RU2465991C2 - Method of pulsed electromachining - Google Patents
Method of pulsed electromachining Download PDFInfo
- Publication number
- RU2465991C2 RU2465991C2 RU2011101550/02A RU2011101550A RU2465991C2 RU 2465991 C2 RU2465991 C2 RU 2465991C2 RU 2011101550/02 A RU2011101550/02 A RU 2011101550/02A RU 2011101550 A RU2011101550 A RU 2011101550A RU 2465991 C2 RU2465991 C2 RU 2465991C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulses
- current
- polarity
- chromium
- electrode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING 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
- B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
- B23H7/26—Apparatus for moving or positioning electrode relatively to workpiece; Mounting of electrode
- B23H7/30—Moving electrode in the feed direction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING 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
- B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
- B23H3/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/18—Electroplating using modulated, pulsed or reversing current
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/34—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated
- C25D5/36—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated of iron or steel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/60—Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
- C25D5/605—Surface topography of the layers, e.g. rough, dendritic or nodular layers
- C25D5/611—Smooth layers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/627—Electroplating characterised by the visual appearance of the layers, e.g. colour, brightness or mat appearance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING 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
- B23H2300/00—Power source circuits or energization
- B23H2300/10—Pulsed electrochemical machining
- B23H2300/12—Positive and negative pulsed electrochemical machining
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
- C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
- C25D3/04—Electroplating: Baths therefor from solutions of chromium
- C25D3/06—Electroplating: Baths therefor from solutions of chromium from solutions of trivalent chromium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области металлообработки, в частности к электрохимической размерной обработке, и может быть использовано при изготовлении сложнофасонных поверхностей деталей машин и формообразующей оснастки из хромсодержащих сталей и сплавов, работающих в условиях агрессивной внешней среды и повышенного трения. В частности, оно направлено на создание на обработанной поверхности детали в течение одной технологической операции электрохимической обработки защитного хромового слоя, имеющего малую шероховатость - зеркальный блеск, и обеспечивающего высокую коррозионную стойкость и низкий коэффициент трения, а также снижение в отработанном растворе электролита концентрации токсичных ионов шестивалентного хрома.The present invention relates to the field of metalworking, in particular to electrochemical dimensional processing, and can be used in the manufacture of complex-shaped surfaces of machine parts and forming tools from chromium-containing steels and alloys operating in an aggressive environment and high friction. In particular, it is aimed at creating a protective chrome layer on the machined surface of a part during one technological operation, which has a low roughness - mirror gloss, and provides high corrosion resistance and a low friction coefficient, as well as a decrease in the concentration of hexavalent toxic ions in the spent electrolyte solution chromium.
Известен способ импульсной электрохимической обработки (ЭХО) с подачей на электроды постоянного напряжения в паузах между рабочими импульсами, при котором величину постоянного напряжения устанавливают ниже потенциала разложения электролита [АС СССР №506484, В23Н 3/00, бюллетень изобретений N10, 1976 г.].A known method of pulsed electrochemical processing (ECHO) with applying a constant voltage to the electrodes in the pauses between the working pulses, at which the constant voltage is set below the decomposition potential of the electrolyte [USSR AS No. 506484,
Недостатком известного способа является то, что приложение к межэлектродному промежутку (МЭП) постоянного напряжения ниже потенциала разложения электролита, во-первых, не обеспечивает повышения точности, так как из-за постоянного заряда двойного электрического слоя на границе «металл-электролит» снижается локализация процесса анодного растворения, и, во-вторых, не обеспечивает повышения качества поверхности (снижение шероховатости и повышение коррозионной стойкости), вследствие того, что не определены условия для создания на обрабатываемой поверхности детали качественного хромого слоя. Недостатком является также отсутствие информации о том, в какой момент и при каких условиях должен создаваться слой хрома и как контролировать его возникновение.The disadvantage of this method is that the application to the interelectrode gap (MEP) of a constant voltage below the decomposition potential of the electrolyte, firstly, does not improve accuracy, since the localization of the process decreases due to the constant charge of the double electric layer at the metal-electrolyte interface anodic dissolution, and, secondly, does not provide an increase in surface quality (decrease in roughness and increase in corrosion resistance), due to the fact that the conditions for creating a processing Vai workpiece surface quality of the chromium layer. The disadvantage is the lack of information about when and under what conditions a layer of chromium should be created and how to control its occurrence.
Известен способ электрохимической обработки хромосодержащих сталей в электролитах на основе нитратов щелочных металлов, при котором амплитуда положительной полуволны тока (прямой полярности) больше отрицательной [Электрохимическая обработка металлов. Мороз И.И. и др., Москва: Машиностроение, 1969, с.64-65, 130].A known method of electrochemical processing of chromium-containing steels in electrolytes based on alkali metal nitrates, in which the amplitude of the positive half-wave current (direct polarity) is greater than negative [Electrochemical processing of metals. Moroz I.I. et al., Moscow: Mechanical Engineering, 1969, p. 64-65, 130].
Недостатком известного способа является то, что не определены условия для создания на обработанной поверхности хромового слоя, имеющего зеркальный блеск, и снижение в отработанном растворе электролита концентрации токсичных ионов шестивалентного хрома при обработке хромсодержащих сталей и сплавов. Кроме того, постоянное чередование прямой и обратной полуволны будет приводить к анодному растворению поверхности детали, следовательно, прямая полуволна просто растворит слой хрома, даже если он там и возникнет при обратной предшествующей полуволне. Также отсутствует информация о том, в какой момент и при каких условиях должен создаваться слой хрома и как контролировать его возникновение.A disadvantage of the known method is that the conditions for creating a chrome layer having a specular gloss and a decrease in the concentration of toxic hexavalent chromium ions in the spent electrolyte solution in the treatment of chromium-containing steels and alloys are not defined. In addition, the constant alternation of the forward and backward half-waves will lead to anodic dissolution of the surface of the part, therefore, the direct half-wave will simply dissolve the layer of chromium, even if it occurs there with the previous backward half-wave. There is also no information about at what point and under what conditions a layer of chromium should be created and how to control its occurrence.
Известен способ электрохимической обработки [United States Patent, Patent Number 4, 213,834, B23H 3/02; B23H 3/00; Jul. 22, 1980], при котором для ведения процесса на малых межэлектродных зазорах используют сигнал, характеризующий искажение формы импульса напряжения (при использовании источника тока). В частности, используют сигнал, пропорциональный максимальному значению второй производной по напряжению в импульсе.A known method of electrochemical processing [United States Patent, Patent Number 4, 213.834,
Данный способ позволяет вести обработку на минимально возможных межэлектродных зазорах, обеспечивая высокую точность копирования при выполнении копировально-прошивочных операций с использованием жесткого электрода-инструмента (ЭИ). Однако в этом способе нет условий создания на обрабатываемой поверхности слоя хрома, обеспечивающего создание на обработанной поверхности зеркального блеска, а также снижения в отработанном растворе электролита концентрации токсичных ионов шестивалентного хрома при обработке хромсодержащих сталей и сплавов. Также не определено, в какой момент и при каких условиях должен создаваться слой хрома и как контролировать его возникновение.This method allows processing at the minimum possible interelectrode gaps, providing high copy accuracy when performing copy-firmware operations using a hard electrode tool (EI). However, in this method there are no conditions for creating a chromium layer on the treated surface, which ensures the creation of a mirror shine on the treated surface, as well as reducing the concentration of toxic hexavalent chromium ions in the spent electrolyte solution when processing chromium-containing steels and alloys. It is also not determined at what point and under what conditions a layer of chromium should be created and how to control its occurrence.
