железа |
со скоростью |
|
16 см3 |
м и н - 1 |
требует затраты 100—250 |
кВт энергии. |
||
|
Г л а в а |
4 |
|
РАБОЧИЙ |
ЗАЗОР |
1. ЗАЗОР |
МЕЖДУ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ |
|
ЭЛЕКТРОДАМИ С ПОСТОЯННОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ |
||
Уравнения (3.26) |
и (3.28) для скорости подачи и равновесного |
|
зазора выведены с учетом плоскопараллельных электродов и отно сятся к равновесным условиям. В действительности, однако, за висимости между величиной зазора, скоростью подачи, напря жением и током намного сложнее.
Самым важным при обработке является условие постоянной скорости подачи а и постоянного прилагаемого напряжения V, которые приводят к получению равновесного зазора. Независимо от того, движется инструмент или деталь подается по' направлению, к нему со скоростью а, удобно измерять поверхность инструмента, так как его форма остается неизменной. В анализе делаются следующие допущения: 1) сумма электродных потенциалов, вклю чая перенапряжения, связанных с химическими реакциями на
электродах, |
представляет |
небольшую |
часть |
А У от |
прилагаемого |
||||||||
напряжения |
|
V, и |
чтобы |
рассчитать |
величину |
V— |
AV, |
можно |
|||||
применить |
закон |
Ома; 2) проводимости инструмента |
и |
детали |
|||||||||
сравниваются |
с проводимостью электролита, |
так что поверхности |
|||||||||||
инструмента и детали можно рассматривать |
как эквипотенциаль |
||||||||||||
ные; для |
электролита |
характерны |
проводимости |
от |
0,1 до |
||||||||
1 О м - 1 |
- с м - 1 |
|
(см. приложение |
II) , в |
то время как для железа |
||||||||
100 000 |
О м - |
1 |
с м - |
1 ; 3) проводимость |
электролита |
k |
величина |
||||||
постоянная |
|
и |
не |
изменяется |
при |
прохождении |
|
его |
через |
||||
зазор. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Самым простым |
случаем для |
рассмотрения |
являются |
плоско |
|||||||||
параллельные электроды, перпендикулярные к направлению по дачи (рис. 4.1). Это позволяет все основные особенности динамики процесса рассматривать без дополнительных трудностей, возни кающих при фасонных инструментах.
Электролит проводимостью k и плотностью р э д протекает со средней скоростью v в направлении возрастания длины зазора х, который, как предполагается, простирается от первоначальной
точки х = |
0, являющейся началом |
инструмента и детали, так |
что поток |
достигает стационарного |
состояния, и входными усло |
виями можно пренебречь. Предполагается, что все свойства си стемы независимы (т. е. равномерны) от направления г. Положение поверхности детали относительно инструмента (и, следовательно, величины зазора) описывается координатой у.
Деталь движется от инструмента в направлении у со скоростью, пропорциональной плотности тока:
J |
(V — ДК) k |
(4.1) |
|
а также со скоростью подачи а в противоположном направлении, т. е. в направлении уменьшения у, так что скорость изменения положения (dy/dt) может быть
записана как
|
dy _ |
в (У |
Д V) 1г |
а. |
(4.2) |
|
|
|
|
|||||
|
dt |
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
е. — |
грамм-эквивалентный |
|
|
|
|
|||||||
вес; |
F — число Фарадея; p m |
— |
|
|
|
|
||||||||
плотность |
|
материала |
детали |
в |
|
|
|
|
||||||
г - см" 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Удобно |
записать |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
С: |
е 4(V — ДК) к |
, |
|
_ i |
\ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
— |
СМ"-сек |
|
|
|
|
|
|
|||
что |
является |
постоянной |
вели |
|
|
|
|
|||||||
чиной |
для |
|
частного |
случая. |
|
Рис. 4.1. Рабочий |
зазор между |
пло |
||||||
Тогда |
уравнение |
(4.2) |
можно |
|
скопараллельными |
электродами |
при |
|||||||
переписать |
как |
|
|
|
|
|
|
постоянном |
напряжении |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
dy |
|
_ |
С |
а, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
~ |
у |
|
|
|
что является основным дифференциальным уравнением системы.
Зазор при неподвижных электродах. В самом простом случае скорость подачи а — О
|
|
£ |
- т - |
( « ) |
Если первоначальное положение поверхности детали при t = О |
||||
будет у0, |
то |
уравнение (4.3) |
решается следующим образом: |
|
или |
|
y2-yt |
= 2Ct, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,2\1/2 |
(4.4) |
|
|
|
|
|
из которого |
следует, что зазор увеличивается пропорционально |
|||
квадратному корню времени обработки (рис. 4.2). |
|
|||
Зазор |
при постоянной скорости подачи описывается |
уравне |
||
нием (4.2). Очевидно, поверхность детали будет стационарной и,
следовательно, величина зазора |
постоянной, когда |
dy/dt = О, |
или когда |
|
|
У = Уе = |
- ^ - |
(4.5) |
4 А , Е . Д е Б а р р |
49 |