Микроэлектрохимическая обработка на малых и сверхмалых межэлектродных зазорах с применением микросекундных импульсов напряжения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Веневцева, Светлана Николаевна

• Веневцева, Светлана Николаевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Веневцева, Светлана Николаевна

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ уровня развития микроэлектрохимической обработки

1.2. Современные пути повышения точности и качества поверхности после микроэлектрохимической обработки

1.3. Анализ перехода на малые и сверхмалые межэлектродные зазоры

1.4. Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МАЛЫХ И СВЕРХМАЛЫХ МЕЖЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАЗОРАХ

2.1. Применения импульсного напряжения микро-и наносекундной длительности на малых и сверхмалых межэлектродных зазорах

2.2. Математическое моделирование процесса анодного растворения при малых и сверхмалых межэлектродных зазорах

2.3. Вводы по главе 2

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА МИКРОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МАЛЫХ И СВЕРХМАЛЫХ МЕЖЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАЗОРАХ

3.1. Анализ и обоснование выбора технологической схемы регистрации

и записи формы импульсов тока

3.1.1 Выбор датчика тока для регистрации форм гшпульсов тока

3.2. Проектирование электродов-инструментов для микроэлектрохимической обработки на малых и сверхмалых межэлектродных зазорах и методики их изготовления

3.3. Подготовка образцов для исследований

3.4. Разработка методических указаний по проведению экспериментальных исследований

3.5. Разработка программного обеспечения для вычисления коэффициента локализации и методики для анализа полученных данных

3.6. Вводы по главе 3

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МИКРОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ИЗУЧЕНИЮ ФОРМЫ ТОКА НА МАЛЫХ И СВЕРХМАЛЫХ МЕЖЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАЗОРАХ

4.1. Разработка и создание экспериментального оборудования

4.2. Проведение экспериментальных исследований

Выводы по главе 4

Общие выводы

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микроэлектрохимическая обработка на малых и сверхмалых межэлектродных зазорах с применением микросекундных импульсов напряжения»

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день достигнутые ранее технологические возможности электрохимической обработки (ЭХО) на малых межэлектродных зазорах (МЭЗ) обеспечили широкое внедрение способа при изготовлении деталей из труднообрабатываемых материалов, например, при производстве штампов, пресс-форм, лопаток турбин и компрессоров. К неоспоримым преимуществам ЭХО можно отнести отсутствие износа инструмента, высокое качество обработанной поверхности, несущественное воздействие на поверхностный слой заготовки. Однако достигнутые технологические показатели процесса ЭХО в области микрообработки на сверхмалых межэлектродных зазорах (СММЭЗ), такие, как точность формообразования, качество обработанной поверхности, ограничивают применение или вообще не позволяют использовать микроэлектрохимическую обработку (МЭХО) для получения высокоточных изделий без использования финишных операций.

Достигнутые технологические показатели МЭХО не являются максимальными и отражают лишь сегодняшний уровень развития технологии и оборудования. Исследования последних лет были направлены на совершенствование технологических схем МЭХО, применение коротких импульсов напряжения, расчет параметров потока электролита в межэлектродном пространстве, стабилизацию некоторых технологических параметров процесса, применение систем адаптивного управления, повышение эффективности проектирования операций сложного микроэлектрохимического формообразования (МЭХФО) и т.п.

Анализ существующих способов повышения точности МЭХО и проведенные исследования показывают значительные потенциальные возможности использования процесса анодного растворения на малых и СММЭЗ. МЭХО при величине МЭЗ 1,0 - 10,0 мкм еще недостаточно изучена. Отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору рациональных режимов обработки и проектированию электрохимических

4

технологических систем. Не изучено поведение межэлектродной среды в процессе МЭХО, отсутствуют рекомендации по определению оптимального количества энергии, вводимой в МЭЗ, в процессе обработки с точки зрения достижения диффузионных ограничений процесса.

Поэтому очевидна необходимость исследования поведения электрохимической ячейки (ЭХЯ) при МЭХО на малых и СММЭЗ с использованием микросекундных импульсов напряжения с целью выявления путей расширения технологических возможностей МЭХО. В соответствии с этим, настоящая работа направлена на решение научно-технической задачи, связанной с изучением форм импульсов тока при МЭХО на малых и СММЭЗ, знание которых обеспечит возможность определения и выбора рационального диапазона технологических параметров, улучшающих технологические показатели МЭХО.

Цель работы.

Целью настоящей работы является обоснование рациональных энергетических параметров МЭХО при малых и СММЭЗ с использованием микросекундных импульсов напряжения, а также определение рационального диапазона технологических режимов МЭХО.

Достижение указанной цели в работе потребовало решения следующих

задач:

1. Провести теоретические исследования основных протекающих процессов в зоне обработки при МЭХО на малых и СММЭЗ с использованием микросекундных импульсов напряжения.

2. Осуществить выбор и обосновать рациональные энергетические параметры и длительности импульсов напряжения для МЭХО на основе теоретического расчета зависимости удельного сопротивления электролита, с учетом газонаполнения МЭЗ, от времени для различных МЭЗ и при различных значениях объемной доли газа в пузырьковом слое.

3. Разработать и апробировать методику проведения экспериментальных исследований и технологическую схему для изучения

форм импульсов тока при МЭХО с применением микросекундных импульсов напряжения.

