Prelucrarea Electrochimica

Introducere

Lustruirea electrochimica imbunatateste in mod semnificativ proprietatile importante ale suprafetei metalice. Finisarea de calitate foarte ridicata a suprafetei se obtine printr-un proces simplu si avantajos din punct de vedere al costurilor.

Lustruirea electrochimica reprezinta in principal inversarea galvanizarii. Prin aplicarea curentului continuu la piesa de lucru conectata anodic, care este imersata intr-o solutie speciala acida cu electroliti, care indeparteaza metalul. Acest lucru are loc fara sa se produca presiune mecanica si influenteaza in special microrugozitatea suprafetei. Suprafata devine neteda si stralucitoare, colturile, marginile si punctele aspre se netezesc. Aceste rezultate pot fi repetate cu un grad ridicat de precizie astfel incat piesele de lucru cu o toleranta redusa sa poata fi tratate in mod sigur.

. Caracteristicile de evidentiat ale suprafetelor lustruite electrochimic sunt:

rezistenta imbunatatita la coroziune si durabilitate

frictiune si uzura redusa

curatare mai usoara, depuneri reduse pe suprafata, dezvoltare redusa a bacterilor

contaminare radioactiva redusa si comportament imbunatatit la decontaminare

.prevenirea unei reactii catalitice

durate reduse de pompare pentru atingerea unui vacuum ridicat

conductivitate imbunatatita de inalta frecventa

aderenta imbunatatita la straturi

reflexivitate optima

Suprafetele metalice lustruite electrochimic si fabricate mecanic difera fundamental. Procesele mecanice precum strunjire, gaurire, slefuire si lustruire au un efect negativ asupra structurii si proprietatilor suprafetelor de material. Ca unnare a uzurii uneltelor si a contactului cu agenti de racire, depunerile pot conduce la coroziune si uzura. In functie de nivelul fortelor de productie utilizate, structura suprafetei poate fi influentata pana la 0 adancime de 50 microni.

In schimb lustruirea electrochimica indeparteaza metalul din piesa de lucru fara modificari mecanice, tennice sau chimice. Lustruirea electrochimica inlatura straturile afectate ale suprafetei si pennite proprietatilor initiale ale materialului sa devina din nou si in totalitate active. Procesele si suprafetele astfel produse, lustruite electrochimic se utilizeaza pe departe in cele mai diferite aplicatii in practic toate domeniile tehnicii si industriei

4

CAPITOLULI

IMPORTANTA TEHNOLOGIILOR NECONVENTIONALE iN INDUSTRIE

1.1 Generalitati

Printre tehnologiile modeme, electrotehnologiile s-au extins tot mai mult cu tendinta de crestere rapida in urmatorii ani , pentru realizarea unor piese ( din constructia de masini, instalatii, apar~te etc.) executate din cele mai felurite tipuri de materiale si aceasta ca urmare atat a eficientei tehnico-economice ridicate pe care 0 au tehnologiile neconventionale, cat si corespunzator cu necesitatile actuale, a faptului ca cele mai noi cuceriri ale stiintei si tehnicii sa fie transferate rapid in procesul de productie.

De subliniat ca in mare majoritate, procedeele si metodele de prelucrare neconventionale au la baza transformarea energiei electrice sub 0 alta forma ca: energie calorica, luminoasa, mecanica etc.

Aceasta noua forma de energie este utilizata pentru prelucrarea materialelor prin eroziune sau prin dizolvare anodica sau chimica (in special a metalelor si aliajelor, feroase si neferoase).

De asemenea, in tehnica mai sunt cunoscute si alte fenomene de eroziune abraziva, termica, cavitationala etc., dar care nu au inca 0 pondere insemnata in prelucrarile care fac parte din grupa electrotehnologiilor.

Dezvoltarea procedeelor neconventionale din ultimele doua decenii a fost determinata in special de utilizarea tot mai intensa in industrie, a unor materiale cu proprietati fizico-mecanice si fizico-chimice deosebite, precum si de aparitia – ca 0 necesitate constructiva – a unor piese cu forme foarte complexe. Desi ponderea in industrie a acestor materiale si a unor piese cu astfel de forme este inca relativ mica, prelucrarea lor prin procedee clasice este foarte grea si costisitoare sau imposibil de realizat, ca de exemplu: prelucrarea materialelor dure si foarte dure (diamante, carburi metalice etc.), pentru obtinerea unor gauri curbe, fante si gauri de cativa micrometri, executarea microsudurilor in cazul materialelor care sunt diferite intre ele etc.

De mentionat ca utilizarea acestor metode si procedee de prelucrare neconventionale se aplica si in tehnologiile de prelucrare a unor materiale curente, nu

numai a celor cu proprietati mai deosebite, dar aceasta nu inseamna ca procedeele clasice, in special prelucrarea prin aschiere (strunjire, frezare, gaurire, rectificare, etc.) sau deformatii plastice etc., sunt inlocuite sau eliminate din fluxul tehnologic. Dimpotriva, electrotehnologiile sunt de fapt 0 completare a tehnologiilorclasice, care raman inca cu ponderea cea mai mare in constructia de masini.

1.2 Factorii care au influentat introducerea si extinderea electrotehnologiilor

Introducerea in procesele tehnologiee a unor noi metode si procedee de prelucrare a fost determinata de dezvoltarea impetuoasa si de cuceririle stiintei si tehnicii in toate domeniile de activitate.Aeeasta a condus la dezvoltarea rapida a unor ramuri noi ca: electronica, cibemetica, cosmonautica, tehnica de calcul etc., care au influentat la dezvoltarea constructiei de masim, mecamcn fine, electronicii, automatizarii, transporturilor, aeronauticii etc.

Ca urmare, a aparut necesitatea realizarii unor parametri de functionare in anumite conditii terestre sau cosmice si care sunt determinati de urmatorii factori:

a) Viteza este unul dintre factorii care a evoluat foarte rapid, tehnica actual a necesitand viteze cu valori de la foarte mici (de ordinul a cativa micrometri/secunda) pana la viteze cosmice (de mii de metri/secunda), sau de la 0,3 – 0,5 rot/min pana la 1500000 rot/min. Aceste viteze sunt in continua crestere, tinzand spre atingerea vitezei luminii (3 . 108 m/s), care sa permita navelor cosmice 0 deplasare si mai rapida in spatiul cosmic.

b) Temperatura a cunoscut, de asemenea, 0 evolutie rapida in ambele sensuri.

Stiinta si tehnica utilizeaza temperaturi sub zero grade, pana aproape de temperatura absoluta de- 273,15 K,devenind aproape curent sa se lucreze cu temperaturi de 200-220 K, in acest scop realizandu-se utilaje si instalatii speciale. In industrie sunt utilizate temperaturi de 6000 – 12000 K si chiar mai mult, pentru sudarea si debitarea cu jet de plasma sau pentru acoperiri cu straturi dure a unor suprafete (metalizari), iar la prelucrarea prin electroeroziune se ajunge la temperaturi de circa 87000 K, in canalele ionizate.

In laboratoarele de cercetare din diferite tari s-au obtinut temperaturi de zeci de milioane de grade si se fac in continuare cercetari pentru a se putea obtine temperaturi si mai ridicate, ca rezultat al necesitatii de a se atinge punctul de inceput pentru procesele de fuziune ale unor suprafete.

c) Presiunea a evoluat de asemenea in ambele sensuri. S-au obtinut presiuni joase de 10-13 – 10-14 torri, cu tendinta de obtinere a vidului absolut. In industrie, in anumite

ramuri se lucreaza in mod curent cu presiuni de 10 -4 – 10 -6 torri, trecandu-se deja la tehnologiile specifice cosmosului (vidul eel mai inaintat).

In acelasi timp s-au obtinut presiuni de mii si sute de mii de atmosfere. (De exemplu sunt utilizate presiuni ridicate la ectruziunea metalelor, presarea pulberilor, taierea materialelor cu jeturi de apa etc.).

d) Puterea In constructia de masini, aparate, . utilaje, instalatii etc., a aparut necesitatea utilizarii la diferite actionari a unor motoare de diverse tipuri, atat de puteri mici si foarte mici (ajungand pana la valori de 0,002 W), cat si a unor motoare de puteri care dapasesc 1500000 – 2000000 CP, asa 'cum sunt motoarele cu reactie de la rachetele de lansare a navelor cosmice. Puteri mici sau mari s-au obtinut atat pe cale termica, cat si pe cale electrica, electronica etc.

Acesti factori au dus la schimbari constructive ale masinilor, aparatelor,instalatiilor etc. in doua directii: una de miniaturizare si ultraminiaturizare, in special in constructia aparatelor, si alta de constructie a unor agregate, masini, motoare de mari dimensiuni, ca de exemplu: cele pentru constructia si lansarea navelor cosmice, industria navala, chimicominiera, aeronautica, constructia de masini etc. Se intelege ca, in aceste cazuri, se vor intalni piese cu 0 varietate foarte mare de forme si cu compexitate ridicata, fapt ce impune utilizarea anumitor tehnologii. De asemenea, se intalnesc in mod frecvent piese cu dimensiuni submilimetrice, cu precizie ridicata de prelucrare, care nu mai pot fi executate numai prin procedee c1asice.

De mentionat ca, in acelasi timp industria metalurgica, chimia si materialele de constructie au pus la dispozitia industriei noi tipuri de metale, aliaje, carburi metalice, mineralo-ceramice, mase plastice, oxizi, silicati, materiale dure si extradure, ceramice, fibre de stic1a, carbon etc. De asemenea, tehnologiile din spatiul cosmic (in stare de imponderabilitate) au inceput sa realizeze 0 serie de materiale cu proprietati chimice si fizico-mecanice noi, deosebite. Dintre toate aceste materiale, unele pot fi prelucrate prin procedee c1asice, iar altele sunt mai greu sau imposibil de prelucrat prin procedee c1asice, fapt pentru care se apeleaza la tehnologiile neconventionale, desi, in unele cazuri, nu sunt cele mai economice, dar rezolva problema tehnologica de realizare a unor operatii de calitate ridicata.

Asimilarea de catre industrie a unor metode de prelucrare este legata direct de costul de fabricatie, de productivitate, cat si de timpul de amortizare, care trebuie sa fie cat mai mic. Chiar daca rezultatele de cercetare in laborator sunt spectaculoase, acestea nu

sunt asimilate de industrii daca utilajul nu este simplificat si produs la costuri cat mai reduse.

Asa se explica de ce unele metode si procedee electrotehnologice au fost inca in mica masura asimilate de industrie.

1.3. Clasificarea si domeniile de utilizare ale metodelor electrotehnologice Metodele si procedeele de prelucrare neconventionale sunt, in etapa actual a, in plina dezvoltare si diversificare, fapt ce conduce la aparitia succesiva a unor noi si utile procedee la nivelul cercetarii stiintifice si care, apoi sunt transferate productiei, in functie de necesitatile tehnologice care apar si reclama acest transfer.

Metodele electrotehnologice – la nivel actual pot fi impartite in doua grupe fig. 1.1.: – Din prima grupa -fac parte procedeele care pot realiza diferite deformatii plastice, modificari structurale ale unor materiale (tratamente termice); la aceste electroprelucrari nu apar indepartari sau depuneri de metal desi au loc schimbari de volume, forme, dimensiuni – in grupa a doua a electrotehnologiilor se includ metodele si procedeele care au la

baza indepartarea de material prin electroeroziune sau depunere de material pe anumite suprafete si cu anumite scopuri tehnice.

in prima grupa se includ metode de prelucrare pnn magnetoimpulsuri, electrohidraulice, tratamente termice prin Clf (curenti de inalta fregventa). Asa de exemplu, prelucrarea prin magnetoimpulsuri poate realiza matritari, ambutisari si alte deformatii plastice pentru schimbarea formei si dimensiunilor unei piese.

Atat fortele de lucru, cat si vitezele de deformare plastica, au ajuns la valori importante pentru materiale ca: aluminiu, cupru, otel inoxidabil etc. Dimensiunile pieselor prelucrate in acest mod sunt, in general, de gabarite reduse, ajungand la maxim un metru. Aceasta datorita faptului ca tehnologia si constructia de bobine electrice ridica suficiente probleme privind rezistenta lor mecanica la socurile care au loc in momentul descarcarii energiei electrice, ele fiind foarte rapid dispuse, mai cu seama la puteri mari; de aceea rezultate foarte bune se obtin la deformarea pieselor mici si mijlocii.

La prelucrarile electrohidraulice se folosesc efectele date de unda de soc in momentul descarcarilor electrice la tensiuni inalte (10 4 – 10 6 V) intr-un mediu lichid. Metoda este asemanatoare cu deformatiile plastice care au loc la prelucrarea cu energie inmagazinata, asa cum este preluerarea in camp magnetic sau prin explozie. De asemenea, aceste metode sunt utilizate pentru prelucrarea pieselor de dimensiuni mici, deoarece si nivelul de energie este mai redus. Pot fi realizate diverse deformatii plastice de forme complexe, ambutisari, refulari, placari etc.

8

Tratamentele termice realizate cu ajutorul energiei electrice sunt raspandite in industrie datorita rezultatelor foarte bune care se obtin, in special prin procedee ClF, electrocontact, iononitrurare etc. Procedeele neconventionale se aplica in functie de particularitatile tehnologice ale pieselor, cat si de natura tratamentului termic care trebuie realizat: incalzire, calire, revenire etc. Cele mai utilizate procedee folosite, in special pentru incalzirea pieselor sunt cu plasma, cu laser, cu fascicule de electroni si ioni etc.

in grupa a doua sunt inc1use metodele si procedeele de prelucrare cu depunere sau indepartare de material, pentru realizarea unor piese (tabelul 1.1.), cat si unele metode de sudura cu aport sau fara aport de material.

In ansamblu, depunerea sau indepartarea de material se poate realiza prin diferite modalitati ca: electrochimie, topire, vaporizare, condensare de material, prin escavare mecanica etc.

Fiecare grupa are mai multe subgrupe de prelucrare care se deosebesc intre ele, mai mult sau mai putin, ca metoda si procedeu de prelucrare.

Grupa prelucrarilor prin electroeroziune este, in general, utilizata numai la prelucrarea metalelor si aliajelor lor, in conditii speciale putand fi prelucrate si alte materiale care sunt bune conducatoare de electricitate, dar pe adancimi mici.

Procedeele din aceasta grupa au la baza transformarea energiei electrice in energie calorica, prin microdescarcarile care au loc in interstitiul de lucru, sau prin formarea unor arcuri electrice, care topesc metalul.

Grupa prelncrarilor electrochimice este utilizata numai la prelucrarea metalelor si aliajelor si are la baza fenomenul de dizolvare anodica, care este insotit de reactiile chimice de electroliza dintre piesa si electrodul utilizat. Adaosul de prelucrare al semifabricatului este transformat in compusi chimici, prin formarea unui strat pasivizat moale, care este indepartat din zona de lucru pe cale hidrodinamica.

Aceasta grupa de prelucrari cuprinde doua aspecte: unul se refera la acoperirile metalice (galvanoplastie sau galvanostegie) ca: nichelare, cromare, zincare, cuprare etc: – prin scufundarea piesei in electrolit, pentru depunerea electrochimica a stratului de metal pur. In acest caz nu se poate realiza 0 precizie dimensionala, dar se obtine 0 buna rigurozitate si luciu al suprafetelor pieselor care au fost acoperite; al doilea aspect se refera la indepartarea adaosului de prelucrare prin dizolvare anodica, fara ca piesa sa fie neaparat cufundata in electrolit. In acest caz se aduce electrolitul sub presiune in zona de lucru, fapt ce permite ca piesele sa fie prelucrate cu 0 anumita precizie dimensionala, rugozitate si productivitate. Prin acest procedeu se pot practic realiza toate genurile de prelucrari ca si prin procedeele c1asice:

gaurire, frezare, strunjire, honuire etc., si se contureaza ca una dintre metodele de larga aplicabilitate in viitor. De asemenea, ca 0 submetoda este utilizata si eroziunea chimica, prin care. anumite zone ale pieselor sunt atacate de diverse solutii chimice, avand la baza formarea de microelemente galvanice, care due tot la 0 prelucrare electrochimiea,

Grupa prelucrarilor cu fascicule de electroni, ioni, laser etc. Se poate aplica la prelucrarea tuturor tipurilor de materiale (metale, sticla, materiale plastice etc.) si are la baza transformarea energiei electrice in energie luminoasa (laser) sau intr-un fascicul de electroni sau ioni de 0 anumita intensitate. In scopul cresterii energiei pe suprafata de prelucrat, este necesar ca aceste fascicule de electroni, ioni sau fotoni sa fie concentrate prin diverse metode de focalizare: optice, electromagnetice etc.

De mentionat ca, in ultimul timp a inceput sa fie utilizata cu succes si energia microundelor de fregventa foarte ridicata.

11

Grupa preluerarilor eu ultrasunete are la baza transformarea energiei electrice in energie mecanica de oscilatie a sculei. Ultrasunetele pot fi de fregventa medie de 20 – 150 kHz utilizate pentru pre1ucrarea dimensionala a unor gauri, fante, finisari, microdurificari etc., pentru materiale cu duritate ridicata (oteluri calite, carburi metalice, cristale, diamante etc.), sau pot fi de fregventa ridicata, 500 – 1500 kHz, utilizate pentru degresarea si spalarea pieselor, pregatirea emulsiilor de racire si ungere etc.

Grupa preluerarilor eu plasma, si ''in special, plasma termica – la care energia electric a este utilizata pentru formarea jetului de plasma in prezenta unui gaz plasmagen (argon, he1iu, azot etc.) – poate realiza temperaturi ridicate. Pentru tehnologia de prelucrare a unor piese se poate lucra cu temperaturi de 5000 – 8000 °C, dar cu un consum ridicat de gaz plasmagen.

De mentionat ca intre anumite subgrupe sunt fenomene fizico-mecanice si fizicochimice asemanatoare, dar sunt si cateva particularitati care Ie deosebesc. Asa de exemplu, intre subgrupele de prelucrare prin electroscantei si e1ectroimpulsuri, sau intre subgrupele anodo-mecanica si elecrochimica-abraziva unele fenomene sunt aproape la fel.

De remarcat si faptul ca unele dintre aceste metode si procedee pot fi utilizate combinat, ca de exemplu: pre1ucrarea prin electroeroziune sau electrochimie care se poate realiza intr-un camp ultrasonor, in scopul cresterii productivitatii si micsorarea uzurii electrodului -scula.

Trebuie mentionate cercetarile efectuate in cadrul catedrei Tehnologia constructiei de masini din Institutul politehnic Bucuresti, privind prelucrarea prin electroeroziune in conditii criogenice, cand scula este adusa la temperaturi de – 30°C pana la – 150°C, fapt ce imbunatateste conductibilitatea electrodului-scula si conduce la cresterea productivitatii, reducerea uzurii electrodului-scula si la micsorarea consumului energetic.

De asemenea, temperatura plasmei poate fi ridicata la sute de milioane de grade cu ajutorul generatoarelor laser.

Rezulta ca utilizarea combinata a metodelor de prelucrare neconventionale conduce la cresteri pronuntate ale indicilor tehnico-economici.

In general, metode1e de prelucrare prin procedee neconventionale au urmatoarele caracretistici generale:

– posibilitatea copieriiformei electrodului-scula, simultan, pe cele trei coordonate ale semifabricatului (stante, matrite, cochile etc.), fapt ce pennite realizarea unei productivitati ridicate, in special pentru piese de forme complexe;

– fortele care apar in sistemul tehnologic sunt, in general, mici sau complet neglijabile; ca unnare, defonnatiile e1astice ale sistemului tehnologic sunt reduse, fapt ce se reflecta in cresterea preciziei de prelucrare;

– regimurile de prelucrare sunt practic independente de duritatea SI tenacitatea materialelor de prelucrat; exceptie fac numai unele prelucrari ale materialelor cu ultrasunete, cand, in general, se prelucreaza materiale cu duritati ridicate, nu materiale moi;

– procesul tehnologic de e1ectropre1ucrare este in general usor de automatizat si pennite, in acest caz, supravegherea simultana a mai multor masini de un singur operator.

