RU2456139C1

RU2456139C1 - Cathode for electrochemical machining

Info

Publication number: RU2456139C1
Application number: RU2011119685/02A
Authority: RU
Inventors: Иван Яковлевич Шестаков (RU); Иван Яковлевич Шестаков; Анастасия Юрьевна Вильнер (RU); Анастасия Юрьевна Вильнер
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-07-20

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal working, particularly, to equipment for electrochemical machining of large-size thin-wall parts of the type of solids of revolution. Cathode comprises working element with shape repeating that of machined surface. Said working element is arranged on the rod and rigidly jointed therewith. Axis of symmetry of working element is aligned with the rod rotational axis. Note here that said working element part represents a plate with width at its every point satisfies the following conditions: b₁/V₁=b_n/V_n=const, where b₁, b_n are plate width at different points, V₁, V_n are linear velocities at said points.

EFFECT: higher quality of machining.

1 tbl, 3 ex, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к электрохимической обработке крупногабаритных тонкостенных деталей типа тел вращения.The invention relates to the field of metalworking, namely to the electrochemical processing of large-sized thin-walled parts such as bodies of revolution.

Для обработки поверхностей деталей типа тел вращения используют катоды секционного типа (Орлов В.В., Чугунов Б.Н. / Электрохимическое формообразование - М.: Машиностроение, 1990, с.188-189).For surface treatment of parts such as bodies of revolution, sectional cathodes are used (Orlov V.V., Chugunov BN / Electrochemical shaping - M .: Mashinostroenie, 1990, p.188-189).

Применение секционных катодов для обработки крупногабаритных деталей проблематично, т.к. конструкция секционного катода получается громоздкой, сложной в изготовлении и эксплуатации.The use of sectional cathodes for processing large parts is problematic, because the design of the sectional cathode is cumbersome, difficult to manufacture and operate.

В качестве прототипа выбран трубчато-контурный катод, рабочий элемент которого повторяет профиль обрабатываемой поверхности и выполнен из токопроводящей (медной иди стальной) трубки. Концы трубки жестко закреплены в корпусе катода («Вестник машиностроения» №11, 1975). В процессе обработки катоду сообщают вращение.As a prototype, a tubular-contour cathode was selected, the working element of which repeats the profile of the surface being machined and is made of a conductive (copper or steel) tube. The ends of the tube are rigidly fixed in the cathode body (Vestnik Mashinostroeniya No. 11, 1975). During processing, rotation is reported to the cathode.

Недостатком этого катода является низкая точность и невысокое качество обработанной поверхности из-за неравномерного съема металла, так как участки, расположенные на более близком расстоянии от оси вращения, обрабатываются быстрее, чем отдаленные, ввиду более длительного времени взаимодействия катода с обрабатываемой поверхностью.The disadvantage of this cathode is the low accuracy and low quality of the machined surface due to uneven metal removal, since areas located at a closer distance from the axis of rotation are processed faster than remote ones, due to the longer interaction time of the cathode with the treated surface.

Задачей изобретения является повышение качества обработки за счет достижения равномерного съема металла по всей площади обрабатываемой поверхности.The objective of the invention is to improve the quality of processing by achieving uniform removal of metal over the entire area of the processed surface.

Поставленная задача решается тем, что в катоде для электрохимической обработки, содержащем рабочий элемент, профиль которого повторяет форму обрабатываемой поверхности, установленный на стержне и жестко соединенный с ним, при этом ось симметрии рабочего элемента совпадает с осью вращения стержня, согласно изобретению рабочий элемент в части, повторяющей форму обрабатываемой поверхности, выполнен в виде пластины, ширина которой в любой ее точке соответствует условию: b₁/V₁=b_n/V_n=const,The problem is solved in that in the cathode for electrochemical processing, containing a working element, the profile of which follows the shape of the workpiece, mounted on the rod and rigidly connected to it, while the axis of symmetry of the working element coincides with the axis of rotation of the rod, according to the invention, the working element in part , repeating the shape of the processed surface, made in the form of a plate, the width of which at any point corresponds to the condition: b ₁ / V ₁ = b _n / V _n = const,

где b₁, b_n - ширина пластины в различных точках,where b ₁ , b _n - the width of the plate at various points,

V₁, V_n - линейные скорости в данных точках.V ₁ , V _n - linear speeds at these points.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлен катод для электрохимической обработки детали полусферической формы в разрезе.Figure 1 shows the cathode for electrochemical processing of a hemispherical part in section.

На фиг.2 - катод на фиг.1, вид сверху.Figure 2 - cathode in figure 1, a top view.