4. Разработать и создать экспериментальное оборудование, позволяющее осуществлять процессы МЭХО на малых и СММЭЗ с использованием микросекундных импульсов напряжения.

5. Провести экспериментальные исследования форм импульсов тока при МЭХО на малых и СММЭЗ с применением микросекундных импульсов напряжения для определения рациональных технологических режимов, обеспечивающих увеличение точности и уменьшение шероховатости поверхностей элементов в заготовках.

Методы исследования.

Теоретические исследования проводились на основе положений теории электрохимической обработки с использованием математического моделирования. Параметры обработки при МЭХО рассчитывались с использованием программных продуктов РТС Mathcad и MS Office 2010. При проведении экспериментальных исследований использовалась современная измерительная и регистрирующая аппаратура.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности влияния процесса газонаполнения и изменения коэффициента объемной доли газа в пузырьковом слое на плотность тока для различных малых и СММЭЗ с использованием микросекундных импульсов напряжения.

2. Технологическая схема для экспериментальных исследований по регистрации форм импульсов тока и осуществления процесса МЭХО на малых и СММЭЗ с применением микросекундных импульсов напряжения.

3. Результаты экспериментальных исследований по регистрации форм импульсов тока и условий осуществления процесса МЭХО на малых и СММЭЗ с применением микросекундных импульсов напряжения.

4. Рациональные диапазоны изменения технологических режимов для МЭХО на малых и СММЭЗ и с применением микросекундных импульсов напряжения.

Научная новизна заключается в обосновании рациональных диапазонов технологических параметров МЭХО на малых и СММЭЗ с использованием микросекундных импульсов напряжения, основанных на анализе изученных форм импульсов тока. Обосновано применение импульсного напряжения микро- и наносекундных длительностей на малых и СММЭЗ.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработаны рекомендации по выбору рациональных технологических параметров (режимов) для реализации процесса микроэлектрохимического анодного растворения на малых и СММЭЗ;

- спроектирована схема для реализации и создано экспериментальное оборудование для МЭХО на малых и СММЭЗ с использованием микросекундных импульсов напряжения;

- разработана методика и программное обеспечение для регистрации и анализа форм импульсов тока.

Теоретическая значимость работы состоит в том, что на основе математического моделирования получено распределение изменения плотности тока для малых и СММЭЗ (б = 1.. .20 мкм), учитывающее влияние процесса газонаполнения. Установлены аналитические зависимости для определения рациональных длительностей импульсов с точки зрения поддержания начальных условий МЭХО.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Современная электротехнология в промышленности России (молодежные инновации)» (Тула, 2010, 2011), региональных научно-технических конференциях «Современная электротехнология в промышленности Центра

7

России» (Тула, 2010-2013), Всероссийской научно-технической конференции «Высокие, критические электро- и нанотехнологии» (Тула, 2011, 2012), X Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (Тула, 2011, 2012), Международной молодежной конференции «ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ». (Москва, 2011, 2013).

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных журналов ВАК. Общий объем публикаций 2,2 п.л.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, списка литературы из 89 наименований; общий объем - 110 страниц машинописного текста, включая 30 рисунков и 10 таблиц.

Работа выполнена на кафедре «Электро-и нанотехнологии» и лаборатории «Электрофизических и электрохимических методов обработки» им. Ф.В. Седыкина Тульского государственного университета.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н.,

профессору В.В. Любимову, д.т.н., профессору [В.К. Сундукову|, д.т.н., профессору В.М. Волгину, а также всем сотрудникам кафедры и лаборатории за помощь, поддержку и полезные замечания при выполнении работы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ уровня развития микроэлектрохимической обработки

К современным механизмам и машинам предъявляются высокие требования в отношении их быстроходности, долговечности, грузоподъемности и надежности.

В настоящее время в машиностроении, используют большое количество самых разнообразных средств и методов достижения заданного качества деталей. Требования к надежности отдельных узлов и деталей машин все возрастают, и в связи с чем, в машиностроении встал вопрос - как повысить качество изделия, снизить трудоемкость и себестоимость изготовления.

Применение новых конструкционных материалов зачастую не дает большого эффекта, так как в настоящее время детали машин могут изготавливаться из материала более твердого, чем режущий инструмент, а значит и более хрупкого, подверженного при обработке хрупкому разрушению.

Альтернативой резанию выступают литье, травление, пластическое деформирование, порошковая металлургия.

Однако, затраты при осуществлении этих операций соизмеримы с затратами на механическую обработку резанием.

Необходим другой, более качественный и дешевый метод изготовления деталей. В этой роли в настоящее время выступает такой метод как микроэлектрохимическая обработка (МЭХО) [60].

Электрохимический метод обработки деталей с помощью интенсивного контролируемого анодного растворения является одним из новых и наиболее производительных и перспективных. Этим методом обрабатывают детали из сверхтвердых, вязких и жаропрочных материалов, широко применяемых в промышленности.

При этом после обработки отсутствуют заусенцы и острые кромки, что в большинстве случаев позволяет сократить ручной труд, либо исключить из технологических процессов соответствующие операции [85].

К преимуществам микроэлектрохимической обработки можно отнести:

- точное копирование поверхности образца;

- обеспечение требуемых физикохимико-механических характеристик;

- получение сложнопрофильных изделий.

