Основы электролитно-плазменной обработки металлических изделий

   Электролитом является водный раствор соли. Тип соли, концентрация раствора, вид добавок выбираются в зависимости от типа обрабатываемого металла.

   При опускании металла в электролит, под действием сходящихся на детали со всех сторон ванны линий тока, электролит у поверхности детали вскипает, образуя парогазовую оболочку, которая начинает отделять поверхность детали от электролита, прекращая ток. В этот момент все рабочее напряжение оказывается приложенным к тонкому слою парогазовой оболочки, вызывая движение газообразных ионов. Одновременно происходит конденсация пара на электролите, прилегающем к поверхности детали, и толщина парогазовой оболочки уменьшается.

   В определенный момент электролит в виде мостика касается выступа детали, происходит бросок тока, электролитный мостик вскипает и в результате чего производится воздействие на поверхность детали и восстановление изолирующих свойств парогазовой оболочки.

   Указанные явления происходят на всей поверхности погруженной в электролит детали, устраняя выступы и полируя поверхность металла. При этом чистота поверхности улучшается на три-четыре класса, мелкие выступы удаляются, а крупные сглаживаются, деталь приобретает устойчивый (долговременный) металлический блеск, острые кромки притупляются, а заусенцы с толщиной при основании менее 0,3 мм удаляются.

   При обработке с поверхности детали полностью удаляются жировые загрязнения, некоторые виды лакокрасочных покрытий, электрохимические и вакуумно-плазменные покрытия.

   Удаляется также внедренный абразив и другие посторонние включения металла, что вместе с полированием поверхности и обнажением чистой структуры металла производит хорошую подготовку под последующее нанесение на поверхность изделий различных видов покрытий.

   Указанные особенности делают технологию электроимпульсного полирования пригодной для использования в условиях массового и серийного производств. Она обладает возможностью полной автоматизации технологического процесса, простотой и доступностью устройств его реализации. Несложность и универсальность процесса, высокое качество полировки, возможность одновременной полировки в данной ванне большого количества деталей и, соответственно, высокая производительность процесса отличает и выделяет этот способ полирования от других, как прогрессивный и высокоэффективный процесс.

   По производительности и экономическому эффекту она выше механического способа в З÷4 раза и в 5÷6 раз выше электрохимического.

   Перед началом полировки изделий (особенно если они покрыты консистентной смазкой и т.д.) желательно обезжирить их поверхности. Это обусловлено тем, что жировые загрязнения оседают на стенках ванны в виде черного налета. Обезжиривание может проводиться любым способом, важно только, чтобы вместе с деталями в ванну полирования не заносились посторонние вещества.

Для обезжиривания могут быть рекомендован следующий состав раствора:

   Электролит в рабочей ванне в процессе полирования должен иметь температуру порядка 80°С. Это наиболее оптимальная температура, обеспечивающая качественное прохождение процесса полировки. Разогрев электролита производится встроенными в рабочую ванну ТЭНами. Возможно разогреть электролит самим процессом полирования, используя для этого детали небольших размеров в виде тонких штырей, располагая их вертикально.

   В процессе обработки, вследствие образования парогазовой оболочки и постоянной конденсации ее на окружающем деталь электролите, выделяется большое количество тепла, которое разогревает электролит и может довести до его кипения.

   При повышении температуры уменьшается потребляемый ток, соответственно уменьшается съем металла и удлиняется время обработки. При достижении температуры кипения электролита процесс полирования практически прекращается. Поэтому в процессе работы электролит необходимо охлаждать. Это производится за счет наличия в ванне рубашки охлаждения.

   При работе установки по периметру ванны выделяется водород, а на детали -кислород и водяной пар, поэтому работа на установке допускается только при действии соответствующей вентиляции.

   Потребляемый ток при обработке зависит от площади погруженных в электролит деталей и от температуры раствора. При увеличении площади деталей ток увеличивается, при увеличении температуры раствора ток уменьшается.

   В связи с этим может возникнуть такая ситуация, когда при горячем электролите определенное количество обрабатываемых деталей потребляет допустимый ток обработки. Если тоже количество деталей опустить в холодный электролит, то ток превысит допустимый уровень для установки в несколько раз, что создаст аварийный режим и приведет к срабатыванию защиты по току.

   Аналогично запрещается подавать напряжение на опущенную подвеску с деталями в электролит, это приведет к значительной перегрузке по току, так как номинальный ток призван лишь поддерживать существование парогазовой оболочки, которая создается вокруг детали при медленном опускании. При подаче напряжения на опущенную деталь, на создание всей парогазовой оболочки требуется значительное количество энергии. Поэтому необходимо подавать напряжение на поднятую подвеску с деталями, а потом медленно опускать ее в электролит.

   Для протекания устойчивого анодного процесса необходимо, чтобы площадь катода была не менее чем в 5 раз более площади обрабатываемых изделий. Электрический контакт между токопроводом и изделием должен быть жестким и обеспечивать безнагревное протекание тока через обрабатываемую деталь.

   Полировка "устойчиво" проводится для изделий различных конфигураций - плоских, криволинейных, сложно-профильных. Наличие глубоких отверстий (где глубина превышает диаметр отверстий) в изделии не обеспечивает качественного получения полировки по всей глубине тонких отверстий. Внутри глубоких отверстий (1 > d) полирование стенок по мере "углубления" не происходит, образующиеся пузыри пара выбрасывают электролит из отверстия, что приводит к интенсивному разбрызгиванию. Возможно закрыть отверстие специальной пробкой из полиэтилена, фторопласта и др., но нужно учесть, что пробка будет находиться в "бурлящем" электролите и испытывать гидродинамические удары. Вследствие воздействия температуры и изменения размеров пробка может выскочить, что приведет к резкой перегрузке по току.

   Существенным фактором, влияющим на качество полировки, является наружный размер изделия. Во-первых - габариты изделия должны быть такими, чтобы при полном погружении в электролит изделие не коснулось стенок и дна рабочей ванны. Во-вторых - площадь его поверхности должна быть в несколько десятков раз меньше поверхности ванны. Максимальная площадь полирования определяется размером рабочей ванны и электрической мощностью трансформатора.

   Изделия мелких размеров погружаются в электролит полностью. Изделия больших размеров могут обрабатываться с погружением до половины с последующим переворотом и обработкой. Небольшой коричневый след, который остается на месте границы погружения, устраняется кратковременной обработкой (погружением).

   При полировании плоских поверхностей из нержавеющей стали съем металла составляет около 2 мк/мин на сторону, а с острой грани прямого угла – около 4 мк/мин, т.е. в два раза больше. Этим объясняется быстрое притупление острых кромок.

   При обработке поверхности деталей снятый металл остается в растворе в виде мелких частиц (гидроокиси железа если обрабатывается сталь), постепенно оседая на дно ванны, образуя шлам, который является ценным сырьем для лакокрасочных и других видов промышленности.

  Дополнительное применение электроимпульсная обработка в электролите может найти, если необходимо удалить с поверхности детали жировые загрязнения, некоторые виды лакокрасочных покрытий, электрохимические и вакуумно-плазменные покрытия; а также для удаления с поверхности абразивных вкраплений.

   Электроимпульсный метод может применяться не только для финишной поверхностной обработки и декоративного полирования широкого круга изделий, но и весьма перспективен при подготовке поверхностей различных металлов под последующее нанесение покрытий.

   Важным фактором для качества полировки является правильно выдержанный состав и концентрация электролита.