Fenomenele fizico-mecanice si fizico-chimice care au loc pe suprafata de lucru conduc la transfonnari structurale, de agregare, mecanice etc. (tabelul 1.2), corespunzatoare pentru fiecare metoda.

Metodele de prelucrare prin procedee neconventionale pot fi simbolizate conventional asa cum este indicat in tabelul 1.2, dar in literatura de specialitate simbolurile utilizate in mod curent sunt unnatoarele: prelucrarea prin e1ectroeroziune (EDM), prelucrarea electrochimica (ECM), prelucrare cu laser (LBM), prelucrare cu fascicul de electroni (EBM), cu fascicul de ioni (IBM), cu ultrasunete(USM).

Tabelul1.2 Fenomene caracteristice metodelor de prelucrare prin eroziune

– 14-

Tabelul LB Aplicarea procedeelor neconventionale la prelucrarea diferitelor materiale

1 – foarte bun ; 2- bun;

3 – neindicat ; 4 – neaplicabil

– 15 –

Cu aceste metode si procedee pot fi prelucrate tot felul de materiale (tabelul 1.3), iar in functie de natura materialului, cat si de genul prelucrarii care trebuie realizata, se aplica un procedeu sau altul, in scopul realizarii preciziei dimensionale, de forma si rugozitate, in conditiile obtinerii unei eficiente economice cat mai ridicate.

In multe cazuri, electrotehnologiile sunt mai eficiente – datorita volumului mare de material care poate fi prelevat in unitatea de timp (tabelul 1.4) – in comparatie cu prelucrarea prin aschiere, unde are loc si un consum important de scule si energie.

La majoritatea acestor metode, consumul de scule si energie este redus sau nul, unele scule fiind cu durabilitate infinit de mare, asa cum este cazul prelucrarii prin electrochimic, cu flux de electroni sau ioni, cu laser etc.

Electrotehnologiile au patruns in toate ramurile industriale, unele avand 0 pondere mare, iar altele 0 pondere mai mica. Asa , de exemplu, pentru realizarea circuitelor integrale, ponderea mare 0 au tehnologiile cu fascicule de electroni, ioni si laser, cat si eroziunea chimica.

In constructiile aeronautice, de rachete, navete spatiale etc., peste 50-60 % din totalul pieselor sunt realizate prin tehnologii neconventionale, iar in constructia satelitilor artificiali si a aparatelor interplanetare peste 70 % din piese sunt prelucrate numai prin aceste tehnologii.

Ponderea electrotehnologiilor este diferita in diverse ramuri industriale (tabelul 1.5) in functie de diferitele prelucrari care trebuie realizate.

In constructia de masini, ponderea cea mai mare 0 au prelucrarile prin electroeroziune – in special in atelierele si sectiile de SDV -uri – deoarece acest procedeu este larg utilizat pentru executia si ascutirea diverselor tipuri de scule, pentru confectionarea stantelor si matritelor, care sunt executate din oteluri de buna calitate sau dincarburi metalice. De asemenea, sculele rupte (burghie, tarozi, alezoare etc.) sunt distruse sau scoase prin electroeroziune.

Cu rezultate deosebite sunt utilizate masinile de taiat cu fir prin electroeroziune cu comanda numerica dupa program (NC), care permit realizarea unor taieturi foarte complexe (placi si poansoane de stante) si precise. Simultan poate fi taiat atat poansonul cat si placa de taiere, asigurandu-se atat precizia si jocul dintre ele, cat si 0 rugozitate de 0,8-0,6 jllll.

1.4 Tendinte actuale de utilizare si dezvoltare a tehnologiilor neconventionale

– 16-

Rezultatele obtinute pe plan mondial atat in utilizarea tehnologiilor neconventionale, cat SI in realizarea utilajelor si echipamentelor necesare acestor tehnologii (care s-au perfectionat, simplificat si carora li s-a redus costul), a stimulat interesul industriei din toate tarile, pentru introducerea pe scara larga a electrotehnologiilor.

Ca urmare, tendintele care se manifesta pe plan mondial in acest domeniu, si in special in tarile dezvoltate industrial, sunt acelea de implimentare pe scara tot mai larga a tehnologiilor neconventionale, simultan cu 0 dezvoltare rapida a parcului de masini.

Ca exemplu, se poate mentiona Rusia, la care in anul 1978, parcul de masini SI instalatii de prelucrari neconventionale cuprindea un numar de 23 mii de bucati, dintre care ponderea cea mai mare de 75 % 0 reprezentau masinile de prelucrat prin electroeroziune.

Pe plan mondial, masinile si utilajele pentru prelucrari neconventionale reprezinta 2,5-10 % din totalul masinilor-unelte de prelucrat prin aschiere. Tendintele de dezvoltare pun

Tabelull.4 Disponibilitati cantitative si calitative orientative ale unor procedee de prelucrare prin as chi ere si prin electrotehnologii

Tabelull.5 Ponderea tehnologiilor neconventionale de prelucrare in diferite

– 17 –

ramuri industriale

* Cifra 1 a fost Iuata drept cifra index fata de care sunt date valorile din tabel

accentul pe perfectionarea si crearea de noi masini si utilaje, dotate cu un inalt grad de automatizare a procesului tehnologic. Aceasta va conduce atat la cresterea productivitatii, preciziei de forma dimensionala si rigurozitatii, la reducerea consumului de materiale S1 energie, cat si la folosirea unor noi surse de energie si materiale.

– 18 –

In concordanta cu aceasta dezvoltare pe plan mondial a electrotehnologiilor, in tara no astra ritmul inalt de dezvoltare a industriei, si in primul rand a industriei constructoare de masini, a facut posibila utilizarea pe 0 scara din ce in ce mai larga a acestor procedee de prelucrare.

Rezultatele cercetarilor efectuate de colectivele din institutele de cercetari si cele din invatamantul superior (I.C.T.C.M., I.F.A., Institutul Politehnic din Bucuresti, Timisoara, Iasi, Cluj-Napoca, Universitatile din Bucuresti, Galati, Craiova, u.s. din Sibiu, Suceava, Pitesti etc.) au permis punerea bazei unei fabricatii proprii de utilaje si instalatii destinate procedeelor neconventionale, cum sunt: instalatii de prelucrare prin electroeroziune (fig. 1.2) si electrochimie, laseri, instalatii de prelucrare eu fascicul de electroni si ioni, instalatii de prelucrare cu plasma, generatoare ultrasonice etc.

Acoperirea cu masini si utilaje de conceptie proprie va avea la baza probleme de tipizare-unificare, modularizare si specializare, care sa satisfaca cerintele unor tehnologii moderne si eficiente, in conditiile de fiabilitate ridicata in exploatarea acestor masini.

Fig. 1.2 Evolutia ponderii instalatiilor de prelucrare prin electroeroziune romanesti comparativ cu utilajele din import

– 19-

CAPITOLUL II

PRELUCRAREAELECTROCHIMICA

2.1 Generalitati

In ultimii ani procedee1e de prelucrare electrochimica a metalelor au luat amploare din ce in ce mai mare datorita faptului ca, in acest mod, se pot realiza piese de forme complicate, la dimensiuni si tolerante stranse, facand in ace1asi timp posibila prelucrarea economica a materialelor metalice, cu duritate si rezistenta mare la temperaturi inalte, ca de exemplu: otelurile refractare, otelurile de scule, carburile metalice, aliajele de aluminiu, etc.

Initial, procedeul a fost utilizat pentru netezirea (lustruirea) sculelor, electropolizare, marc area metalelor si pentru micsorarea diametrelor sarmelor sub limitele care pot fi obtinute cu ajutorul filierelor. Astazi, cu ajutorul acestei metode, se realizeaza: debitarea semifabricatelor, debavurarea, prelucrarea cavitatilor profilate, prelucrarea suprafetelor plane, strunjirea pieselor profilate (de tipul corpurilor de revolutie), frezarea, ascutirea sculelor, honuirea, netezirea profilului danturii rotilor dintate (corijarea), formarea, etc.

Duritatea materialului, precum si forma piesei, nu influenteaza practic viteza de pre1ucrare electrochimica. Grosimea peretilor ce se pot executa prin depunere (formare) electrolitica este de ordinul sutimilor de milimetru grosime care prin alt procedeu nu se poate realiza.

Pre1ucrarea electrochimica a metalelor a cunoscut 0 dezvoltare din ce in ce mal rapida, mai ales in tarile putemic dezvoltate industrial: S.u.A., Rusia, Franta, Germania, Japonia, etc.

Prelucrarea e1ectrochimica se bazeaza pe fenomenul de electroliza, ale carui legi, formulate inca din 1832 de Faraday au constituit suportul teoretic al cercetarilor de mai tarziu,

In principal, acest procedeu se caracterizeaza prin aceea ca, in cazul cufundarii a doi electrozi intr-o solutie electrolitica, datorita schimbului de sarcini e1ectrice ce se produce, are loc 0 separare a metalului la catod si 0 indepartare a metalului la anod (dizolvarea anodica).

– 20-

Pentru prima data, inanul 1924, Pirani si Schroter au aplicat proced~ul de dizolvare anodica la executarea unor gauri si bosaje in materiale foarte dure, insa, in perioada de inceput, aceasta metoda a fost utilizata . pe scara industriala mai ales pentru lustruirea suprafetelor metalice, metoda fundamentata teoretic de Jacquet in 1935 si folosita in mod identic si astazi la pregatirea epruvetelor pentru analize metalografice.

Prelucrarea electrochimica, ca metoda si procedeu de prelucrare dimensionala, a fost propusa pentru prima data in 1929 de catre V.N. Gusseff, care in inventia sa brevetata in Marea Britanie, enunta diferite particularitati ale procedeului, aproape identice cu procesul in etapa lui actual a de dezvoltare,

Cu toate avantajele evidente ale acestui procedeu, a fost nevoie de aproape 20 de ani ca dezvoltarea tehnica sa-l impuna ca metoda de prelucrare si sa-i asigure -in multe cazuriprioritatea in raport cu procedeele clasice.

Instalatia pentru prelevare electrochimica de material metalic a fost descrisa pentru prima data in 1946, iar aplicarea metodelor electrochimice de prelucrare la scara industriala a inceput in S.u.A. in 1950, sub forma de rectificare electrochimica abraziva.

Inlaturarea pur electrochimica a metalului se realizeaza, insa, cu 6 – 8 ani mai tarziu si aceasta in domeniul prelucrarii orificiilor in materiale dure si al profilarii paletelor de turbine.

Incepand cu anii 1960 – 1962, procedeul capata 0 tat mai larga raspandire in tari ca:

Franta, Germania, Japonia, Romania, etc., evolutia fiind dirijata sp~e ambele directii de dezvoltare: echipamente si tehnologie.

In prezent, procedeul de prelucrare electrochimica este folosit la realizarea gaurilor simple si profilate in materiale dure si extradure, cavitatilor complexe de matrite, corpurilor de revolutie etc. De astfel, instalatiile produse de firme ca: Anocut (S.u.A.), Charmiles (Elvetia), Hitachi (Japonia) se caracterizeaza prin performante tehnice de eel mai inalt nivel, ca urmare a introducerii comenzii numerice dupa program pentru piese cu caracteristici tehnice ridicate, profile complexe etc.

Aplicarea acestei metode, in afara faptului ca nu este conditionata de duritatea materialului si nici de forma profilului ce se prelucreaza, prezinta comparativ atat cu metodele clasice, cat si cu alte metode neconventionale, si marele avantaj de a nu consuma scule, aceasta realitate confirmand afirmatia ca .Ia prelucrarea electrochimica durabilitatea sculelor este practic infinita".

– 21 –

De astfe1, avand in vedere acest avantaj predominant al prelucrarii electrochimice, in tarile dezvoltate industrial se observa tendinta unei continue extinderi a acestui procedeu, chiar la cele mai obisnuitepiese din aliaje dure.

Aceasta tendinta este justificata pentru ca, prin compararea performantelor realizate prin pre1ucrari electrochimice, clasice si e1ectropozitive, desi acestea din urma sunt inca preponderent utilizate la pre1ucrarea metalelor dure (tabelul 2.1), rezulta ca prelucrarea electrochimica da rezultate calitativ superioare'in conditiile unei eficiente economice ridicate.

Tabelul2.1 Elemente comparative ale prelucrarii electrochimice, electrocorozive si clasice

Comparativ cu procedee1e de prelucrare clasice, suprafetele realizate prin pre1ucrarea electrochimica au 0 rezistenta mai buna la uzura, frecare si coroziune decat suprafetele obtinute in urma unor pre1ucrari prin aschiere. Acest efect favorabil se obtine insa numai in cazul alegerii corespunzatoare a elementelor sistemului scula-piesa-electrolit – regimuri de lucru, in caz contrar putand avea loc 0 dizolvare neuniforma a metalelor sau aliajelor, ceea ce poate duce la 0 decapare se1ectiva sau coroziune intercristalina. Defectele unor suprafete de acest gen influenteaza in mod hotarator proprietatile mecanice. Astfel, 0 corozrune intercristalina, cu adancimea de 0,01 mm, micsoreaza rezistenta la oboseala a pieselor respective cu circa 15 %.

Datorita aparitiei fenomenului de "rotunjire" a muchiilor ascutite, pre1ucrarea electrochimica poate inlocui cu succes pre1ucrarile clasice, in cazul inlaturarii bavurilor de la piesele tum ate, sau suprafetelor prelucrate prin aschiere ca: roti dintate, gauri infundate sau strapunse profilate, suprafete interioare complexe prevazute cu raze de racordare etc.

– 22-

De astfel, si honuirea electrochimica abraziva se foloseste tot mai des in locul honuirii c1asice si aceasta datorita faptului ca prin honuirea electrochimica abraziva durabilitatea sculelor creste de 3 – 4 ori.

Trebuie aratat, insa, ca si folosirea prelucrarii electochimice prezinta limite si aceasta datorita faptului ca instalatiile respective sunt foarte scumpe, iar multitudinea parametrilor electro-tehnologici existenti si stransa corelatie dintre acestia fac ca algoritmizarea procesului sa fie destul de dificila, impunandu-se de regula corectii experimentale atat in ceea ce priveste alegerea regimurilor de prelucrare, tinandu-se seama de curgerea electrolitului.

De remarcat ca folosirea procedeului electrochimic a permis realizarea unei precizii ridicate (de ordinul a 0.001 mm) prin asistarea prelucrarii electrochimice cu comanda numenca.

Prin rectificarea electrochimica a pieselor din aliaje dure se imbunatateste simtitor

calitatea suprafetelor, obtinandu-se rugozitati R, de 0,01 0,5 !-lID, dar cu luciu metalic

redus.

2.2 Fenomene fizico-chimice si fizico-mecanice la prelucrarea electrochimica

La prelucrarea electrochimica a materialelor, in spatiul de lucru (interstitiu) existent intre electrodul-scula si electrodul-piesa au loc 0 serie de fenomene fizico-chimice si fizicomecanice datorate trecerii curentului electric intre cei doi electrozi, prin intermediul electrolitului.

Principiul dizolvarii electrochimice a materialelor metalice (in cazul utilizarii unor solutii de saruri ca electroliti) se bazeaza pe combinatia ionilor metalici pozitivi ai anodului (piesei) cu ionii negativi ai oxidantului din apa.

Compusul metalic este un hidroxid, care se depune ca reziduu in electro lit, in timp ce la catod (scula) sunt dirijati ionii liberi de hidrogen, care se degaja sub forma de gaz.

Sarea dizolvata in apa favorizeaza schimbarea sarcinii electrice intre anod si catod si participa astfella reactia chimica.

Circuitul intre anod si catod se inchide prin electro lit datorita fortei electromotoare a sursei. Transportul sarcinilor se face de catre ionii moleculelor disociate ale solutiei de electrolit, care, sub influenta campului electric, se deplaseaza spre electrozii incarcati cu sarcini de semne contrare.

– 23 –

Ionii transportati decamp, in contact cu electrozii, pierd sarcinile lor electrice (primind sau cedand electroni) si tree in atomi liberi, iar ionii de hidrogen se descarca la catod si apoi sunt eliminati din solutie.

Atomii metalului legat la anod cedeaza incarcatura electrica corespunzatoare valentei si se dizolva ca ioni in solutia de electro lit.

Toate reactiile electrochimice au loc in stratul superficial, la limita de separatie dintre metal si solutia de electro lit.

Astfel, in figura 2.1, este reprezentat schematic un proces de dizolvare anodica a aliajelor pe baza de fier, avand ca electrolit 0 solutie de elorura de sodiu (NaCl + H20).

Sub actiunea curentului continuu, elorura de sodiu (NaCI) din solutie se disociaza in amom de elor (Cl) si cationi de sodiu (Na+). Anionii de elor reactioneaza cu fierul si formeaza un compus intermediar:

Fe + 2 CI = FeCh

Fig. 2.1 Procesul dizolvarii anodice

(2.1)

La catod, cationii de sodiu reactioneaza cu apa si dau hidratul de sodiu, eliberand hodrogenul:

(2.2)

– 24-

Clorura de fier (FeCb) reactioneaza la randul ei cu hiclratulde sodiu (NaOH), obtinandu-se, prin aceasta reactie, regenerarea clorurii de sodiu (NaCl) si un hidrat de fier de forma Fe(OH)z:

FeCb + 2NaOH = 2NaCI + Fe(OH)2

(2.3)

o parte din Fe(OH)2 reactioneaza in continuare cu apa SI oxigenul din mediul inconjurator dand Fe(OH)3:

(2.4)

Hidratii care se degaja la catod, in cazul prelucrarii in bai deschise, se imprastie in atmosfeta si, 0 data cu ei, saruri (noxe), motiv pentru care baile trebuie construite inchis si prevazute cu aerisire fortata.

Productivitatea prelucrarii electrochimice se defineste ca fiind cantitatea de material dizolvata chimic sub actiunea curentului electric in unitatea de timp.

Legile cantitative ale electrolizei, care stau la baza prelucrarii electrochimice, au fost descoperite de Faraday.

a) Prima lege. Pentru once proces care se desfasoara la electrod, cantitatea de substanta expusa la transformarea in procesul respectiv este direct proportionala cu valoarea curentului si durata sa de circulatie, adica masa unei sub stante depuse la un electrod in timpul electrolizei este proportionala cu cantitatea de electricitate trecuta prin electro lit.

Cantitatea de substanta pusa in libertate prin trecerea unui coulomb de electricitate se numeste echivalentul electrochimic al substantei respective.

Daca se noteaza cu K [miligrame/coulomb], echivalentul electrochimic al unet sub stante, cu I [amperi], intensitatea curentului, cu t [secunde], timpul de trecere al curentului si cu m [grame], cantitatea de substanta pusa in libertate prin electroliza, atunci prima lege a lui Faraday – in cazul prelucrarii electrochimice – se poate exprima cu relatia:

m = 1JK!t [g],

– 25 –

(2.5)

unde: 1'] reprezinta randamentul de curent (raportul intre cantitatea de !llaterial efectiv dizolvata si cea teoretic dizolvata) [%].

b) A dona lege. La trecerea aceleasi cantitati de electricitate prin solutii de diferiti electroliti, cantitatile fiecareia din substantele expuse la transformari sunt proportionale cu echivalentii lor chimici.

Cu alte cuvinte, raportul dintre echivalentul electrochimic K si echivalentul chimic M al unei sub stante este 0 constanta, aceeasi pentru toate substantele. Determinarile au aratat ca valoarea acestei constante este 0,01036, adica:

KIM = 0,01036 sauK = 0,01036 Ag/v [g/Ah]

(2.6)

unde: Ag este greutatea atomica a argintului [g], v – valenta atomului din combinatia moleculara, Ag/v – echivalentul chimic al substantei [g/ Ah].

Aceste legi stau la baza acoperirilor galvanice, lustruirii si prelucrarii electrochimice, dimensionale.

La lustruirea electrochimica fenomenul de dizolvare anodica este explicat in felul urmator: pe intreaga suprafata cu asperitati a piesei se formeaza, din produsele dizolvate, 0 pelicula vasco as a, a carei grosime este mai mica in regiunea varfurilor, ceea ce inseamna ca si rezistenta opusa trecerii curentului electric este mica in aceasta regiune, ca urmare, aici va incepe mai intai dizolvarea particulelor de metal (deoarece densitatea de curent este maxima) mergand treptat spre fundul asperitatilor, pana cand va fi atacata intreaga suprafata. In consecinta, rezulta si existenta unui timp critic cand trebuie oprita prelucrarea.