По сравнению с механической обработкой МЭХО имеет следующие преимущества:

- за одну операцию, при простом поступательном движении инструмента формируется сложная форма детали с высокой точностью и финишным качеством поверхности;

- отсутствует износ инструмента;

- на показатели обрабатываемости не оказывают существенного влияния на физико-механические свойства материала заготовки (твёрдость, прочность, вязкость);

- электрод-инструмент изготавливается из более дешёвых и легкообрабатываемых материалов (латунь, нержавеющая сталь и т.д.) [85].

Эффективность и качество процесса микроэлектрохимического формообразования определяются производительностью и точностью обработки [38].

Точность микроэлектрохимической обработки зависит от ряда параметров, которые можно условно разделить на две группы: технологические (внешние) параметры, которые поддаются контролю и управлению, например такие как:

- напряжение на электродах;

- состав электролита в межэлектродном промежутке (МЭП) или в межэлектродном зазоре (МЭЗ);

- жесткость системы.

Параметры, которые не поддаются контролю в процессе работы:

- свойства электролита в объеме МЭП;

- локальные значения плотности тока и выхода по току.

Независимость выходных технологических показателей [16] метода

МЭХО от физико-механических свойств обрабатываемого материала позволяет обрабатывать с одинаковым успехом как закаленные, так и незакаленные стали, титановые сплавы, кремний и д.р.

Также известно что, достоинствами микроэлектрохимической обработки являются возможность обработки материалов без приложения механических усилий, высокая эффективность процесса, практическое отсутствие износа электрода-инструмента, низкая шероховатость обработанной поверхности (11а < 0,13 ^ 1,52 мкм) [7,8], а так же минимальное влияние на физико-механические характеристики поверхностного слоя, слабая зависимость производительности процесса от механических свойств обрабатываемого материала [55,67].

Погрешность копирования формы на современных станках осуществляется на малых торцевых (10...20 мкм) и боковых (20..40 мкм) межэлектродных зазорах, что позволяет в большинстве случаев не осуществлять трудоемкую итерационную коррекцию формы и размеров рабочей части электрода-инструмента в процессе отработки технологии.

Разрешающая способность при копировании регулярного рельефа с торца электрода-инструмента на деталь находится в микрометровом диапазоне и достигает величин 5 -НО мкм.

На данный момент серийно выпускаемые станки, такие как ЭХФ-А1 [86] и ЕТ3000 [87], позволяют обрабатывать заготовки с максимальной площадью 120 см2 и 45 см2 соответственно, достигая при этом точность обработки 0,01 - 0,015 мм, параметр шероховатости 11а 0,05 - 0,16 мкм, выходное напряжение в импульсе 6 - 22 В, максимальный ток в импульсе

8000 А [86] и 3000 А [87]. Достигаемая производительность обработки

Л

2000 мм /мин.

Видно, что точность обработки ограничена 10-20 мкм, при этом традиционном методе МЭХО плотность тока не более 180 А/см2, а при импульсной микроэлектрохимической обработке (ИМЭХО) плотность от 1000 А/см . Однако известно, что точность микроэлектрохимической обработки в большинстве случаев лимитируется не точностью оборудования, а точностью процесса анодного растворения [44]. Это и является основным недостатком микроэлектрохимической обработки на сегодняшний день, причем повышение точности возможно самыми разнообразными методами, от применения импульсно-циклических схем до применения в качестве электролита газожидкостных смесей.

Анализ путей повышения точности МЭХО показывает, что повышение точности ведется в различных направлениях изменения свойств технологической системы. В конкретном случае, это может быть осуществлено различными приёмами: применением импульсов технологического напряжения, использование различных кинематических характеристик электродов-инструментов, пульсирующей подачей электролита, секционированием катодов, применением рабочих межэлектродных сред с высокими локализующими свойствами, и т. п. [5, 28]. Более подробно различные способы повышения точности МЭХО будут рассмотрены ниже.

1.2. Современные пути повышения точности и качества поверхности после микроэлектрохимической обработки

1.2.1. Использование импульсно-циклических схем микроэлектрохимической

обработки

Обрабатываемость металлов и сплавов электрохимическим методом можно рассматривать как функцию свойств обрабатываемых материалов и электролита, а также режимов электролиза [38,51]. Одним из возможных

путей улучшения качества обработки, с точки зрения режимов электролиза, является применение более совершенных схем импульсной и импульсно-циклической обработки в пассивирующих кислородосодержащих электролитах (водные растворы КаТЧ03, ККОз, №С10з, N32804 и т. п.), которые получили развитие в 80-е — 90-е годы. Особенностью циклической схемы обработки является периодический контроль величины межэлектродного зазора (в некоторых случаях - «нулевого» межэлектродного зазора) и установка электрода-инструмента (ЭИ или катод) на рабочий межэлектродный зазор. В некоторых вариантах циклической схемы обработки совмещают циклический контроль межэлектродного зазора с непрерывной подачей инструмента в рабочем периоде, для чего в паузах между циклами осуществляют подачу катода-инструмента с постоянной скоростью [57].

