Электроплазменная полировка: Электроплазменная полировка – Компания «Вертикаль»

alexxlab | 24.03.1997 | 0 | Разное

Содержание

Электроплазменная полировка – LEGION high tech coating

Установка предназначена для полирования изделий из коррозионно-стойких сталей методом электролитно- плазменного полирования, обеспечивает улучшение качества полируемых изделий не менее чем на 2 класса от исходного состояния.

Применяется в следующих областях:

  • 1. Полирование нержавеющих и углеродистых сталей, меди и медьсодержащих сплавов, молибдена, никеля, титана и других металлов и сплавов, как для окончательной отделки поверхностей, так и для подготовки поверхностей к последующему нанесению гальванических покрытий или покрытий с использованием вакуумных технологий.
  • 2. Удаление заусенцев, притупление острых кромок, травление, обезжиривание.
  • 3. Полировка бытовых изделий: посуды из нержавеющей стали, бижутерии, корпусов часов, браслетов, элементов спортивных тренажеров, рукояток, кнопок, и прочее.
  • 4. Электроимпульсная полировка изделий машиностроения; турбинных лопаток, шестерен, валов, сепараторов подшипников, сантехоборудования, полотенцесушителей, водяных и электрических радиаторов и др.
  • 5. Полирование медицинского инструментария: хирургического, стоматологического, имплантантов, металлических зубных протезов, элементов брекет систем, искусственных клапанов сердца и пр.
  • 6. Восстановление поверхностей, утративших свои первоначальные свойства в результате эксплуатации или воздействия неблагоприятных внешних факторов, например дезактивация, удаление грата.
  • 7. Размеры ванны рабочего модуля зависят от размеров обрабатываемых изделий и подбираются или проектируются индивидуально по требованию заказчика.
  • 8.Источники питания для установки электроимпульсной полировки поставляются следующих мощностей: 10, 40, 63, 100, 250, 400, 630, 1000 kW.

Плазменная полировка | Оборудование | Основы технологии

   Электролитом является водный раствор соли. Тип соли, концентрация раствора, вид добавок выбираются в зависимости от типа обрабатываемого металла.

   При опускании металла в электролит, под действием сходящихся на детали со всех сторон ванны линий тока, электролит у поверхности детали вскипает, образуя парогазовую оболочку, которая начинает отделять поверхность детали от электролита, прекращая ток. В этот момент все рабочее напряжение оказывается приложенным к тонкому слою парогазовой оболочки, вызывая движение газообразных ионов. Одновременно происходит конденсация пара на электролите, прилегающем к поверхности детали, и толщина парогазовой оболочки уменьшается.

   В определенный момент электролит в виде мостика касается выступа детали, происходит бросок тока, электролитный мостик вскипает и в результате чего производится воздействие на поверхность детали и восстановление изолирующих свойств парогазовой оболочки.

   Указанные явления происходят на всей поверхности погруженной в электролит детали, устраняя выступы и полируя поверхность металла. При этом чистота поверхности улучшается на три-четыре класса, мелкие выступы удаляются, а крупные сглаживаются, деталь приобретает устойчивый (долговременный) металлический блеск, острые кромки притупляются, а заусенцы с толщиной при основании менее 0,3 мм удаляются.

   При обработке с поверхности детали полностью удаляются жировые загрязнения, некоторые виды лакокрасочных покрытий, электрохимические и вакуумно-плазменные покрытия.

   Удаляется также внедренный абразив и другие посторонние включения металла, что вместе с полированием поверхности и обнажением чистой структуры металла производит хорошую подготовку под последующее нанесение на поверхность изделий различных видов покрытий.

   Указанные особенности делают технологию электроимпульсного полирования пригодной для использования в условиях массового и серийного производств. Она обладает возможностью полной автоматизации технологического процесса, простотой и доступностью устройств его реализации. Несложность и универсальность процесса, высокое качество полировки, возможность одновременной полировки в данной ванне большого количества деталей и, соответственно, высокая производительность процесса отличает и выделяет этот способ полирования от других, как прогрессивный и высокоэффективный процесс.

   По производительности и экономическому эффекту она выше механического способа в З÷4 раза и в 5÷6 раз выше электрохимического.

   Перед началом полировки изделий (особенно если они покрыты консистентной смазкой и т.д.) желательно обезжирить их поверхности. Это обусловлено тем, что жировые загрязнения оседают на стенках ванны в виде черного налета. Обезжиривание может проводиться любым способом, важно только, чтобы вместе с деталями в ванну полирования не заносились посторонние вещества.

Для обезжиривания могут быть рекомендован следующий состав раствора:

натр едкий, ГОСТ 22-63-79

20-40 г/л,

сода кальцинированная, ГОСТ 5100-73-40

40-50 г/л

натрий фосфорнокислый (трех замешенный), ГОСТ 201-76

20-40 г/л

вода, ГОСТ 2874-82

остальное

   Электролит в рабочей ванне в процессе полирования должен иметь температуру порядка 80°С. Это наиболее оптимальная температура, обеспечивающая качественное прохождение процесса полировки. Разогрев электролита производится встроенными в рабочую ванну ТЭНами. Возможно разогреть электролит самим процессом полирования, используя для этого детали небольших размеров в виде тонких штырей, располагая их вертикально.

   В процессе обработки, вследствие образования парогазовой оболочки и постоянной конденсации ее на окружающем деталь электролите, выделяется большое количество тепла, которое разогревает электролит и может довести до его кипения.

   При повышении температуры уменьшается потребляемый ток, соответственно уменьшается съем металла и удлиняется время обработки. При достижении температуры кипения электролита процесс полирования практически прекращается. Поэтому в процессе работы электролит необходимо охлаждать. Это производится за счет наличия в ванне рубашки охлаждения.

   При работе установки по периметру ванны выделяется водород, а на детали -кислород и водяной пар, поэтому работа на установке допускается только при действии соответствующей вентиляции.

   Потребляемый ток при обработке зависит от площади погруженных в электролит деталей и от температуры раствора. При увеличении площади деталей ток увеличивается, при увеличении температуры раствора ток уменьшается.

   В связи с этим может возникнуть такая ситуация, когда при горячем электролите определенное количество обрабатываемых деталей потребляет допустимый ток обработки. Если тоже количество деталей опустить в холодный электролит, то ток превысит допустимый уровень для установки в несколько раз, что создаст аварийный режим и приведет к срабатыванию защиты по току.

   Аналогично запрещается подавать напряжение на опущенную подвеску с деталями в электролит, это приведет к значительной перегрузке по току, так как номинальный ток призван лишь поддерживать существование парогазовой оболочки, которая создается вокруг детали при медленном опускании. При подаче напряжения на опущенную деталь, на создание всей парогазовой оболочки требуется значительное количество энергии. Поэтому необходимо подавать напряжение на поднятую подвеску с деталями, а потом медленно опускать ее в электролит.

   Для протекания устойчивого анодного процесса необходимо, чтобы площадь катода была не менее чем в 5 раз более площади обрабатываемых изделий. Электрический контакт между токопроводом и изделием должен быть жестким и обеспечивать безнагревное протекание тока через обрабатываемую деталь.

   Полировка “устойчиво” проводится для изделий различных конфигураций – плоских, криволинейных, сложно-профильных. Наличие глубоких отверстий (где глубина превышает диаметр отверстий) в изделии не обеспечивает качественного получения полировки по всей глубине тонких отверстий. Внутри глубоких отверстий (1 > d) полирование стенок по мере “углубления” не происходит, образующиеся пузыри пара выбрасывают электролит из отверстия, что приводит к интенсивному разбрызгиванию. Возможно закрыть отверстие специальной пробкой из полиэтилена, фторопласта и др., но нужно учесть, что пробка будет находиться в “бурлящем” электролите и испытывать гидродинамические удары. Вследствие воздействия температуры и изменения размеров пробка может выскочить, что приведет к резкой перегрузке по току.

   Существенным фактором, влияющим на качество полировки, является наружный размер изделия. Во-первых – габариты изделия должны быть такими, чтобы при полном погружении в электролит изделие не коснулось стенок и дна рабочей ванны. Во-вторых – площадь его поверхности должна быть в несколько десятков раз меньше поверхности ванны. Максимальная площадь полирования определяется размером рабочей ванны и электрической мощностью трансформатора.

   Изделия мелких размеров погружаются в электролит полностью. Изделия больших размеров могут обрабатываться с погружением до половины с последующим переворотом и обработкой. Небольшой коричневый след, который остается на месте границы погружения, устраняется кратковременной обработкой (погружением).

   При полировании плоских поверхностей из нержавеющей стали съем металла составляет около 2 мк/мин на сторону, а с острой грани прямого угла – около 4 мк/мин, т.е. в два раза больше. Этим объясняется быстрое притупление острых кромок.

   При обработке поверхности деталей снятый металл остается в растворе в виде мелких частиц (гидроокиси железа если обрабатывается сталь), постепенно оседая на дно ванны, образуя шлам, который является ценным сырьем для лакокрасочных и других видов промышленности.