На фиг.3 представлен катод для электрохимической обработки детали конической формы в разрезе.Figure 3 presents the cathode for the electrochemical processing of parts of a conical shape in section.

На фиг 4 - катод на фиг.3, вид сверху.In Fig. 4 - cathode in Fig. 3, a top view.

На фиг 5 представлен катод для электрохимической обработки детали параболической формы в разрезе.Fig. 5 shows a cathode for electrochemical processing of a parabolic shaped part in section.

На фиг 6 - катод на фиг.5, вид сверху.In Fig.6 is the cathode of Fig.5, a top view.

Катод для электрохимической обработки состоит из рабочего элемента 1 и стержня 2, жестко соединенных между собой (фиг.1, 3, 5). Ось симметрии рабочего элемента совпадает с осью вращения стержня. Рабочий элемент представляет собой пластину, профиль которой повторяет профиль обрабатываемой поверхности. Ширина рабочей части пластины определена из условия b₁/V₁=b_n/V_n=const, т.е. отношение ширины рабочей части пластины в любой ее точке к линейной скорости в этой точке есть величина постоянная.The cathode for electrochemical processing consists of a working element 1 and a rod 2, rigidly connected to each other (Fig.1, 3, 5). The axis of symmetry of the working element coincides with the axis of rotation of the rod. The working element is a plate, the profile of which repeats the profile of the workpiece. The width of the working part of the plate is determined from the condition b ₁ / V ₁ = b _n / V _n = const, i.e. the ratio of the width of the working part of the plate at any point to the linear velocity at this point is a constant value.

Пример 1: Для обработки корпусной детали летательного аппарата, выполненной в виде полусферы радиусом Rд=245 мм из алюминиевого сплава АМг6, использовали катод полусферической формы, имеющий радиус Rк=244 мм (фиг.1). Радиус катода определяли как разность между радиусом детали и зазором между катодом и деталью. Материал катода - титановый сплав ОТ-4. Ширину рабочего элемента - пластины рассчитали исходя из условия b₁/V₁=b_n/V_n=const. Зная, что катод при обработке будет совершать вращение с заданным числом оборотов (2 об/мин), по формуле ω=πn/30, через угловую скорость ω рассчитаем линейную скорость V=ωR для произвольных точек 1, 2 пластины (фиг.2). Точка 1 рабочего элемента имеет радиус вращения R₁=100 мм, точка 2 - R₂=210 мм. Угловая скорость рабочего элемента равна ω=(3,14·2/30)=0,21 сек^-1, соответственно линейные скорости точек 1, 2 равны V₁=21 мм/с, V₂=44 мм/с. Примем ширину рабочего элемента в точке 1 b₁=5 мм, из соотношения b₁/V₁=b₂/V₂ рассчитаем b₂ Example 1: To process the hull part of the aircraft, made in the form of a hemisphere with a radius Rd = 245 mm of aluminum alloy AMg6, a hemispherical cathode with a radius of Rk = 244 mm was used (Fig. 1). The radius of the cathode was determined as the difference between the radius of the part and the gap between the cathode and the part. The cathode material is OT-4 titanium alloy. The width of the working element - the plate was calculated based on the condition b ₁ / V ₁ = b _n / V _n = const. Knowing that the cathode during rotation will perform rotation with a given number of revolutions (2 rpm), according to the formula ω = πn / 30, we calculate the linear velocity V = ωR for arbitrary points 1, 2 of the plate through the angular velocity ω (Fig. 2) . Point 1 of the working element has a radius of rotation R ₁ = 100 mm, point 2 - R ₂ = 210 mm. The angular velocity of the working element is equal to ω = (3.14 · 2/30) = 0.21 sec ^-1 , respectively, the linear speeds of points 1, 2 are equal to V ₁ = 21 mm / s, V ₂ = 44 mm / s. We take the width of the working element at point 1 b ₁ = 5 mm, from the ratio b ₁ / V ₁ = b ₂ / V ₂ calculate b ₂

b₂=b₁·V₂/V₁=10,47 мм. Принимаем b₂=10 мм.b ₂ = b ₁ · V ₂ / V ₁ = 10.47 mm. We accept b ₂ = 10 mm.

Электрохимическую обработку проводили в 15% водном растворе азотнокислого аммония NH₄NO₃ при плотности тока 12 А/см². Время обработки 90 мин.The electrochemical treatment was carried out in a 15% aqueous solution of ammonium nitrate NH ₄ NO ₃ at a current density of 12 A / cm ² . Processing time 90 min.