При анализе импульсно-циклических методов микроэлектрохимической обработки (МЭХО) необходимо отметить, что существуют две основные группы технологических схем, используемых в станках для МЭХО:

1. схемы обработки с непрерывным процессом без прерывания технологического тока и постоянной подачей одного из ЭИ, учитывающей скорость растворения анода, поддержания МЭЗ в пределах от 0,15 до 0,3 мм, что достаточно для непрерывного удаления продуктов электрохимической реакции;

2. дискретные импульсно-циклические схемы обработки, основанные на использовании импульсного напряжения, включение которого, согласовано с циклами перемещения одного из электродов-инструментов. Система управления дискретным процессом позволяет вести раздельно во времени анодное растворение и удаление продуктов электрохимических реакций.

Возникают трудности при использовании схем обработки в непрерывном режиме. В таком случае трудно осуществлять процесс на МЭЗ

13

менее 0,1 мм вследствие сложности прокачки электролита, из-за большого гидравлического сопротивления межэлектродного промежутка и обеспечивать точность формообразования в пределах ±0,15 мм, что, как правило, можно отнести к предварительной, то есть черновой обработке, вследствие низкой локализации процесса, определяемой величиной МЭЗ.

Импульсно-циклические схемы позволяют осуществить включение технологического напряжения при МЭЗ 0,010...0,015 мм на заданное время и получить точность формообразования в пределах 0,01 мм [71].

В промышленности практическое применение получили две основные импульсно-циклические схемы.

1. С вибрацией одного из электродов-инструментов с так называемыми симметричными колебаниями (например, описанная в работе [72]).

2. Способ обработки с асимметричными колебаниями одного из электродов-инструментов с дискретной системой слежения за МЭЗ (например, описанный, в работе [71]).

Однако в данной работе не будут рассматриваться данные импульсно-циклические схемы, так как эти схемы, применялись для межэлектродных зазоров больших, чем 20 мкм и длительности импульсов более чем 100 мкс.

Автором работы [83] разработан способ микроэлектрохимической обработки в импульсно-циклическом режиме с оптимизацией процесса.

Например, в электролите, содержащем 5% №С1 + 5% Ка2К03 и рабочем межэлектродном зазоре 0,1 мм проводилась обработка профиля пера лопатки компрессора из титанового сплава ВТ-9 импульсами технологического напряжения частотой 100 Гц, амплитудой 46 В и длительностью 4 мс.

Установлено повышение производительности обработки на 16%, что обусловлено значительным уменьшением в новой циклограмме доли вспомогательного времени на перемещения ЭИ для контроля и восстановления межэлектродного зазора и на распассивацию обрабатываемой поверхности детали в начале каждого цикла обработки

14

после прерывания его для очередного контроля за величиной межэлектродного зазора.

Повышение точности обработки в предложенном способе обеспечивается за счет поддержания заданного межэлектродного зазора путем коррекции в каждом цикле обработки начального межэлектродного зазора и контроля, за допустимым пределом изменения конечного межэлектродного зазора в циклах обработки по сравнению с заданным межэлектродным зазором.

Кроме того, осуществление в предложенном способе синхронизированной по заднему фронту импульсов технологического тока дискретной подачи электрода-инструмента в паузах, определяемых их скважностью, а также оптимальное регулирование длительности 1-го рабочего цикла обработки и всех последующих рабочих циклов обработки позволяет значительно снизить вероятность коротких замыканий при осуществлении в этих циклах подачи ЭИ в направлении к детали.

Автором работы [38] сделан вывод, что при работе в импульсно-циклическом режиме скорость растворения металла в шесть - восемь раз ниже, чем при непрерывном, однако при этом повышается точность обработки и улучшается качество обработанной поверхности.

В работе [83] было установлено, что при применении способа импульсно-циклической МЭХО, колебания катода и изменение тока могут снижать воздействие продуктов электрохимической реакции и неровностей рабочих поверхностей ЭИ и заготовки, и поэтому можно использовать межэлектродные зазоры гораздо меньшего размера и, соответственно, обеспечивать более точную обработку. В отличие от межэлектродных зазоров, например до 0,2 мм, предложенный способ позволяет применять межэлектродные зазоры величиной, например, до 0,01 мм или даже до 0,005 мм.

Колебательные движения, совершаемые катодом, могут содержать основные и периодические колебания, но гораздо предпочтительнее

15

периодические колебания, в частности, с низкой частотой, например, в интервале от 1 до 100 Гц, порядка 50 Гц. Эти колебания могут быть синусоидальными колебаниями с постоянными характеристиками, и их предпочтительно прилагать полностью или в значительной степени вдоль направления продвижения катода к обрабатываемой детали.

Обеспечение совпадения импульсов напряжения или пиков тока с положениями максимального или близкого к максимальному схождению между электродом-инструментом (катодом) и заготовкой (анодом) может способствовать эффективности микроэлектрохимической обработки. Посредством уменьшения или выключения напряжения при движении катода от обрабатываемой поверхности можно обеспечить коммутацию (переключение) тока, уменьшив тем самым паразитный растрав, который отрицательно влияет на точность. Период, в течение которого увеличивается межэлектродный зазор и уменьшается или прекращается ток, дает возможность удалить продукты реакции, например обломки и частицы, снятые в процессе обработки.