  Дополнительное применение электроимпульсная обработка в электролите может найти, если необходимо удалить с поверхности детали жировые загрязнения, некоторые виды лакокрасочных покрытий, электрохимические и вакуумно-плазменные покрытия; а также для удаления с поверхности абразивных вкраплений.

   Электроимпульсный метод может применяться не только для финишной поверхностной обработки и декоративного полирования широкого круга изделий, но и весьма перспективен при подготовке поверхностей различных металлов под последующее нанесение покрытий.

   

   Важным фактором для качества полировки является правильно выдержанный состав и концентрация электролита.

Плазменная обработка – Промтехнопарк

ООО НПО “Промтехнопарк” является производителем оборудования по электролитно-плазменной обработке. Каждая установка ЭПО производится по конкретным требованиям заказчика.
Научным руководитем направления ЭПО в нашей компании является создатель технологии электролитно-плазменного полирования профессор д.т.н. Дураджи Валентин Николаевич.

Электролитно-плазменная обработка деталей

Важнейшим фактором устойчивого развития является широкое внедрение новых технологических процессов, позволяющих снизить потребление энергии и имеющие более высокие экологические и экономические показатели. К таким процессам можно отнести полировку металлов и сплавов в электролитной плазме, являющейся альтернативой традиционным методам: механической и электрохимической полировки.

В отличие от традиционной химической или электрохимической полировки, в электролитно-плазменной технологии используются экологически безопасные водные растворы солей низкой концентрации (2-10%), которые значительно дешевле токсичных кислотных компонентов.

Этот метод основан на особенностях протекания электрического тока большой плотности (несколько ампер на квадратный сантиметр) на границе металл-электролит. После превышения некоторых критических величин плотностей тока и напряжения вокруг металлического анода образуется стационарная парогазовая оболочка и устанавливается электрогидродинамический режим анодного процесса. Вблизи анода возникает многофазная система металл-плазма-газ-электролит, в которой носителями зарядов служат не только ионы, но и электроны. Совместное воздействие на поверхность детали химически активной среды и электрических разрядов приводит к эффекту полирования изделий.

Полирование металлов происходит в области напряжений 250-330В и плотностей тока 0,4-0,6 А/см2. Длительность полировки составляет 2-5 мин, а снятия заусенцев 5-20 сек. При этом чистота поверхности улучшается на два-три класса, мелкие выступы удаляются, а крупные сглаживаются; изделие приобретает устойчивый (долговременный) металлический блеск, острые кромки притупляются, а заусенцы толщиной при основании до 0,3 мм удаляются. При этом можно обрабатывать как всю деталь, так и отдельные ее части. Для утилизации отработанных электролитов не требуются специальные очистные сооружения.

Электролитно-плазменная полировка выполняется на компактных установках, которые просты в управлении, надежны в эксплуатации и их можно включить в автоматическую линию. Деталь погружается в электролитическую ванну либо полностью, либо частично. В зависимости от требований можно осуществлять локальную обработку нужной части детали с помощью спрейера. При электролитно-плазменной технологии отсутствует внедрение частичек абразива и происходит обезжиривание поверхности.

На этой же установке можно осуществлять термическую (разогрев детали от 400 до 1000°С) обработку с последующей закалкой, и химико-термическую обработку (азотирование, нитроцементацию, цементацию и др. виды) в течение 1-3 минут. Для изделий из алюминия и титана можно осуществить микродуговое оксидирование.

Обработка любого металла в электролитной плазме позволяет сэкономить материальные и трудовые ресурсы, повысить производительность труда в металлообработке. Технологический процесс удовлетворяет санитарным нормам, позволяет решить существенную социальную проблему по значительному улучшению условий труда рабочих и обеспечению безопасной работы обслуживающего персонала.

Данный метод позволяет производить обработку изделий по трем основным направлениям:

    • полирование сложно-профильных поверхностей ответственных деталей;
    • зачистка заусенцев и округление острых углов;
    • декоративное полирование металлоизделий.

Технические параметры для полировки изделий: 

    • Постоянное напряжение на ванне: 250-330 В;
    • Плотность тока: 0,4 – 0,6 А /см2;
    • Температура электролита: 60  –  90°С;
    • Время обработки: 1 – 3 мин.

Схема электролитно-плазменной обработки

Электролитно-плазменная полировка в Москве | Услуги по металлообработке

Полировка металла в Москве до зеркального блеска

Современные методы и технологии финишной обработки металлических поверхностей отличаются экономичностью и безопасностью их применения. Характерным примером может служить электролитно-плазменное полирование. Данный вид чистовой обработки применим для изделий из низкоуглеродистых и нержавеющих сталей, никеля, железа, хрома, медных, алюминиевых и титановых сплавов.

В отличие от широко распространенных электрохимических и механических способов полирования металла электролитно-плазменная полировка не наносит вреда человеку и окружающей среде, поскольку исключает применение концентрированных щелочных и кислотных растворов. И наряду с этим отличается высокой производительностью и возможностью обработки изделий и деталей различных размеров и сложных геометрических форм.

Среди плюсов электролитно-плазменной обработки в Москве (ЭПО) – отсутствие инородных включений на поверхности металла, минимальная шероховатость и электрохимическая однородность верхнего слоя. Это обеспечивает высокую коррозионную защиту и декоративный блеск металлоизделий. Метод успешно применяется для упрочнения металла, очистки его поверхностей от жира, загрязнений, удаления продуктов окисления железа, заусенцев. Кроме того, это эффективный способ подготовки металла к нанесению гальванических покрытий. Процесс электроимпульсного полирования достаточно энергоемкий, поэтому его применение в производстве должно быть экономически обоснованным.

Технология электролитно-плазменной полировки в Москве

Электролитно-плазменная полировка требует качественной предварительной подготовки поверхности металла. Причиной тому – проявление на полированной поверхности малейших дефектов (царапин, неровностей и даже пятен).

Изделия, выполняющие в данном случае функцию анодов, на определенное время погружают в электролитический раствор (катод). В качестве электролитов используются растворы неорганических солей.

Под воздействием постоянного высокого напряжения (до 350В) в парогазовой оболочке у поверхности электродов происходит воздействие микроплазменных разрядов на металл. Выступы и неровности при этом оплавляются и сглаживаются. В результате электрохимических процессов образуется прочный и блестящий верхний слой с высокой степенью защиты. Весь процесс осуществляется на специальных установках электролитно-плазменной полировки и занимает 2- 10 минут.

Услуги ЭПО в Москве

В нашей электронной базе вы легко и быстро найдете предприятия Москвы, выполняющие электролитно-плазменную полировку изделий из различных металлов и сплавов для всех отраслей промышленности. Технологическое оснащение позволяет предлагать полирование изделий и деталей сложных форм для пищевой и химической промышленности, машино- и приборостроения, медицинских инструментов и имплантатов, посуды, бижутерии, бытовых изделий и др.

Электролитно-плазменная полировка металлов и сплавов

Содержание объявления

Электроплазменная полировка металлов до супер блеска – самый лучший способ придать блеск и однородность поверхностям сложной формы.
Технология аналогична химической полировке металла, но абсолютно безвредна за счет отсутствия в электролите опасных химических веществ.
Установка мощностью 400 кВт справится с площадью полировки до 1 квадратного метра за один заход, и доведёт ваше изделие до 14 класса чистоты и уберёт все заусенцы.
Может применяться для полировки мебели, столовых приборов, насосного оборудования, медицинских приборов, элементов декора, фланцев, труб, перил, элементов ограждения, ёмкостей, полотенцесушителей, любых изделий после лазерной резки металла и т.д. Так же полировка необходима как база перед нанесением декоративно-защитных покрытий, таких как нитрид титана.
Размеры ванны
2500х1250х1250мм
Возможна полировка нержавеющей стали, углеродистой стали, меди, латуни, бронзы, алюминия, титана и их сплавов.
Электроплазменная полировка обладает производительностью около 5 мкм/мин, что позволит сэкономить на предварительной подготовке поверхности.
Работаем с любыми городами примем ваш груз в ТК и отправим.
При больших объемах возможно повышение производительности за счет круглосуточной работы.
Цены на услуги очень демократичные.
Оборудование находится по адресу, г. Владимир, ул. Батурина, 39.
Просьба отправлять чертежи деталей, площади, и объемы на whats app по указанному в объявлении телефону.
Ждём ваших предложений!

Стоимость: 30

Контктные данные

Телефон: 79779190747

Почта (E-mail): [email protected]

Контактное лицо: Алькин Игорь Алексеевич

Локация объявления

Москва и Московская область Санкт-Петербург и Ленинградская область Ивановская область Липецкая область Новгородская область Рязанская область Саратовская область Смоленская область

Прикрепленные изображения

Электрохимическая полировка: технология электрополировки металла

Электрохимическая полировка изделий. Технологический процесс электроплазменной, электролитической и химобработки металл для придания блеска изделию.

Электрохимическая полировка – это процесс обработки поверхности детали путем погружения ее в кислотный раствор. Металлическое изделие подключается к положительно заряженному аноду, и через электролит пропускается ток с напряжением 10–20 В. В результате металл покрывается оксидной или гидроксидной пленкой, под которой происходит полировка путем сглаживания выступающих микронеровностей. Примерно такой же эффект дает химполировка, но здесь заготовки не подвергаются влиянию электрического тока.