Известен также способ электрохимической размерной обработки [патент РФ №2038928, 10.10.1990 г.], в котором при использовании импульсного источника питания с крутопадающей вольтамперной характеристикой обработку выполняют при вибрации одного из электродов, при котором контролируют текущее значение импульсов напряжения, выделяя выбросы напряжения на участках сближения и разведения электродов, и при этом увеличивают скорость подачи электрода-инструмента до образования третьего локального экстремума напряжения в середине импульса и поддерживают эту скорость при соблюдении соотношенияThere is also known a method of electrochemical dimensional processing [RF patent No. 2038928, 10/10/1990], in which when using a switching power supply with a steeply dc current-voltage characteristic, the processing is performed by vibration of one of the electrodes, in which the current value of voltage pulses is controlled, highlighting voltage surges areas of rapprochement and dilution of the electrodes, and at the same time increase the feed rate of the electrode-tool to the formation of a third local voltage extreme in the middle of the pulse and supporting by this speed ratio while respecting
0<(Uл.э-Umin)/Umin≤0,2,0 <(Ul.e-Umin) / Umin≤0.2,
где Uл.э>Umin - амплитуда напряжения третьего локального экстремума;where Ul.e> Umin is the voltage amplitude of the third local extremum;
Umin - минимальное значение напряжения.Umin is the minimum voltage value.
Данный способ позволяет вести обработку на минимально возможных межэлектродных зазорах, обеспечивая высокую точность копирования при выполнении копировально-прошивочных операций с использованием жесткого ЭИ. Однако невозможно образовать локальный экстремум напряжения в середине импульса напряжения путем увеличения скорости подачи в условиях использования электродов-инструментов, изготовленных из пластины (фольги) толщиной 0,2-0,3 мм. Это объясняется тем, что малая жесткость таких электродов не позволяет увеличить давление электролита в межэлектродном промежутке и получить сигнал для управления процессом обработки, вида третьего локального экстремума напряжения в середине импульса. В этом способе также нет условий создания на обрабатываемой поверхности слоя хрома, обеспечивающего получение на обработанной поверхности зеркального блеска, а также снижения в отработанном растворе электролита концентрации токсичных ионов шестивалентного хрома при обработке хромсодержащих сталей и сплавов. Также отсутствует информация о том, в какой момент и при каких условиях должен создаваться слой хрома и как контролировать его возникновение.This method allows processing at the minimum possible interelectrode gaps, providing high copy accuracy when performing copy-firmware operations using hard EI. However, it is impossible to form a local voltage extreme in the middle of the voltage pulse by increasing the feed rate under the conditions of using electrode-tools made of a plate (foil) 0.2-0.3 mm thick. This is explained by the fact that the low stiffness of such electrodes does not allow to increase the electrolyte pressure in the interelectrode gap and to obtain a signal for controlling the processing process, the form of a third local voltage extreme in the middle of the pulse. In this method, there are also no conditions for creating a chromium layer on the treated surface, which provides a mirror gloss on the treated surface, as well as reducing the concentration of toxic hexavalent chromium ions in the spent electrolyte solution when processing chromium-containing steels and alloys. There is also no information about at what point and under what conditions a layer of chromium should be created and how to control its occurrence.
Известен способ ЭХО электропроводной детали в электролите путем подачи биполярных импульсов между деталью и электропроводным электродом, в котором один или более токовых импульсов прямой полярности чередуют с импульсами напряжения обратной полярности [United States Patent, Patent Number 5,833,835, B23H 3/02; B23H 3/00; Nov.10, 1998].There is a method of ECHO of an electrically conductive part in an electrolyte by applying bipolar pulses between the part and the conductive electrode, in which one or more current pulses of direct polarity alternate with voltage pulses of reverse polarity [United States Patent, Patent Number 5,833,835,
Данный способ является наиболее близким к заявляемому способу и принят нами в качестве ближайшего аналога.This method is the closest to the claimed method and adopted by us as the closest analogue.
Недостатком данного способа является то, что хотя этот способ и позволяет вести обработку на минимально возможных межэлектродных зазорах, обеспечивая высокую точность копирования при выполнении копировально-прошивочных операций с использованием жесткого ЭИ, но в случае использования электродов-инструментов, изготовленных из пластины (фольги) толщиной 0,2…0,3 мм, невозможно образовать локальный экстремум напряжения в середине импульса напряжения путем увеличения скорости подачи. Это объясняется тем, что малая жесткость таких электродов не позволяет увеличить давление электролита в межэлектродном промежутке и получить сигнал для управления процессом обработки, вида третьего локального экстремума напряжения в середине импульса.The disadvantage of this method is that although this method allows processing at the minimum possible interelectrode gaps, providing high copy accuracy when performing copy-flash operations using hard EI, but in the case of using electrode-tools made of a plate (foil) with a thickness 0.2 ... 0.3 mm, it is impossible to form a local voltage extreme in the middle of the voltage pulse by increasing the feed rate. This is explained by the fact that the low stiffness of such electrodes does not allow increasing the electrolyte pressure in the interelectrode gap and obtaining a signal for controlling the processing process, the form of a third local voltage extreme in the middle of the pulse.