На данный момент импульсно-циклические схемы обработки являются наиболее распространённым методом улучшения качества и точности обработки. Этот способ применяется на большинстве серийно-выпускаемых станках и позволяет снизить погрешность обработки до 0,02...0,05 мм и шероховатость до Ла 0,2.. .0,4 мкм.

Однако в условиях малых и сверхмалых МЭЗ с микро- и наносекундными импульсами напряжения МЭХО недостаточно изучена [8]. Кроме того необходимо совершенствовать технологическое оснащение для осуществления этого процесса.

1.2.2. Методы подачи электролита непосредственно в зону обработки

Точность микроэлектрохимического формообразования определяется локализующей способностью системы металл - электролит, которая зависит от состава электролита, величины межэлектродного зазора (МЭЗ),

конструкции ЭИ и режима электролиза. Локализующая способность системы может быть повышена в результате использования в качестве рабочей жидкости либо газожидкостной смеси, либо кислородосодержащих электролитов вместо хлоридов, изоляции нерабочих участков поверхности ЭИ, а так же поддержания малых и сверхмалых МЭЗ и использования импульсного тока.

Рассмотрим вопросы связанные непосредственно с электролитом, его характеристиками и методами подачи в МЭЗ.

Автор работы [38] утверждает, что использование газожидкостной смеси в качестве рабочей жидкости - достаточно эффективный способ повышения качества МЭХО полостей сложной конфигурации. При этом достигаемая точность МЭХО на постоянном токе 0,1 мм, а используемые межэлектродные зазоры 0,05-0,03 мм.

Наложение на электроды-инструменты механических колебаний способствует лучшей эвакуации продуктов реакции из рабочей зоны, тем самым облегчает процесс анодного растворения металла и способствует повышению выхода по току. Однако этот способ не может быть использован при обработке полостей сложной конфигурации при очень высоких требованиях к точности обработки.

Сущность воздействия ультразвукового поля на процесс анодного растворения металла заключается в эффективном перемешивающем действии, в результате которого значительно снижается концентрационная поляризация и увеличивается допустимое значение плотности тока. Ультразвуковое поле также оказывает влияние на энергетическую активность реагирующих частиц и способствует их диспергированию [38].

В работе [81] автор утверждает, что наложение ультразвуковых колебаний, в частности, с частотой в интервале от 10 до 60 кГц, например 10-40 кГц или 20-60 кГц, позволяют интенсифицировать микроэлектрохимическую обработку, не ухудшая качества.

Такие колебания более высокой частоты могут вызывать кавитацию в электролите между катодом и обрабатываемой деталью, которая вытесняет обломки и может позволить вести работу с меньшими межэлектродными зазорами на больших площадях, не требуя чрезмерно высоких уровней тока, из-за блокирующего эффекта пузырьков газа. Это может способствовать равномерному распространению электролита по катоду и поверхности обрабатываемой детали. Кавитация также может способствовать удалению пленки оксида металла и, тем самым, облегчить активацию обработки на окисленных металлах.

1.2.3. Специальные составы электролита

Важнейшим параметром электролита является его состав, от которого зависят его электропроводность и скорость растворения металла. Для получения высоких технологических показателей процесса необходимо, чтобы:

а) в электролите не протекали вовсе или протекали в минимальном количестве побочные реакции, снижающие выход по току;

б) растворение заготовки происходило только в зоне обработки;

в) на всех участках обрабатываемой поверхности протекал расчетный

ток.

Таких универсальных электролитов не существует, поэтому при подборе состава электролита приходится в первую очередь учитывать те требования, которые являются определяющими для выполнения данной операции.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Веневцева, Светлана Николаевна, 2013 год

Список литературы

1. Абитов А.Р. Электрофизикохимическая обработка фасонных поверхностей в кремниевых заготовках: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 2011. 146 с.

2. Артемьев М.К. Исследование и расчет эффективных электрофизических характеристик сред с мелкомасштабными включениями: к. физ. - м. наук. - Новосибирск, 2012 г., 118 с.

3. Атрощенко В.В., Мухутдинов P.P., Волчков Э.К., Гейко Г.А., Сычков Г. А. , Глухарев Ю.А. Способ адаптивной защиты от коротких замыканий при электрических методах обработки и устройство для его осуществления. Авт. св. СССР 1255328 А1, В 23 Н 7/18.

4. Баранова С.Н. Миктроэлектрохимическая обработка при сверхмалых зазорах// Современная электротехнология в промышленности России (молодежные инновации) // Сборник трудов научно-технической конференции. Тула, 12 октября 2010 г. - Тула: ТулГУ, 2010. - 65 с.

5. Баранова С.Н., Максимов Д.А. Анализ эффективности электрохимической размерной обработки на сверхмалых зазорах// Материалы докладов X Всероссийской научно-технической конференции студ., маг., асп. и молодых ученых «Техника XXI глазами молодых ученых и специалистов » Тула: ТулГУ 2011. С. 367-369.

6. Баранова С.Н., Максимов Д.А. Электрохимическая размерная обработка на сверхмалых межэлектродных зазорах// XXXVII ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ. Научные труды Международной молодежной конференции в 8 томах. Москва, 5-8 апреля 2011. М.:МАТИ, 2011. ТЗ. С. 111-113.