Качество работы зависит от однородности материала. Полирование чистых металлов приводит к получению гладкого блестящего изделия. Полировка сложных сплавов не дает такого результата. По окончании работы обработанная поверхность повышает свою чистоту шероховатости на 2 класса.

Полирование деталей ведется только после их визуального осмотра. Не допускается наличие на них глубоких царапин или раковин, поскольку такие дефекты не устраняются в процессе полировки. Оптимальным вариантом является работа с цилиндрическими деталями. Плоские заготовки хуже поддаются полировке.

По окончании процедуры изделия приобретают ряд положительных качеств: у них увеличивается коррозионная стойкость, повышается прочность поверхностного слоя и понижается коэффициент трения.

Технология электрохимического полирования металла


При электрополировке металла его поверхность становится блестящей. Технологический процесс состоит из ряда операций:

  1. Предварительно заготовка подвергается механической обработке с целью доведения шероховатости поверхности до 6–7 класса.
  2. Промывка для удаления грязи.
  3. Обезжиривание.
  4. Подсоединение к положительно заряженному электроду.
  5. Электрохимическое полирование.
  6. Промывка в щелочной среде с целью устранения кислотных остатков.
  7. Сушка. Для этого используется горячий воздух или опилки.
  8. Выдержка деталей в горячем масле, подогретом до температуры 120 °C.

При полировке происходит устранение неровностей с поверхности детали. Поэтому любой процесс сопровождается:

  1. Макрополированием. При этом идет растворение крупных выступающих вершин.
  2. Микрополированием. Сглаживаются мелкие неровности.

Погружаемое в электролит изделие покрывается оксидной пленкой, которая является защитной средой между металлом и электролитом. В продолжение всего процесса она постоянно растворяется и образуется вновь. Правильность технологического процесса заключается в том, чтобы ее толщина оставалась стабильной.

Непосредственно под пленкой происходит полировка металла. Осуществляется она за счет обмена электронами и ионами между анодом и электролитом. Толщина формируемой пленки всегда меньше на выступающих частях вершин неровностей. Именно здесь и происходит усиленное растворение металла. В углублениях слой пленки толще, и здесь обмен заряженных частиц уменьшенный.


Образование вязкой пленки толще во впадинах неровностей

Существуют другие факторы, влияющие на скорость полирования поверхности:

  • ­ перемешивание электролита;
  • ­ повышение его температуры;
  • ­ увеличение силы тока и напряжения.

Все эти факторы уменьшают поверхностный слой, что ускоряет полировку.

Для каждого изделия существует свой временной режим. В зависимости от продолжительности процедуры пропорционально увеличивается снимаемый слой металла. Этого не следует допускать, потому что шероховатость поверхности, выйдя на свой уровень, остается неизменной. Происходит ненужное растворение слоя изделия, что не оказывает влияния на качество поверхности.

Электролитно-плазменное полирование


Во время электролитно-плазменного полирования наблюдаются схожие процессы. Однако тут в качестве среды используются растворы солей аммония. Под воздействием высокого напряжения 200–350 В на поверхности детали, которая является анодом, образуется парогазовая оболочка. Формируется она за счет вскипания электролита. Через нее постоянно протекает электрический ток, вызывая появление плазменных разрядов, которые оказывают влияние на сглаживание поверхности. В результате время полировки составляет до 5 мин., а устранение небольших заусенцев – несколько секунд.

Важным условием является поддержание высокой температуры химической среды. Она необходима для создания условий пленочного кипения. Однако и превышать верхний предел нельзя. Например, для низкоуглеродистой стали интервал температур составляет 70–90 °C. За пределами этого интервала снижается качество полировки.

Электроплазменное полирование

Отличия электрополирования от химического


Электрополирование, как и электроплазменная обработка, отличается от химического процесса тем, что через электролит подается электрический ток.

При химическом полировании изделие опускается в емкость с химическим раствором кислоты или щелочи. Здесь происходит растворение поверхностного слоя. Это сопровождается бурным кипением содержимого сосуда. Деталь приобретает нужную шероховатость за несколько секунд. В отличие от электрополирования такой метод менее затратный. Здесь не требуется сложного оборудования. Но присутствуют и недостатки:

  1. Сложность контроля над протеканием процесса.
  2. Без применения электрического тока качество получаемого изделия ниже. У него отсутствует блеск. Поэтому такому способу обработки больше подвергаются изделия из цветного металла, имеющие сложную конфигурацию, которым не предъявляется высоких требований.

Применяемое оборудование и материалы

В качестве оборудования для электрополировки применяются ванны. Технология схожа с хромированием деталей.

Конструкция ванны для электрополирования



Ванна имеет следующую конструкцию:
  1. Наружный корпус.
  2. Внутренний корпус.
  3. Внутренняя часть ванны облицовывается термостойким материалом, способным противостоять химической среде. Применяется эмаль марки ЛК-1, фарфор, жаростойкое стекло, керамика.
  4. Электронагреватели.
  5. Между корпусами располагается водяная рубашка. Она необходима для регулировки температуры. На первой стадии подготовки электролита он нагревается до 120 °C. Рабочая же температура составляет 70–80 °C.
  6. Подключаются трансформаторы с выпрямителями. С их помощью идет регулирование подачи электрического тока.

Ведется подбор электролита, который должен отвечать следующим характеристикам:

  • ­ безопасностью в процессе применения;
  • ­ хорошей способностью для качественного сглаживания поверхности металла;
  • ­ длительностью работы;
  • ­ возможностью полировки разных металлов.

Исследования показали, что оптимальным составом является смесь фосфорной кислоты, серной и хромового ангидрида. Использование такого электролита позволяет вести полировку сталей как инструментальных, так и легированных. Обработке поддаются медь, алюминий, а также нержавейка.

Присутствие кислот позволяет вести контроль над плотностью электрического тока. Фосфорное соединение его понижает, а серная кислота повышает. За счет правильного формирования концентрации смеси можно оптимально наладить проведение процесса полирования.

Остались вопросы? Обязательно задайте их в комментариях к статье!

Электролитно-плазменная полировка PlasmaCraft


Электролитно-плазменный режим

В зависимости от приложенного напряжения при прохождении электрического тока через водный раствор электролита наблюдаются различные режимы электрических процессов вблизи анода.

Первый режим обычный электролиз, при котором происходит перенос ионов металла и наблюдается газовыделение в зависимости от состава электролита и материала электродов, и описывается классической электрохимией.

С повышением напряжения на электродах до 60–70 В устанавливается переходный или коммутационный режим, когда вокруг активного электрода (анода) периодически, с частотой порядка 100 Гц, образуется пароплазменная оболочка, приводящая к запиранию тока в течение 10-4 с.

При напряжении более 200 В вокруг анода образуется устойчивая пароплазменная оболочка, характеризующаяся малыми колебаниями тока при U=const. В этой области напряжений (200–350 В) происходит процесс электролитно-плазменной обработки. По всей обрабатываемой поверхности происходят импульсные электрические разряды. Совместное воздействие на поверхность детали химически активной среды и электрических разрядов приводит к возникновению эффекта полирования и очистки поверхности изделий.

https://youtu.be/eh49nMuRdLY

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки материалов и может быть применено в процессах электролитно-плазменного полирования изделий в различных областях техники: в машиностроении, в электротехнической промышленности, в приборостроении и в декоративных целях при производстве товаров народного потребления. Способ синхронного полирования заключается в том, что одновременно осуществляется полировании металлического изделия, служащего активным электродом в электролитной плазме при анодном процессе, и нанесение медного покрытия на металлический катод.

Известно (1 — Дураджи В.Н., Парсаданян А.С. Нагрев металлов в электролитной плазме. — Кишинев, Штиинца, 1988), что анодный процесс в электролитах состоит из нескольких режимов: первый режим процесса, наблюдаемый на активном электроде (площадь поверхности анода не менее чем в два раза меньше поверхности катода) при прохождении электрического тока небольшой плотности в неподвижном электролите, представляет собой низковольтный электролиз. С повышением напряжения на электродах электролитической ячейки до 60-70 В и плотности тока до 10-16 А/см2 возникает коммутационный режим, характеризуемый тем, что вокруг активного электрода периодически образуется парогазовая оболочка, приводящая к запиранию тока в течение 10-3-10-4 с. Третий режим процесса — режим нагрева в электролитной плазме — возникает при напряжениях свыше 80-90 В, когда образуется стационарная парогазовая оболочка вокруг активного электрода, плотность тока уменьшается до 0,8-1,5 А/см2, температура активного электрода может изменяться от 400 до 1100°C. Дальнейшее увеличение напряжения на электродах ячейки (в пределах от 250 до 350 В) после установления режима нагрева приводит к росту интенсивности свечения электрических разрядов, толщины парогазовой оболочки, а на отдельных участках активного электрода даже к ее срыву и интенсивному перемещению электролита в виде струи вниз от нижнего конца активного электрода. При этом температура нагрева анода может становиться меньше 100°C, величина электрического тока в цепи уменьшается в 2-2,5 раза, т.е. устанавливается четвертый режим анодного процесса — электрогидродинамический.