Кроме того, при осуществлении этого способа импульс обратной полярности подается на относительно больших межэлектродных зазорах, когда колеблющийся электрод отведен от поверхности обрабатываемой заготовки на большое расстояние, а это снижает эффективность импульсов обратной полярности для получения блестящей поверхности путем осаждения хрома из электролита. Так, на больших зазорах уменьшается гидравлическое сопротивление МЭП, скорость электролита возрастает и поток турбулизируется, что препятствует относительно медленным процессам катодного осаждения. Изменение же внешнего давления на входе в МЭП с частотой 10-100 Гц технически осуществить достаточно сложно. А подача импульсов обратной полярности сразу после окончания импульсов прямой полярности при разведении электродов приводит к тому, что в этот момент давление электролита в межэлектродном промежутке падает и начинается интенсивное газонаполнение межэлектродной среды за счет вскипания перегретого электролита и увеличения объема газовой фазы, накопившейся в электролите в период положительной полуволны. Свойства такой парогазовой электролитной смеси становятся существенно неоднородными по обрабатываемой поверхности, что ухудшает условия равномерного осаждения хрома. Кроме того, постоянное чередование прямой и обратной полуволны будет приводить к анодному растворению поверхности детали, следовательно, прямая полуволна просто растворит слой хрома, даже если он там, и возникнет при обратной предшествующей полуволне.In addition, when implementing this method, the reverse polarity pulse is applied at relatively large interelectrode gaps when the vibrating electrode is taken away from the surface of the workpiece over a large distance, and this reduces the efficiency of reverse polarity pulses to produce a shiny surface by depositing chromium from the electrolyte. So, at large gaps, the hydraulic resistance of the MEC decreases, the electrolyte speed increases and the flow is turbulized, which prevents relatively slow cathodic deposition processes. Changing the external pressure at the entrance to the MEP with a frequency of 10-100 Hz is technically difficult to implement. And the supply of pulses of reverse polarity immediately after the end of the pulses of direct polarity during dilution of the electrodes leads to the fact that at this moment the pressure of the electrolyte in the interelectrode gap decreases and intensive gas filling of the interelectrode medium begins due to boiling of the overheated electrolyte and an increase in the volume of the gas phase accumulated in the electrolyte during positive half-wave. The properties of such a gas-vapor electrolyte mixture become substantially inhomogeneous over the treated surface, which worsens the conditions for the uniform deposition of chromium. In addition, the constant alternation of the forward and backward half-waves will lead to the anodic dissolution of the surface of the part, therefore, the direct half-wave will simply dissolve the layer of chromium, even if it is there, and will arise during the previous previous half-wave.
Таким образом, каждый из известных способов ЭХО в отдельности при обработке деталей хромистых сталей не обеспечивает в рамках одной технологической операции достижения высокой точности копирования и создания на обработанной поверхности хромового слоя, имеющего зеркальный блеск, а также снижения в отработанном растворе электролита концентрации токсичных ионов шестивалентного хрома.Thus, each of the known ECHO methods separately when processing parts of chrome steels does not provide, within the framework of one technological operation, the achievement of high copying accuracy and the creation of a chromium layer having a mirror gloss on the treated surface, as well as the reduction of the concentration of toxic hexavalent chromium ions in the spent electrolyte solution .
Задачей настоящего изобретения является повышение качества обработки путем создания на обработанной поверхности слоя, имеющего зеркальный блеск, и снижение в отработанном растворе электролита концентрации токсичных ионов шестивалентного хрома за счет обработки на малых межэлектродных зазорах импульсами прямой полярности при высокой плотности тока, создавая полированную поверхность, с последующим осаждением хрома импульсами обратной полярности на обработанную поверхность для создания зеркального блеска.The objective of the present invention is to improve the quality of processing by creating a layer having a specular sheen on the treated surface and reducing the concentration of toxic hexavalent chromium ions in the spent electrolyte solution by processing with direct polarity pulses at small interelectrode gaps at a high current density, creating a polished surface, followed by deposition of chromium by pulses of reverse polarity on the treated surface to create a specular gloss.
Поставленная задача решается тем, что по способу электрохимической обработки хромосодержащих сталей и сплавов в электролитах на основе водных растворов нитратов щелочных металлов, включающему обработку детали импульсами тока, подаваемыми синхронно с фазой максимального сближения колеблющегося электрода-инструмента и детали при регулировке скорости подачи электрода-инструмента или детали, согласно изобретению сначала осуществляют электрохимическую обработку рабочими импульсами тока прямой полярности, образующую в зоне электролита, прилегающей к поверхности детали, слой, обогащенный ионами хрома, затем, по достижении заданных глубины обработки, формы и размеров детали, выключают рабочие импульсы тока прямой полярности, включают группу тестовых высокочастотных импульсов тока прямой полярности и измеряют значение остаточной поляризации на межэлектродном промежутке, затем включают импульсы тока обратной полярности и осуществляют катодное осаждение хрома на обработанную поверхность детали, чередуя импульсы тока обратной полярности с тестовыми высокочастотными импульсами тока прямой полярности, и контролируют осаждение хрома по приращению значения остаточной поляризации относительно его значения после обработки рабочими импульсами тока прямой полярности.The problem is solved in that according to the method of electrochemical treatment of chromium-containing steels and alloys in electrolytes based on aqueous solutions of alkali metal nitrates, which includes processing the part with current pulses supplied synchronously with the phase of maximum approach of the oscillating electrode-tool and the part when adjusting the feed speed of the tool-electrode or parts according to the invention first carry out electrochemical treatment with working pulses of current of direct polarity, forming in the electrolyte zone and adjacent to the surface of the part, a layer enriched in chromium ions, then, upon reaching the specified processing depth, shape and size of the part, the working pulses of the current of direct polarity are turned off, a group of test high-frequency current pulses of current of direct polarity are turned on, and the value of the residual polarization at the interelectrode gap is measured, then turn on the reverse current pulses and carry out cathodic deposition of chromium on the treated surface of the part, alternating the reverse current pulses with high-frequency test current pulses of direct polarity, and control the deposition of chromium by incrementing the residual polarization relative to its value after processing the working pulses of current of direct polarity.
Кроме того, согласно изобретению верхний предел амплитуды и длительности импульсов тока обратной полярности ограничивают из условия отсутствия растрава рабочей поверхности электрода-инструмента, а нижний предел амплитуды и длительности импульсов тока обратной полярности ограничивают из условия формирования сплошного хромового слоя на обработанной поверхности детали.In addition, according to the invention, the upper limit of the amplitude and duration of pulses of current of reverse polarity is limited from the condition that there is no raster of the working surface of the electrode-tool, and the lower limit of the amplitude and duration of pulses of current of reverse polarity is limited from the condition of formation of a solid chrome layer on the treated surface of the part.
Кроме того, согласно изобретению длительность тестовых высокочастотных импульсов тока прямой полярности устанавливают в диапазоне 10-50 мкс с частотой 5-10 кГц, а амплитуду напряжения 6-8 В.In addition, according to the invention, the duration of the test high-frequency pulses of current of direct polarity is set in the range of 10-50 μs with a frequency of 5-10 kHz, and the voltage amplitude of 6-8 V.
Кроме того, согласно изобретению значение приращения остаточной поляризации относительно его значения после рабочих импульсов тока прямой полярности устанавливают эмпирически на первых 2-3 деталях из партии.In addition, according to the invention, the value of the increment of the residual polarization relative to its value after the working pulses of the current of direct polarity is established empirically on the first 2-3 parts from the batch.
Кроме того, согласно изобретению при подаче импульсов тока обратной полярности давление электролита на входе межэлектродного промежутка уменьшают до (50-150) кПа и осуществляют осаждение хрома.In addition, according to the invention, when applying current pulses of reverse polarity, the pressure of the electrolyte at the inlet of the interelectrode gap is reduced to (50-150) kPa and chromium is deposited.