Pentru a avea 0 productivitate mai ridicata, in productie se folosesc densitati de curent, la care, paralel cu dizolvarea metalului, se produce si descarcarea ionilor hidroxizi sau a anionilor care contin oxigen (S02-2, P04-3 etc.) cu emanarea oxigenului sub forma de gaze. In acest caz, desi se mareste productivitatea, randamentul folosirii energiei electrice scade simtitor. Daca se mareste densitatea curentului cu mult peste valoarea optima, se observa 0 emanare putemica de gaze, 0 supraincalzire, se intensifica atacarea suprafetei metalului, creste consumul de energie electric a, scazand in acelasi timp randamentul folosirii acestuia.

Cand se ajunge la densitati mari de curent, se observa polarizarea putemica anodica cu marirea simultana a rezistentei de lustruire electroliotica. Aceasta se datoreste formarii pe

– 26-

suprafata anodului a unei pelicule cu conductivitate electric a mica. La lustruire, densitatile de curent utilizate sunt de 0,2 pana la 0,5 A/cm2• Dupa aceasta valoare se observa aparitia gazelor, urmata de fenomenele prezentate anterior, iar calitatea suprafetelor obtinute este inferioara. Pentru a nu se produce fenomenul de polarizare anodica, trebuie agitat electrolitul in baie sau trimis sub forma de jet, inlaturandu-se in felul acesta pelicula cu electroconductivitate mica si permitandu-se in acelasi timp folosirea unor densitati mai mari de curent.

Prelucrarea electrochimica dimensionala se deosebeste de lustruirea electrochimica si prin intensitatea procesului .si prin scopul sau. Daca la lustruirea electrochimica scopul era realizarea unei rugozitati corespunzatoare pe suprafata piesei, la prelucrarea electrochimica dimensional a se pune problema reproducerii formarii si dimensiunilor sculei pe piesa de prelucrat.

Desi, in general, la ora actuala se considera ca prelucrarea electrochimica respecta legile electrolizei, totusi numerosi cercetatori demonstreaza aparitia unor anomalii in timpul prelucrarii, anomalii care fac ca toate exprimarile matematice ale acestui fenomen sa necesite corectii experimentale.

Astfel, savantul Wien demonstreaza faptul ca, de la 0 anumita marime a intensitatii campului electric, rezistenta electrica a sistemului anod – electro lit – catod incepe sa scada menaifiind respectata lege a lui Ohm. Acest fenomen nu a fost elucidat de nici unul din cercetatori, considerandu-se ca "efectul Wi en" este rezultatul unor fenomene secundare.

Un alt aspect neelucidat al prelucrarii electrochimice este eel privitor la locul de formare a stratului electric de transfer. Experientele facute de Gubkin, prin asezarea la 0 distanta oarecare a catodului fata de suprafata electrolitului (solutie apoasa de azotat de argint), au demonstrat ca, la anumite valori ale intensitatii campului electric, pe suprafata electrolitului apare 0 pelicula fina de argint metalic.

Se remarca astfel ca, in acest caz, circuitul electric se transforma in legatura in serie a sistemului bifazat solid-lichid in sistem trifazat solid-gaz-lichid.

Pomind de la aceste observatii, experimentarile facute de Lazarenko, prin marirea tensiunii treptat de la 0 la 3000 V, au evidentiat trei etape distincte de desfasurare a procesului de dizolvare anodica, etape care prezinta caracteristicile din tabelul 2.2 si care se transforma una in alta.

– 27 –

Tabelul2.2 Etapele procesului de dizolvare anodica

Lazarenko da acestor fenomene urmatoarea explicatie: la aplicarea tensiunii la electrozi, ionii aflati intre electrozi incep sa se deplaseze, fiind singurii purtatori de sarcina, astfel indit tot ce se intampla in spatiul dintre electrozi este redat integral de legile electrochimiei c1asice.

Cresterea in continuare a tensiunii la electrozi duce la aparitia unui proces foarte complex, datorat maririi numarului de ioni, carora trebuie sa li se cedeze sarcina, fapt ce duce la micsorarea conductantei stratului electric dublu si ruperea circuitului electric. In acest interval de timp, microcondensatorul (stratul electric de transfer) are rigiditatea dielectric a

maxima.

– 28 –

In etapa urmatoare,are loc in mod obligatoriu strapungerea ele~trica a acestui condensator, aparand descarcarea electrica prin scantei. Prin urtnare, una din armaturile condensatorului (electrodul electrolit) este obligata sa se puna in miscare si sa inceapa sa se apropie de cealalta armatura, sporind astfel intensitatea campului electric pana la 0 marime la care se produce strapungerea electric a a microcondensatorului. Locul strapungerii nu poate fi constant, astfel inc at descarcarea electric a prin scantei "oscileaza" pe suprafata electrodului metalic, aruncand de fiecare data in masa electrolitului un pachet de electroni care impinge departe electrolitul de la suprafata electrodului.

Astfel, starea sistemului se caracterizeaza prin aceea ca lucreaza in regim de salturi, transformandu-se de fiecare data in momentul aparitiei descarcarii electrice prin scantei dintr-un sistem bifazic intr-un sistem complex monofazic solid-plasma-gaz-lichid. Impulsurile electrice formate se caracterizeaza prin durata mai mica de 1 us.

Plasma aparuta in electro lit, socul rapid al pachetului de electroni si patrunderea lui in mas a electrolitului, regimul de lucru in salturi a intregului sistem in decurs de 0 secunda (isi schimba de mai multe ori stare a de faza) reclama 0 corectie substantiala sau fac, in general, imposibila utilizarea majoritatii legilor de electrochimie clasica pentru descrierea proceselor in cauza.

Este evident ca pentru aparitia impulsului electric urmator este necesara 0 pauza, in timpul careia sistemul acumuleaza din nou energie. La marirea intensitatii curentului de alimentare, ramane tot mai putin timp pentru refacerea rigiditatii dielectrice a sistemului si, ca urmare, are loc 0 crestere a fregventei descarcarilor, in jurul electrodului metalic aparand un nou pulsator de particole incarcate, care constituie plasma electrica.

In etapa urmatoare, procesul incepe sa se stabilizeze, incepand ultima faza de desfasurare – descarcarea electrica in arc.

Sintetizand rezultatele experimentarilor efectuate, rezulta urmatoarele:

– Trecerea curentului electric prin electro lit este un proces ionic numai pentru cazurile particulare, cand densitatea de curent utilizata nu depaseste 0 anumita marime critica ;

– In general, trecerea curentului electric prin electro lit are loc in trei etape de sine

statatoare si separate cu precizie:

procese ionice pentru care este valabila legea lui Ohm;

descarcari electrice prin scantei;

descarcari electrice in arc.

– 29-

– Prima dintre etapele mentionate este redata integral de legile electrochimiei, iar pentru redarea matematica a celorlalte doua etape se impune folosirea legilor din fizica descarcarilor e1ectrice in gaze;

– La paritia descarcarilor electrice in electroliti, unul dintre electrozi 11 constituie insasi electrolitul;

– Simultan cu variatia etapelor procesului de trecere a curentului electric pnn electro lit, variaza reversibil starea de faza a sistemului care trece din sistem bifazic solidlichid (etapa intai) in sistem polifazic solid-plasma-gaz-lichid (etapele celelalte).

Toate aceste fenomene.au loc in intervale de timp foarte mici, de ordinullO-4-10-6 us. De mentionat ca, simultan cu fenomenele prezentate, in intestitiul de lucru au loc si 0 sene de fenomene fizico-mecanice (curgerea electrolitului pentru depasivizarea hidrodinamica, cavitatie etc.).

2.3 Electroliti utilizati la prelucrarea electro chi mica

In procesul de prelucrare electrochimica, electrolitul stabilit, functie de compozitia materialului are trei functii principale: asigura inchiderea circuitului electric intre electroziiscula si piesa (transportul curentului); inlatura caldura produsa in timpul procesului de lucru.

Orice electro lit folosit la prelucrarea electrochimica trebuie sa indeplineasca urmatoarele calitati: sa aiba 0 foarte buna conductibilitate electrica; toxicitate redusa; coroznme minima; stabilitate chimica si electrochimica; sa prezinte efecte de pasivizare reduse.

In timpul procesului de e1ectroliza, pe suprafata piesei se formeaza 0 pelicula pasivizatoare care perturba buna desfaturare a acestuia si care se impune a fi indepartata. Aceasta depasivizare -la prelucrarea electrochimica – se face prin intermediul electrolitului, in doua moduri:

– depasivizare natural a – cand produsele de erodare se indeparteaza cu ajutorul fortelor rezultate din degajarile de gaze de reactie, sau sunt dizolvate in e1ectrolit;

– depasivizare hidrodinamica – cand produsele de erodare sunt indepartate datorita curgerii fortate (sub presiune) a electrolitului in zona de lucru.

– 30-

Cercetarile efectuate pana in prezent, privind prelucrarea electrochimica a materialelor metalice, au scos in evidenta, de asemenea, rolul deosebit pe care 11 au natura si concentratia electrolitului atat asupra productivitatii prelucrarii, cat si asupra preciziei dimensionale, de forma si rugozitatii realizate.

In general, se pot folosi orice tipuri de electroliti: acizi, bazici, neutri, alegerea lor facandu-se in functie de materialul prelucrat.

Electrolitii care pot fi folositi sunt prezentati in tabelu12.3, unde sunt puse in evidenta atat domeniile de utilizare, cat si avantajele si dezavantajele lor.

Toti acesti electroliti sunt de doua feluri: de depunere si care nu produc reziduuri. Electrolitii de depunere favorizeaza formarea unui produs de reactie insolubil (reziduurile) in electrolit. Cel mai utilizat electrolit este solutia apoasa de clorura de sodiu (NaCl), deoarece conductibilitatea acestui electrolit variaza putin cu modificarea pH-ului solutiei de la ° -13.

Electrolitii pe baza de clorura de sodiu au insa 0 serie de dezavantaje; sunt foarte corozivi si produc cantitati mari de reziduuri, aproximativ 0,4 – 0,6 cnr' de impuritati pentru 1 cm3 de metal dizolvat. Spre exemplu, 0 solutie cu concentratia de 0,2 kg/l din NaCI devine deosebit de vascoasa dupa ce continutul de impuritati depaseste 2,3 %. In mod normal, electrolitul nu trebuie sa depaseasca 2 % impuritati.

Tabelul2.3 Tipuri de electroliti utilizati la prelucrarea electrochimica

– 31 –

o serie de materiale cum sunt: earbura de tungsten si titanul pur nu se pot pre1uera eu eleetroliti pe baza de NaCl. De asemenea, la preluerarea aliajelor eu eontinut ridieat de silieiu si a aluminiului, eu aeest tip de eleetroliti se obtin suprafete rugoase.

Pentru obtinerea suprafetelor eu 0 rugozitate foarte buna, se folosese eleetroliti pe baza de NaN03 sau eombinatii ale NaN03 cu NaCI, insa trebuie remarcat faptul ca electrolitul de baza de NaN03 este scump si favorizeaza fenomenul de-pasivizare.

Electrolitii care nu produc reziduuri sunt pe baza de acizi putemici sau sunt alcalini si retin in solutie metalul dizolvat, in acest fe1 nemaiproducandu-se reziduuri.

Un exemplu de asemenea electrolit este hidroxidul de sodiu, care este indicat sa se utilizeze la prelucrarea tungstenului si a aliajelor din molibden. Filtrarea acestor electroliti nu constituie 0 problema, dar controlul chimic este deosebit de dificil, deoarece electrolitul isi schimba proprietatile mai rapid decat compozitia. In plus, un continut ridieat de metal dizolvat favorizeaza tendinta de depunere a metalului din solutie pe scula.

Un rol important in realizarea unei productivitati cat mai ridicate la prelucrarea electrochimica il are concentratia electrolitului.

– 32 –

2.4 Influenta factorilor electrotehnologici asupra parametrilor prelucrarii electrochimice

Dizolvarea anodica este influentata direct – cantitativ si calitativ – de 0 serie de factori electrotehnologici, caracteristicile electrolitilor, natura materialului sculei si piesei etc., factori care trebuie sa fie bine cunoscuti si dirijati pentru a se putea obtine 0 productivitate si precizie de prelucrare corespunzatoare.

Pe baza legii lui Faraday, se poate determina cantitatea de material indepartat in timpul procesului de dizolvare anodica, comform relatiei:

m = 1")(l/F) (Aln) It [kg],

unde: m este mas a de material indepartat [kg]; 1") – randamentul de curent [%]; F – constanta lui Faraday (F = 96500 C) ; A – masa moleculara a materialului indepartat [kg] ; n – valenta atomului din combinatia moleculara; 1- intensitatea curentului de prelucrare [A] ; t – timpul de trecere a curentului [s].

Datorita faptului ca la prelucrarea electrochimica intereseaza in mod deosebit volumul de material pre1evat, mas a de material indepartat in unitatea de timp se poate calcula cu expresia:

m=Vpp

unde: pp este densitatea materialului pre1ucrat [kg/m3]; V – volumul de material indepartat [m3].

In aceste conditii, se poate determina volumul de material indepartat cu relatia:

Unde expresia KI pp reprezinta volumul specific de material dizolvat (marime caracteristica fiecarui metal) si care se determina cu relatia:

– 33 –

Vsp = (1/ pp ) (lIF) (Aln) = KI pp

[mm3/Amin]

In cazul aliajelor, volumul specific de metal dizolvat se determina cu relatia:

Vspa= Vspi

unde: Pi reprezinta procentul de greutate al elementului i din greutatea aliajului, iar Vspi – volumul specific de metal dizolvat corespunzator elementului i din aliaj .

.

De exemplu, in cazul dizolvarii anodice a carburilor metalice, corespunzatoare grupei

de utilizare G, volumele specifice de metal dizolvat, determinate cu aceste relatii, sunt prezentate in tabeluI2.4, iar pentru alte tipuri de metale in tabeluI2.5.

Tabelul2.4 Valorile volumului specific de material dizolvat

Tabelul2.5 Valorile volumului specific de material dizolvat pentru diferite metale

– 34-

Procesul de dizolvare anodica este influentat direct de caderile de tensiune ce au loc in zona de lucru si, conform legii lui Ohm (aplicabila si conductoarelor ionice), se poate

scne:

unde: VE este caderea de tensiune in interstitiul de lucru [V]; R – rezistenta electrolitului in interstitiul de lucru [0]; p – rezistivitatea [0 mmvm]; x – distanta dintre electrozi (interstitiul de lucru) [mm]; S- aria sectiunii transversale a conductorului (aria suprafetei active a catodului) [mm2].

Micsorarea valorii lui p depinde de compozitia chimica a electrolitului, de concentratia si temperatura acestuia si de mobilitatea ionilor in solutie. Realizarea celor mai mici distante posibile intre electrozi (pana la 0,05 mm) este recomandabila nu numai pentru marirea productivitatii, dar si pentru asigurarea unei precizii ridicate. Aceste doua valori trebuie sa fie reduse pana la limita la care se asigura precizia si calitatea suprafetelor prelucrate, precum si stabilitatea procesului.

35

Deosebit de important este cunoasterea caderilor de tensiune in interstitiul de lucru, pentru a caror studiere se poate face 0 similitudine intre stratul pasiv si 0 dioda semiconductoare a unui comutator de blocare (fig. 2.2), unde : UE este caderea de tensiune in solutia de electrolit; UGAZA, UGAZK – caderile de tensiune datorate formarii gazelor la anod (catod); UA, UK – caderile de tensiune in stratul limita dintre solutia de electrolit si anod (catod); Up – caderea de tensiune in stratul pasivizat (tensiunea de pasivizare).

Fig. 2.2 Caderea de tensiune in interstitiul de lucru

Tensiunea de pasivizare, Up se datoreaza fenomenului de electroliza care determina, la interfata anod – electro lit, 0 cadere de tensiune egala cu diferenta de potentiale normale a materialului din care este confectionata piesa si a solutiei de electro lit.

Starea de pasivizare se manifesta la unele metale prin stagnarea trecerii din metal in solutie a atomilor de metal, datorita acoperirii suprafetei acesteia cu un film de oxid sau de oxigen adsorb it. Pasivizarea reprezinta 0 diminuare a dizolvarii si, pentru evitarea acesteia, se lucreaza in zona transpasiva de potentiale si curenti, zona in care tensiunea ia valori mai mari dedit potentialul (tensiunea) critic (Flade), iar densitatea de curent este foarte mare (fig. 2.3).

– 36-

Fig. 2.3 Variatia tensiunii cu densitatea de curent

De mentionat ca, la dizolvarea anodica, se manifesta doua tipuri de pasivizare si anume: pasivizarea electrochimica, care apare in urma unei polarizari anodice a metalului, ca urmare a trecerii unui curent electric, si pasivizarea chimica, care apare atunci cand metalul este adus in contact cu un mediu puternic oxidant. Cand pe anod se formeaza un film protector relativ gros si vizibil, se defineste si un al treilea tip de pasivizare numita mecanica.

Caderea de tensiune Up reprezinta tensiunea utila, care determina efectiv procesul de dizolvare anodica.

2.5 Materiale si tehnologia sculelor utilizate la prelucrarea electrochimica

La acest procedeu de prelucrare se folosesc scule si dispozitive specifice de lucru.

Astfel, la confectionarea e1ectrozilor-scula, este necesar sa se rezolve preblemele legate de utilizarea unor materiale corespunzatoare, precum si cele care conditioneaza fixarea in camera de compresiune, conectarea la sursa de alimentare cu curent continuu, curgerea e1ectrolitului in interiorul interstitiului de lucru, izolarea partilor laterale pentru evitarea unor modificari care sa necesite pre1ucrari suplimentare (in cazul cand aceste modificari sunt necorespunzatoare profilul trebuie obtinut).

In general, sculele pentru pre1ucrarea electrochimica, se executa din materiale bune conducatoare de electricitate si anticorozive, carora nu li se impun conditii de duritate sau

-37-

proprietati mecanice speciale, deoarece, asa cum s-a aratat, indepartarea de material din piesa nu se face prin efort mecanic, ci prin dizolvare chimica. De astfek Ia acest tip de pre1ucrare, scula si piesa nu intra in contact, intre le ramanand in permanenta un spatiu de lucru prin care circula e1ectrolitul.

Cele mai utilizate materiale pentru confectionarea sculelor de prelucrare electrochimica sunt: cuprul electro li tic, grafitul, alama, aluminiul, otelul, precum Sl combinatii de forma cupru-grafit.

Principalele caracteristici ale catorva dintre aceste materiale utilizate la realizarea electrozilor-scula sunt prezentate in tabelul 2.6.

Tabelul2.6 Principalele caracteristici ale materialelor utilizate la confectionarea electrozilor-scula

Trebuie aratat ca 0 importanta deosebita trebuie acordata cuplului de materiale sculapiesa, care intervin in prelucrare, deoarece se constata ca ace1asi material al piesei se comporta diferit atat din punct de vedere al productivitatii, cat si al preciziei dimensionale si rugozitatii realizate – in functie de materialul din care este confectionat electrodul-scula.

De exemplu, analizandu-se comparativ prelucrarea carburii metalice de tip G 20 cu electrozi -scula din cupru si otel – in conditiile pastrarii constante a tuturor celorlalti parametri electro-tehnologici corespunzatori unei operatii de degrosare, din diagramele prezentate in fig. 2.4 si fig. 2.5 – rezultaca atat precizia dimensionala de pre1ucrare (exprimata prin marimile interstitiului de lucru), cat si rugozitatea realizata au valori cu circa 5 – 15 % mai mari in cazul utilizarii electrozilor-scula confectionati din otel (OLC 45), fata de cazul utilizarii e1ectrozilor-scula din cupru.

– 38 –

Fig. 2.4 Variatia preciziei de lucru cu intensitatea curentului

Fig. 2.5 Variatia rugozitatii cu intensitatea curentului

In ceea ce priveste procedeele tehnologice de realizare a electrozilor-scula pentru prelucrarea electrochimica, acestea se stabilesc in aceleasi conditii si conform acelorasi criterii ca si la prelucrarea prim electroeroziune, tinandu-se seama ca precizia de executie a electrozilor-scula determina nemijlocit precizia de realizare a suprafetei respective.