Во всех этих режимах происходит полирование поверхности активного электрода (2 — Дураджи В.Н. и др. Исследование эрозии анода при воздействии на него электролитной плазмой. — Электронная обработка материалов, 1978, № 5, с.13-17). Коммутационный режим требует больших энергетических затрат и используется в исключительных случаях, например, при получении острий из LaB6. В режиме нагрева осуществляется термическая и химико-термическая обработка, что приводит к изменению структуры металлического изделия. Поэтому в настоящее время в промышленности для полирования металлических деталей используется электрогидродинамический режим, при котором температура детали не превышает 100°C и плотность тока на активном электроде в 2-2,5 раза меньше, чем в режиме нагрева.

При реализации способа полировки используют в основном водные растворы солей (при необходимости в зависимости от материала активного электрода можно использовать водные растворы кислот и щелочей). В случаях полирования изделий из меди и медных сплавов (3 — Патент РБ на изобретение №8424 — Способ электрохимической обработки металлических изделий, преимущественно из меди и медных сплавов, под гальванические покрытия) используют водный раствор аммонийных солей, содержащий фтористый аммоний и аммоний лимоннокислый одно-, двух-, трехзамещенный и другие составы при температуре электролита 60-90°C.

Медные покрытия (4 — Вайнер Я.В., Дасоян М.А. Технология электрохимических покрытий. Л., Машиностроение, 1972, 464 с.), как правило, не применяются в качестве самостоятельного покрытия ни для декоративных целей, ни для защиты стальных деталей от коррозии. Это связано с тем, что медь в атмосферных условиях легко окисляется, покрываясь налетом окислов.

Однако благодаря хорошему сцеплению осажденной меди с различными металлами медное покрытие применяется в многослойных защитно-декоративных покрытиях в качестве промежуточного подслоя, а также для защиты стальных деталей от цементации. В гальванопластике медные осадки применяются для изготовления металлических копий, барельефов, волноводов и матриц.

Электролиты меднения подразделяют на кислые и щелочные. Из кислых электролитов используют сернокислые и борфтористоводородные. Наибольшее применение нашли сернокислые электролиты, отличающиеся простотой состава, устойчивостью и высоким выходом по току (до 100%). Недостатком этих электролитов является невозможность непосредственного покрытия стальных и цинковых деталей вследствие контактного выделения меди, имеющей плохое сцепление с основным металлом. Поэтому перед меднением стальных деталей в кислых электролитах их предварительно меднят в цианистых электролитах или осаждают тонкий подслой никеля. К недостаткам сернокислых электролитов относятся также их незначительная рассеивающая способность и более грубая структура осадков по сравнению с другими электролитами.

К щелочным электролитам меднения относятся цианистые, пирофосфатные и другие электролиты. Цианистые медные электролиты обладают высокой рассеивающей способностью, мелкокристаллической структурой осадков, возможностью непосредственного меднения стальных деталей. К недостаткам относятся низкая плотность тока и неустойчивость состава вследствие карбонизации свободного цианида под действием двуокиси углерода воздуха. Кроме того, цианистые электролиты характеризуются пониженным выходом по току (не более 60-70%).

Кислые электролиты меднения;

Медь сернокислая — 150-250 г/л;

Никель хлористый — 50-70 г/л;

Температура электролита = 18-25°C;

Плотность тока = 1-4 А/дм2.

При перемешивании электролита сжатым воздухом можно довести катодную плотность тока до 10-15 А/дм2.

Для приготовления сернокислого электролита меднения растворяют медный купорос, фильтруют его в рабочую ванну и при непрерывном помешивании добавляют серную кислоту.

При нанесении медных покрытий из сернокислого электролита медные аноды растворяются в основном с образованием двухвалентных ионов, которые, разряжаясь на катоде, осаждаются в виде металлической меди. Однако наряду с этими процессами происходят и другие, нарушающие нормальное течение электролиза. Возможно также анодное растворение с образованием одновалентных ионов, хотя и в меньшей степени.

В электролите, омывающем металлическую медь, идет также химический обратимый процесс: Cu+Cu2+=2Cu+.

Накопление в растворе ионов одновалентной меди в больших количествах приводит к сдвигу реакции влево, в результате чего выпадает металлическая губчатая медь.

В растворе, кроме того, происходит окисление сернокислой одновалентной меди за счет кислорода воздуха и серной кислоты, особенно при воздушном перемешивании: Cu2SO4+1/2O2+h3SO4=2CuSO4+h3O. На катоде процесс заключается в разряде двухвалентных и одновалентных ионов меди, но в связи с тем, что концентрация ионов одновалентной меди приблизительно в 1000 раз меньше концентрации ионов двухвалентной меди, катодный процесс выглядит так: Cu2++2e-=Cu. Выход по току составляет 100%.

Для получения плотного гладкого осадка в электролите необходимо присутствие серной кислоты. Серная кислота выполняет ряд функций: значительно повышает электропроводность электролита; понижает активность ионов меди, что способствует образованию мелкозернистых осадков; предотвращает гидролиз сернокислой закисной меди, который сопровождается образованием рыхлого осадка закиси меди.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение технологических возможностей за счет обработки медных и медьсодержащих сплавов, а также увеличение номенклатуры обрабатываемых деталей.

Поставленная задача решается таким образом, что при полировании активного электрода анодного процесса при напряжении на электродах электролитической ванны 250-340 В синхронно осуществляется меднение стального катода. Ионы меди, образующиеся в парогазовой оболочке, под действием электрического поля переносятся на стольной катод и, таким образом, осуществляется процесс меднения без использования медьсодержащих электролитов. В качестве электролита используется раствор аммонийных солей, содержащий хлористый аммоний, фтористый аммоний и аммоний лимоннокислый одно-, двух-, трехзамещенный или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хлористый аммоний — 4-15;

Фтористый аммоний — 1-5;

Аммоний лимоннокислый одно-, двух-, трехзамещенный или их смесь — 1-2;

Вода — остальное.

Предельные величины концентрации компонент электролитов обусловлены сохранением эффекта полирования и образования медного покрытии на поверхности стального катода. При меньших концентрациях обрабатываемая поверхность активного анода подвергается интенсивному травлению, приводящему к повышению шероховатости поверхности и исчезновению блеска. При концентрации, превышающей указанные пределы, ухудшается качество полирования из-за явно выраженной пассивации поверхности анода, снижения блеска и повышения шероховатости.

Примеры конкретной реализации способа

Пример 1. Активный электрод изготовлялся в виде пластин размером 60×15×3,5 мм из латуни Л63 и прутков диаметром 8 мм, длиной 60 мм из латуни Л63. Катод выполнен из нержавеющей стали 80×150×0,3 мм в виде полуцилиндра. Активный электрод погружают в электролит состава (вес.%):

Хлористый аммоний — 10;

Фтористый аммоний — 4;

Аммоний лимоннокислый одно-, двух-, трехзамещенный или их смесь — 1,5;

Вода — остальное.

Электролит нагрет до температуры 70°C-80°C, напряжение на электродах 300 В при плотности тока на активном аноде 0,7-0,8 А/см2, время обработки — 2 мин. После обработки поверхность анода имеет равномерный зеркальный блеск, а катод равномерно покрывается слоем меди толщиной 4-6 мкм как с внутренней стороны, так и с внешней.

Пример 2. Активный электрод изготовлялся из меди в виде пластин размером 60×10×3 мм. Катод выполнен из нержавеющей стали 80×150×0,3 мм в виде полуцилиндра. Активный электрод погружают в электролит того же состава. Электролит нагрет до температуры 70-80°C, напряжение на электродах 300 В при плотности тока на активном аноде 0,7-0,8 А/см2, время обработки — 2 мин. После обработки поверхность анода имеет равномерный зеркальный блеск, а катод равномерно покрывается слоем меди толщиной 4-6 мкм как с внутренней стороны, так и с внешней.

Таким образом, заявленный способ позволяет осуществить полирование активного электрода из медного или медьсодержащих сплавов до зеркального блеска с синхронным покрытием поверхности стального катода медью.
Способ электролитно-плазменной обработки поверхности металлических деталей, включающий полировку детали из медьсодержащего сплава в электролите, используемой в качестве анода, отличающийся тем, что синхронно полировке в электролите детали из медьсодержащего сплава, используемой в качестве анода, наносят медное покрытие на стальную деталь, которую используют в качестве катода, при этом на катод и анод подают напряжение 250-340 В при температуре электролита 60-90ºС, который используют в виде водного раствора, содержащего хлористый аммоний, фтористый аммоний и аммоний лимоннокислый одно-, двух-, трехзамещенный или их смесь при следующем соотношении компонентов (вес.%):

Технологический процесс плазменной обработки (полировки) для полуавтоматизированной линии

Перед полированием изделие может быть подготовлено путём абразивной механической шлифовки (например, с помощью пескоструйной, барабанной или вибрационной установки). Это позволит сократить время электролитно-плазменного полирования при наличии заусенцев и других дефектов изделия.
Плазменное полирование проходит в 7 основных стадий:

  1. Подготовка детали к обработке
  2. Ручная загрузка на подвеску
  3. Автоматизированные операции: подача напряжения на поднятую подвеску
  4. медленное опускание в электролит
  5. выдержка 2–5 минут
  6. подъем подвески с деталями
  7. отключение напряжения
  • Промывка в теплой воде
  • Сушка тёплым воздухом
  • Ручная выгрузка
  • Контроль
  • Изделие устанавливается на специальную подвеску, обеспечивается надежный электрический контакт. Затем подаётся рабочее напряжение, и деталь медленно погружается в предварительно подогретый электролит.