Пример 2: Для обработки корпусной детали летательного аппарата, имеющей форму полого прямого усеченного конуса с Rд max=252 мм и Rд min=150 мм из алюминиевого сплава АМг6 (фиг.3, 4), использовали катод, рабочий элемент которого имеет коническую форму с Rк max=251 мм и Rк min=149 мм. Материал катода - титановый сплав ОТ-4. Часть катода, не повторяющая форму обрабатываемой поверхности, выполнена произвольно и служит для обеспечения жесткости соединения со стержнем и симметрии рабочего элемента относительно оси стержня. Расчет ширины пластины производим аналогично примеру 1. Состав электролита и режимы обработки аналогичны примеру 1.Example 2: For processing the hull part of the aircraft, having the shape of a hollow straight truncated cone with Rd max = 252 mm and Rd min = 150 mm from aluminum alloy AMg6 (Figs. 3, 4), a cathode was used, the working element of which has a conical shape with Rk max = 251 mm and Rk min = 149 mm. The cathode material is OT-4 titanium alloy. The part of the cathode that does not repeat the shape of the surface being machined is arbitrary and serves to ensure rigidity of the connection with the rod and symmetry of the working element relative to the axis of the rod. The calculation of the plate width is carried out analogously to example 1. The composition of the electrolyte and the processing modes are similar to example 1.

Пример 3. Для обработки детали летательного аппарата, имеющей форму усеченного полого параболоида вращения, изготовленной из алюминиевого сплава АМг6, использовали катод, рабочий элемент которого в части, повторяющей форму обрабатываемой поверхности, выполнен в виде пластины, ширина которой в любой ее точке соответствует условию b₁/V₁=b_n/V_n=const. (фиг.5, 6). Часть катода, не повторяющая форму обрабатываемой поверхности, выполнена произвольно и служит для обеспечения жесткости соединения со стержнем и симметрии рабочего элемента относительно оси стержня. Размеры детали Rд maх=160 мм и Rд min=120 мм. Размеры катода Rк max=159 мм и Rк min=119 мм. Материал катода - титановый сплав ОТ-4. Состав электролита и режимы обработки аналогичны примеру 1.Example 3. To process the details of an aircraft having the shape of a truncated hollow paraboloid of revolution made of aluminum alloy AMg6, a cathode was used, the working element of which in the part repeating the shape of the surface being machined is made in the form of a plate, the width of which at any point corresponds to condition b ₁ / V ₁ = b _n / V _n = const. (Fig. 5, 6). The part of the cathode that does not repeat the shape of the surface being machined is arbitrary and serves to ensure the rigidity of the connection with the rod and the symmetry of the working element relative to the axis of the rod. Part dimensions Rd max = 160 mm and Rd min = 120 mm. The cathode dimensions Rk max = 159 mm and Rk min = 119 mm. The cathode material is OT-4 titanium alloy. The composition of the electrolyte and processing conditions are similar to example 1.

Результаты экспериментальной проверки предложенного катода, представленные в таблице, показывают, что его использование понижает шероховатость поверхности и отклонение от формы.The results of the experimental verification of the proposed cathode, presented in the table, show that its use reduces surface roughness and deviation from the shape.

Сравниваемые устройстваCompare devices Шероховатость поверхности (Ra)Surface Roughness (Ra) Отклонение от формы, ммDeviation from the form, mm Температура раствора (Т), °СThe temperature of the solution (T), ° C Устройство по прототипуPrototype device 2,52.5 0,06-0,090.06-0.09 20-3520-35 Предлагаемое устройствоProposed device 22 0,0250,025 20-3020-30

Claims

Катод для электрохимической обработки, содержащий рабочий элемент, профиль которого повторяет форму обрабатываемой поверхности, установленный на стержне и жестко соединенный с ним, при этом ось симметрии рабочего элемента совпадает с осью вращения стержня, отличающийся тем, что рабочий элемент в части, повторяющей форму обрабатываемой поверхности, выполнен в виде пластины, ширина которой в любой ее точке соответствует условию:
b₁/V₁=b_n/V_n=const,
где b₁, b_n - ширина пластины в различных точках,
V₁, V_n - линейные скорости в данных точках. A cathode for electrochemical processing, containing a working element, the profile of which follows the shape of the surface being machined, mounted on the rod and rigidly connected to it, while the axis of symmetry of the working element coincides with the axis of rotation of the rod, characterized in that the working element in the part repeating the shape of the processed surface , made in the form of a plate, the width of which at any point corresponds to the condition:
b ₁ / V ₁ = b _n / V _n = const,
where b ₁ , b _n - the width of the plate at various points,
V ₁ , V _n - linear speeds at these points.