Исследование влиянияхарактеристик катода-инструмента на качество поверхности крупногабаритных деталей при электрохимической обработке Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Решетневскуе чтения. 2017

УДК 621.9.047

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯХАРАКТЕРИСТИК КАТОДА-ИНСТРУМЕНТА НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

И. Я. Шестаков, М. В. Ворошилова, Д. С. Ворошилов

Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 Е-mail: [email protected]

Приведены результаты исследований электрохимическойобработки (ЭХО) крупногабаритных деталей летательных аппаратов. Изучено влияние конструкции и материала катода-инструмента на качество обрабатываемой поверхности.

Ключевые слова: электрохимическая обработка, катод-инструмент, шероховатость поверхности, электролит.

INFLUENCE OF CATHODE-INSTRUMENT CHARACTERISTICS AT SURFACE QUALITY OF LARGE-SIZE DETAILS DURING ELECTROCHEMICAL MACHINING

I. Ya. Shestakov, M. V. Voroshilova, D. S. Voroshilov

Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Е-mail: [email protected]

This work represents research results of electrochemical machining (ECM) of large-size aircraft details. We scrutinize the influence of the design and material of the cathode-instrument on the quality of the treated surface.

Keywords: electrochemical machining, cathode-instrument, surface roughness, electrolyte.

Производство новейшейракетно -космической техники развивается в направлениях наращивания мощности и экономичности изделий, путем увеличения рабочих температур, использования более легких материалов и современных методов их обработки. Исследование, разработка и внедрение новых технологий обработки материалов, обеспечивающих надежность, долговечность и безопасность при эксплуатации летательных аппаратов является актуальнойтемой для исследования.

Применение электрохимической обработки (ЭХО) тонкостенных деталей летательных аппаратов позволит обрабатывать сборочные единицы, изготовленные практически из любых металлов и сплавов [1-2]. Кроме того, ЭХО характеризуется высокой скоростью удаления материала и возможностью эффективной обработки труднообрабатываемых материалов, что позволяет достичь необходимого качества поверхности (Яа = 2,5 мкм) для получения заданного уровня механических свойств.

При ЭХО деталей летательных аппаратов часто используют электроды специальных конструкций, при использовании которых становится возможна обработка крупногабаритных сборочных единиц, в том числе деталей, имеющих форму тел вращения.

Для изучения процесса ЭХО тонкостенных деталей использовали катоды-инструменты двух типов: с круглой и плоской рабочей поверхностью, представляющие собой фторопластовую втулку с запрес-

сованной в нее медной пластиной. В качестве электролита применяли 15 % N^N03 + 2,5 % №3С6Н507. Проведенные ранее исследования [3-4] показали, что введение комплексообразователя 2,5 % №3С6Н507 в раствор электролита позволяет устранить оседание шлама на обрабатываемой поверхности и увеличить прорабатываемость электролита.

Установлено, что при использовании катода-инструмента, имеющего в сечении круглую форму, происходит растекание тока по поверхности обрабатываемого материала. Это приводит к снижению точности обработки, ухудшая качество поверхности. Применение катода-инструмента, имеющего плоскую рабочую поверхность, позволит повысить степень локализации плотности тока на обрабатываемой поверхности, что способствует улучшению качества обработки детали.

Дальнейшие исследования выявили, что использование титанового (ВТ1-0) катода с полупроводниковым покрытием позволит повысить качество обрабатываемой поверхности (см. рисунок).

Как известно [5], оксид титана обладает полупроводниковыми свойствами. Это может быть использовано для повышения качества обработки, что в свою очередь должно привести к снижению переходной зоны на входе в межэлектродный канал и на выходе из него. Покрытие из оксида титана получено путем наложения положительного потенциала на анод из титана в водном растворе.

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

Зависимость качества поверхности от материала катода-инструмента

Таким образом, использование титанового катода-инструмента с плоской рабочей поверхностью, которая имеет полупроводниковое покрытие, при ЭХО деталей позволяет повысить качество обработки, т.к. шероховатость поверхности обработанной титановым катодом меньше в переходной зоне, и сама зона короче по сравнению с результатами, полученными при использовании медного катода-инструмента. Кроме того, применение данной конструкции катода и режима обработки дает возможность избежать растравливания поверхности анода и получать тонкостенные детали летательных аппаратов с требуемым качеством поверхности.

Библиографические ссылки

1. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Г. Л. Амитан, И. А. Байсупов и др. Л. : Машиностроение, 1988. 719 с.

2. Электрохимическая размерная обработка металлов и сплавов. Проблемы теории и практики : монография / О. И. Невский, В. М. Бурков и др. ; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2006. 282 с.

3. Шестаков И. Я., Ворошилова М. В., Ворошилов Д. С. Исследование качества поверхности при локальной электрохимической обработке в электролитах, содержащих нитрат аммония // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2017. Т. 15, № 1. С. 64-69.

4. Шестаков И. Я., Ворошилова М. В., Ворошилов Д. С. Возможности применения электрохимической размерной обработки вращающимся катодом-

инструментом для деталей летательных аппаратов // Вестник СибГАУ. 2017. Т. 18, № 1. С. 227-231

5. Физико-химические свойства окислов / Г. В. Самсонов, А. Л. Борисова и др. M. : Металлургия, 1978. 472 с.

References

1. Handbook of electrochemical and electrophysical methods of machining / G. L. Amitan, I. A. Baysupovand et al. L. : Mashinostroenie, 1988. 719 p.

2. Electrochemical dimensional processing of metals and alloys. Problems of theory and practice : мonograph / O. I. Nevskiy, V. M. Burkovand et al. ; Ivan. Gos. Chem.-technol. un-ty. 2006. 282 p.

3. Shestakov I. Ya., Voroshilova M. V., Voroshilov D. S. Looking at the surface quality during local ammonium nitrate electrolytic machining // Vestnik Magni-togorskogoGosudarstvennogo Tekhnicheskogo Univer-sitetaim. G. I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2017. T. 15. № 1. P. 64-69.

4. Shestakov I. Ya., Voroshilova M. V., Voroshilov D. S. Capabilities of electrochemical dimensional machining of thin-walled oversized aircraft details using rotating cathode-instrument // Vestnik SibGAU [Vestnik ofSiberi-anstateaerospaceuniversitynamed after academician M. F. Reshetnev]. 2017. T. 18, № 1. P. 227-231.

5. Samsonov G. V, Borisova A. L. et al. Physico-chemical properties of oxides. M. : Metallurgiya, 1978. 472 p.

© Шестаков И. Я., Ворошилова М. В., Ворошилов Д. С., 2017