    В процессе полировки поддерживается температура электролита 60–90 0С путем подачи насосом охлажденного электролита из подготовительной ванны в рабочую. После обработки в течение 2–5 минут изделие поднимается из ванны и напряжение отключается. Затем производится промывка изделия в теплой воде и сушка теплым воздухом. Проверяется качество обработанной поверхности, наличие заусенцев и острых кромок.

    Технические характеристики

    Для обработки нержавеющих сталей и медных сплавов используют 3–5% водные растворы сульфата аммония и хлористого аммония. При обработке других металлов и сплавов применяются водные растворы солей с концентрацией не выше 10%. Средняя длительность полировки составляет 2–5 минут, а снятие заусенцев 5–20 секунд.

    Время: до 5 мин.

    Плотность тока: 0,20,6 A/см2

    Температура: 6090 °С

    Напряжение: 200350 B

    Скорость съёма до 3 мкм/мин.

    Кислотность раствора: 48 pH

    Концентрация солей в электролите: 0,510%

    Достигаемая шероховатость до Ra 0,01 мкм

    В ходе реализации многочисленных проектов проведена оптимизация технологии полировки с учетом габаритов и формы изделия, наличия отверстий и полостей, расположения на подвеске, исходного состояния поверхности, состава материала и электролита, позволяющая получать высокое качество поверхности при минимальных энергетических затратах.

    Для объяснения эффекта полировки в литературе принята электрофизическая модель процесса, т.е. предполагается, что сглаживание шероховатостей осуществляется вследствие микроразрядов на выступах поверхности. Что же касается электрохимических процессов, то они считаются менее существенными. Однако, практика полировки различных металлов показала, что процесс весьма чувствителен к составу электролита. Причем, для каждого металла для получения эффекта полировки необходимо подобрать отдельный (специальный) электролит. Разработаны составы растворов для полировки низкоуглеродистых, малолегированных сталей, медных сплавов, латуней, хрома и других металлов и сплавов.

    Таким образом, установлено, что процесс полировки носит ярко выраженный электрофизический и электрохимический характер. С целью снижения расхода электроэнергии применяется экранирование поверхностей различными электроизоляционными материалами (наиболее эффективны экраны из фторопласта).

    Состав электролита для обработки нержавеющей стали методом ЭПП

    Положительные результаты полирования нержавеющих аустенитных сталей типа 12Х18Н10Т достигаются в растворе следующего состава:

    • серная кислота,
    • соляная кислота,
    • азотная кислота,
    • хлористый натрий,
    • вода,
    • краситель кислотный черный 3М.

    Корректирование раствора состоит в периодическом добавлении воды и азотной кислоты. Обработку проводят в течение 3–10 минут при температуре 70–75 о С. С увеличением содержания в растворе солей железа время обработки увеличивается до 15–20 минут. Качество поверхности при химическом полировании зависит от объемной плотности загрузки деталей в ванне. При слишком большой загрузке возникает неравномерность обработки поверхности, возможно ее травление и образование других дефектов вследствие затрудненного доступа раствора к поверхностям изделий.

    Процесс электролитно-плазменной полировки


    Описание процесса плазменной полировки и существенные отличия от электрополировки


    Глянцевые поверхности по эстетическим и функциональным причинам приобретают все большее значение. Для создания блестящих поверхностей необходимо удалить ряд остатков, которые образуются в процессе производства этих деталей. Они образуются, например, из-за остатков процесса литья, следов механической обработки или слоев, образующихся в результате термической обработки или процессов сварки.

    По этим причинам необходимы операции полировки, которые обеспечивают поверхности без бороздок и других структурных дефектов геометрии поверхности. В настоящее время эффекты полировки в основном достигаются с помощью механических или химических процедур, а в последнее время также с помощью лазерных процессов. Каждый из этих процессов применяется только к ограниченному набору материалов и имеет ограничения в отношении затрат, времени обработки и воздействия на окружающую среду.

    Новый метод плазменной полировки позволяет преодолеть недостатки традиционных методов полировки.

    Плазменная полировка представляет собой новый подход к полировке и основан на физико-химическом воздействии, которое происходит на поверхности электродов электролитической системы в сочетании с высоким напряжением. Плазменная полировка — это электролитический процесс, при котором анодно поляризованные металлические компоненты за счет формирования плазменной мембраны, вызванной термическими и электрохимическими процессами, достигают беспрецедентного блеска, которого нельзя достичь с помощью обычных процессов полировки.

    Локальное газообразование электролита на меньшем электроде (часть, служащая анодом) приводит к газовому потоку, который покрывает всю поверхность заготовки и способствует образованию плазменной мембраны. Помимо выравнивания микронеровностей с минимальной потерей массы, он также удаляет заусенцы, а также органические и неорганические загрязнения поверхности. Кроме того, вы можете наблюдать достойное ингибирование коррозии в зависимости от материала на полированных плазмой поверхностях. Плазменная полировка металла характеризуется улучшенной защитой от коррозии по сравнению с исходным состоянием.

    Этот процесс дополняет или решает проблемы существующих методов обработки поверхности с достигаемыми значениями шероховатости менее 0,01 мкм. Типичное удаление материала при плазменной полировке составляет 4-8 мкм/мин в зависимости от спецификации материала и, следовательно, меньше, чем при электрополировании. Металлические детали в ванне плазменной полировки не нагреваются выше 100 °C, в том числе поверхностно.

    Этот процесс хорошо подходит для полировки и снятия заусенцев с фрезерных, токарных и инвестиционных отливок.Этот процесс обеспечивает стабильность размеров и минимальное снятие фасок для соблюдения требуемых допусков. Поверхности закаленных деталей полируются. Термически приведенная в движение плазма вызывает горение поверхностных органических слоев за счет окислительного характера процесса. Но и неорганические вещества на поверхности могут окисляться и удаляться, если температура испарения или температура разложения продуктов реакции меньше 2000К.

    Этот процесс дополняет или решает проблемы существующих процессов обработки поверхности с достигаемыми значениями шероховатости менее 0,01 мкм.

    Подходящие электролиты были разработаны для следующих материалов:

    Группы Материалы
    Черные металлы: все нержавеющие стали, степень полировки зависит от количества легирующих элементов и содержания углерода
    Цветные металлы: Сплавы хром-кобальт
    Сплавы хром-кобальт-молибден
    Вольфрам
    Молибден
    Легкие металлы: Титан и сплавы титана
    некоторые сплавы магния

    Некоторые металлические композиты и технологические детали, изготовленные MIM.

    Понимание процессов плазменно-электролитической полировки с помощью мультифизического моделирования и встроенной метрологии

    Abstract

    В настоящее время растет спрос на методы обработки поверхности, такие как плазменно-электролитическая полировка (PeP) — особый случай электрохимической обработки. В этой статье представлен обзор литературы по фундаментальным механизмам процесса плазменно-электролитной полировки, а также обсуждаются смоделированные и экспериментальные результаты.Моделирование показывает и описывает подход к моделированию эффекта полировки во время процесса PeP. Основываясь на результатах моделирования, можно предположить, что PeP можно моделировать как процесс электрохимической обработки и что моделирование можно использовать для прогнозирования шероховатости и времени обработки. Результаты моделирования демонстрируют корреляцию с экспериментально полученной аппроксимацией уменьшения шероховатости. Экспериментальная часть демонстрирует результаты обработки ПеП для разных времен.Результаты для различных типов шероховатости показывают, что шероховатость уменьшается экспоненциально. Кроме того, был произведен расчет КПД по току. На основании экспериментальных результатов можно предположить, что ПЭП представляет собой особый процесс электрохимической обработки с низкой пассивацией.

    Ключевые слова: плазменно-электролитное полирование, ПЭП, модификация поверхности, доводка, электрохимическая обработка, ЭХО

    1. Введение и обзор литературы

    1.1. Введение

    Плазменная электролитическая полировка (ПЭП) является частным случаем электрохимической обработки [1], которая требует высокого напряжения и использует экологически чистые водные растворы солей.Краткое описание процесса PeP показано на рисунке , где заготовка представляет собой анод, подключенный к источнику энергии постоянного тока.

    PeP — это технология, которая используется в качестве финишной обработки поверхности для прецизионных металлических деталей из-за низкой достижимой шероховатости ( Ra < 0,02 мкм) и низкой скорости съема [2,3]. В настоящее время самым современным методом полировки является механическая полировка. По сравнению с механической полировкой, при полиэфирной полировке вся поверхность заготовки может быть отполирована за несколько минут, как и сложные свободные формы [2,4,5].