Ca urmare prelucrarea electrozilor-scula se poate face prin oricare din procedeele clasice de aschiere: strunjire, frezare, gaurire, rabotare, rectificare, pre cum si prin matritare la cald sau la rece, tumare, formare prin depunere electrochimica etc. De asemenea, pentru obtinerea unor rugozitati bune ale suprafetelor prelucrate, de multe ori se impune lustruirea partilor active ale electrodului-scula, operatie care de regula se executa manual.

Totodata, in vederea economisirii de materiale scumpe, mai ales in cazul electrozilor masivi si de gabarit mare, acestia se pot confectiona la forma dorita dintr-un material fara proprietati deosebite si apoi configuratia de atac sa fie acoperita cu materialul de prelucrare prin depunere electrolitica sau pulverizare.

In cazul unor profile foarte complexe, electrozii-scula se pot prelucra pe segmente simple, care apoi, prin asamblare in casete speciale, sa permita obtinerea configuratiei necesare.

Functie de cazurile concrete de prelucrare, electrozii-scula se pot izola in anumite zone (lustruirea, debavurarea etc.).

Trebuie mentionat totusi ca – spre deosebire de prelucrarea electroeroziva, unde uzura electrodului-scula impune confectionarea cate unui electrod pentru fiecare pies a – la

– 39-

prelucrarea electrochimica – datorita fenomenului de dizolvare anodica directionata spre piesa – nu apare nici 0 uzura a sculei, durabilitatea acesteia fiind considerata practic intinita.

Se remarca totodata ca, la ora actuala, pe plan mondial, se desfatoara cercetari privind prelucrarea electrochimica cuschimbarea periodica (dirijata) a polaritatii prelucrarii, ceea ce conduce la aparitia inerenta a fenomenului de uzare a electrodului-scula, dar, totodata, si la cresterea preciziei de prelucrare dimensionala.

2.6 Calculul si constructia electrozilor-scula

Calculul SI constructia electrozilor-scula utilizati la prelucrarea electrochimica impune determinarea teoretica a formulei geometrice a acestora in functie de profilul care trebuie realizat, cat si de conditiile de prelucrare, cu anumite corecturi experimentale.

Stabilirea analitica a formulei geometrice asigura – eel putin teoretic – determinarea profilului ideal, deoarece in practica sunt necesare numeroase corectii determinate de prezenta SI variabilitatea unei multitudini de factori dependenti de parametrii electrotehnologici, cinematici si hidrodinamici.

Trebuie atatat, totusi, ca utilizarea metodelor teoretice de calcul a dimensiunilor electrozilor-scula sunt necesare pentru obtinerea – intr-o prima aproximatie – a dimensiunilor finale ale electrodului-scula. Din aceasta cauza, la confectionarea electrozilor-scula, este necesara rezolvarea unor multiple probleme legate de utilizarea unor materiale corespunzatoare, fixarea in camera de compresiune, conectarea la sursa de alimentare cu curent continuu, circulatia electrolitului in interiorul interstitiului de lucru, izolarea unor zone etc., in scopul reducerii modificarilor care sa necesite prelucrari suplimentare.

De exemplu, in cazul gauririi electrochimice, 0 influenta deosebita asupra preciziei de prelucrare, cat si asupra productivitatii prelucrarii, 0 are forma constructiva a zonei de atac a electrodului-scula, caracterizata prin urmatorii parametri constructivi (fig. 2.6 a …. f): f – marimea fatetei de atac; r k – marimea razei de racordare intre fateta de atac si suprafata frontala a sculei; a kl – marimea unghiului format intre suprafata laterala a fatetei si suprafata frontala; a k2 – marimea unghiului format intre suprafata interioara si cea laterala a fatetei de atac.

– 40-

Fig. 2.6 Electrozi-scula

Stabilirea variantei constructive optime a zonei de atac, dintre cele prezentate in fig. 2.6, se poate face atat analitic, cat si experimental pentru diverse tipodimensiuni de gauri prelucrate electrochimic. De asemenea, 0 influent a deosebita asupra preciziei de prelucrare 0 are forma si dimensiunile stratului izolator fixat pe exteriorul sculei pentru a evita dizolvarile suplimentare, care due atat la pierderea preciziei de prelucrare, cat si la un consum suplimentar de energie electrica. Astfel, in cazul prelucrarii gaurilor – in special a celor profilate – stratul izolator exterior poate avea forma circulara (fig. 2.7) – varianta 1, fie forma de acelasi profil cu eel al zonei de atac a electrodului-scula, corespunzator formei care trebuie realizata (fig. 2.7) – varianta 2.

Fig. 2.7 Electrozi -scula pentru prelucrarea gaurilor

– 41 –

Ca unnare, este indicat sa se stabileasca teoretic si experimental – in functie de profilul gaurii ce trebuie realizata – forma. constructiva si dimensiunile stratului izolator, in functie de parametrii constructivi ai electrodului-scula.

Cunoasterea acestor date este deosebit de importanta pentru proiectarea si constructia sculelor, deoarece influenteaza direct asupra modului de curgere a electrolitului in zona de lucru, fiind legate direct de marimea distantei, constante sau variabile, x., care trebuie parcursa de electro lit de la iesirea din interiorul catodului pana la iesirea din zona de lucru.

Studierea teoretica si cunoasterea formei stratului izolator se impune, in special, la operatiile de finisare a gaurilor cu profil de revolutie (tronconic sau paraboidal), caz care necesita realizarea strict a a unei densitati uniforme de curent pe intreaga suprafata activa a sculei. In astfel de situatii, trebuie ca pe electrodul-scula, rotativ, de profil conjugat cu eel al piesei care se obtine, sa se aplice 0 portiune de material izolant (lac, dentracryl, rasina etc.).

Determinarea analitica a formei suprafetei izolate se poate face considerand doua suprafete elementare (care au 0 zona izolata), cu conditia ca portiunile neizolate sa aiba aceeasi ane.

Considerand ca una dintre marginile izolatiei se afla in planul vertical xOz, ecuatia celeilalte margini a izolatiei se determina calculand unghiul sub care se vede portiunea izolata in planul xOy, in functie de distanta z masurata pe inaltime, cu relatia:

e =( mz + u – r)/( mz +u) [grd]

unde: r – este raza elementului de suprafata [mm] ; m. u – coeficientii ecuatiei dreptei care reprezinta generatoare a conului electrodului-scula, proiectata in planul xOz (fig. 2.8, a).

Fig. 2.8 Forma teoretica a stratului izolator

– 42-

Similar, in cazul suprafetelor paraboloidale :

e = rr[(az2 – r)/(az)] [grd]

unde: a – este parametrul ecuatiei parabolei rezultata din intersectia paraboloidului cu planul xOz (fig. 2.8, b).

Trebuie mentionat faptul ca, in vederea evitarii dizolvarilor suplimentare care se produc pe miezul interior si c~re due la consumuri suplimentare de energie, se poate izola si interiorul electrodului-scula (fig. 2.9)

Fig. 2.9 Electrod-scula izolat la interior

Electrozii-scuia utinzati Ia operatnle de prelucrare electrochimica pot ti de constructie monobloc sau asamblata. De exemplu, cei in constructie monobloc specifici operatiilor de gaurire sunt alcatuiti dintr-un corp metalic 1 si startul izolator 2, care impiedica dizolvarea suplimentara a suprafetei laterale a gaurii (fig. 2.10).

– 43 –

Fig. 2.10 Electrozi-scula monobloc

Dimensiunile gaurilor care trebuie realizate necesita insa electrozi-scula de diferite forme si dimensiuni constructive, in functie de valoarea nominala a diametrului echivalent.

Pentru a crea posibilitatea de schimbare rapida a electrodului-scula, se pot utiliza electrozi -scula de constructie asamblata (fig.2.ll), alcatuiti din suportul metalic 1, izolat la exterior cu stratul de dentacryl 2.

Fig. 2.11 Electrozi-scula asamblati

– 44-

–

Scula propriu-zisa 3 se monteaza in suport, fiind izolata la exterior de bucsa de

textolit 4 si saiba de textolit 5, astfel incat singura zona neizolata a electrodului-scula ramane suprafata de atac frontala.

Etansarea asamblarii este asigurata de inelul de cauciuc 6. Pentru asigurarea centrarii sculei in suport, se adopta diferite solutii constructive ca: centrare pe cap cilindric (fig. 2.12, a), centrare pe con interior (fig. 2.12, b) sau centrare pe con exterior (fig.2.12, c).

Fig. 2.12 Centrarea electrozilor-scula

Utilizarea electrozilor-scula asamblati permite realizarea unor insemnate economii de material (cupru, alama ect.), deoarece, in acest caz, se confectioneaza din cupru numai scula propriu-zisa, suportul put and fi din otel, fonta etc.

Pentru determinarea teoretica a formei electrodului-scula, se impune in primul rand, sa fie stabilita marimea interstitiului de lucru, a caror valoare depinde atat de parametrii electro-tehnologici, cat si de elementele constante a avansului de lucru.

2.7 Instalatii si dispozitive de prelucrare electrochimica

In ultimii ani, instalatiile de prelucrare electrochimica au cunoscut 0 perfectionare aproape fara precedent, ajungandu-se in prezent la fabricarea unui numar mare de astfel de instalatii echipate cu comanda numerica, numeroase firme actionand intens in vederea introducerii pe scara larga a comenzii adaptive.

– 45 –

Aceste instalatii sunt insa destul de scumpe, astfel incat utilizarea lor se dovedeste a fi eficienta in mod deosebit in cazul productiilor de serie mare.

Din aceasta cauza, la inc1uderea acestor utilaje in procesele tehnologice de fabricatie, trebuie sa se tina seama neaparat de urmatoarele elemente caracteristice acestei tehnologii: productivitatea mare comparativ cu alte utilaje (de exemplu cu cele de prelucrare prin electroeroziune); posibilitatea prelucrarii semifabricatelor indiferent de duritatea acestora; variatia productivitatii in functie de natura materialului fiind relativ mica; prelucrarea pe aceste instalatii nu produce deformari ale pieselor ca la prelucrarile mecanice si aceasta datorita faptului ca nu sunt Jntroduse in stratul superficial tensiuni interne ca in cazul prelucrarii prin aschiere; durabilitatea sculei este practic infinita; profilul piesei se poate obtine la precizia si rugozitatea impuse printr-o singura prelucrarea (faza); prelucrarile pe aceste masini se executa usor, deoarece toate reglarile parametrilor de lucru si urmarirea procesului tehnologic se fac centralizat; se pot prelucra profile tridimensionale complexe.

Toate instalatiile utilizate la prelucrarea electrochimica a materialelor metalice sunt constituite din trei mari unitati lasamble): masina propriu-zisa de prelucrare electrochimica; grupul de pomp are si filtrare a electrolitului (sistemul de circulatie a electrolitului); generatorul de curent si sistemul de actionare electric a a instalatiei.

In figura 2.13, este prezentata schema de principiu a unei astfel de instalatii de prelucrare electrochimica, in care: 1 – reprezinta capul portelectrod al masinii, prevazut cu sistemul de avans al sculei; 2 – piesa de prelucrat (anodul); 3 – dispozitivul de fixare a piesei (masa masinii); 4 – electrodul-scula (catodul); 5 – izolatia electrodului-scula; 6 – placa de izolare a mesei de lucru; 7 – sistemul de filtrare fina a electrolitului utilizat; 8 – pompa de refulare a electrolitului in bazinul de lucru de pe masa masinii; 9 – supapa de siguranta; 10- rezervorul de electro lit curat; 11 – pompa centrifuga pentru indepartarea produselor de erodare rezultate in urma procesului de dizolvare anodica; 12 – racordul de evacuare a rezidurilor; 13 – bazinul de colectare si decantare a electrolitului dupa iesirea din zona de lucru; 14 – generatorul de curent.

– 46-

Fig. 2.13 Schema de principiu a instalatiei de prelucrare electrochimica

Masinile propriu-zise de prelucrat electrochimic au, de regula, 0 structura de tip portal, iar cele de gabarit mai mic au 0 structura in C, vertical si orizontal.

Batiul masinii, pe care se fixeaza unitatea de prelucrare, trebuie sa fie de constructie rigida, pentru a rezista deformarilor produse de fortele hidrostatice ale electrolitului (care este vehiculat cu presiune ridicata).

Pe batiu se monteaza capul portelectrod al masinii, prevazut cu sistemul de avans, masa masinii si camera de prelucrare, confectionata din materiale rezistente la coroziune si prevazuta cu ecran transparent pentru a inlesni controlul vizual al modului de desfasurare a procesului de prelucrare. Camera de prelucrare trebuie sa fie etansa, pentru a se preveni stropirea cu electro lit a celorlalte suprafete ale instalatiei. Mesele masinii trebuie sa fie mobile, pentru ca in acest mod este posibila centrarea piesei de prelucrat in raport cu electrodul-scula pe cele doua coordonate, si totodata trebuie sa fie prevazute cu mijloacele mecanice necesare, care sa permita prinderea rapida si usoara a piesei.

Sistemul de avans a electrodului-scula are rolul de a mentine constanta marimea interstitiului de lucru si de a realiza egalitatea dintre viteza de dizolvare anodica si viteza de patrundere.

Pe plan mondial, la ora actual a, se folosesc trei sisteme de prelucrare care actioneaza comform principiului folosit la sistemul de avans: instalatii cu viteza de avans constanta; instalatii cu viteza de avans variabila; instalatii fara avans la electrodul-scula.

– 47-

La instalatiile care folosesc principiul vitezei de avans constanta se impune ca viteza de avans sa fie corespunzatoare vitezei de prelevare a materialului, de pe piesa de prelucrat, pentru ca in tot timpul procesului de prelucrare interstitiul de lucru sa fie mentinut la 0 valoare constanta.

Principiul vitezei de avans constante este utilizat in special la instalatii construite pentru prelucrarea electrochimica a unor suprafete cu arie constanta (gauriri, frezari, debitari etc.).

Utilizarea sistemului cu viteza de avans variabila permite mentinerea constanta a interstitiului de lucru in conditiile cand aria suprafetei de prelucrat este variabila (de exemplu, cazul matritelor de forjat),

Instalatiile fara avans al electrodului-scula sunt utilizate, in general, la prelucrari cu precizie dimensionala scazuta (debavurari, lustruiri de probe metalografice etc.).

Din punct de vedere constructiv – la sistemele de avans – eel mai des intalnita este servoactionarea electromecanica sau electrohidraulica cu circuit de reglare a vitezei.

In figura 2.14 este prezentata schema de principiu a sistemului de avans cu comanda hidraulica cu dispozitiv de urmarire pentru mentinerea constanta a valorii interstitiului de lucru frontal, x f.

Fig. 2.14 Schema de principiu a sistemului de avans

– 48-

Trebuie mentionat faptul ca mentinerea constanta a valorii interstitiului de lucru xI este 0 necesitate stringenta a procesului de prelucrare e1ectrochimica, deoarece, in caz contrar, la apropierea pana la Iimita contactului mecanic a electrodului-scula de piesa, se pot produce scurtcircuitari care provoaca atat pierdea preciziei dimensionale a piesei, cat si distrugerea sculei. De altfel, pentru a preveni aceste posibile avarii, la ora actuala, majoritatea instalatiilor de pre1ucrat electrochimic sunt prevazute cu dispozitive electronice de detectare anticipata a scurtcircuitelor.

Tot din punct de vedere al perfectionarii subansamblelor instalatiilor de pre1ucrat electrochimic, se remarca faptul ca se acorda 0 atentie deosebita sistemelor de avans ale electrodului-scula pentru cresterea vitezei de avans in conditiile pastrarii constante a interstitiului de lucru. S-au realizat astfel dispozitive de reglare automata a marimii interstitiului de lucru, in functie de variatia parametrilor electrotehnologici ai prelucrarii, in scopul evitarii aparitiei scurtcircuitelor.

o astfel de instalatie (fig. 2.15) a fost realizata si la noi in tara si se compune in principal din urmatoarele e1emente: sistemul de control al presiunii aerului comprimat, 1; sistemul de control al presiunii electrolitului, 2; sistemul de control al tensiunii de lucru, 3; sistemul de control al vitezei de avans a electrodului-scula, 4; unitatea de interferenta, 5; controlul modului de convertire, 6; cas eta cu banda, 7; sistemul de pozitionare digital a a adancimii de prelucrare, 8; generatorul de semnal pentru distanta, 9; electrodul-piesa, 10; ce1ula de prelucrare e1ectrochimica, 11; e1ectrodul-scula, 12; circuitul de electrolit, 13; generatorul de curent continuu, 14; detectorul de scantei cu dispozitivul de intrerupere a curentului, 15; pompa principala de vehiculare a electrolitului, 16; compresorul, 17.

– 49-

Fig. 2.15 Dispozitiv de reglare automata a interstitiului de lucru

Reglarea electrica a avansului capului portelectrod implica utilizarea unui sistem de actionare, ale carui principale elemente componente (fig. 2.16) sunt urmatoarele: sursa de curent, S; transformatorul de adaptare, TA; bobina de filtru, BF; variatorul de turatie, VRM; motorul electric, M; tahogeneratorul, T; sistemul de avans, SA.

Fig. 2.16 Sistem de reglare electrica a capului portelectrod

In constructia unei instalatii de prelucrat electrochimic, un rol important 11 are sistemul de circulatie a electrolitului (fig. 2.17) ale carui functii principale sunt: aducerea electrolitului sub presiune in zona de lucru si din zona de lucru in bazinul de colectare ; filtrarea electrolitului; controlul si stabilirea temperaturii electrolitului la valorile prescrise pe procesul tehnologic.

– 50-

Fig. 2.17 Schema circulatiei electrolitului

Sistemul de circulatie a electrolitului trebuie sa tina seama de toate aceste conditii si, ca urmare, are in componenta sa urmatoarele elemente (fig. 2.18): pompe pentru vehicularea electrolitului; bazin cu posibilitate de incalzire si filtrare grosiera a electrolitului; baterie de filtrare fina a electrolitului; aparate de masura, reglare si control a presiunii, vitezei, debitului etc.rconducte de transport al electrolitului; elemente de ventilatie si evacuare a noxelor.

Fig. 2.18 Sistemul circulatiei electrolitului

– 51 –

Pompele pentru trimiterea electrolitului curat in zona de lucru trebuie sa asigure – in general in functie de marimea instalatiei un debit de 10 – 1000 l/min, la 0 presiune de 10 – 20 daN/cm2•

Aceste caracteristici sunt impuse atat de necesitatea evacuarii reziduurilor (hidrati metalici) din zona de lucru, citt si pentru diminuarea fenomenului de pasivizare a suprafetei prelucrate si distrugerea bulelor de gaze dizolvate in timpul procesului; in caz contrar, se produce 0 inrautatire a calitatii suprafetei prelucrate si chiar aparitia scurtcircuitelor care conduc la distrugerea sculei.

Pompele utilizate pentru circl.l.larea electrolitului sunt de obicei centrifugale dublu etajate, in constructie anticoroziva.

Bazinele pentru colectarea electrolitului sunt construite, in general, din material plastic annat cu fibre de sticla, avand capacitatea de 100 – 10000 1, functie de marimea si puterea instalatiei.

Constructia bazinelor de electrolit (fig, 2.19) trebuie sa fie prevazuta cu elemente de filtrare care sa retina particolele de erodare de dimensiuni mario Aceasta filtrare grosiera se realizeaza prin trecerea electrolitului, in general, prin cocs de diferite granulatii.

Fig. 2.19 Bazin de electrolit

– 52-

Temperatura electrolitului – pentru asigurarea stabilitatii procesului de prelucrare – poate varia in limitele unei tolerante de ± 10 C fata de valoarea stabilita initial (in corelatie cu valorile celorlalti parametri electrotehnologici.