Кроме того, согласно изобретению при обработке рабочими импульсами тока прямой полярности величину межэлектродного зазора уменьшают путем плавного увеличения скорости подачи электрода-инструмента до тех пор, пока не произойдет первый пробой межэлектродного промежутка, после этого уменьшают скорость подачи на 3-10% относительно той скорости, при которой произошел пробой, и продолжают обработку, повторяя при необходимости это действие.In addition, according to the invention, when working with direct polarity current by working pulses, the interelectrode gap is reduced by gradually increasing the feed rate of the tool electrode until the first breakdown of the interelectrode gap occurs, then the feed rate is reduced by 3-10% relative to that speed at which a breakdown occurred, and continue processing, repeating this action if necessary.
Кроме того, согласно изобретению обработку рабочими импульсами тока прямой полярности осуществляют при следующих режимах: напряжение на МЭП 5-15 В, давление электролита на входе МЭП 50-500 кПа, концентрации электролита 7-15% и температуры электролита 18-40°С, обеспечивая плотность тока 50-1000 А/см2.In addition, according to the invention, the processing of working current pulses of direct polarity is carried out under the following conditions: voltage at the MEP 5-15 V, the pressure of the electrolyte at the input of the MEP 50-500 kPa, the electrolyte concentration of 7-15% and the electrolyte temperature of 18-40 ° C, providing current density 50-1000 A / cm 2 .
Кроме того, согласно изобретению значение остаточной поляризации измеряют в конце последнего тестового импульса в начальной точке кривой спада остаточной поляризации, при этом длительность группы тестовых высокочастотных импульсов тока прямой полярности выбирают из условия достижения значения остаточной поляризации установившегося значения.In addition, according to the invention, the value of the residual polarization is measured at the end of the last test pulse at the starting point of the decay curve of the residual polarization, while the duration of the group of test high-frequency pulses of the current of direct polarity is selected from the condition of achieving the value of the residual polarization of the steady-state value.
Предлагаемый способ электрохимической обработки хромосодержащих сталей и сплавов позволяет повысить качество обработки и получить поверхность, имеющую зеркальный блеск, снизить в отработанном растворе электролита концентрацию токсичных ионов шестивалентного хрома.The proposed method for the electrochemical treatment of chromium-containing steels and alloys allows to improve the quality of processing and to obtain a surface having a specular gloss, to reduce the concentration of toxic hexavalent chromium ions in the spent electrolyte solution.
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми рисунками, подтверждающими возможность его осуществления, на которых:In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, confirming the possibility of its implementation, in which:
фиг.1 изображает технологическую схему согласно изобретению;figure 1 depicts a flow chart according to the invention;
фиг.2 изображает осциллограммы напряжения и тока в МЭП на этапе формообразования импульсами прямой полярности и на финишном этапе при осаждении хрома на обработанную поверхность согласно изобретению; где S - траектория движения колеблющегося электрода-инструмента, мм, в зависимости от времени t, сек, U - напряжение импульсов прямой полярности, В, UА - напряжение остаточной поляризации после тестовых импульсов после этапа формообразования, В; UБ - напряжение остаточной поляризации, определенное тестовыми высокочастотными импульсами после финишного этапа осаждения хрома, В; j - плотность технологического тока импульсов прямой полярности, А/см2;figure 2 depicts the waveforms of voltage and current in the MEP at the stage of forming pulses of direct polarity and at the finish stage when the deposition of chromium on the treated surface according to the invention; where S is the trajectory of the oscillating electrode-tool, mm, depending on the time t, sec, U is the voltage of the pulses of direct polarity, V, U A is the voltage of the residual polarization after the test pulses after the shaping stage, V; U B - residual polarization voltage determined by test high-frequency pulses after the finishing stage of chromium deposition, V; j is the density of the technological current of pulses of direct polarity, A / cm 2 ;
фиг.3а изображает осциллограммы напряжения остаточной поляризации после импульсов прямой полярности, определенные высокочастотными импульсами прямой полярности (кривая 1), и осциллограммы тока высокочастотных импульсов (кривая 2) в МЭП на этапе формообразования импульсами прямой полярности;figa depicts the waveforms of the residual polarization voltage after the pulses of direct polarity determined by high-frequency pulses of direct polarity (curve 1), and the waveforms of the current of high-frequency pulses (curve 2) in the MEP at the stage of shaping by pulses of direct polarity;
фиг.3б изображает осциллограммы напряжения остаточной поляризации после импульсов обратной полярности, определенные высокочастотными импульсами прямой полярности (кривая 1), и осциллограммы тока высокочастотных импульсов (кривая 2) в МЭП на финишном этапе при обработке импульсами обратной полярности при осаждении хрома на обработанную поверхность;figb depicts the waveforms of the residual polarization voltage after pulses of reverse polarity, defined by high-frequency pulses of direct polarity (curve 1), and the waveforms of the current of high-frequency pulses (curve 2) in the MEP at the finishing stage when processing pulses of reverse polarity when depositing chromium on the treated surface;
фиг.4. изображает структуру системы управления генератором технологического тока и источником тока обратной полярности электрохимического станка согласно изобретению; где 3 - управляемый источник технологического тока; 4 - управляемый источник тока обратной полярности; 5 - управляемый источник тестовых импульсов тока прямой полярности; 6 - электронный ключ включения источника технологического тока; 7 - электронный ключ включения источника тока обратной полярности; 8 - электронный ключ включения источника тестовых импульсов, 9 - автоматическая система управления технологическим процессом, 10 - блок управления генератора;figure 4. depicts the structure of a control system for a technological current generator and a reverse polarity current source of an electrochemical machine according to the invention; where 3 is a controlled source of technological current; 4 - controlled current source of reverse polarity; 5 - controlled source of test pulses of current of direct polarity; 6 - electronic key to turn on the technological current source; 7 - electronic key to turn on the current source of reverse polarity; 8 - electronic key to turn on the source of test pulses, 9 - automatic process control system, 10 - generator control unit;
фиг.5 изображает внешний вид поверхностей обработанных деталей с соответствующими им профилограммами после ЭХО с использованием униполярных импульсов тока прямой полярности (А) и после импульсов обратной полярности ЭХО (Б) по предложенному способу;figure 5 depicts the appearance of the surfaces of the machined parts with their corresponding profilograms after ECM using unipolar current pulses of direct polarity (A) and after pulses of reverse polarity ECHO (B) according to the proposed method;
фиг.6 изображает отношение концентрации хрома к концентрации железа в поверхностном слое после ЭХО униполярными импульсами прямой полярности (А) и при ЭХО с импульсами обратной полярности (Б) по предложенному способу, полученное методом вторично-ионной масс-спектроскопии.6 depicts the ratio of the concentration of chromium to the concentration of iron in the surface layer after ECHO by unipolar pulses of direct polarity (A) and ECHO with pulses of reverse polarity (B) according to the proposed method, obtained by the method of secondary ion mass spectroscopy.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Сущность технологической схемы импульсной биполярной электрохимической обработки (ЭХО) вибрирующим ЭИ, используемой на станках серии «ЕТ», состоит в следующем (фиг.1). Электрод-инструмент 1 совершает периодические колебания S(t) относительно обрабатываемой поверхности электрода-заготовки (детали) 2, соосные с направлением подачи Vк.The essence of the technological scheme of pulsed bipolar electrochemical processing (ECHO) by vibrating EI used on machines of the ET series consists in the following (Fig. 1). The electrode-