    В доступной литературе имеется много информации о растворах, применяемых для полирования различных металлических сплавов (например, сталей, алюминия, титана и др.) [5,6,7,8,9,10,11,12] и параметры процесса (например, температура, концентрация электролита, напряжение и т. д.). Например, для полировки стальных заготовок широко применяют 3–6%-ные растворы сульфата аммония; приложенное напряжение составляет от 200 В до 350 В; сочетание фторида аммония и фторида калия распространено для полировки титановых деталей и т. д.Для металлов общий диапазон температур составляет 70–90 °C [5,10,12].

    показывает типичный график зависимости тока от напряжения. Первый участок, «ab», представляет собой обычный процесс электролиза, который может быть описан классической электрохимией [5]. Участок «бк» представляет собой переходный или импульсный режим, когда на аноде периодически возникает плазменно-газовый слой [5]. Участок «cd» представляет собой электролитно-плазменный режим [6], когда плазменно-газовый слой стабилен и возможна полировка. На участке «de» слой плазмообразующего газа становится неустойчивым.На участках «bc», «cd» и «de» увеличение напряжения приводит к уменьшению тока из-за увеличения толщины слоя плазмообразующего газа [13].

    Схематическая ВАХ по [5].

    Однако минимально достижимая шероховатость ограничена исходной шероховатостью заготовки. Мукаева [14] показала, что параметр шероховатости поверхности Ra можно аппроксимировать следующей параметрической зависимостью от времени t:

    где:

    Все эти переменные могут быть получены из экспериментальных данных.

    Параметры, использованные Мукаевой для экспериментов, приведены в . Результаты показаны в . Параметр шероховатости Ra построен как функция времени для трех различных значений напряжения: 250 В, 300 В, 350 В. Из видно, что при более высоких температурах достижимая шероховатость больше; это можно объяснить следующим образом. Более высокие температуры увеличивают толщину слоя плазмообразующего газа, что приводит к уменьшению тока [3,13].

    Шероховатость как функция времени, ( a ) 250 В, ( b ) 300 В, ( c ) 350 В [14].

    Таблица 1

    Экспериментальные параметры [14].

    0

    1

    3 250 V, 300 V, 350 V

    3 Сульфат аммония

    3 концентрация электролита (WT%)

    1
    Напряжение
    Электролит
    5% 5% 5%
    Температура электролита 70 °C, 80 °C, 90 °C
    Материал образцов Нержавеющая сталь (1.4021)
    Начальная шероховатость (Ra) 0,63 мкм, 0,32 мкм

    Некоторые авторы показали, что шероховатость поверхности зависит от глубины погружения образца: чем глубже был погружен образец, тем глубже был погружен образец. шероховатость поверхности [3,15,16]. Этот эффект можно объяснить тем, что слой плазмообразующего газа неоднороден по высоте заготовки. Толщина слоя плазмы ближе к границе электролит-воздух больше [15,16].Это происходит потому, что пузырьки газа движутся к границе электролит-воздух.

    Некоторая информация о PeP и геометрии заготовки была предоставлена ​​Куликовым и др. [5]. Их эксперименты показывают, что изделия с небольшими полостями, когда глубина меньше диаметра отверстия, можно полировать. Внутри глубоких отверстий стенки не полировались, когда глубина превышала диаметр отверстия. Тем не менее, большое количество глубоких отверстий, каверн и трещин приводит к увеличению тока, а также может привести к перебоям в процессе полирования.

    Возможным решением проблемы полирования сложной геометрии, небольших отверстий и полостей является использование струи электролита [4,5,17,18,19,20,21,22]. Абляз и др. [17] и Новоселов и соавт. В работе [22] показана возможность полирования объекта сложной геометрии свободной струей электролита. В работах Алексеева и соавт. [20] и Cornelsen et al. В [4] показано полирование внутренних поверхностей труб.

    Что касается процесса, то в нашем понимании процесса ПЭП все еще есть два больших пробела: подробное описание проводимости слоя плазмы и газа и механизм полировки ПЭП.Информация, представленная ниже, представляет собой обзор существующих теорий процесса.

    1.2. Электропроводность слоя плазменного газа

    Существует несколько теорий природы электропроводности слоя плазменного газа. Одним из первых, кто наблюдал слой плазмообразующего газа в анодном процессе при высоких напряжениях, был Келлог [23]. В своей работе Келлог выдвинул гипотезу о том, что слой плазменного газа представляет собой «преимущественно пленку водяного пара». Он наблюдал несколько искр внутри слоя плазменного газа во время процесса и предположил, что проводимость можно объяснить ионизацией газа в слое плазменного газа, вызванной сильным электрическим полем.

    Во многих работах изучался этот или подобный механизм проводимости [10,14,16,24,25,26]. Сильное электрическое поле вызывает ионизацию паровой пленки, окружающей заготовку, и образование плазмы. Итак, плазмогазовый слой состоит из ионов электролита и ионов поверхности заготовки. В ряде работ основную роль в проводимости плазмо-газового слоя играют ионы из электролита и ионы металлов [10,16,25].

    Другие предполагают, что ионы играют важную, но не главную роль в проводимости.По их мнению, те значения плотностей тока, которые наблюдались в экспериментах, не могут быть обеспечены только ионами. В этой работе ионы способствуют высвобождению электронов, обеспечивающих необходимую проводимость [14,24,26].

    Ваня и др. В работе [27] указано, что слой плазмообразующего газа в основном состоит из водяного пара. Слой водяного пара ионизируется благодаря высокому напряжению. Это приводит к образованию электрического тока, протекающего в виде тлеющего разряда.

    Другая теория состоит в появлении так называемых электролитных мостиков [3,28,29].В этой теории толщина слоя плазменного газа непостоянна. Сильное электрическое поле и неоднородность слоя плазмообразующего газа приводят к возникновению зон с малыми толщинами слоя плазмообразующего газа (а). Далее под действием пондеромоторной силы электролит продолжает смещаться к поверхности заготовки, поэтому толщина слоя плазмообразующего газа уменьшается (б). По мере приближения к поверхности детали напряженность электрического поля выше, а значит, выше и пондеромоторная сила.Когда расстояние между электролитом и поверхностью заготовки составляет около пары микрон, появляются дополнительные небольшие «электролитные мостики» (в). Когда все эти мостики соприкасаются с поверхностью, они создают импульс тока и быстро закипают из-за джоулева нагрева (г, д). Синкевич и др. [3,28] сравнивают это со взрывным вскипанием. В этой теории весь ток в системе представляет собой суперпозицию большого количества импульсов от «электролитных мостиков». Также из-за небольших взрывов перемычек плазменно-газовый слой в процессе вибрирует.Синкевич также упоминает, что ток в процессе ПеП представляет собой комбинацию постоянной и высокочастотной составляющей [3,28]. Дураджи наблюдал две составляющие тока в процессе полировки [26].

    Схема формирования электролитного мостика [28].

    Другая теория, называемая «стримерной теорией», основана на стримерных разрядах [4,30,31]. Схематический чертеж представлен в . На этом рисунке (1) – электролит, (2) фотоионизация, (3) ионы, (4) электроны, (5) поверхность заготовки, (6) вторичные электроны, (7) головка лавины, (8) стример, (9 ) плазменный канал, 10) газовый взрыв.Из-за сильного электрического поля электроны обладают достаточной скоростью и энергией, чтобы ионизировать молекулы и высвобождать из них другие электроны (а). Эти электроны ударяются о другие молекулы, образуя некую форму электронных лавин (б). Затем поток электронов и ионов образует проводящий канал, соединяющий поверхность заготовки с электролитом (в–е)).

    Схема формирования плазменного разряда по стримерной теории [4,30].

    Таким образом, ни одна из представленных моделей полностью не описывает проводимость в слое плазменного газа.

    1.3. Механизм при плазменно-электролитной полировке

    В литературе существует множество теорий о механизмах полировки в процессе ПЭП. Во многих работах оплавление поверхности заготовки упоминается как основная или важная часть механизма полирования [4, 5, 14, 25, 27, 29, 30, 31, 32].

    В упомянутой выше стримерной теории плавление рассматривается как первичный механизм полировки [4,30,31,32]. В этой теории ионы и электроны движутся к поверхности заготовки через проводящий канал, т.е.е., стример, и начинаем взаимодействовать с заготовкой. Это взаимодействие приводит к повышению температуры как поверхности заготовки, так и проводящего канала, и плавлению. Дальнейшее повышение температуры приводит к взрыву в канале. Взрыв удаляет расплавленный металл.

    Плотников и др. [25] предложили механизм, представляющий собой комбинацию плавления и окисления. Вначале образуется новый газовый пузырь; это вызвано высокой температурой заготовки.Из-за сильного электрического поля газ внутри пузырька ионизируется и превращается в высокотемпературную плазму, которая начинает плавить оксидный слой на поверхности заготовки. Плазменный пузырь расширяется из-за высокой температуры, создавая ударную волну. Ударная волна частично отражается от границы раздела плазменно-газового слоя и электролита. Отраженная волна сжимает газовый пузырь, вызывая его схлопывание. При схлопывании пузырька происходит процесс, аналогичный кавитации.Ионы попадают в образовавшуюся пустоту. Затем ионы начинают реагировать с поверхностью заготовки, что приводит к образованию оксидной пленки. Согласно этой модели, процесс полировки происходит, когда скорость образования оксидного слоя сравнима со скоростью его удаления высокотемпературной плазмой. Пузырьки газа присутствуют на всей поверхности заготовки, поэтому полировка происходит везде. Однако скорость удаления пиков намного выше, чем у впадин.