In aceste conditii, in interiorul bazinului de electro lit, trebuie prevazute corpuri electrice de incalzire sau schimbatoare de caldura cu vapori sau apa calda. In mod similar, racirea electrolitului se face cu ajutorul unui termocuplu introdus in circuitul de alimentare cu curent electric. La atingerea limitei superioare a temperaturii electrolitului, termocuplul comanda scoaterea preincalzitoarelor din circuit, reintroducandu-le in momentul cand s-a produs scaderea temperaturii ~e lucru sub limita admisibila.

Un rol important la prelucrareaelectrochimica a materialelor metalice 11 are realizarea unei filtrari cat mai bune a electrolitului (care este amestecat cu reziduri rezultate din procesul dizolvarii anodice) in vederea circularii acestuia.

Aceasta filtrare a electrolitului se poate realiza prin trei metode sau combinatii ale acestora: decantare, filtrare statica, centrifugare.

De regula, 0 buna filtrare a electrolitului se poate obtine in mai multe etape succesive si, in consecinta, sistemele de filtrare sunt alcatuite conform a trei etape distincte:

– prefiltrarea – se realizeaza cu ajutorul unor filtre plane din cocs cu granulatie mare, filtre existente in interiorul bazinului de electro lit si a unor filtre circulare montate pe conducta de aspiratie a pompei; acestea au rolul de a retine particulele grosiere si reziduurile depuse pe fundul bazinului;

– filtrarea medie – realizata cu ajutorul unor filtre cu lamele;

– filtrarea fina – realizata cu ajutorul unor filtre din sita metalica si pasla,

Filtrele lamelelor (fig. 2.20) au in componenta lor discuri cu lamele prevazute cu fante circulare, printre care este trecut electrolitul sub presiune; acest sistem asigura retinerea impuritatilor. Curatirea periodica a filtrelor se face cu ajutorul unor cutite speciale.

– 53 –

Fig. 2.20 Filtru de electrolit

Filtrarea fina a e1ectrolitului se realizeaza cu ajutorul unor casete speciale, confectionate din plasma sau sarma din cupru cu starturi intermediare din pasla (fig. 2.21).

Inainte de intrarea e1ectrolitului in casete1e filtrante, sunt prevazute palete fixe curbe, pentru imprimarea unei miscari turbionare a electrolitului.

Fig. 2.21 Caseta pentru filtru de electrolit

In general, instalatiile care lucreaza pe baza procedeului e1ectrochimic de prelucrare se pot c1asifica in urmatoarele categorii: instalatii pentru prelucrarea electrochimica a cavitatilor; instalatii pentru debavurarea electrochimica; instalatii de taiat electrochimic; instalatii de rectificat electrochimic; instalatii de inscriptionare e1ectrochimica; instalatii de prelucrat electrochimic speciale (strunjire, honuire etc.).

Instalatiile pentru prelucrarea electrochimica a cavitatilor si g(lurilor sunt ce1e mai raspandite din cadrul acestui tip de instalatii, fiind produse de 0 serie ifttreaga de firme ca de

– 54-

exemplu: Anocut (S.u.A.), Hitachi (Japonia), Channilles (Elvetia), Nassovia-Krupp (Gennania), Heavy(Anglia), I.P.C.T.C.M. (Romania) etc.

Aceste tipuri de masini pot fi utilizate la prelucrarea cavitatilor de once forma, strapunse sau infundate si cu configuratii dintre cele mai diferite.

Astfel de masini s-au realizat la nivele de putere diferite: mica, medie sau mare (in functie de intensitatea curentului de lucru obtinuta de la generatorul de curent continuu), pentru prelucrarea in conditii economice a unor piese de marimi diferite.

Trebuie mentionat faptul ca unele finne producatoare, cu traditie in acest domeniu, au ajuns deja la folosirea unor generatoare de 100.000 A.

Instalatiile de debavurare electrochimica sunt construite pe acelasi pricipiu ca si masinile pentru prelucrarea cavitatilor, diferentiindu-se prin faptul ca sunt dotate cu dispozitive specifice, realizate in mod corespunzator fonnei suprafetelor de prelucrat. Aceste tipuri de instalatii se utilizeaza pentru debavurarea unor piese obtinute prin turnare, matritare sau forjare, cum ar fi: annaturi industriale, lagare, sape de foraj etc., precum si pentru indepartarea unor bavuri rezultate chiar in unna operatiilor de prelucrare mecamca pnn aschiere ca, de exemplu, la rotile dintate, arbori si butuci cane1ati etc.

Instalatiile electrochimice pentru taiere se utilizeaza de regula pentru debitarea unor materiale dure si foarte dure, dar si pentru realizarea prin taiere cu sarma a unor profile complexe in materiale cu proprietati mecanice ridicate.

Cinematica acestor masini este corespunzatoare operatiei pe care 0 executa, precum si metodei tehnologice utilizate: taiere cu banda, taiere cu disc, taiere cu sarma etc.

Instalatiile de rectificat electrochimic sunt practic 0 combinatie a masinilor de rectificare c1asica prin aschiere in vederea obtinerii cinematicii necesare a e1ectrodului-scula si a electrodului piesa si a instalatiilor de prelucrare prin procedeul electrochimic pentru obtinerea caracteristicilor tipice procesului de dizolvare anodica. De asemenea, spre deosebire de masinile c1asice, de rectificare prin aschiere, la aceste tipuri de masini piatra abraziva este inlocuita cu un electrod-scula de forma disc sau cilindrica profilat, confectionat in general din cupru sau grafit.

Instalatiile de inscriptionare electrochimica sunt utilizate atat in cazul unor productii de serie, cat si unicat, in vederea realizarii acestei operatii in materiale dure si extradure sau in cazul cand nu este admisa introducerea de tensiuni interne in stratul superficial (piese specifice tehnicii nuc1eare).

– 55 –

Instalatii de prelucrat electrochimic speciale sunt construite intotdeauna pentru realizarea unor anumite tipuri de prelucrari, in conditiile unei preductii de serie mare sau masa, pentru prelucrarea unor configuratii extrem de complexe si dificile. In ultimul timp apare, dealtfel tot mai accentuata in industrie, tendinta de utilizare a unor astfel de instalatii speciale (de strunjit, de prelucrat danturi etc.), odata cu cresterea gradului de complexitate al formelor, simultan cu imbunatatirea proprietatilor fizico-mecanice ale materialelor prelucrate (de exemplu, la otelurile refractare, anual se obtine 0 crestere a rezistentei la temperatura de circa 25° C).

Cercetarile teoretice s.i experimentale efectuate la noi in tara privind prelucrarea electrochimica a materialelor metalice au permis punerea bazelor unei fabricatii proprii de instalatii de prelucrat electrochimic, fiind realizate la Bucuresti si Brasov primele prototipuri de astfel de utilaje (pentru prelucrari de cavitati si debavurari).

Una dintre primele instalatii de prelucrat electrochimic, fabricata de industria noastra constructoare de masini, a fost cea de tip ECR-Ol realizata de I.P.C.T.C.M. in colaborare cu I.C.P.E.

Constructiv, aceasta instalatie este alcatuita, comform schemei din figura 2.22, din urmatoarele parti componente: capul port electrod 1; generatorul de curent continuu 2; pupitru de comanda 3; grupul de pompare centrifugal 4; bazinul de lucru 5; masa masinii 6; rezervorul pentru electrolit 7.

Fig 2.22 Instalatia de prelucrare electrochimica ECR -01

– 56-

Instalatia de prelucrat. electrochimic de tip ECR-Ol poate fi utilizata la prelucrarea unor configuratii complexe de placi active pentru stante si matrite de perforat si ambutisat, pentru matrite de forjat (cum ar fi cele patru conuri cu dinti de la sapele de foraj), pentru prelucrari de gauri simple sau profilate etc.

La acest tip de instalatie circulatia electrolitului se face prin intermediul a doua pompe centrifugale una de debit mare si una de debit mic care sunt actionate simultan.

A vansul electrodului-scula pe directia de lucru se realizeaza automat, pastrandu-se cat mar constant interstitiul de lucru frontal, instalatia electronic a de comanda asigurand si evitarea fenomenelor de scurtcircuitare, care pot aparea in timpul procesului de dizolvare anodica.

Circulatia electrolitului se face prin intermediul electrodului-scula, care trebuie sa fie inchis intr-o camera de protectie cu rol si de recuperare a electrolitului.

Un alt tip de instalatie de prelucrare electrochimica, realizata la noi in tara, este cea pentru debavurare, de tip DECR-Ol, utilizata in special pentru pinioanele de la pompe,

Aceasta instalatie lucreaza in regim automat si este compusa din urmatoarele subansamble (fig. 2.23): masina propriu-zisa 1; generatorul de curent continuu 2; rezervorul pentru electrolit 3; grupul de pompare centrifugala a electrolitului 4; pupitrul de comanda 5; mas a de lucru 6; capul de lucru al masinii 7.

Fig. 2.23 Instalatia de prelucrare electrochimica DECR -01 – 57 –

Masina propriu-zisa se compune din: batiu, doua mese pentru prinderea dispozitivului de debavurare (una fixa si una mobila), montant, capul de lucru al masinii, circuite pentru electrolit, circuite electrice pentru conectarea electrozilor la generatorul de curent continuu.

Instalatia de prelucrare electrochimica a microorificiilor (fig. 2.24) realizata de Institutul Politehnic – Bucuresti, Catedra T.C.M. este destinata in special prelucrarii unor gauri de diametre mici in piese confectionate din materiale dure si extradure, ca de exemplu: burghiele pentru gaurire adanca, palete de turbina, duze etc.

Dispozitivul propriu-~is de prelucrare se compune in principal din urmatoarele elemente: placa de baza pe care se monteaza coloanele de ghidare ale placii de sustinere a subansamblului de actionare a electrodului-scula.

Pe placa de baza se fixeaza camera de contrapresiune, prevazuta cu mandrin a de prindere a piesei de prelucrat.

Pe placa de sustinere, se monteaza capul de prelucrat electrochimic, prevazut cu electrodul-scula . Miscarea de rotatie a electrodului-scula este data de motorul de actionare, prevazut prin constructie cu reductor.

A vansul axial al electrodului-scula se realizeaza prin deplasarea placii de sustinere in lungul surubului conducator actionat de motor prevazut de asemenea cu reductor. In partea inferioara, surubul conducator se roteste in lagar.

Motorul este fixat pe placa de sustinere, pozitionarea pe verticala fiind realizata manual prin intermediul piulitei.

La acest dispozitiv alimentarea cu electro lit a camerei de compresiune se poate face (prin interiorul capului de prelucrare electrochimic) si prin racordarea la instalatia de reciclare a electrolitului de la orice instalatie de prelucrare electrochimica dimensional a, ca de altfel si alimentarea cu curent electric.

– 58 –

Fig. 2.24 Instalatie de prelucrare electrochimica a microorificiilor

Instalatia de gravare electrochimica permite prelucrarea unor suprafete tridimensionale, cu aria de pana la 5 – 6 cnr', pe 0 adancime de pana la 3,5 mm, si are in componenta sa urmatoarele subansamble principale: dispozitiv de lucru (camera de contrapresiune) in care are loc prelucrarea in spatiul inchis a piesei, un sistem de recirculare a electrolitului, un bazin de depozitare si filtrare a electrolitului si un panou electric de comanda pentru punerea in functiune a instalatiei si reglarea parametrilor electrotehnologici.

Dispozitivul de lucru are rolul de mentinere constanta a presiunii electrolitului, asigurand totodata si depasivizarea prin spalare cu jet tangential a suprafetei piesei supuse prelucrarii, fiind compus din urmatoarele elemente : capac detasabil cu rol de ghidare a unui cap de gravare; surub micrometric de reglare a interstitiului de lucru; flansa de urmarire a gradatiilor corespunzatoare marimii interstitiului de lucru ; piulita de transmitere a miscarii de avans, de pozitionare, manometru de masurare a presiunii in dispozitivul de lucru.

Capul de gravare se ghideaza pe doua coloane si are mont at pe partea frontala electrodul-scula fixat cu bride. Electrodul-scula este legat la polul negativ al unei surse de

– 59 –

curent continuu din interiorul.panoului electric de comanda prin intermediul unui conducator legat la 0 piesa metalica pe care se sprijina electrodul-scula.

Pe suportul electroizolant se monteaza piesa ce urmeaza a fi prelucrata si care este legata la polul pozitiv al sursei de curent continuu prin intermediul cablului si al piesei metalice.

Pentru mentinerea constanta a presiunii, intreaga constructie a dispozitivului de lucru este inchisa etansa, formata din doua placi, una superioara si una inferioara, si un perete lateral de forma cilindrica. Etansarile sunt asigurate prin intermediul a doua gamituri.

Aducerea electrolitulu~ in interiorul dispozitivului de lucru se face prin intermediul conductei si robinetului montat in placa superioara, iar trimiterea electrolitului directionat in zona de lucru se face cu ajutorul tubului.

Evacuarea electrolitului din dispozitivul de lucru se face prin tubul pe care este montat robinetulla care este legata conducta care face legatura cu rezervorul de electrolit. Pe conducta – pentru verificarea presiunii – este montat racordul si un manometru. Golirea completa de electro lit a dispozitivului de lucru se realizeaza prin intermediul robinetului montat in placa inferioara si a conductei care face legatura cu rezervorul de electro lit.

Bazinul de electro lit prezinta in constructia sa un element de filtrare grosiera, un element de filtrare fina si un robinet de golire.

Circulatia fortata a electrolitului se realizeaza cu ajutorul unei pompe cu roti dintate actionata de motorul electric, circuitul fiind inchis prin conducta care face legatura intre pompa si dispozitivul de lucru.

De mentionat ca instalatia lucreaza in regim stationar (fara avans al electroduluiscula).

In figura 2.25 este prezentata schema de principiu a unei instalatii de inscriptionare si

lustruire electrochimica compusa in principal din:

sursa de curent continuu – A – care contine instalatia de redresare a curentului altemativ de la retea ;

masina propriu-zisa – B – alcatuita din urmatoarele subansamble : circuitul de alimentare cu electrolit 1, dispozitivul de luctruit 2, dispozitivul de inscriptionat 3, dispozitivul de prindere a pieselor 4, indus in bazinul de lucru

– 60-

Fig. 2.25 Shemade principiu a unei instalatiide inscriptionare si lustruire electrochimica

Sursa de curent continuu necesara pentru asigurarea desfasurarii corespunzatoare a fenomenelor ce au loc in timpul inscriptionarii sau lustruirii electrochimice trebuie sa permita reglarea parametrilor electrici in domeniile: tensiunea U= 6 … 24 V, intensitatea curentului electric 1=0 … 5 A.

Masina propriu-zisa cuprinde:

Circuitul de alimentare cu electro lit, corespunzator oricarei instalatii de prelucrare electrochimica (indeplinind aceleasi functiuni); trebuie sa asigure in interstitiul de lucru 0 presiune p = 0 … 2 daN/cm2 •

Dispozitivul de lustruit electrochimic are in constructia sa urmatoarele elemente componente: micrometru (utilizat la reglarea interstitiului de lucru), pe care este mont at suportul de prindere a electrodului-scula. Prin intermediul bratului prevazut cu articulatie, micrometrul este prins de suport, care culiseaza pe axul filetat pentru realizarea miscarii de apropiere si departare de piesa supusa prelucrarii. Dupa efectuarea reglajelor de pozitie, blocarea sistemului in pozitia de lucru se face cu ajutorul piulitei si a suruburilor. Prinderea dispozitivului pe masa bazinului de lucru se face prin intermediul flansei si a suruburilor, iar legarea electrodului-scula la polul negativ al sursei de curent continuu se face cu ajutorul prizei.

Dispozitivul de inscriptionat electrochimic are 0 constructie similara cu cele de lustruire, fiind alcatuit din urmatoarele elemente componente: un sistem de parghii articulate, alcatuit din doua brate si rulmentul care se poate roti in jurul axului prevazut cu rulmeti. Pe

– 61 –

brat este montat suportul pentru sustinerea creionului de inscriptionare pnn intermediul carcasei. In interiorul creionului de inscriptionare se gaseste sistemul pentru realizarea avansului intermitent ala electrodului-scula confectionat din grafit sau cupru. Asamblul este prins de mas a bazinului de lucru prin intermediul flansei si a suruburilor. Legarea electrodului-scula la polul negativ al sursei de curent continuu se face cu ajutorul prizei.

Dispozitivul de prindere a pieselor este compus din: placa de baza cu canale (confectionata din material electroizolant), pe care se monteaza placa de cupru. Piesa de inscriptionat este fixata pe placa de cupru prin intermediul sistemului de prindere compus din surub, capul de actionare, piulita si saiba. Pe piesa se fixeaza sablonul de inscriptionare mentinut in contact cu piesa cu ajutorul lamelelor elastice. Pozitionarea piesei de inscriptionat este asigurata de opritor, iar legarea acesteia la polul pozitiv al sursei de curent se face prin intermediul bomei.

De mentionat ca instalatia este destinata, in special, productiei de serie mica si unicat, dar, aceeasi constructie, poate fi utilizata si la productii de serie, prin utilizarea unor dispozitive de lucru speciale.

Cele1alte tipuri de instalatii de prelucrare electrochimica (honuire, rectificare, taiere etc.). prezinta aceeasi structura de baza cu instalatiile de prelucrare a cavitatii, modificarile constructive fiind specifice cinematicii pe care trebuie sa 0 aiba electrodul-scula (similare cu cele de prelucrare c1asica prin aschiere).

Asa cum am aratat, viteza si felul curgerii e1ectrolitului este unul dintre cei mal importanti parametri ai prelucrarii electrochimice, deoarece, prin intermediul electrolitului, se asigura atat procesul de dizolvare anodica, cat si depasivizarea hidrodinamica, evacuarea caldurii si a produselor reziduale din zona de lucru etc. Viteza de curgere a electrolitului trebuie sa fie de circa 6 – 60 mis, iar presiunea sa aiba valori de p = 0,7 – 28 daN/cm2•

De asemenea, 0 influent a deosebita asupra stabilitatii prelucrarii 0 au variatiile de presiune din zona de lucru, a caror determinare teoretica si practica permite realizarea preciziei dimensionale impuse.

In aceste conditii, precum si pentru a se asigura 0 buna spalare a zonei de lucru si a se evita astfel scurtcircuitele, se impune utilizarea camerelor de contrapresiune, astfel incat sa se realizeze 0 presiune aproximativ constanta in zona de lucru.

– 62 –

In vederea obtinerii unei circulatii uniforme a electrolitului in camera de contrapresiune, este necesara 0 evacuare corespunzatoare a produselor rezultate in procesul de dizolvare anodica, impiedicandu-se astfel aparitia zonelor cu electro lit stationar.

La prelucrarea electrochimica, circulatia electrolitului se poate face prin interiorul sculei sau prin exteriorul acesteia, cu evacuarea prin interiorul electrodului-scula,

In cazurile cele mai fregvente intrarea electrolitului se face prin interiorul electrodului-scula, iar iesirea prin interstitiul de lucru. Ca urmare, vor exista doua tipuri de variatii de presiune si anume: datorita laminarii electrolitului in interstitiul de lucru; datorita intrarii electrolitului in sectiune.

In aceste conditii, se impune ca aceste camere de compresiune sa aiba si rolul de reglare sau de autoreglare a presiunii de iesire a electrolitului.

La calcularea camerelor de compresiune, se impune determinarea ariei orificiilor de iesire a electrolitului in afara camerei de contrapresiune, astfel incat sa se micsoreze caderea de presiune de pe traseul electrolitului (datorita pierderilor de sarcina).

Din punct de vedere constructiv camerele de contrapresiune pot fi alcatuite din doi cilindri (prin care intra electrodul-scula), confectionati din material electroizolant si sunt prevazuti cu gauri de iesire a electrolitului si se pot roti unul fata de celalalt, permitand astfel inchiderea sau decshiderea orificiilor in vederea realizarii iesirii electrolitului.

Etansarea dintre camera de contrapresiune si electrodul-scula se realizeaza pnn intermediul ineluluii de cauciuc, celalte etansari fiind asigurate de garnituri suplimentare.

In cazul cand piesa care se prelucreaza este de suprafata (gabarit) mare, camera de sontrapresiune se poate pozitiona pe piesa. In cazul cand sunt necesare prelucrari electrochimice pentru productie de serie mare, se pot adopta constructii mai complexe de camere de contrapresiune, care sa permita un permanent control asupra procesului de dizolvare anodica.