7. Быков И.А., Веневцева С.Н. Математическое моделирование поведения электропроводности электролитов при электрохимической обработке на сверхмалых межэлектродных зазорах // Высокие критические электро- и

нанотехнологии // Труды I Региональной научно-технической конференции. Тула, 29 октября2013 г. - Тула, 2013. С. 138-141.

8. Веневцев А.Ю., Веневцева С.Н., Максимов Д.А. Анализ перспектив применения наносекундных импульсов в размерной электрохимической обработке// XXXVIX ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ. Научные труды Международной молодежной конференции в 9 томах. Москва, 9-13 апреля 2013 г. М.:МАТИ, 2013. ТЗ. С. 123-125.

9. Веневцева С.Н. Способ исследования формы тока при электрохимической обработке в мегагерцовом диапазоне частот // Современные электро- и нанотехнологии в промышленности России (молодежные инновации)// Сборник трудов научно-технической конференции. Тула, 11 октября 2013 г. - Тула: ТулГУ, 2013. - С. 25 - 26.

10. Веневцева С.Н. Проектирование электродов-инструментов для экспериментальной электрохимической обработки на сверхмалых зазорах и методика их изготовления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. - Вып. 9. Ч. 2 - С. 345 - 350.

11. Веневцева С.Н. Методика проведения экспериментальных исследований по изучению формы импульса тока при электрохимической обработке на сверхмалых зазорах// Высокие критические электро- и нанотехнологии // Труды I Региональной научно-технической конференции. Тула, 29 октября 2013 г. - Тула, 2013. - С. 147- 150.

12. Веневцева С.Н., Белоусов И.А. Микроэлектрохимическая обработка материалов с применением наносекундных импульсов технологического напряжения// Современная электротехнология в промышленности России (молодежные инновации) // Сборник трудов научно-технической конференции. Тула, 7 октября 2011 г. - Тула: ТулГУ, 2011. С. 9-10.

13. Волгин В.М., Давыдов А.Д., Кабанова Т.Б. Расчет эффективного коэффициента диффузии в коллоидном кристалле методом конечных элементов// Электрохимия, том 48, № 8. 2012. С. 898-916.

14. Волков Ю.С., Мороз И.И. - «Физика и химия обработки материалов», 1968, №5.

15. Газизулин K.M. Повышение производительности и качества электрохимической размерной обработки крупногабаритных деталей в пульсирующей рабочей среде: дис. ... док. техн. наук. Воронеж, 2003. 290 с.

16. Гепштейн B.C. Исследование технологических особенностей нестационарных процессов при ЭХО деталей: автореф. на дис. ... канд. техн. наук. Тула, 1972. 46 с.

17. Гепштейн B.C., Серавкин В.Н., Багманов В.Х. Особенности ЭХО импульсным источником питания с круто падающей ВАХ // В сб.: Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 10. Москва, НИИмаш, 1982. 4 - 6 с.

18. Давыдов А.Д., Козак Е. Высокоскоростное электрохимическое формообразование. М.: Наука, 1990.

19. Дамаскин Б.Б., Петрий O.A. Введение в электрохимическую кинетику. М.: Высш. школа, 1975. 416.

20. Данилов А. Современные промышленные датчики тока / Современная электроника. М.: СТА_ПРЕСС, 2004. С.26-35.

21. Данильченко А.Т., Длугач Д.Я. Влияние импульсного тока на технологические характеристики электрохимической обработки. В сб.: Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. М., НИИмаш, 1977, №4.

22. Егоров И.М., Карпов A.A., Подловилин В.И. Выбор электролитов для

электрохимической обработки сталей и сплавов при плотностях тока до

102

л

15 А/см// В сб.: Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 12. Москва, НИИмаш, 1978. 1 - 3 с.

23. Еремин В.Я., Еремин A.B., Молчанов К.Д. О начальной стадии развития электрического разряда в жидкости / Сб. тезисов IX Симпозиума: Электротехника 2030 год. Перспективы технологии электроэнергетики. (29-31 мая 2007 г.) Московская обл., 2007, с. 284-285.

24. Жекул В.Г. Динамика формирования проводящего канала при подводном электровзрыве, дис ... канд. техн. наук. - Николаев: ПКБ электрогидравлики. 1987, 142 с.

25. Зайдман Г.Н. Формообразование при электрохимической размерной обработке металлов / Г.Н. Зайдман, Ю.Н. Петров; под ред. А.И. Дикусара. - Кишинев: Штиинца, 1990, - 205 с.

26. Зайдман Г.Н., Корчагин Г.Н. Ограничения возможности повышения производительности электрохимической размерной обработки металлов / Электродные процессы и технология электрохимической размерной обработки металлов. Кишинев, «Штиинца», 1980.

27. Зайцев В.А. Электрохимическая обработка деталей из WC-CO твердых сплавов биполярными импульсами тока микросекундного диапазона: дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2005. 228с.

28. Захаркин С.И. Электрохимическая размерная обработка при сверхмалых межэлектродных зазорах: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 2002. 154 с.

29. Казанцев Е.А., Гусев В.А. Электрохимическая размерная обработка металлов с использованием переменного асимметричного тока / Электрофизические и электрохимические методы обработки. М. 1969, вып. 3. - 72 с.

30. Каримов А.Х. и Законов А.П. Способ предупреждения коротких замыканий при электрохимической размерной обработке. Авт. св. СССР 891295, М. Кл.3 В 23 Р 1/04.