    Ваня и др.В работе [27] отмечается, что слой плазмообразующего газа представляет собой ионизированную среду, в которой присутствуют тлеющие разряды. Разряды плавят поверхность детали сначала в тех местах, где толщина слоя плазмообразующего газа меньше. Это приводит к быстрому удалению выступов на поверхности заготовки и эффекту сглаживания. Поскольку каждый плазменный разряд удаляет одинаковое количество материала (S1 = S2), толщина удаляемого слоя h3 меньше толщины h2. По словам Вани, это приводит к замедлению скорости удаления с течением времени.Схематическое изображение процесса полировки можно увидеть на . Однако следует отметить, что лучшего блеска можно добиться только при использовании соответствующего электролита. Это может свидетельствовать о важной роли электрохимических реакций в процессе полирования.

    Схематическое изображение процесса полировки по Vaňa et al. [27].

    Другой подход рассматривает ФЭ как электрохимический процесс [3,5,10,29,33,34,35,36,37].

    По данным Каленчуковой и соавт.[10], в процессе ПеП плавление не происходит; основным механизмом полировки является электрохимическое растворение. Плазмогазовый слой (названный парогазовой оболочкой в ​​) имеет разную толщину на пиках (h3) и в полостях (h2), что приводит к большей плотности тока на пиках и, следовательно, к большей скорости съема. Более высокое удаление пиков приводит к быстрому уменьшению шероховатости.

    Механизм электролитно-плазменной полировки по Каленчуковой и соавт. [10].

    Смыслов и др.В работе [36] механизм полировки описывается как суперпозиция анодирования и одновременного химического травления образовавшегося оксидного слоя. Травление пиков происходит быстрее, а оксидный слой там тоньше, чем в полостях; это приводит к уменьшению шероховатости.

    Парфенов и др. [34] изучали выход по току процессов ПеП и электролиза. Был сделан вывод, что РеП является в основном электрохимическим процессом с выходом по току около 30%. Констатировано отсутствие плавления в процессе ПЭП, несмотря на наличие разрядов в плазменно-газовом слое.Эти разряды не вызывают плавления или удаления поверхности заготовки. На основании данных, полученных при сравнении ФЭП и электролиза Парфеновым и соавт. В работе [34] можно сделать вывод, что появление плазменно-газового слоя приводит к изменению некоторых электрохимических реакций. При традиционном электролизе на поверхности анода можно наблюдать образование кислорода. Электрохимическая обработка (ЭХО) при той же плотности тока, что и в процессе ПЭП, имеет выход по току около 9 % [34]. Низкий выход по току процесса ЭХО можно объяснить пассивацией поверхности заготовки кислородом.В случае PeP из-за стабильного слоя плазмообразующего газа это уже не может быть связано с образованием кислорода на поверхности заготовки. Поэтому можно предположить, что образование кислорода все же имеет место, хотя и на границе между слоем плазменного газа и электролитом. Аналогичное предположение было сделано Келлогом [23].

    Синкевич и др. [3,35,37] предположили, что процесс ФЭП можно рассматривать как анодное растворение, которое можно описать механизмом комплексообразования через ряд последовательных или последовательно-параллельных стадий.

    Воленко и др. В работе [29] ПеП рассматривался как суперпозиция физико-химических, тепловых, электрических и гидродинамических процессов. По Воленко, слой плазменного газа является диэлектриком. Как упоминалось выше, проводимость в слое плазменного газа описывается моделью электролитических мостов. В данной статье полировка представляет собой комбинацию электрохимического удаления и электроэрозионной обработки (ЭЭО). Этот же механизм упоминается Саушкиным и соавт. [14].

    Куликов и др. [5] упомянули, что механизм полировки до конца не изучен, но предположили, что полировка может происходить из-за комбинации электрохимического растворения и плавления разрядами.

    Алексеев и др. [16] описывают механизм полировки как комбинацию разрядов, ионного и химического распыления.

    2. Мультифизическое моделирование плазменно-электролитной полировки

    Для моделирования процесса ПЭП была разработана модель. Основываясь на обзоре литературы и экспериментальном опыте, моделирование в этой статье основано на предположении, что основной механизм ПЭП для нержавеющей стали является электрохимическим. Схема соединения модели приведена в .Настройка модели и расчет выполнены в COMSOL Multiphysics ®. Для этой модели были выбраны интерфейсы Electric Currents и Deformed Geometry для имитации тока и электрического потенциала, а также эффекта полировки во время процесса PeP. Разработанная модель используется для моделирования процесса ФЭП после появления устойчивого плазменно-газового слоя.

    Схема сопряжения мультифизической модели [38].

    2.1. Геометрия

    Геометрия модели и граничные условия приведены в .В основу модели была положена принципиальная схема, показанная на рис. Ванночка с электролитом имела размеры 20 см × 20 см. Заготовка представляла собой диск с посадочным отверстием, который полностью погружался в ванну на глубину 5 см. Слой плазмообразующего газа окружал заготовку с самого начала моделирования.

    Геометрия модели и граничные и доменные условия.

    Модель имела 3 области: электролит, плазмогазовый слой и заготовку. Боковые и нижние границы модели были заземлены.На границы монтажного отверстия подавалось напряжение 200 В.

    Для имитации полирующего эффекта полипропилена и анализа распределения плотности тока на поверхности профиль поверхности заготовки был сгенерирован случайным образом в COMSOL Multiphysics ® с использованием метода пространственных частот [39] и следующих уравнений:

    y= sin(2πs)(15+A∑m=−NN(m2)−b2g1(m)cos(2πms+u1(m))),

    (2)

    x=cos(2πs)(15+A∑ m=−NN(m2)−b2g1(m)cos(2πms+u1(m))),

    (3)

    Используемые для этого параметры приведены в .Начальная шероховатость в модели составляла 2,49 мкм. Электропроводность домена электролита задавалась равной 120 мСм/см. Это значение соответствовало раствору сульфата аммония с концентрацией 50 г/л при 75 °С [13]. Этот электролит используется для полировки нержавеющих сталей. В качестве материала анода была выбрана сталь 1.4301.

    Таблица 2

    Параметры метода пространственных частот.

    1

    3 N

    3 Разрешение пространственной частоты

    3 2000

    3 B13

    3 S

    3 фазовый коэффициент

    3 G1

    3 Gaussian Случайная функция
    Параметр Описание Значение
    N
    Спектральный экспонент 0.5
    A A Масштабировая параметр в Y координату 0.001
    от 0 до 1
    u1 Равномерная случайная функция

    Электропроводность слоя плазмообразующего газа рассчитывалась исходя из предположения, что почти все напряжение будет падать в слое плазмообразующего газа.Используя экспериментальные данные и данные, приведенные в существующей литературе, удалось рассчитать сначала электрическое поле, а затем и электрическую проводимость. Для данного расчета была выбрана толщина слоя плазмообразующего газа 150 мкм на основании литературных данных [2,3,4]. Тогда, исходя из выбранной толщины слоя плазмообразующего газа и используемого в модели напряжения 200 В, электрическое поле можно рассчитать следующим образом:

    E=Vdh=200 В0,015 см=13333 В/ см.

    (4)

    Это соответствует диапазону, указанному в дополнительной литературе; общие значения электрического поля составляют 10 4 –10 5 В/см [2,3,4,14].Плотность тока можно рассчитать по следующему уравнению: jn=σ⋅E. Используя плотность тока и электрическое поле, можно рассчитать электропроводность. Принимая среднее значение jn на основе экспериментальных данных Rajput et al. [13] для 200 В 0,3399 А/см 2 и рассчитанного выше электрического поля электропроводность плазменно-газового слоя можно рассчитать следующим образом:

    σ=jnE=0,3399 А/см213333 В/см= 2,55⋅10−2 мСм/см.

    (5)

    Другие параметры моделирования приведены в .

    Таблица 3

    10

    1 Напряжение

    3 Напряжение

    3 Анодная проводимость 1.38 × 10 7 мс / см

    3 Электролитная проводимость 120 MS / CM

    3 Проводимость в плазменном газе 2.55 × 10

    1 -2

    2 мс / см

    3 толщина плазменного газа

    3 0,15 мм

    3 анод относительной диэлектрической проницаемости Относительная диэлектрическая проницаемость электролита 55 Относительная диэлектрическая проницаемость плазменно-газового слоя 1

    2.2. Сетка модели

    Визуализация сетки модели представлена ​​в . Полная сетка состоит из 213 870 доменных элементов и 9247 граничных элементов. Все параметры, используемые для создания сетки, представлены в файлах . Наиболее мелкая сетка реализуется вблизи поверхности анода, где происходит съем.