Una dintre aceste constructii este prevazuta cu incinta de forma paralelipipedica, cu volum foarte mare, confectionata cu pereti din textolit, intarita cu cornier din otel, electrodul fiind etansat in partea superioara cu presgarnitura. De asemenea camera este prevazuta cu 0 fereastra laterala transparent a prin care se introduce piesa fixata pe suport.

Reglarea curgerii, cat si a variatiei presiunii, se face cu ajutorul robinetelor de debit mare si de debit mic. Pentru masurarea variatiei temperaturii, este prevazut termocuplu fixat

– 63 –

in suport, iar pentru spalarea si curatirea camerei, este prevazut un subansamblu. Constructia poate fi prevazuta cu panou propriu de comanda a sistemelor de reglare.

Al doilea tip de camera de contrapresiune, cu incinta din polyamida, permite montarea diferitelor aparate, ca: termocuple, presostate, ventil de siguranta, robinete de reglare etc., intr-un spatiu mult mai compact. Alimentarea acestei camere nu se mai face prin fereastra transparenta, care are rol de supraveghere, ci se realizeaza cu ajutorul sertarului in care este fixata piesa. Electrodul-scula este, 'de asemenea, etansat in partea superioara cu ajutorul unor gamituri. Acest tip de camera de contrapresiune se poate utiliza in special la pre1ucrarea pieselor de dimensiuni mici.

In mod curent, functie de tipul de pre1ucrare care se executa, precum si functie de tipul si gabaritul pieselor care se prelucreaza, se pot adopta si alte tipuri constructive de camere de contrapresiune.

In cazul prelucrarii unor prese pe masini de dimensiuni mici, rolul camerei de contrapresiune 11 poate indeplini chiar bazinul de lucru care este montat pe masa masinii. Intreaga constructie este prevazuta cu pereti din materiale anticorozive.

Un rol deosebit de important intre dispozitive1e care echipeaza instalatii de prelucrare e1ectrochimica il are eel de prindere a electrodului-scula. Acest dispozitiv indeplineste atat functia de prindere a electrodului-scula, cat si cea de realizare a perpendicularitatii axei acestuia pe suprafata piesei de prelucrat.

Principalele elemente constructiv-functionale ale dispozitivului sunt urmatoare1e: placa suport care se monteaza pe capul portelectrod prin intermediul suruburilor de fixare si a stifturilor speciale de orientare. Pe placa-suport se monteaza placa intermediara prevazuta cu articulatia sferica si stiftul de alimentare cu electro lit adus prin furtun de la sistemul de recic1are al instalatiei. In placa intermediara se monteaza sistemul de prindere a electroduluiscula alcatuit din piesa de legatura, bucsa elastica si piulita speciala de strangere. Reglarea perpendicularitatii electrodului-scula se face prin intermediul articulatiei sferice prin actionarea suruburilor speciale de reglare si actiunea arcurilor.

Una dintre directiile principale de dezvoltare a aplicarii procedeului electrochimic este cea legata in mod inerent de perfectionarea instalatiilor. Din acest punct de vedere, se evidentiaza doua linii directoare, si anume: perfectionarea tipodimensionala a instalatiilor in scopul acoperirii cerintelor industriai si perfectionarea constructiva a tuturor subansamblelor specifice instalatiei, in scopul obtinerii unor caracteristici tehnice superioare.

64 –

CAPITOLUL III

APLICATII PRACTICE ALE PRELUCRARII ELECTROCHIMICE

3.1 Generalitati

Datorita faptului ca procesul de dizolvare anodica nu este influentat de duritatea materialului piesei, prelucrarea electrochimica este utilizata in specialla realizarea diferitelor profile in materiale dure si extradure (oteluri refractare, inoxidabile, carburi metalice etc.), dar si la realizarea unor configuratii complexe, greu de obtinut prin procedeele clasice.

In consecinta, electrochimic, se pot efectua cele mai diverse operatii, ca: gaurire, strunjire, frezare, debitare, rectificare, honuire, lustruire etc.

3.2 Gaurirea electrochimica

Electrochimic se pot prelucra gauri de diferite dimensiuni, forme (regulate sau neregulate) (fig.3.1) si profile foarte variate (strapunse – fig. 3.2, a; infundate – fig 3.2, b; complexe – fig. 3.2, c).

Fig. 3.1 Gauri de diferite forme si dimensiuni

– 65 –

Fig. 3.2 Gauri cu profile variate

Schema de lucru in cazul gauririi electrochimice (fig. 3.3) pune in evidenta in zona de intrare a gaurii ce se prelucreaza 0 racordare datorita faptului ca, pe masura ce electrodulscula patrunde in material, suprafata laterala a acestuia inchide in permanenta circuitul electric, ceea ce duce la pierderea preciziei de prelucrare.

Fif. 3.3 Schema de lucru a gauririi electrochimice

Pentru evitarea acestui fenomen nedorit, ca masura tehnologica, se impune aplicarea pe suprafata laterala a sculei a unui material electroizolator (textolit, dentacryl etc.), astfel incat zona de atac sa aiba dimensiuni cat mai mici cu putinta, pe Gat posibil chiar muchie vie.

Mentinerea constanta a diametrului orificiului prelucrat pe toata lungimea depinde si de invariabilitatea conditiilor de prelucrare (presiunea si temperatura electrolitului, regimurile electrice etc.).

– 66-

Un alt fenomen de semnalat este variatia vitezei de avans a electrodului-scula, care duce la aparitia unor conicitati ale profilului, conicitati care pot fi insa dirijate spre obtinerea in acest mod a suprafetei respective.

La prelucrarea gaurilor strapunse, pot apare de regula dificultati la iesirea sculei din piesa, datorita variatiilor de presiune a electrolitului, variatii care au caefect fie pierderea preciziei de forma in zona terminal a a gaurii, fie aparitia unor vibratii ale electrodului-scula.

Aceste dificultati se pot preintampina-lasandu-se adaosuri de prelucrare care sa fie indepartate ulterior, sau asezand pies a pe un support

Fig. 3.4 Asezarea piesei pe un support elastic pentru evitarea precizie de forma la prelucrarea gaurilor

Datorita faptului ca la gaurirea electrochimica, electrolitul – de regula – circula sub presiune prin interiorul electrodului-scula, fiind trimis prin injectie sau scos prin aspiratie din zona de lucru (fig. 3.5, a), in zona de prelucrare situata pe axa ramane un surplus de material neprelucrat, datorita inexistentei suprafetei catodice, care sa inchida circuitul electric.

– 67 –

Fig. 3.5 Moduri de circulare a electrolitului prin electrodul-scula cu efect asupra surplusului de material neprelucrat

Daca la prelucrarea gaurilor strapunse acest fenomen nu constituie un inconvenient datorita faptului ca surplusul de material va cadea la iesirea electrodului-scula din pies a, la prelucrarea gaurilor infundate, se impune utilizarea intr-o a doua operatie a unor scule speciale care sa prelucreze numai aceasta zona (fig. 3.5, b).

in cazul prelucrarii unor gauri cu profil de revolutie, sponrea simtitoare a productivitatii, simultan cu imbunatatirea preciziei de prelucrare si a rugozitatii suprafetei, se poate obtine prin rotirea fie a electrodului-scula, fie a piesei cu 0 turatie de circa 15-20 rot/min.

In cazul, cand in timpul operatiei de gaurire electrochimica, la 0 anumita adancime de patrundere, miscarea de avans inceteaza dar electrodul-scula este legat in continuare la sursa de curent, se pot obtine profile la forma celor prezentate in fig. 3.6, utilizate de regula la nituiri.

– 68 –

Fig. 3.6 Obtinerea profilelor cand miscarea de avans inceteaza si electrodul-scula ramane legat in continuare la sursa de curent

De asemenea, prin procedeul e1ectrochimic se pot prelucra gauri care prezinta in lungul profilului cresteri de diametru (fig. 3.7), prin lasarea neizolata a electrodului-scula doar in zona corespunzatoare.

Fig. 3.7 Obtinerea gaurilor cu diametre diferite pe lungimea profilului prin procedeul electrochimic

In general, operatia de gaunre electrochimica este utilizata pe scara larga la prelucrarea sculelor de deformare armate cu carburi metalice (matrite pentru refulat suruburi si piulite, matrite pentru role de rulmenti, filiere de extrudare), executarea gaurilor de racire in palete de turbina, scoaterea sculelor rupte etc.

Asa cum s-a aratat, prelucrarea gaurilor cu profile de revolutie este indicata sa se faca cu scule rotative, fapt ce impune utilizarea ca atare a unor dispozitive speciale, care sa poata

– 69-

fi montate atat pe masinile de pre1ucrare, cat si pe masinile-unelte c1asice, ca: masini de gaurit, de frezat, de rectificat etc.

Un astfel de dispozitiv (fig. 3.8) secompune din doua elemente principale si anume: axul 1 al dispozitivului de prelucrat electrochimic; corpul 2 al dispozitivului de prelucrat electrochimic.

Axull se monteaza prin insurubare si centrare pe con in axul masinii-unelte 3 si este asigurat contra desfacerii prin intermediul piulitei si contrapiulitei 4, iar corpul2 se monteaza prin centrare si fixare cu suruburile 5 pe capul masinii-unelte a.

Axul 1 este ghidat in i?teriorul capului prin bucsa de ghidare 6 din bronz. Ungatorul 7, montat in corpul 2 prin intermediul gamiturii din teflon 8, este folosit la trimiterea unsorii in spatiul de ghidare. Pentru etansare, se insurubeaza in corpul 2 capacul filetat 9 cu gamitura din pasla 10.

Electrodul trimis sub presiune de la instalatia de pompare in interiorul dispozitivului prin intermediul conductei 11 si racordul olandez 12, fixat cu piulita 13, patrunde in interiorul axului 1 prin gaurile practicate in peretii acestuia.

Gamitura de teflon 14 are rolul de a preintampina scurgerile de electro lit.

Gamiturile 15 si simeringurile 16 din corpul 2 si capacul 17 au rolul de a asigura etansarea contra scurgerilor de electrolit, care patrunde sub presiune in jocul dintre axull si capacul 17, iar gamitura 15 este fixata in acest capac prin intermediul capacului 18 si a suruburilor 19. La randul sau, capacul17 este fixat de corpul 2 prin suruburile 20.

Pentru a preintampina iesirea axului 1 din corpul 2, atunci cand ansamblul dispozitivului este demontat de pe masina, pe axull, se monteaza inelele de siguranta 21.

In interiorul axului 1, in portiunea conica a acestuia, se monteaza, prin intermediul piesei intermediare 22, e1ectrodul-scula 23, executat din grafit sau cupru.

– 70-

Fig. 3.8 Dispozitiv special pentru prelucrarea gaurilor cu profile de revolutie

Electrodul-scula este asigurat contra desfacerii prin intermediul bucsei filetate 24, care, prin insurubare in portiunea filetata a axului 1, strange prin intermediul gamiturii 25 scula 23, izolata la exterior prin intermediul gamiturii 25 scula 23, izolata la exterior cu izolatia de material plastic 26.

Garniturile 27 si 28 au rol de etansare contra scaparilor de electrolit, iar inelul colector 29 permite legarea electrodului-scula la sursa de curent continuu.

– 71 –

Functionarea dispozitivului este urmatoarea: se monteaza corpul 2 al dispozitivului pe capul masinii-unelte, facandu-se legatura intre axul principal al acestuia si axul central 1 al dispozitivului.

Prin intermediul conductei de alimentare 11, se trimite electrolitul in interiorul sculei prin fantele practicate in axul central. Cuplandu-se miscarea de rotatie a axului principal al masinii, acesta va antrena la randul sau in miscarea de rotatie axul central al dispozitivului.

Utilizarea dispozitivului conduce la obtinerea unei viteze de prelucrare de 0,1…0,3 mm/min, in cazul prelucrarii carburilor metalice sinterizate, pentru diametre de gauri cuprinse intre 5 si 20 mm, cu adancimi pana la 40 mm.

Dispozitivul, in constructia prezentata, permite obtinerea urmatoarelor avantaje:

– In cazul in care materialul piesei este dur si greu de prelucrat prin metode clasice (de aschiere), fiind necesara prelucrarea electrochimica, dispozitivul se poate monta pe capul unei masini-unelte universale (de exemplu masina de gaurit) si racorda usor la instalatia de pompare a electrolitului.

Pentru utilizarea dispozitivului pe masinile-unelte, este necesara izolarea legaturilor axului principal, iar pentru protejarea masinii-unelte, se monteaza pe mas a masinii cuva de lucru executata din materiale anticorozive (otel, inox, mase plastice etc.).

Agregatele pentru asigurarea circulatiei electrolitului sunt cele clasice, utilizate la prelucrarile pe instalatiile electrochimice sau anode-mecanice, ce pot fi anexate masiniiunelte.

Alimentarea cu curent continuu se poate face de la orice sursa de curent continuu (redresor, generator de sudura) aflata in dotarea intreprinderilor.

– Datorita miscarii de rotatie a electrodului-scula, se imbunatateste precizia de forma a suprafetei prelucrate, nemaifiind copiate abaterile de forma ale sculei si se obtine totodata 0 distributie uniforma a electrolitului in zona de lucru.

– Utilizarea unui astfel de dispozitiv permite cresterea preciziei de prelucrare cu 0 clasa, fata de prelucrarea folosind scula fixa.

– Se realizeaza 0 crestere a productivitatii prelucrarii, datorita faptului ca miscarea de rotatie imprimata sculei contribuie atat la depasivizarea stratului superficial al suprafetei prelucrate, cat si la indepartarea cu viteza mai mare a produselor de erodare din zona de lucru.

– 72-

3.3 Strunjirea electrochimica

Datorita necesitatii prelucrarii suprafetelor de revolutie de forme complexe in piese din aliaje dure, s-a experimentat, cu succes, operatia de strunjire electrochimica.

Pre1ucrarea se face in fe1ul urmator: electrolitul este fortat sa treaca cu presiune si viteza mare prin interstitiul de lucru dintre piesa si scula, indepartand produsul dizolvat de pe piesa, in imediata apropiere de catod (sculaj.rPe masura ce stratul dizolvat este indepartat, catodul avanseaza normal pe axa de rotatie a piesei, pana ce piesa capata forma si dimensiunile dorite (fig. 3.9, a" b).

Fig. 3.9 Principiul prelucrarea suprafetelor de revolutie de forme complexe

Suprafetele exterioare sau interioare, obtinute prin acest procedeu, sunt mai simetrice decat cele obtinute prin procedeul electrochimic cu e1ectrozi ficsi. In contructia strungului, arbore1e principal este montat pe rulmenti de precizie, fixati in interiorul papusii fixe si etansati cu grija, pentru a nu patrunde electrolitul sau ceata (ce au actiune coroziva) din spatiul de lucru al strungului in papusa fixa. Arbore1e principal este conectat la polul pozitiv al generatorului de curent continuu cu ajutorul periilor.

Suportul de sustinere al e1ectrodului-scula are posibilitatea sa plaseze electrodul in asa fel incftt axa de simetrie a acestuia sa coincida cu axa de rotatie a arbore1ui principal (cazul gaurilor cilindrice drepte), sau sa fie adus intr-o pozitie excentrica pentru executarea unor tipuri de operatii ca: strunjirea suprafetelor interioare in trepte, a canelurilor, a suprafetelor frontale sau a suprafetelor exterioare.

– 73 –

In ultimul timp s-a trecut la prelucrarea magnetilor permanenti prin aceasta metoda, ca fiind mult mai vantajoasa dedit prelucrarea mecanica unde productivitatea este mica, iar la un numar mare de piese apar crapaturi, deformatii si alte defecte.

In figura 3.10 este aratat schematic procesul de gaurire electrochimica pe strung a unui magnet permanent. Piesa 1 este prinsa in platoul montat pe arborele principal al strungului. Electrodul-scula 2 are un cap de lucru, iar restul (atat suprafata interioara cat si exterioara) este izolat. Electrolitul este trimis'in zona de prelucrae cu ajutorul unei pompe, presiunea fiind reglata prin intermediul unui drosel si masurata cu un manometru plasat in circuit. Constructia impune exjstenta unei mantale de protectie care face ca electrolitul folosit sa fie recuperat si trimis prin conducte in rezervor.

Fig. 3.10 Schema procesului de gaurire electrochimica pe strung a unui magnet permanent

De fapt, procedeul poate fi adaptat si pe un strung obisnuit, la care sa se izoleze lagarele si sa se pretejeze anticoroziv ghidajele, prinderea electrodului-scula putandu-se face pe caruciorul portcutit, iar trimiterea electrolitului in zona de lucru – cu ajutorul unui circuit construit separat si anexat instalatiei.

Prin strunjire electrochimica se poate executa de astfel si gauri cu profil de revolutie, rotirea piesei imbunatatind considerabil precizia de prelucrare. Aceasta crestere calitativa a prelucrarii se datoreaza faptului ca rotirea piesei face ca fiecare punct al suprafetei prelucrate

– 74-

sa fie spalat de electro lit cu aceeasi viteza si presiune. De asemcnca, in aceste conditii, electrolitul antrenat in miscare de rotatie este amestecat mcontinuu, asigurandu-se astfel un grad sporit de omogenizare.

De asemenea, electrochimic se strunjesc piese cu pereti subtiri, care se prelucreaza greu prin metodele obisnuite, din cauza actiunii distructive a fortelor de aschiere.

3.4 Fezarea electro chi mica

Prin frezarea electrochimica, se reauzeaza conturarea unor protue simple sau complexe de orice marime. La aceasta operatie, profilul care se prelucreaza este copiat pe electrodul-scula, care se poate deplasa fie numai pe directie longitudinal a (fig. 3.11, a) fiein cazul unor prelucrari de precizie mai ridicata – pe directie longitudinal a si sa aiba 0 miscare de rotatie in jurul propriei axe (cazul electrozilor-scula-disc) (fig. 3.11 , b).

Fig. 3.11 Deplasarea electrodului-scula la conturarea profilelor prin frezare electrochimica

In cazul aplicarii procesului de frezare electrochimica, se impune ca suprafata care nu se prelucreaza sa fie acoperita cu un strat protector, rezistent la actiunea coroziva a electrolitului. Aceasta operatie de protectie se poate realiza in doua moduri si anume:

– se acopera intreaga suprafata a piesei ce urmeaza a fi prelucrata cu un strat protector SI apoi se indeparteaza cu ajutorul unui sablon protectia de pe zona ce va fi frezata electrochimic.

– 75 –

Grosimea stratului depus variaza intre 0,1 si 0,15 mm, putand ajunge pana la 0,2 mm cand adancimea de prelucrare depaseste 3 mm.

La indepartarea stratului de acoperire de pe portiunea ce urmeaza a fi prelucrata, este necesar sa se tina seama de faptul ca piesa este atacata si sub acest strat pe distanta A (fig. 3.12), trebuind deci sa se tina seama de un factor de acoperire F, care se determina experimental pentru fiecare caz.

Fig 3.12 Determinarea factorului de acoperire F in cazul prelucrarii unei suprafete

In cazul prelucrarii unei suprafete care se deschide (fig. 3.12, a), factorul de acoperire va fi: F = AID, iar cand se prelucreaza 0 suprafata cuva inchisa (fig. 3.12, b), factorul de acoperire va fi de forma: F = (E – C)/2 D, valorile lui F variind intre 0,98 si 1,33.

– cu ajutorul unui sablon identic cu forma zonei ce va fi atacata electrochimic, se acopera aceasta suprafata si apoi se acopera anticoroziv toata suprafata de langa marginile sablonului.

Ca si la strunjirea e1ectrochimica, procedeul poate fi adaptat la masinile-unelte universale (masini de frezat sau de rabotat) cu luarea masurilor corespunzatoare de protectie anticoroziva si izolare a lagarelor cand este necesar.

Si in acest caz, adaptarea procedeului pe masini universale c1asice implica utilizarea unor dispozitive speciale de tipul celui prezentat in figura 3.8 specific operatiei de gaurire.