31. Корыта И. и др. Электрохимия. М.5 «Мир», 1977.

32. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. / Государственное энергетическое изд-во. М., JL, 1956. - 152 с.

33. Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости. - Киев: Наукова Думка, 1986. 203 с.

34. Крылов B.C., Давыдов А.Д., Козак Е. Проблемы теории электрохимического формообразования и точности размерной электрохимической обработки. - Электрохимия, XI, вып. 8, 1975, с.1155 -1179.

35. Любимов В.В. Исследование вопросов повышения точности электрохимического формообразования на малых межэлектродных зазорах: дисс. ... канд. техн. наук. - Тула, ТПИ, 1973. 200 с.

36. Любимов В.В. Теория и методы размерной электрохимической обработки металлических пленок в многослойных разнокомпонентных системах: дисс....д.т.н.: Тула, 1983. -413 е.: ил.

37. Любимов В.В., Веневцева С.Н. Методика исследования формы тока при электрохимической обработке в диапазоне частот 10 Гц - 1 Мгц // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. - Вып. 8. - С. 341 - 348.

38. Мороз И.И. Повышение качества электрохимического формообразования. В сб.: Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып.4. Москва, НИИмаш, 1983. 5-8 стр.

39. Мороз И.И. Электрохимическое формообразование. — В сб.: Технология и оборудование. М., НИИмаш, 1978.

40. Мороз И.И., Волков Ю.С., Монина М.А. Выбор электролитов для размерной электрохимической обработки. - В сб.: Электрофизические и электрохимические методы обработки. М., НИИмаш, 1971, №9.

41. Михеев H.A., Струков К.В., Шляков В.Г. Метод защиты от коротких замыканий с использованием стохастических явлений, возникающих при ЭХО импульсным током / Науч.-техн. реф. сб. «Электрофизические и электрохимические методы обработки». М., НИИмаш, вып. 3. 1979.

42. Настасий В. К. Об опережающих сигналах локального короткого замыкания электродов электрохимических копировально-прошивочных станков / Науч.-техн. реф. сб. «Электрофизические и электрохимические методы обработки». М., НИИмаш, вып. 91972.

43. Настасий В.К., Гринберг А.Х. Регулятор подачи электрода при электрохимической обработке вращающимся электродом. Авт. свид. № 409823, «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1974, №1.

44. Немилов Е. Ф. Исследование способа и разработка устройства предупреждения коротких замыканий электродов при электрохимической обработке турбинных лопаток, дисс... канд. техн. Наук. Тула, 1974.

45. Немилов Е.Ф., Учителев М.М. Защита электрохимических установок от токов короткого замыкания /Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 3, М. 1970 г. - 64 с.

46. Орлов В.Ф., Чугунов Б.И. Электрохимическое формообразование. М.: Машиностроение, 1990 г. 239 с.

47. Петров Ю.Н. и др. Основы повышения точности электрохимического формообразования. Кишинев, «Штиинца». 1977.

48. Раковский Г.Б. Перегревная неустойчивость в начальной стадии электрического разряда в проводящей жидкости. дис...канд. физ-матем.наук. -Л.: Физ.Техн. Ин-т, 1984, 162 с.

49. Рыбалко A.B. Развитие электрического пробоя промежутка при электрохимической обработке металлов импульсным током /

105

Прогрессивные методы электрохимической и электрофизической обработки материалов. Уфа. 1979.

50. Рыбалко A.B., Дикусар A.B. Электрохимическая обработка импульсами микросекундного диапазона / Электрохимия, 1994, Том. 30, №4. С. 490 -498.

51. Седыкин Ф.В. Размерная электрохимическая обработка деталей машин. М., «Машиностроение». 1976.

52. Седыкин Ф.В. Оборудование для размерной электрохимической обработки деталей машин. М.: Машиностроение 1990 г. С. 238-244.

53. Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия// Изд. 4-е, испр. и доп. Л., «Химия». 1974.586 с.

54. Смирнов М.С. Повышение точности и качества поверхности при электрохимической обработке за счет применения импульсов тока сверхвысокой плотности: дис. ... канд. техн. наук. Уфа. 2004. 127 с.

55. Смирнова Т.А. Электрохимическое микроформообразование осесимметричных деталей: дис. ... канд. техн. наук. Тула. 2007, 143 с.

56. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки // Г. Л. Амитан, И. А. Байсупов, Ю. М. Барон и др.; под общ. ред. В. А. Волосатова. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1988. -719с.

57. Струков К.В., Шляков В.Г., Егоров H.A. Регулирование межэлектродного зазора в импульсно-циклических режимах размерной ЭХО // В сб.: Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып.9. Москва, НИИмаш, 1979. 4 - 5 с.

58. Сундуков В.К. Исследование некоторых вопросов повышения технологических показателей импульсной электрохимической обработки на малых межэлектродных зазорах: дис ... канд. техн. наук. Тула. 1978,217 с.

59. Сундуков В.К., Баранова С.Н. Исследование схем микроэлектрохимической обработки при сверхмалых межэлектродных зазорах // Современная электротехнология в промышленности центра России // Труды XI региональной научно-технической конференции. Тула, 10 ноября 2010 г. - Тула: ТулГУ, 2010. С. 106 - 115.