Сначала в области фазы наибольшего сближения электродов подают рабочий импульс или группу импульсов тока прямой полярности, большой плотности (в диапазоне 50…1000 А/см2), затем, по достижении заданной глубины обработки на финишной стадии процесса, выключают рабочие импульсы тока прямой полярности и подачу ЭИ, определяют значение остаточной поляризации UA после подачи группы тестовых высокочастотных импульсов (фиг.2) и включают низковольтные импульсы тока обратной полярности, причем синхронизируют момент подачи импульсов обратной полярности также с фазой максимального сближения электродов и осуществляют катодное осаждение хрома на обработанную поверхность из электролита на малых межэлектродных зазорах. После этого опять включают тестовые высокочастотные импульсы тока прямой полярности для определения значения напряжения остаточной поляризации после импульсов обратной полярности UБ. Далее снова включают низковольтные импульсы тока обратной полярности и повторно осуществляют катодное осаждение хрома на обработанную поверхность из электролита на малых межэлектродных зазорах. После этого опять включают тестовые высокочастотные импульсы тока прямой полярности для определения суммарного значения остаточной поляризации после импульсов тока обратной полярности UБ, так повторяют до получения необходимого приращения значения остаточной поляризации.First, in the region of the phase of closest proximity of the electrodes, a working pulse or a group of pulses of current of direct polarity, high density (in the range of 50 ... 1000 A / cm 2 ) is supplied, then, when the specified processing depth is reached at the finishing stage of the process, the working pulses of the current of direct polarity are turned off and EI supply, determine the value of the residual polarization U A after applying a group of test high-frequency pulses (figure 2) and include low-voltage current pulses of reverse polarity, and synchronize the time of supply of reverse polarity pulses also with the phase of maximum approximation of the electrodes, and carry out cathodic deposition of chromium on the treated surface from the electrolyte at small interelectrode gaps. After that, test high-frequency pulses of direct polarity current are switched on again to determine the value of the residual polarization voltage after reverse polarity pulses U B. Then, low-voltage pulses of reverse polarity current are switched on again and cathodic deposition of chromium on the treated surface from the electrolyte is repeated at small interelectrode gaps. After that, test high-frequency pulses of direct polarity current are switched on again to determine the total residual polarization value after reverse polarity current pulses U B , this is repeated until the necessary increment of the residual polarization value is obtained.
Измерение величин поляризации UA и UБ определяют после отключения тока, за счет чего исключается омическая составляющая из измеряемой величины напряжения и повышается достоверность измерения разницы UA и UБ, которая принята в качестве информативного параметра об обогащении обработанной поверхности хромом (фиг.3).The measurement of polarization values U A and U B is determined after turning off the current, thereby eliminating the ohmic component from the measured voltage value and increasing the reliability of measuring the difference U A and U B , which is taken as an informative parameter about the enrichment of the treated surface with chromium (Fig. 3) .
Тестовые импульсы обеспечивают перезаряд емкости двойного электрического слоя, установление значения поляризации, составляющими которой являются анодный и катодный потенциалы. При этом катодный потенциал устанавливается быстрее анодного и его установившееся значение при фиксированной плотности тока имеет стабильное значение, а величина анодного потенциала зависит от свойств обрабатываемой поверхности и вносит основной вклад в приращение значения остаточной поляризации UA и UБ. При этом длительность группы тестовых высокочастотных импульсов тока прямой полярности выбирают из условия достижения остаточной поляризации установившегося значения.Test pulses provide a recharge of the capacitance of the double electric layer, establishing the polarization value, the components of which are the anodic and cathodic potentials. In this case, the cathodic potential is established faster than the anodic one and its steady-state value at a fixed current density has a stable value, and the magnitude of the anodic potential depends on the properties of the treated surface and makes the main contribution to the increment of the residual polarization U A and U B. In this case, the duration of the group of test high-frequency current pulses of direct polarity is selected from the condition that the residual polarization of the steady state is achieved.
Кроме этого тестовые высокочастотные импульсы тока прямой полярности, чередуясь с импульсами тока обратной полярности, могут обеспечивать более благоприятные условия для осаждения хрома на обрабатываемую поверхность, так как считается (Поветкин В.В. Структура электролитических покрытий / В.В.Поветкин, И.М.Ковенский. - М.: Металлургия, 1989. - 136 с.), что лучшим способом подготовки поверхности к осаждению металла является электролитическое полирование, при котором обеспечивается большое количество зародышей и хорошая адгезия с подложкой.In addition, test high-frequency current pulses of direct polarity, alternating with current pulses of reverse polarity, can provide more favorable conditions for the deposition of chromium on the treated surface, as it is considered (Povetkin V.V. Structure of electrolytic coatings / V.V. Povetkin, I.M. .Kovensky. - M.: Metallurgy, 1989. - 136 p.), That the best way to prepare the surface for metal deposition is electrolytic polishing, which provides a large number of nuclei and good adhesion to the substrate.
Предлагаемый способ электрохимической обработки хромосодержащих сталей в электролитах на основе водных растворов нитратов щелочных металлов осуществляют в проточном электролите с наложением колебаний на один из электродов (фиг.1). В качестве источника питания 3 прямой полярности используют источник с крутопадающей вольтамперной характеристикой (фиг.4), который периодически подключают к МЭП электронным ключом включения источника технологического тока 6 в области фазы наибольшего сближения электродов. Время замкнутого состояния электронного ключа включения источника технологического тока 6 определяет длительность импульса тока прямой полярности.The proposed method for the electrochemical treatment of chromium-containing steels in electrolytes based on aqueous solutions of alkali metal nitrates is carried out in a flowing electrolyte with superposition of vibrations on one of the electrodes (Fig. 1). As a
Протекание через МЭП импульсов тока обратной полярности обеспечивается включением электронного ключа включения источника тока обратной полярности 7 (см. фиг.4).The flow of reverse current polarity pulses through the MEP is ensured by the inclusion of an electronic switch to turn on the reverse polarity current source 7 (see FIG. 4).
В качестве генератора тестовых импульсов 5 используют источник с крутопадающей вольтамперной характеристикой (фиг.4), который периодически подключают к МЭП электронным ключом включения источника тестовых импульсов 8.As a generator of test pulses 5, a source with a steeply falling current-voltage characteristic (Fig. 4) is used, which is periodically connected to the MEP using an electronic switch to turn on the source of
Увеличение количества хрома на обработанной поверхности после биполярной электрохимической обработки хромсодержащих сталей подтверждают результаты определения состава поверхностного слоя, проведенные с использованием различных методов.An increase in the amount of chromium on the treated surface after bipolar electrochemical treatment of chromium-containing steels is confirmed by the results of determining the composition of the surface layer carried out using various methods.