In aceste conditii, pentru frezarea electrochimica se adopt a 0 constructie identic a de dispozitiv, modificarea aparand doar in ceea ce priveste constructia e1ectrodului-scula- fig. 3.13, care este prevazut cu canale (gauri) pe partea frontala, in vederea realizarii unei distributii uniforme a electrolitului pe suprafata de lucru.

-76 –

Fig. 3.13 Modificarea constructiei electrodului-scula pentru frezarea electrochimica

Prin frezarea electrochimica se obtine 0 crestere insemnata a productivitatii fata de proc,edeul c1asic, in cazul prelucrarii materialelor metalice dure, pre cum si 0 reducere insemnata a consumului de scule. De asemenea, procedeul electrochimic e1imina formarea bavurilor caracteristice frezarii mecanice.

3.5 Prelucrarea electrochimica a suprafetelor complexe

Prelucrarea unor piese cu 0 configuratie relativ complicata (plana sau spatiala), confectionate din materiale dure, sau a caror forme sunt greu de obtinut prin procedee c1asice de aschiere a impus adoptarea procedeului electrochimic pentru realizarea formelor respective.

In aceste conditii, pentru obtinerea cavitatii de forma dorita, se pot adopta scheme de lucru similare celor prezentate gauririi si frezarii e1ectrochimice.

Astfel, in cazul pre1ucrarii unor placi active pentru stante sau matrite de ambutisat, cu forme spatiale variabile, principiul prelucrarii – fig. 3.14, a – este similar cu eel al gauririi electrochimice, caracterizandu-se prin avans axial (de patrundere) al electrodului-scula pana la perforarea placii sau pana la adancimea necesara.

– 77-

Fig. 3.14 Principiul prelucrarii unor placi active pentru stante sau matrite de ambutisat

La prelucrarea e1ectrochimica a unor placi active pentru ambutisare, caracterizate prin sectiuni constante, principiul de lucru este similar cu eel de la frezarea e1ectrochimica – fig. 3.14, b.

In acest caz, electrodul-scula, la capetele profilului, executa 0 miscarea de patrundere in semifabricat, pana la realizarea adancimii necesare, si apoi se deplaseaza in lungul profilului pe lungimea necesara. In acest fe1, adaosul de pre1ucrare nu mai este dizolvat in intregime, ci doar in dreptul electrodului-scula prin miscarea de patrundere, cat si 0 insemnata economie de material scump utilizat la confectionarea placilor active de stante si matrite (otel inalt aliat, carburi metalice etc.).

Un exemplu de prelucrare, deosebit de dificil de realizat prin procedee1e c1asice, este eel al paletelor de turbina, care, la ora actuala, in majoritatea cazurilor, sunt obtinute prin procedeul e1ectrochimic.

Trebuie mentionat ca tehnologia de prelucrare electrochimica a paletelor se diferentiaza – atat din punct de vedere al constructiei e1ectrodului-scula cat si din punct de vedere al cinematicii – in functie de profilul paletei respective, care poate fi cu profil constant fig. 3.15, a – cu profil variabillegic – fig. 3.15, b – cu profil variabil alegic – fig. 3.15, c.

– 78 –

Fig. 3.15 Profilele paletelor de turbina

In general, pentru prelucrarea paletelor de turbina, sunt necesari doi electrozi, unul pentru realizarea intradosului paletei si altul pentru realizarea extradosului.

Prelucrarea electrozilor-scula se realizeaza pe masini cu comanda numerica dupa program sau prin frezare de copiere, caz in care este necesara realizarea unui sablon de urmarire a profilului, sablon care se realizeaza dupa 0 paleta talon, prin modelare cu rasini epoxidice – fig. 3.l6, a (de exemplu araldit).

Fig. 3.16, a Prelucrarea electrozilor-scula prin modelare cu rasini epoxidice

– 79 –

Indiferent cum este obtinuta paleta semifabricat (prin forjare sau prin frezare), trebuie avut in vedere ca profilul semifabricatului Sa prezinte la mijloc, in raport cu electrodul-scula, o linie (generatoare) perpendiculara pe directia de curgere a electrolitului (zona in care va incepe de altfel pre1ucrarea), departata de electrodul-scula cu circa 2 mm pentru a se realiza 0 curgere satisfacatoare a electrolitului. (b – a = 2 mm) – fig. 3.16, b.

Fig. 3.16, b Profilul semifabricatului prezinta la mijloc, in raport

o generatoare perpendiculara pe directia de curgere a electrolitului

De mentionat ca, dupa prelucrarea e1ectrochimica, mai ales in cazul cand se lucreaza cu doi electrozi-scula diferiti (pentru extrados si pentru intrados), zona de cracordare a profilului (fig. 3.16, c) va fi finisata ulterior (manual sau mecanizat).

– 80-

Fig. 3.16, c Zona de racordare a profilului ce va fi finisata ulterior

o atentie deosebita trebuie acordata modului de legare a electrodului-piesa la polul pozitival sursei de curent continuu (fig. 3.17, a, b), cele mai eficiente solutii actuale fiind acelea de dispunere a paletei pe 0 folie subtire de cupru 2, care sa imbrace uniform suprafata paletei, datorita si actiunii elementelor elastice 1 confectionate din cauciuc.

Fig. 3.17 Legarea electrodului-piesa la polul pozitiv al sursei de curent cxontinuu

– 81 –

Din punet de vedere al generarii profilului, aeesta se poate realiza – asa cum s-a aratat – simultan pentru ambele fete ale profilului sau sueeesiv.

Generarea simultana a suprafetelor paletei se poate face prin doua metode, si anume:

– cu electrod-scula monobloe (fig. 3.18, a); in cazul paletelor cu profil constant si de lungime mica; in acest eaz, electrodul-scula este 0 infasuratoare a profilului transversal al paletei si are avans de lucru pe directia axei longitudinale a acesteia;

– cu eleetrozi-scula (unul materializand extradosul si unul intradosul paletei) actionati simultan – fig. 3. 18, b. In acest caz, paleta 1 si electrozii-scula 2 sunt coneetati la 0 sursa de curent continuu 3, intreg ansamblu fiind introdus intr-o euva de lucru 4, exeeutata din material izolant, iar electrolitul 5 este fortat sa treaca eu viteza mare prin interstitiul de lucru dintre piesa si cei doi eleetrozi.

Fig. 3.18 Generarea simultana a suprafetelor paletei prin cele doua metode

Pe masura ee materialul este detasat de pe piesa, electrozii avanseaza, pentru ea parametrii de lucru sa ramana pe cat posibil eonstanti.

Prelucrarea paletei poate fi efeetuata fie din bloc plin, fie din piesa forjata cu un adaos de prelucrare de 1 -2 mm, sau chiar mai mic. Precizia de prelucrare prin acest procedeu este de ordinul sutimilor de milimetru. De pilda, finisarea paletelor pentru turbine, eu eombustie

– 82-

intema, obtinute prin matritare la cald cu un adaos de prelucrare de 0,508 … 0,762 mm, se realizeaza in circa 5 min, cu tolerante de ordinul a 0,076 mm,iar bordurile lor de atac, respectiv de fuga, pot fi fmisate cu 0 toleranta de 0,127 mm.

Dinexemplul dat se vede c1ar ca, pe langa precizia obtinuta prin acest procedeu, se obtine si reducerea considerabila a timpului de lucru. De asemenea, aplicand procedeul electrochimic la finisarea unei matrite, timpul de lucru s-a redus la 50 min, fata de minim 7 ore, cat dura prin prelucrarea c1asica (prin asclriere), precizia obtinuta inscriindu-se in campul de toleranta. Procedeul prezinta avantajul ca finis area se poate executa si dupa calirea suprafetelor.

Problema dificila, care apare la prelucrarea electrochimica a profilelor complexe este legata intotdeauna de curgerea electrolitului, care trebuie sa aiba 0 distributie uniforma pe toata suprafata de lucru, in caz contrar putand aparea abateri de forma de la profilul dorit.

3.6 Rectificarea electrochimica

Operatiile de rectificare electrochimica se utilizeaza in cazul necesitatii realizarii unei rugozitati foarte bune a suprafetelor deja prelucrate fie electrochimic (in cazul unor materiale dure si foarte dure) , fie prin procedee c1asice avand in vedere ca prin aceasta operatie se pot realiza in mod curent rugozitati de R, = 0,1 – 0,5 JlID.

Electrochimic se por recti fica orice tipuri de suprafete, ca si in cazul procedeului c1asic prin aschiere: cilindrica interioara (fig. 3.19) cilindrica exterioara, plana, profilata etc.

Fig. 3.19 Rectificare electrochimica cilindrica interioara

– 83 –

Toate aceste operatir se fac de regula in baia de electrolit, acesta fiind trimis sub presiune in zona interstitiului de lucru.

Pentru obtinerea unei precizii dimensionale ridicate, ca de altfel si pentru obtinerea rugozitatii impuse, in cazul rectificarii plane, electrodul-scula, iar in cazul rectificarilor suprafetelor de revolutie, atat electrodul-scula cat si electrodul-piesa au 0 miscare de rotatie pentru omogenizarea electrolitului si asigurarea unor conditii de lucru cat mai uniforme.

Trebuie mentionat faptul ca aplicarea acestui procedeu da nastere unor rotunjiri insemnate ale muchiilor ascutite, inconveniente care sunt usor de inlaturat prin prevederea unor adaosuri tehnologice cc se indeparteaza ulterior, sau prin adaugarea in continuarea suprafetei prelucrate a unor ,bucati de material de calitate inferioara si care se prelucreaza odata cu piesa (fig. 3.20).

Fig. 3.20 Adaos tehnologic pentru inlaturarea rotunjimilor muchiilor ascutite

Procedeul de prelucrare electrochimica se poate adapta sf pe masinile de rectificat universale, electrodul-scula fiind legat la polul negativ, iar masa masinii sau papusa fixa la polul pozitiv al unui generator de curent continuu, aplicandu-se sisteme de protectie anticoroziva la subansamblele la carese impune acestJucru.

In acest caz se impune utilizarea unor dispozitive speciale de rectificat, de tipul celui prezentat in fig. 3.21.

– 84-

Fig. 3.21 Dispozitiv special de rectificare electrochimica

Scula propriu-zisa executata din cupru sau grafit, este alcatuita din doua parti: corpul 9 si corpul10.

Corpul 9 este introdus presat pe conul inferior al discului de sustinere 3. In interiorul corpului 9 este introdusa presa de ghidare 19, iar corpul 10 este introdus pres at in piesa de strangere 11.

Pe ambele corpuri ale sculei sunt prelucrate fante cu grosimea 0,8 … 1 mm cu 0 distributie radiala, pentru asigurarea mentinerii stratului de electrolit in zona de lucru.

Orientarea corpului 9 fata de corpul 10 al sculei se face in felul urmator: piesa de strangere 11 se introduce cu joe alunecos in piesa de ghidare 10; rotirea dintre piesele 11 si 19 fiind preluata de un stift filetat cu varf conic 17.

Corpul 10 al sculei este strans de corpul 9 prin intermediul unui surub 14, al saibei 15, saibei 16 si garniturilor de cauciuc 12 si 13, care impiedica scurgerile de electro lit dintre cele doua conuri.

Scula este astfel asamblata pe discul de sustinere 3, montat in axul 1 al capului de prelucrat electrochimic 25, prin intermediul conului sau exterior a si al bucsei filetate 23, sudata pe discul 3.

Conditiile de functionare ale sculei impun ca aceasta sa lucreze numai cu partea ei inferioara. Pentru a impiedica imprastierea electrolitului, pe asamblul sculeise monteaza ansamblul aparatorii exterioare, alcatuit din: aparatoarea propriu-zisa 18, care, prin intermediul semibucsei de distantare 20 si a bucsei de alunecare 8, realizeaza un joe

– 85 –

alunecator intre scula si aparatoare obligand e1ectrolitul sa circule numai pnn partea inferioara a sculei. Aparatoarea 18si semibucsa 20 sunt prinse de' bucsa 8 prin intennediul suruburilor 21. Ansamblul aparatorii este mentinut fix prin bucsele de distantare 22, prinse intre ele prin intennediul surubului 4, piulitei 6 si a saibei 7 si apoi fixate pe suruburile 24 de corpul capului de prelucrat e1ectrochimic 25. Reglarea axiala a ansamblului aparatorii fata de ansamblul sculei se face prin intennediul unor placute de reglaj 5, confectionate din cupru.

Electrolitul este trimis prin intermediul axului 1 al capului de prelucrat electrochimic 25, la discul 3, de unde, prin gaura centrala b a acestuia si orificiile radiale c, este distribuit la fantele sculei (corp 9 si 10), realizandu-se 0 distributie unifonna a electrolitului in zona de lucru.

Utilizarea acestui dispozitiv pentru rectificarea electrochimica a pieselor din carburi metalice pennite realizarea unei importante cresteri de productivitate (circa 20 – 30 %), comparativ cu rectificarea prin aschiere c1asica, si totodata 0 insemnata imbunatatire a calitatii suprafetelor prelucrate, prin eliminarea tensiunilor interne si a microfisurilor.

Avantajele rectificarii electrochimice fata de cea c1asica (mai ales in cazul pre1ucrarii materialelor dure) sunt evidente, avand in vedere incalzirea neinsemnata a piesei si, ca urmare, lipsa defonnatiilor tennice. De asemenea, precizia de prelucrare este corespunzatoare, putandu-se obtine circa 0,01 mm.

3.7 Debitarea electro chi mica

Prelucrarea electrochimica se poate folosi, de asemenea, in bune conditii la debitarea (taierea unor semifabricate sau piese de diferite forme, confectionate din materiale greu prelucrabile prin aschiere, cum ar fi wolframul si aliajele lui.

In functie de grosimea si precizia taierii care trebuie realizata, se pot utiliza diferite scheme de lucru, ca de exemplu: taierea cu disc, taierea cu sarma (la fel ca la prelucrarea prin electroeroziune), taierea cu placa (fig. 3. 22), sau taierea cu banda (fig. 3.23).

– 86 –

Fig. 3.22 Taierea electrochimica cu placa

Fig. 3.23 Taierea electrochimica cu banda

La to ate aceste tipuri de procedee, electrolitul este trimis sub presiune in zona de lucru, iar pentru asigurarea unei precizii de prelucrare ridicata, este bine ca electrozii-scula (disc, banda sau sarma) sa aiba, pe cat posibil, si 0 miscare fie de rotatie, fie rectilinie, prin infasurare pe role.

De regula, la debitarea electrochimica, semifabricatul ramane fix, iar electrodul-scula, prins in dispozitivul portelectrod specific, are miscare de avans.

Viteza relativa intre cei doi electrozi trebuie sa fie cuprinsa in gama 0,01 – 0,05 mis, iar viteza de taiere sa fie de circa 0,4 cmlmin.

– 87 –

3.8 Honuirea electrochimica

Procedeul de honuire electrochimica este 0 combinatie .>, a procedeului c1asic de honuire abraziva cu dizolvarea anodic a, catozii fiind dispusi intre baretele abrazive, la 0 distanta de 0,075 – 0,125 mm de peretele piese (fig. 3.24)

Fig. 3.24 Procedeul de honuire electrochimica

Electrolitul este injectat sub presiune in interstitiul de lucru prin fante situate, de obicei, intre barete1e abrazive si catozi.

Prelevarea de material se face datorita atat miscarii de translatie si rotatie a capului de honuit in raport cu piesa – prin intermediul baretelor abrazive – care realizeaza de fapt depasivizarea mecanica – cat si prin dizolvarea anodica datorata legarii piesei si a catozilor la bomele unui generator de curent continuu.

Ca urmare, sculele de honuit prezinta 0 constructie speciala (in raport cu cele c1asice), datorita necesitatii existentei, in afara baretelor abrazive, si a lamelelor-electrod, care se impun a fi legate la polul negativ al sursei de curent continuu si izolate de corpul sculei.

In fig. 3.25 este prezentata constructia unei astfel de scule de honuire electrochimica, principale sale elemente constructiv-functionale fiind urmatoarele: corpul 1 in care se introduce tija cu conuri impingatoare 2, care deplaseaza radial placutele-electroni 3 (confectionate din cupru), tija fiind ghidata in bucsele izolatoare 4 si 5, montate in capacul 12; barete1e abrazive 6 sunt mentinute in contact permanent cu suprafata piesei, prin intermediul arcurilor 7, iar placutele-electrod sunt mentinute in contact cu conurile tijei 2 cu ajutorul arcurilor 8. Retragerea tijei cu conuri este asigurata de actiunea arcului 9. Aducerea electrolitului in zona de lucru se face prin spatiul dintre tija cu conuri si corpul sculei, prin

– 88 –

gaurile practicate in bucsa de sustinere 10 si spatiul dintre peretii .laterali ai placutelorelectrozi si cei ai elementelor de ghidare 11 (confectionate din material electroizolant).

Fig. 3.25 Constructia unei scule speciale de honuire electrochimica

Datorita faptului ca honuirea electrochimica trebuie sa asigure atat rugozitatea impusa suprafetei prelucrate, cat si precizia dimensional a a acestuia, prelucrarea trebuie sa se desfasoare in camere de contrapresiune, 0 astfel de constructie specifica fiind prezentata in fig. 3.26.

Fig. 3.26 Camera de contrapresiune pentru honuirea electrochimica

– 89-

Avantajele honuirii electrochimice fata de honuireaclasice sunt similare cu cele ale rectificarii electrochimice sianume: productivitate mare mai ales pentru materialele greu prelucrabile prin aschiere; lipsa bavurilor specifice procedeelor clasice; lipsa stratului influentat termic si, in consecinta, 0 precizie de prelucrat sporita.

3.9 Debavurarea electro chi mica

Debavurarea electrochimica (fig.3.27) poate fi executata in interiorul sau exteriorul pieselor tumate, forjate, matritate etc., in pozitie stationara sau cu avans al electrodului-scula, fiind bazata tocmai pe fenomenul de rotunjire a muchiilor vii, caracteristic prelucrarilor electrochimice.

Fig. 3.27 Procedeul de debavurare electrochimica

Electrodul-scula trebuie construit astfel indit sa fie protejate partile care nu trebuie prelucrate din piesa (montat pe suporti din materiale electroizolante, sau acoperite diferite zone cu materiale rezistente la actiunea electrolitului).

Eficienta sporita a procedeului se datoreaza densitatii mari de curent care se creaza pe zonele proeminente ale piesei.

Instalatiile de acest tip, mai ales cele cu electrod-scula stationar si de forma conjugata cu a piesei prelucrate, sunt foarte simplu de realizat, fiind necesare in esenta doar niste cuve corespunzatoare dimensiunilor de gabarit ale piesei si un generator de curent continuu.

– 90-

De mentionat ca, pentru debavurarea unor suprafete dispuse pe piese agabaritice, care nu se pot monta pe mesele masinilor de prelucrat electrochimic.- se pot utilita dispozitive mobile care se pozitioneaza pe aceste piese, dispozitive care inglobeaza atat camera de contrapresiune, cat si electrodul-scula,

o astfel de constructie de dispozitiv mobil este prezentata in fig. 3.28 fiind 0 adaptare a unui dispozitiv rotativ cu actionare pneumatic a (produs la LM.F. Bucuresti), solutia constructiva permitand rotirea electrodului-scula in cazul debavurarii gaurilor cilindrice.

Fig. 3.28 Dispozitiv mobil pentru debavurarile suprafetelor dispuse pe piese agabaritice

3.10 Lustruirea electrochimica

Lustruirea – aplicata in special la probele metalografice – a constituit de fapt primul pas in dezvoltarea ulterioara a procedeelor de prelucrare electrochimica.

Schema de lucru este specifica procesului de electroliza si consta in scufundarea intro baie de electro lit atat a piesei legata la polulpozitiv, cat si a electrodului -scula legat la polul negativ al unei surse de curent continuu (fig. 3.29)

– 91 –

Fig. 3.29 Schema de lucru pentru lustruirea electrochimica

Lustruirea se datoreaza faptului ca, in dreptul varfurilor microneregularitatilor, rezistenta opus a de pelicula de electro lit este minima si, in consecinta, in aceasta zona densitatea de curent este maxima si va avea loc 0 prelevare de materiel pana la egalizarea acestor microneregularitati.