60. Точилина О.А. Совершенствование технологического процесса совмещенной размерной электрохимической обработки с суперфинишированием на основе нормирования и стабилизации параметров профиля инструмента: дис ... канд. техн. наук. Саратов. 2000. 184 с.

61. Феттер К. Электрохимическая кинетика. М., «Химия», 1967.

62. Kenney JA, Hwang GS Electrochemical machining with ultrashort voltage pulses: modelling of charging dynamics and feature profile evolution. / Nanotechnology, Vol.16, N.8. 2005, p. 4.

63. Lee E. S., Baek S. Y., Cho C. R. A study of the characteristics for electrochemical micromachining with ultrashort voltage pulses / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 31, N. 78, pp. 762-769.

64. Liu & Di Zhu & Yongbin Zeng & Hongbing Yu Development of microelectrodes for electrochemical micromachining Yong / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 55. 2010, pp 195-203.

65. M. A. H. & G. Fantoni & J. Ciampi The effect of high frequency and duty cycle in electrochemical microdrilling / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 55. 2011, pp 921-933.

66. Perron A.L., Kiss L.I. and Poncsark S. Mathematical model to evaluate the olimic resistance caused by the presence of a large number of bubbles in Hall-Herroult cells / Journal of Applied Electrochemistry. 2007, pp 303-310.

67. Rajurkar K.P. Micro and nano machining by elecrto-physical and chemical processes / Annals of CIPR.-2006. - V. 55, -N. 2, pp. 643-666.

68. Wang K. Electrochemical micromachining using vibratile tungsten wire for high-aspect-ratio microstructures / Surface Engineering and Applied Electrochemistry, Vol. 46. 2010, pp 395-399.

69. Wang M. H. & Zhu D. Fabrication of multiple electrodes and their application for micro-holes array in ЕСМ/ The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2009, pp. 42 - 47.

70. Zhi-Wen Fan & Lih-Wu Hourng & Ming-Yuan Lin Experimental investigation on the influence of electrochemical micro-drilling by short pulsed voltage / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 61, 2011, pp 957-966.

71. A.c. № 2330746, B23H3/00 «Способ размерной электрохимической обработки металлов» / http://www.findpatent.ru/patent/233/2330746.html, дата обращения 28.10.2013 г., 14:10.

72. А.с. №2216437, B23H3/08 "Способ размерной электрохимической обработки/ http://www.findpatent.ru/patent/221/2216437.html, дата обращения 28.10.2013 г., 14:52.

73. А.с. №2163525, B23H3/08, C25F3/16 «Электролит для электрохимической размерной обработки» / http://www.findpatent.ru/patent/216/2163525.html, дата обращения 28.10.2013 г., 14:33.

74. А.с. №2134627, B23H3/08 «Электролит для электрохимической размерной обработки»// http://www.findpatent.ru/patent/213/2134627.html, дата обращения 28.10.2013 г., 14:35.

75. А.с. №1808551, B23H3/08 «Электролит для электрохимической размерной обработки» // http://www.findpatent.ru/patent/211/2119413 .html, дата обращения 28.10.2013 г., 14:25.

108

76. A.c. № 2192943, B23H3/08, C25F3/04 «Электролит для электрохимической размерной обработки»/ http://www.findpatent.ru/patent/219/2192943.html, дата обращения 28.10.2013 г., 14:35.

77. A.c. № 2450897, B23H3/02 Способ электрохимической обработки материалов/ http://www.findpatent.ru/patent/245/2450897.html, дата обращения 28.10.2013 г., 14:40.

78. A.c. № 2281838, B23H3/00, B23H3/02 Способ биполярной электрохимической обработки/ http://www.findpatent.ru/patent/228/2281838.html, дата обращения 28.10.2013 г., 14:41.

79. A.c. № 516497, В23Р1/04 Способ импульсной электрохимической обработки/ http://www.findpatent.ru/patent/51/516497.html, дата обращения 4.10.2012, 16:30.

80. A.c. № 2306211, B23H3/00 «Способ электрохимической обработки»/ http://www.findpatent.ru/patent/230/2306211.html, дата обращения 12.03.2012, 11:00.

81. Патент № 2264894, B23H3/00, В23Н7/38 "Электрохимическая обработка"/ http://www.findpatent.ru/patent/226/2264894.html, дата обращения 28.10.2013 г., 14:44.

82. Патент US 6402931 МПК В23Н 3/02 «Способ электрохимической обработки материалов» // http://www.freepatent.rU/images/patents/l/2450897/patent-2450897.pdf, дата обращения 28.10.2013 г., 14:50.

83. Патент «Способ циклической электрохимической обработки» // http://ru-patent.info/20/70-74/2071883.html, дата посещения 15.07.2013 г., 13:40.

84. Ы1р://книат.рф, время последнего посещения 21.10.2013 г. в 14:30.

85. http://www.indec-ecm.com/, время последнего посещения 03,11.2013 г. в 23:10.

86. http://stanok.dimetm.ru/, время последнего посещения 20.10.2013 г. в 12:00.

87. http:// http://stankomontag.ru/, дата посещения 28.10.2013 г., 18:20.

88. http://www.rlocman.ru/ , дата посещения 28.10.2013 г., 18:30.

89. http://www.sensorica.ru/, дата посещения 28.10.2013 г., 18:40.