Были проведены исследования поверхности электрода из стали 40Х13 после униполярной ЭХО и биполярной ЭХО с подачей дополнительного импульса тока обратной полярности после рабочего импульса тока прямой полярности, когда происходят существенные изменения качества обработанной поверхности (фиг.5).Investigations were made of the surface of an electrode made of steel 40X13 after a unipolar ECHO and a bipolar ECHO with the supply of an additional current pulse of reverse polarity after a working current pulse of direct polarity, when significant changes in the quality of the processed surface occur (Fig. 5).
Эксперименты проводились в 9,5% растворе азотнокислого натрия NaNO3 при плотности тока рабочего импульса ~100 А/см2 и длительности импульса 1, 5 мс, плотности тока и длительности импульса обратной полярности соответственно ~5 А/см2 и 2 мс. Момент подачи рабочих импульсов и импульсов обратной полярности синхронизировался с фазой максимального сближения ЭИ с обрабатываемой поверхностью. Длительность тестовых импульсов составляла 50 мкс, амплитуда напряжения выбиралась не более 8 В.The experiments were carried out in a 9.5% solution of sodium nitrate NaNO 3 at a current pulse density of ~ 100 A / cm 2 and a pulse duration of 1, 5 ms, current density and reverse pulse duration of ~ 5 A / cm 2 and 2 ms, respectively. The moment of supply of working pulses and pulses of reverse polarity was synchronized with the phase of maximum approximation of the EI with the surface being treated. The duration of the test pulses was 50 μs, the voltage amplitude was selected no more than 8 V.
Результаты исследований поверхностного слоя методом вторично-ионной масс-спектроскопии показали увеличение концентрации хрома по отношению к концентрации железа после биполярной ЭХО по сравнению униполярной ЭХО.The results of studies of the surface layer by the method of secondary ion mass spectroscopy showed an increase in the concentration of chromium in relation to the concentration of iron after a bipolar ECHO compared with a unipolar ECHO.
При использовании такого рода поверхностей в сопряженных парах трения, формообразующей оснастки (пуансоны, матрицы) и др. снижается коэффициент трения и повышается усталостная прочность, износостойкость и коррозионная стойкость. Например, стойкость пуансона из инструментальной стали для изготовления углублений типа «Тоrх» в стальных винтах повысилась более чем в 2 раза по сравнению с аналогичным пуансоном, выполненным по традиционной технологии (слесарно-механическим способом) и покрытым нитридом титана. Аналогичные результаты ожидаются при использовании пуансонов при изготовлении таблеток (фармацевтическая промышленность).When using this kind of surfaces in conjugated pairs of friction, forming equipment (punches, dies), etc., the friction coefficient decreases and the fatigue strength, wear resistance and corrosion resistance increase. For example, the resistance of a tool steel punch for the manufacture of Torch-type recesses in steel screws has more than doubled in comparison with a similar punch made by traditional technology (metalwork and mechanical method) and coated with titanium nitride. Similar results are expected when using punches in the manufacture of tablets (pharmaceutical industry).
Следует отметить, что при обычной униполярной обработке поверхностные слои хромосодержащих сталей, как правило, обеднены хромом. Именно благодаря специфике биполярной обработки согласно изобретению образуют хромсодержащие слои на широкой гамме хромсодержащих сталей и в автоматическом режиме управляют этим процессом.It should be noted that during conventional unipolar processing, the surface layers of chromium-containing steels are usually depleted in chromium. Due to the specifics of the bipolar processing according to the invention, chromium-containing layers are formed on a wide range of chromium-containing steels and automatically control this process.
Исследования изменения количества бихромат-ионов в электролите приобретают важную роль в связи с высокими требованиями по защите обслуживающего персонала и окружающей среды от вредных выбросов, образующихся при электрохимической обработке (ЭХО) хромосодержащих сталей и сплавов. Это приобретает еще большее значение из-за того, что необходимость сокращения потерь с экономической точки зрения (переход на замкнутый цикл) приводит к резкому увеличению времени использования раствора электролита и, следовательно, к увеличению содержания бихромат-ионов в растворе, что потребует мероприятий по регенерации или замене раствора.Studies of changes in the amount of dichromate ions in the electrolyte acquire an important role due to the high requirements for protecting service personnel and the environment from harmful emissions from the electrochemical treatment (ECHO) of chromium-containing steels and alloys. This becomes even more important because the need to reduce losses from an economic point of view (switching to a closed cycle) leads to a sharp increase in the time of use of the electrolyte solution and, therefore, to an increase in the content of dichromate ions in the solution, which will require regeneration measures or replacing the solution.
Можно уменьшить содержание бихромат-ионов в растворе, осаждая их на предварительно обработанную поверхность на высоких плотностях тока (например, более 100 А/см2), путем подачи импульсов обратной полярности по предлагаемому способу. Так как бихромат-ионы Сr2O7 2-, у которых атомы металла имеют уже максимальное окислительное число, на положительно заряженном аноде окисляться не могут, поэтому они, обладая высоким стандартным потенциалом φ(Сr2O7 2-/С3+)=+1,33 В, восстанавливаются на катоде. Поэтому, чтобы разрядить ионы хрома на обработанной поверхности детали до металлического хрома, меняют полярность детали на отрицательную. Если создать соответствующие условия, например малые межэлектродные зазоры 10…100 мкм, и подать напряжение импульсов обратной полярности, не допускающее растрав рабочей поверхности электрода-инструмента, но достаточное для разряда ионов хрома на обработанной поверхности, будет происходить осаждение хрома по реакции:You can reduce the content of dichromate ions in solution by depositing them on a pre-treated surface at high current densities (for example, more than 100 A / cm 2 ) by applying pulses of reverse polarity according to the proposed method. Since the dichromate ions Cr 2 O 7 2- , in which metal atoms already have a maximum oxidation number, cannot be oxidized on a positively charged anode, therefore, having a high standard potential φ (Cr 2 O 7 2- / С 3+ ) = + 1.33 V, are restored at the cathode. Therefore, in order to discharge the chromium ions on the treated surface of the part to metallic chromium, the polarity of the part is reversed to negative. If you create the appropriate conditions, for example, small interelectrode gaps of 10 ... 100 μm, and apply a voltage of pulses of reverse polarity, which does not allow the working surface of the electrode-tool to be grinded, but sufficient for the discharge of chromium ions on the treated surface, chromium will be deposited by the reaction:
Cr2O7 2-+14H++12e→2Cr+7H2O.Cr 2 O 7 2- + 14H + + 12e → 2Cr + 7H 2 O.
Пример реализацииImplementation example
Конкретный пример реализации предлагаемого способа электрохимической обработки согласно изобретениюA specific example of the implementation of the proposed method of electrochemical processing according to the invention
Предлагаемый способ ЭХО импульсами тока реализовали на электрохимическом копировально-прошивочном станке модели ЕТ500 фирмы ООО "ЕСМ", материал образца (детали) и электрода-инструмента - сталь 40Х13. Обработку производили в 9,5%-ном водном растворе азотнокислого натрия на глубину 5 мм с площадью 200 мм2.The proposed method of ECM by current pulses was implemented on an electrochemical copy-piercing machine model ET500 of the company ESM LLC, the material of the sample (part) and the electrode-tool was 40X13 steel. The treatment was carried out in a 9.5% aqueous solution of sodium nitrate to a depth of 5 mm with an area of 200 mm 2 .