In general, pentru realizarea unei rugozitati a suprafetei lustruite de circa R, = 0,16 – 0,08 jJffi, este necesar ca suprafata initiala sa aiba 0 rugozitate de R, = 1,25 – 0,63 urn, impunandu-se, deci, 0 rectificare prealabila a zonei supuse tratamentului electrochimic.

Trebuie mentionat insa ca rugozitatea realizata in urma lustruirii electrochimice este putemic influentata de natura si calitatea materialelor metalice prelucrate, orice defect de structura (neomogenitate, inc1uziuni etc.) fiind imediat scos in evidenta.

Tehnologia de lustruire electrochimica cuprinde intotdeauna trei etape specifice: pregatirea suprafetei piesei prin imbunatatirea rugozitatii si curatirea de eventualele pelicule de oxizi, grasimi si alte impuritati; lustruirea propriu-zisa; operatii finale prin care se urmareste indepartarea electrolitului coroziv de pe suprafata prelucrata, prin spalare in baia alcalina, apoi cu apa calda si ungere cu ulei mineral fierbinte pentru indepartarea umiditatii si protejare anticoroziva ulterioara.

Electrochimic se pot lustrui, in general, orice tipuri de piese utilizate in constructia de masini cum ar fi: armaturi, diferite rep ere de la masini si aparate acoperite cu pulberi metalice, scule aschietoare, organe de masini, probe metalografice, arcuri, tevi, benzi, sarme, palete de turbina etc.

– 92-

Operatia de luctruire electrochimica a fost utilizata cu mult succes inca de la inceput, la superfinisarea rotilor dintate.

In fig. 3.30 este prezentata 0 astfe1 de instalatie de lustruit electrochimic roti dintate obtinute prin rulare cu e1ectrod special construit.

Fig 3.30 Instalatie de luctruit electrochimic roti dintate

Carcasa, in interiorul careia se introduce roata dintata 1, are decupari pe suprafata cilindrica, paralele si egale cu numarul de dinti, formand e1ectrozii 2. Acestia sunt situati deasupra fiecarui cap de dinte, avand ca scop marirea densitatii campului electric in jurul capului dintelui, pentru intensificarea corectarii profilului transversal al dintilor. In mod similar, suprafetele frontale 3 ale carcasei contribuie la marirea corectarii longitudinale a dintilor. Roata impreuna cu domul 4 (pe care este montata) formeaza anodul, iar carcasa – catodul. Intreg ansamblul este introdus in baia de electrolit.

Catodul de forma descrisa da rezultate bune in ceea ce priveste corectarea rotilor, insa prezinta dificultati la executarea lui, in specialla rotile cu modul mic. Din acest motiv, s-a trecut la construirea catozilor fara decupari, care due la 0 diferentiere mai mica intre densitatile de curent de la capul si de la fundul dinte1ui.

Pentru lustruirea rotilor de dimensiuni mari, catodul se executa in forma de segment, iar roata capata 0 miscare circulara, fiecare dinte trecand prin fata catodului (fig. 3.31, a, b)

– 93 –

Fig. 3.31 Axa de inclinatie a rotilor mari la lustruirea electrochimica

Pozitionarea rotii dintate trebuie facuta in asa fel indit bulele de gaz ce se formeaza in timpul procesului sa se poata degaja liber. In cazul rotilor mari, axa de rotatie a rotii va fi inclinata (fig. 3.31 c, d) pentru ca numai 0 portiune din roata sa intre in electrolit, evitandu-se astfel constructia de bai mario

In figura 3.32, a, este aratat un alt model de catod de forma inelara, cu 0 inaltime mai mica decat latimea rotii, care executa 0 miscare rectilinie alternativa lenta in lungul axei rotii.

Fig. 3.32 Modele de catod folositi la lustruirea electrochimica

In figura 3.32, b, catodul este format din trei segmenti inelari ficsi, care sunt conectati

v

succesiv la sursa de curent, iar schema din figura 3.32, c, prevede catodul format din patru

sectoare independente, care, de asemenea, sunt conectate succesiv la sursa de curent.

– 94.,

Solutiile prezentate in figurile 3.31 si 3.32 au scop ca, prin reducerea suprafetei catodului, sa poata fi micsorata intensitatea curentului in instalatii, pastrand in acelasi timp densitatea necesara la catod.

Suprafetele lustruite electrochimic sunt caracterizate printr-o uzura foarte mica si printr-un coeficient de frecare redus. Experientele au aratat ca lustruirea electrochimica a rotilor dintate prelucrate prin frezare a redus uzura dintilor la 117, iar in cazul rotilor dintate rectificate, uzura dintilor a fost redusa la jumatate.

Acest fenomen de ciupire ("pitting") la rotile dintate care transmit sarcini mari, este semnalata la sarcini de doua ori mai mari la rotile lustruite electrolitic, fata de rotile dintate rectificate mecanic. Lustruirea e1ectrochimica a rotilor dintate are, de asemenea, 0 influenta favorabila si in ceea ce priveste functionarea linistita a transmisiei, precum si asupra reducerii tendintei de vibratie.

Procedeul de lustruire electrochimica este utilizat cu succes si la lustruirea benzilor si sarmelor (lustruire electrochimica bipolara).

Lustruirea electrochimica a burghielor consta in lustruirea canalelor si apoi muchiilor aschietoare. Lustruirea canalelor se face dupa ce in prealabil burghiul a fost tratat termic si i s-a facut 0 sablare in scopul curatirii oxizilor si impuritatilor ce au aderat la suprafata lui in timpul tratamentului termic. Dupa lustruirea canalelor se face 0 reascutire, urmata de luctruirea muchiilor aschietoare.

Burghiele (si ce1elalte scule aschietoare) lustruite electrochimic au avantajul ca asigura 0 evacuare a aschiilor mult mai buna, micsorand astfel incalzirea, fapt ce determina cresterea durabilitatii si sigurantei in lucru.

Pastrarea dimensiunilor, si a formei geometrice a burghiului depinde de asezarea, de profilul si de marimea catodului. In cazul lustruirii burghielor cu diametru mai mare de 5 mm, se folosesc catozi individuali de forma ine1ara, in centrul caro~a se aseaza burghiul

(fig. 3.33, a). Distanta dintre catod si piesa trebuie sa fie de doua ori mai mica decat lungimea h a burghiului, iar inaltimea t a catodului trebuie sa fie 1 -1,5 din diametrul burghiului. In cazul burghielor cu diametru ce nu depasesc 5 mm, se folosesc catozi cu suprafete inguste plasate la suprafata e1ectrolitului (fig. 3.33, b).

– 95 –

Fig. 3.33 Tipuri de catozi folositi la lustruirea burghielor

Regimul de lucru folosit este urmatorul: densitatea de curent, 40 – 60 Azdm"; temperatura electrolitului 70 – 90 ° C; durata operatiei 0,5 – 1 min.

Acest regim se foloseste, de obicei, pentru operatia de .finisare" a burghielor, ce se executa ca ultima operatie dupa prelucrarea mecanica si termica, dupa care scula poate fi data in folosinta.

in functie de marimea baii, se pot prelucra concomitent mai multe burghie, marinduse in acest scop productivitatea.

in mod analog, se luctruiesc alezoarele, adancitoarele, burghiele de filetat SI alte asemenea scule aschietoare.

Lustruirea electrochimica a frezelor se face tinand seama ca precizia dimensional a pe diametrul frezelor nu este importanta, in acest caz, se are in vedere obtinerea unei cantitati corespunzatoare a suprafetei, calitate care se poate asigura print-un regim de lucru optim. Distanta dintre catod si freza nu trebuie sa fie mai mica de 50 mm, sau eel putin egala cu diametrul frezei. Aceasta conditie este necesara pentru indepartarea uniforma a metalului de pe suprafata frezei. Daca electrolitul in care se realizeaza lustruirea are 0 greutate specifica mai mare de 1,75, va trebui ca scula (freza) sa fie rotita continuu sau periodic cu 90°, asigurandu-se in felul acesta 0 lustruire uniforma pe intreaga suprafata.

Regimul de lucru pentru lustruirea unei freze din otel aliat de scule este urmatorul: densitatea de curent, 45 – 60 Azdm"; temperatura electrolitului, 70 – 90°C; durata de prelucrare, 5 – 6 min.

– 96-

Trebuie aratat insa ca, prin lustruirea electrochimica, abaterile de forma rezultate in urma operatiei de rectificare anterioara se copiaza, iar in cazul alegerii unor regimuri de lucru neadecvate, se pot chiar mari.

Lustruirea electrochimica, in afara principalului efect de imbunatatire sensibila a rugozitatii suprafetei, implica si cresterea rezistentei la coroziune si a rezistentei la oboseala, datorita eliminarii din stratul superficial a tensiunilor interne remanente si a ecruisarii, fenomene caracteristice care insotesc lustruirea mecanica.

In to ate tarile industrializate, se constata insemnate cresteri in ceea ce priveste utilizarea in industrie, in general, a tuturor procedelor neconventionale si in mod deosebit a celui electrochimic. Aceasta tendinta se prevede sa ia amploare in urmatorii ani, tot mai multe firme specializandu-se in proiectarea si realizarea unor astfel de utilaje.

Datorita productivitatii ridicate, se prevede cresterea ponderii procedeului

electrochimic in cadrul prelucrarilor neconventionale, prin realizarea unor utilaje de prelucrat electrochimic atat universale, cat si specializate.De asemenea, se manifesta in mod pregnant tendinta pentru conceptia si realizarea unor instalatii cu un inalt grad de tehnicitate, incluzand comanda program si comanda adaptiva, precum si preocuparea pentru perfectionarea proiectarii si realizarii, in conditii economice, a sculelor.

In aceste conditii, se preconizeaza ca in perioada imediat urmatoare (circa 5 ani) 50 % din matritele de forjat, 80 % din cochilele de turnat si 45 – 50 % din productia de stante si matrite sa fie realizate prin procedeele electrochimic si electrocoroziv.Posibilitatea introducerii pe scara tot mai larga a prelucrarii electrochimice in industria constructoare de masini este determinata in mod hotarator si de perfectionarea tehnologiilor de lucru. In aceste conditii, problemele majore care se impun a fi rezolvate sunt cele legate de optimizarea parametrilor de lucru in scopul cresterii preciziei de prelucrare, obtinerea pe 0 cale cat mai economica a electrodului-scula, stabilirea cuplului optim de materiale electrod-scula – electrod-piesa, utilizarea unor noi electroliti cu proprietati superioare, care sa asigure 0 cat mai buna stabilitate a procesului de dizolvare.

Perfectionarea tehnologiilor de prelucrare electrochimica implica totodata 0 mai buna cunoastere si dirijare a interdependentei dintre parametrii electrotehnologici; tensiune, intensitate, densitate de curent, viteza de avans, presiunea si viteza electrolitului, temperatura in zona de lucru si caracteristicile tehnice ale prelucrarii: productivitate, precizie de forma si dimensionala, calitatea suprafetei realizate.

– 97 –

CAPITOLUL IV

LUSTRUlREA ELECTROCHIMICA A PROBELOR METALOGRAFICE

4.1 Generalltati

Lustruirea electrochimica se bazeaza pe fenomenul dizolvarii anodice, adica trecerea in solutie a matenarunn am care este conrectionat anodul prin niste reactii chimice simple. Ionii pozitivi de la anod tree in solutie si reactioneaza cu ionii negativi existenti in electro lit, formand compusi chimici (hidroxizi metalici) care se depun ca reziduuri in electro lit. Avantaje: productivitatea prelucrarii este ridicata; precizia dimensionala si calitatea suprafetelor prelucrate sunt foarte bune; pre1ucrarea nu conduce la modificari structurale sau tensiuni in piesele prelucrate; posibilitatea obtinerii unor piese la forme finale, fara pre1ucrari ulterioare. In acelasi timp, procedeul necesita instalatii costisitoare, iar controlul parametrilor de lucru este dificil.

In fig.4.1 este reprezentat schematic un proces de dizolvare anodica a unui otel, avand ca electrolit 0 solutie apoasa de NaCl. Hidroxizii de fier se vor depune in cuva de e1ectroliza, iar hidrogenul care se degaja la catod se imprastie in atmosfera impreuna cu alte noxe, motiv pentru care baile trebuie inchise si prevazute cu aerisire fortata

Fig.4.1 Schema de principiu a prelucrarii prin eroziune electrochimica

– 98 –

Productivitatea prelucrarii electrochimice este

cantitatea de material dizolvat chimic sub actiunea curentului electnc, 'in umtatea de timp. Cantitatea efectiva de metal erodat de la anod se poate detennina pe baza legilor lui Faraday: – /egea intdi: masa unei sub stante depuse la un electrod in timpul electrolizei este proportional a cu electricitatea trecuta prin electro lit:

unde: K – echivalentul electrochimic al substantei [mg/C]; 1- intensitatea curentului [A]; t – timpul de trecere a curentului [s]; '7- randamentul de curent (raportul dintre cantitatea de material efectiv dizolvata si cea teoretic dizolvata) [%].

– /egea a doua: la trecerea aceleasi cantitati de electricitate prin solutii cu diferiti electroliti, cantitatile fiecareia din substantele expuse la transfonnari sunt proportionale cu echivalentii lor chimici:

unde: Ag – greutatea atomic a a argintului [g]; v – valenta atomului din combinatia moleculara; Ag / v = M – echivalentul [g/A: h].

Volumul de material erodat:

metalului [g/crrr']; A –

masa atomica a metalului supus erodarii.

Productivitatea prelucrarii este direct proportional a cu rntensitatea curentului SI timpul de trecere a curentului si invers proportionala cu densitatea materialului sivalenta lui.

– 99-

4.2 PREGATlREA PROBELOR METALOGRAFICE

Pregatirea probelor metalografice necesita urmatoarele operatii: taierea de la locul de prelevare cu flacara, cu discuri abrazive sau prin aschiere si realizarea formei dorite; obtinerea unei suprafete plane prin slefuiri succesive cu materiale abrazive cu granulatii din ce in ce mai fine; lustruirea mecanica, electrolitica sau chimica si punerea in evidenta a structurii pentru analiza microscopica prin atae cu reactivi chimici sau electrolitici, cu saruri topite sau prin bombardament ionic.Conform ASTM (American Society for Testing

and Materials), pregatirea probelor metalografice pentru analiza microscopica este riguros stabilita printr-o serie de standarde (tabelul 1).

Astfel, in cazul pieselor tumate sau forjate, probele se preleveaza fie din piese martor, obtinute in conditii identice cu piesele care alcatuiesc un lot, fie din apendice prevazute special la piese, iar in cazul pieselor laminate, extrudate sau trase, probele trebuie sa acopere intreaga sectiune transversala a produsului.

Tabelu 4.1 .Standarde ASTM pentru pregatirea probelor metalografice

Prelevarea probei se face prin taiere cu flacara oxiacetilenica, cu ferastraie, cu discuri abrazive sau cu ajutorul masinilor-unelte. Taierea oxiacetilenica deterioreaza structura din zona influentata termic, aceasta trebuind indepartata ulterior printr-un alt procedeu, S1 se aplica numai in cazul pieselor de dimensiuni foarte mario

Taierea cu ferastraul se foloseste in cazul materialelor moi, iar taierea cu discuri abrazive sau diamantate este preponderenta, laboratoarele metalografice fiind dotate cu masini speciale de debitat, echipate cu astfel de discuri (fig.2.). Taierea cu discuri produce

– 100-

deformari plastice mai mici dedit in cazul folosirii ferastraielor, iar pentru evitarea aparitiei zonelor

Fig.4.2 Masina de debitat cu disc diamantat

influentate termic, se utilizeaza lichide de racire. Diametrele discurilor sunt de 100 … 300 mm. iar grosimile lor variaza de la cateva zecimi de mm, la 2 mm.

Taierea probelor se mai poate face si prin aschiere (tig.3). 0 astfel de minimasinaunealta realizeaza operatii de strunjire si frezare, folosind scule diamantate si utilizand regimuri de aschiere care sa nu conduca la supraincalzirea sau deformarea plastica a materialului.

Fig.4.3 Masina-unealta de prelevat probeprin strunjire si frezare.

– 101 –

Obtinerea suprafetelor plane ale probelor se face prin slefuire, si pe langa realizarea unei planeitati cat mai bune, se urmareste inlaturarea stratului de material deformat si supraincalzit din apropiere. Slefuirea se face in mai multe etape, folosind materiale abrazive cu granulatii din ce in ce mai fine, ajungandu-se pana la lepuire care utilizeaza paste sau lichide abrazive.

4.3. LUSTRUIREA ELECTROCHIMICA

Dupa slefuire, suprafetele plane ale probelor mal au inca un strat de material deformat, de grosime foarte rmca, III care pot exista zgarieturi fine ce pot impiedica punerea in evidenta a structurii, fapt pentru care se aplica 0 lustruire. Ea se poate face mecanic, electrochimic, chimic, pnn procedee chimico-mecanice, mecano-electrolitice, magnetoreologice, cu jeturi fluidice de inalta presiune sau cu laser. Obiectul prezentei lucrari il constituie lustruirea electrochimica sau electrolitica. Primul brevet referitor la lustruirea electrochimica a fost depus de guvemul german in 1912, pentru lustruirea obiectelor de argint, folosind ca electrolit 0 solutie de cianura. In 1935, francezul Pierre Jacquet a reusit lustruirea unui esantion de cupru intr-o solutie de acid fosforic. In continuare, tehnica lustruirii electrochimice s-a aplicat aluminiului si magneziului, astazi folosindu-se la majoritatea materialelor metalice.

Lustruirea electrochimica se realizeaza in celule de electroliza (fig.4.) care constau dintr-o cuva de stic1a Pyrex cu electro lit in care se afla cei doi electrozi. Ca anod se foloseste proba metalografica, iar la catod se monteaza 0 placa din otel inoxidabil, cupru sau plumb. Catodul se alege in functie de anod, iar electrolitul, in functie de asociatia anod-catod. Cuva de electroliza este alimentata de la 0 sursa exterioara de curent continuu, prin intermediul unui reo stat, iar pentru omogenizarea temperaturii electrolitului se foloseste un agitator. Pentru mentinerea cuvei cu electro lit la temperatura prescrisa, aceasta este introdusa intr-un bazin cu apa de racire.

Aplicand electrozilor un curent electric de 0 anumita densitate si asigurand electrolitului 0 anumita temperatura, se produce 0 dizolvare anodica, adica trecerea in solutie a materialului din care este confectionata proba metalografica. Deoarece viteza de dizolvare este mai mare la varfurile asperitatilor si mai mica la baza acestora, se produce netezirea si lustruirea avansata a suprafetei probei, fenomen cunoscut sub numelede nivelare anodica.

– 102 –

Avantajele lustruirii electrochimice constau in timpul scurt de prelucrare si in faptul ca stratul de material deformat si cu mici asperitati, datorat prelucrarilor anterioare, este inlaturat complet, fara a se mai forma unul nou. Se obtine astfel 0 suprafata complet lipsita de deformatii plastice si asperitati, cu 0 rugozitate de 0,08 … 0,16 urn.

Fig.4.4. Cuva pentru lustruire electrolitica

In tabel

sunt prezentate materialele metalice care se pot lustrui electrochimic, compozitia

electrolitului, conditiile de lucru si natura catodului.

CONCLUZII

Lustruirea probelor metalografice are ca scop inlaturarea stratului de material deformat plastic si cu mici asperitati, datorat prelucrarilor anterioare, putandu-se face pe masini mecanice de lustruit sau prin procedeul >electrochimic.

Lustruirea electrochimica se bazeaza pe fenomenul dizolvarii anodice si prezinta urmatoarele avantaje: se face intr-un timp scurt; reclama 0 slefuire anterioara mai putin pretentioasa; proba nu se incalzeste, ceea ce asigura mentinerea intacta a structurii metalografice; suprafata prelucrata nu contine nici un fel de impuritati; permite prelucrarea unor materiale foarte dure.

In acelasi timp, multi dintre electrolitii folositi sunt periculosi, daca nu sunt manevrati cu atentie. Astfel, amestecul de acid percloric si anhidrida acetica, in anumite conditii, poate face explozie, iar vaporii de anhidrida acetica pot cauza dificultati respiratorii. De asemenea, procedeul se aplica numai materialelor conducatoare de electricitate.

105