Перед началом обработки колеблющийся электрод-инструмент 1 (фиг.1) и обрабатываемую заготовку (деталь) 2 сближали до взаимного касания при отсутствии на них технологического напряжения и отводили на заданную величину минимального межэлектродного зазора St=20 мкм (фиг.1).Before starting the processing, the oscillating electrode-tool 1 (Fig. 1) and the workpiece (part) 2 were brought together until they touched in the absence of technological voltage and were taken to the predetermined minimum interelectrode gap S t = 20 μm (Fig. 1).
Затем установили следующий режим обработки импульсами прямой полярности на первой стадии обработки:Then, the following processing regime was established with pulses of direct polarity at the first processing stage:
- частота прямоугольных импульсов тока и колебаний электрода-инструмента (Гц) - 49;- the frequency of rectangular current pulses and oscillations of the electrode-tool (Hz) - 49;
- длительность импульса напряжения (мс) - 1,5;- voltage pulse duration (ms) - 1.5;
- амплитуда колебания электрода-инструмента (мм) - 0,15;- the amplitude of the oscillation of the electrode tool (mm) - 0.15;
- амплитуда прямоугольного импульса напряжения в момент наименьшего расстояния между электродами (В) - 10,5;- the amplitude of the rectangular voltage pulse at the time of the smallest distance between the electrodes (V) is 10.5;
- давление электролита на входе межэлектродного промежутка (кПа) - 100;- electrolyte pressure at the inlet of the interelectrode gap (kPa) - 100;
- температура электролита (°С) - 20.- electrolyte temperature (° C) - 20.
Подача электролита прямая через центральное отверстие электрода-инструмента.The supply of electrolyte is direct through the central hole of the electrode-tool.
В процессе врезания электрода-инструмента 1 (фиг.1) в заготовку 2 до глубины 0,1…0,3 мм скорость подачи равнялась 0,1 мм/мин. Затем по мере дальнейшего углубления электрода-инструмента 1 в заготовку 2 давление электролита плавно увеличивали до 350 кПа. В процессе обработки импульсами прямой полярности скорость подачи плавно увеличивали до возникновения первого пробоя, который соответствовал скорости подачи ЭИ - 0,16 мм/мин, затем уменьшали скорость подачи ЭИ примерно на 7% и продолжали дальнейшую обработку до заданной глубины.In the process of inserting the electrode-tool 1 (figure 1) into the
По достижении заданной глубины - 5 мм, выключали рабочие импульсы тока прямой полярности, подачу ЭИ, производили измерение значения остаточной поляризации путем включения тестовых высокочастотных импульсов тока прямой полярности с амплитудой напряжения 8 В и длительностью импульсов 50 мкс. Затем включали низковольтные прямоугольные импульсы напряжения обратной полярности, создав плотность тока 5 А/см2 и длительностью 2 мс, причем синхронизировали момент подачи импульсов тока обратной полярности также с фазой максимального сближения электродов и осуществляли катодное осаждение хрома на обработанную поверхность из электролита на малых межэлектродных зазорах, периодически замеряя значение остаточной поляризации тестовыми высокочастотными импульсами тока прямой полярности. При этом на этапе осаждения хрома импульсы тока обратной полярности чередовали с тестовыми высокочастотными импульсами тока прямой полярности, обеспечивая контроль осаждения хрома до необходимого приращения значения остаточной поляризации относительно его значения после импульсов прямой полярности, значение которого предварительно определяли на 2…3 деталях данной партии.Upon reaching the specified depth of 5 mm, the working pulses of the current of direct polarity were turned off, the supply of EI was measured, the value of the residual polarization was measured by switching on the test high-frequency pulses of the current of direct polarity with a voltage amplitude of 8 V and a pulse duration of 50 μs. Then, low-voltage rectangular pulses of reverse polarity voltage were turned on, creating a current density of 5 A / cm 2 and a duration of 2 ms, synchronizing the time of supply of reverse polarity current pulses with the phase of maximum electrode approach and cathodic deposition of chromium onto the treated surface from the electrolyte at small interelectrode gaps , periodically measuring the value of the residual polarization test high-frequency current pulses of direct polarity. At the same time, at the stage of chromium deposition, reverse polarity current pulses alternated with test high-frequency direct polarity current pulses, providing control of chromium deposition to the necessary increment of the residual polarization relative to its value after direct polarity pulses, the value of which was previously determined on 2 ... 3 parts of this batch.
При подаче импульсов тока обратной полярности давление электролита уменьшали до 100 кПа, создавая тем самым ламинарный поток в межэлектродном зазоре, обеспечивающий хорошие условия для осаждения хрома из состава электролита на обработанную поверхность. При этом амплитуду и длительность импульсов тока обратной полярности ограничивали из условия отсутствия растрава рабочей поверхности электрода-инструмента, но достаточной для разряда ионов хрома на обработанной поверхности детали.When applying current pulses of reverse polarity, the electrolyte pressure was reduced to 100 kPa, thereby creating a laminar flow in the interelectrode gap, which provides good conditions for the deposition of chromium from the electrolyte composition on the treated surface. In this case, the amplitude and duration of the reverse polarity current pulses were limited from the condition that there is no raster of the working surface of the electrode-tool, but sufficient for the discharge of chromium ions on the treated surface of the part.
Анализ результатов обработки показал, что при использовании предлагаемого способа происходит существенное снижение концентрации шестивалентного хрома в отработанном электролите и получение устойчивого зеркального блеска обработанной поверхности (Ra<0,15 мкм), погрешность копирования ЭИ не превышала 0,01 мм, значение скорости подачи при обработке импульсами прямой полярности равнялось 0,15 мм/мин.Analysis of the processing results showed that when using the proposed method there is a significant decrease in the concentration of hexavalent chromium in the spent electrolyte and obtaining a stable specular gloss of the treated surface (Ra <0.15 μm), the error in copying EI did not exceed 0.01 mm, the feed rate during processing pulses of direct polarity was 0.15 mm / min.
Claims (8)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011101550/02A RU2465991C2 (en) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | Method of pulsed electromachining |
| US13/097,734 US20120181179A1 (en) | 2011-01-17 | 2011-04-29 | Method of electrochemical machining |
| CN2011101372756A CN102581397A (en) | 2011-01-17 | 2011-05-23 | Method of electrochemical machining |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011101550/02A RU2465991C2 (en) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | Method of pulsed electromachining |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011101550A RU2011101550A (en) | 2012-07-27 |
| RU2465991C2 true RU2465991C2 (en) | 2012-11-10 |
Family
ID=46470935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011101550/02A RU2465991C2 (en) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | Method of pulsed electromachining |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120181179A1 (en) |
| CN (1) | CN102581397A (en) |
| RU (1) | RU2465991C2 (en) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102837089A (en) * | 2012-07-31 | 2012-12-26 | 天津大学 | Electrolyte for electrolytically machining engineering machinery material and preparation method thereof |
| CN103624347A (en) * | 2013-11-19 | 2014-03-12 | 成都发动机（集团）有限公司 | Electrolytic machining method for aviation engine crankcase profiles |
| CN104611759B (en) * | 2015-02-12 | 2017-03-08 | 广州市精源电子设备有限公司 | Variable Polarity pulse pickling control method |
| NO342992B1 (en) * | 2015-06-17 | 2018-09-17 | Roxar Flow Measurement As | Method of measuring metal loss from equipment in process systems |
| US10357839B1 (en) * | 2015-10-08 | 2019-07-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method for electrochemical machining using sympathetic waveform interactions |
| CN106757285B (en) * | 2016-11-25 | 2019-03-05 | 江苏大学 | The inner-light powder-supplying composite electrodeposition processing method and its device of hollow laser |
| TW201924832A (en) * | 2017-12-01 | 2019-07-01 | 財團法人金屬工業研究發展中心 | Tool setting device for electrochemical machining and tool setting method thereof capable of automatically detecting the position of the machining electrode and controlling the movement of the machining electrode |
| CN109580058B (en) * | 2019-01-23 | 2021-03-09 | 福建省安元光学科技有限公司 | Method for judging stress of die product by utilizing surface roughness of coating |
| CN111266678B (en) * | 2020-02-21 | 2021-05-28 | 苏州大学 | Method for strengthening mass transfer efficiency in electrolytic machining micro-gap based on cathodic hydrogen evolution and control system |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU862493A1 (en) * | 1980-03-14 | 1988-07-15 | Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков | Method of manufacturing mould-forming tool for electric discharge machining |
| RU2038928C1 (en) * | 1990-10-10 | 1995-07-09 | Гимаев Насих Зиятдинович | Method of electrochemical dimensional machining |
| US5833835A (en) * | 1995-07-18 | 1998-11-10 | U.S. Philips Corporation | Method and apparatus for electrochemical machining by bipolar current pulses |
| EP0998366A2 (en) * | 1998-04-06 | 2000-05-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of and arrangement for electrochemical machining |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3357912A (en) * | 1963-04-02 | 1967-12-12 | Inoue Kiyoshi | Ion-control system for electrochemical machining |
| GB1539309A (en) * | 1976-12-14 | 1979-01-31 | Inoue Japax Res | Electrochemical polishing |
| JPH07121489B2 (en) * | 1988-03-25 | 1995-12-25 | 工業技術院長 | Control method of machining using arc discharge in electrolyte |
| JPH01257520A (en) * | 1988-04-08 | 1989-10-13 | Shizuoka Seiki Co Ltd | Machining method for electrolyte finishing |
| CN1037498C (en) * | 1993-03-17 | 1998-02-25 | 哈尔滨工业大学 | Pulse width modulating electric spark working pulse power source |
| US20020169516A1 (en) * | 2000-04-18 | 2002-11-14 | Maarten Brussee | Method of controlling an electrochemical machining process |
| RU2211121C2 (en) * | 2001-06-04 | 2003-08-27 | ООО "Компания Новотэч" | Method for regulating interelectrode gap at electrochemical working |
-
2011
- 2011-01-17 RU RU2011101550/02A patent/RU2465991C2/en not_active IP Right Cessation
- 2011-04-29 US US13/097,734 patent/US20120181179A1/en not_active Abandoned
- 2011-05-23 CN CN2011101372756A patent/CN102581397A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU862493A1 (en) * | 1980-03-14 | 1988-07-15 | Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков | Method of manufacturing mould-forming tool for electric discharge machining |
| RU2038928C1 (en) * | 1990-10-10 | 1995-07-09 | Гимаев Насих Зиятдинович | Method of electrochemical dimensional machining |
| US5833835A (en) * | 1995-07-18 | 1998-11-10 | U.S. Philips Corporation | Method and apparatus for electrochemical machining by bipolar current pulses |
| UA29511C2 (en) * | 1995-07-18 | 2000-11-15 | Koninkl Philips Electronics Nv | Method and device for electrochemical working by bipolar pulses and power source used in the method |
| EP0998366A2 (en) * | 1998-04-06 | 2000-05-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of and arrangement for electrochemical machining |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102581397A (en) | 2012-07-18 |
| US20120181179A1 (en) | 2012-07-19 |
| RU2011101550A (en) | 2012-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2465991C2 (en) | Method of pulsed electromachining | |
| Mishra et al. | Experimental investigation into electrochemical milling of Ti6Al4V | |
| Lee et al. | A study of the characteristics for electrochemical micromachining with ultrashort voltage pulses | |
| Murray et al. | Repair of EDM induced surface cracks by pulsed electron beam irradiation | |
| Taylor et al. | Electrochemical surface finishing | |
| Wang et al. | Micro wire electrochemical machining with an axial electrolyte flow | |
| Mandal et al. | State of art in wire electrical discharge machining process and performance | |
| Jiang et al. | Vibration-assisted wire electrochemical micromachining with a suspension of B 4 C particles in the electrolyte | |
| Chen et al. | Influence of pulse waveform on machining accuracy in electrochemical machining | |
| US20220178047A1 (en) | Electropolishing method | |
| Wang et al. | Dependency of the pulsed electrochemical machining characteristics of Inconel 718 in NaNO3 solution on the pulse current | |
| Zaytsev et al. | Precise pulse electrochemical machining by bipolar current: Aspects of effective technological application | |
| Sundaram et al. | Electrical and electrochemical processes | |
| WO2014011074A1 (en) | Electrochemical processing method | |
| US10214832B2 (en) | Apparatus for recovery of material generated during electrochemical material removal in acidic electrolytes | |
| Kalra et al. | Experimental study on developed electrochemical micro machining of hybrid MMC | |
| Moarrefzadeh | Finite element simulation of dimensional limitation of electro chemical machining (ECM) process | |
| US10357839B1 (en) | Method for electrochemical machining using sympathetic waveform interactions | |
| Geethapiriyan et al. | Performance Characteristics of Electrochemical Micromachining on Pure Titanium using coated tool electrode | |
| Sun et al. | The applications of CM-ECM technology to metal surface finishing | |
| Hamdy et al. | New electrode profile for machining of internal cylindrical surfaces by electrochemical drilling | |
| Ablyaz et al. | Improving the quality of the surfaces of products obtained by electrical discharge machining using electrolytic-plasma polishing technology | |
| Srinivas Sundarram | Development of electrochemical micro machining | |
| Zhou et al. | Research on pulse electrochemical finishing using a moving cathode | |
| McGeough | Electrochemical machining (ECM) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140118 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20141227 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE Effective date: 20170918 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200118 |