    Визуализация сетки модели.

    Таблица 4

    2

    3 Параметр 9013 Максимальный элемент Размер 20 мм 20 мм113 20 мм Размер минимального элемента 0.005 мм 0,005 мм

    3 Максимальный элемент роста роста 1.5

    3 1.2

    3 Коэффициент кривизны 0,2

    3 0,2

    3 Разрешение узких регионов 1 1

    Деформация сетки рассчитывается по уравнению ниже:

    где:

    К — коэффициент съема, а jn — нормальная плотность тока. K рассчитывается на основе экспериментальных данных Rajput et al.[13] и по средней скорости удаления в одномерном направлении и по средней плотности тока. Например, среднюю скорость удаления и плотность тока для 200 В можно использовать для определения следующего коэффициента удаления: А⋅с),

    (7)

    В этой модели предполагалось, что напряжение будет влиять только на толщину слоя плазмообразующего газа. В этом случае можно сделать вывод, что MRR в первую очередь зависит от плотности тока.Таким образом, коэффициент удаления K можно описать как функцию плотности тока. Коэффициент удаления K как функцию плотности тока можно увидеть на . Черные точки на графике представляют данные, полученные из экспериментальных данных Rajput et al. [13]. Предполагалось, что при плотности тока, равной и меньшей нулю, процесса съема металла не происходит. Линейная аппроксимация также применялась для значений плотности тока, превышающих 0,34 А/см 2 . Моделирование удаления было выполнено для времени обработки 300 с.

    Коэффициент удаления K как функция плотности тока.

    2.3. Результаты моделирования

    Результаты моделирования электрического потенциала можно увидеть в и . Видно, что почти все напряжение падает в слое плазмообразующего газа. Этого и следовало ожидать, исходя из экспериментальных данных. Этот результат позволил предположить, что слой плазмообразующего газа можно рассматривать как особую электрохимическую ячейку, в которой в качестве катода выступает граница между слоем плазмообразующего газа и электролитом.

    Детальный вид поверхности заготовки и электрического потенциала ( a ) при t=0 с, ( b ) при t=300 с.

    показывает профиль поверхности до и после 300-секундной полировки. При обеспечена нормальная плотность тока на поверхности анода в начале процесса и после 300 с полировки. Видно, что несмотря на то, что общая форма поверхности сохраняется, пики заметно убираются.

    Детальный вид профиля поверхности при 0 с и 300 с.

    Подробное изображение нормальной плотности тока при 0 и 300 с.

    Сравнивая и , можно сделать вывод, что на нормальную плотность тока в основном влияет форма поверхности. Это приводит к более высоким плотностям тока на пиках профиля поверхности и более низким в полостях. Из-за электрохимического механизма процесса более высокая плотность тока на вершинах и, как следствие, более высокая скорость съема, чем в полостях, приводит к полирующему эффекту на поверхности заготовки.В также видно, что плотность тока в более глубоких полостях увеличивается с увеличением времени обработки; это можно объяснить уменьшением высоты пиков и, следовательно, более равномерным распределением тока по поверхности.

    представлено сравнение средней плотности тока в модели и в эксперименте Rajput et al. [13].

    Средняя плотность тока в модели (красный) и эксперименте из Раджпута (синий) [13].

    Средняя по времени плотность тока в модели равна 0.312 А/см 2 по сравнению с 0,340 А/см 2 в эксперименте из Раджпута [13]. Видно, что средняя плотность тока в модели систематически ниже, чем в эксперименте. Это можно объяснить тем, что в модели не учитываются термодинамические эффекты. В реальном процессе ПЭП большое количество тока используется для нагрева анода и электролита, а также для испарения электролита. Поскольку в начале процесса слой плазмообразующего газа отсутствует, плотность тока максимальна.Предположительно, в начале процесса на формирование плазменно-газового слоя расходуется много энергии. Тогда часть энергии требуется для его стабилизации. В модели плазма существует с самого начала и остается стабильной на протяжении всего времени моделирования. Таким образом, на формирование и стабилизацию плазменно-газового слоя не расходуется энергия.

    Для анализа полирующего эффекта был рассчитан параметр шероховатости Ra. Уравнение для Ra построено по следующей формуле [38]:

    где:

    l — длина оценки, а h(x) — отклонения от средней линии в позиции x.

    Для расчета в COMSOL использовались следующие связи компонентов: intop1 — интегрирование по границам 13 и 14, aveop1 — усреднение по границам выборки.

    Поскольку заготовка представляет собой диск, необходимо внести некоторые изменения в это уравнение. Прежде всего, x в данном случае заменяется на радиус, r, диска. Итак, отклонения от средней линии рассчитывались по следующей формуле:

    где r¯ — радиус излишка, рассчитанный с помощью aveop1.

    Тогда для диска l — это длина окружности. Было использовано следующее уравнение:

    Применяя все к уравнению (8):

    Ra=12πr¯∫|r−r¯|dl,

    (12)

    Результаты этого расчета представлены в . Видно, что шероховатость уменьшается согласно экспоненциальному затуханию (1) Мукаевой [14]. Согласно этому уравнению минимально достижимая шероховатость Ra в этой модели имеет значение 1,67 мкм.

    Выбранные результаты для Ra как функция времени с подходящей кривой.

    3. Поточная метрология при плазменно-электролитическом полировании

    Поточные метрологические системы важны для обеспечения контроля качества продукции во время обработки. В случае плазменной полировки важнейшим параметром конечного продукта является шероховатость поверхности. Для обеспечения стабильности процесса полировки необходимо контролировать плотность тока и температуру.

    Согласно имеющейся литературе общепринятые значения средней плотности тока колеблются от 0,1 А/см 2 до 0.5 А/см 2 [1,2,3,5,7,16,34,40]. Таким образом, зная начальную площадь образца и отслеживая ток в процессе обработки, можно управлять процессом. Если значения плотности тока слишком велики или слишком малы, это может означать, что процесс нестабилен; это может указывать, например, на то, что слой плазменного газа нестабилен или что он разрушился. В этом случае конечный результат может превышать требования. Кроме того, на основании экспериментальных данных можно предположить, что анализ тока может быть использован для получения информации о шероховатости поверхности.

    Контроль температуры важен, потому что температура напрямую влияет на формирование слоя плазмообразующего газа и, следовательно, на ток во время процесса. При более высоких температурах толщина слоя плазмообразующего газа увеличивается, что приводит к уменьшению плотности тока. Также при слишком высокой температуре это может привести к разрушению химических компонентов электролита и/или к их испарению.

    В Хемницком технологическом университете был разработан прототип лабораторной системы PeP.Краткое описание системы можно увидеть в . Установка имеет одну ось в направлении z. Могут быть установлены различные зажимные системы для образца. Выбранный блок питания Keysight N8762A позволяет устанавливать напряжение до 600 В и силу тока до 8,5 А и включает в себя встроенную систему измерения тока.

    Схема прототипа системы ПеП.

    Температуру измеряли методом термопары с помощью многофункционального устройства ввода-вывода NI USB-6215. Вся система контролировалась ПК с управляющим программным обеспечением, разработанным в LabVIEW.Перед запуском нагревательная пластина нагревала электролит до заданной температуры.

    В качестве образца для эксперимента был выбран диск диаметром 30 мм. Каждый диск имел отверстие диаметром 3,8 мм для крепления. В качестве держателя образца использовался простой крючок. Диски были изготовлены с различной исходной шероховатостью с обеих сторон. Все образцы были погружены на одинаковую глубину. Измеренные значения тока были скорректированы на значение тока, полученное при погружении крюка держателя без образца.Исходные параметры для эксперимента приведены в .

    Таблица 5

    Таблица 5

    3

    5 Value

    1

    3

    3 Набор температуры электролита

    3 75 ° C113 75 ° C Начальная шероховатость SA
    Параметр
    Напряжение
    Соль Electrolyte Сульфат аммония
    Концентрация соли в электролите 5% по массе
    Материал образцов сталь 1.4301 (AISI 304)
    (0,15 ± 0,02) мкм
    (0,63 ± 0,08) мкм
    Начальная шероховатость Ra (0,10 ± 0,02) мкм
    (0,14 ± 0,02) мкм

    Эксперимент проводился для измерения изменений массы и шероховатости. Шероховатость поверхности измеряли с помощью 3D лазерного сканирующего микроскопа Keyence VK-9700. В качестве основных параметров измерения были выбраны шероховатости Sa и Ra. Массу образцов измеряли на прецизионных весах Sartorius ME36S.

    Шероховатость Sa и Ra измеряли до и после полировки в разных местах на поверхности образца. Для измерения были выбраны два положения: одно сверху и одно снизу образца с каждой стороны.

    Экспериментальные результаты

    Типичная поверхность диска до и после полировки представлена ​​в и соответственно. На рисунке виден рисунок поверхности после точения. В случае на полированной поверхности эта картина визуально не наблюдается. При этом на всей полированной поверхности можно наблюдать темные пятна.Некоторые из них представляют собой пики размером до 5 мкм. Предположительно, это могут быть нерастворившиеся включения углерода или других элементов из состава стали.

    Поверхность образца до полировки, Ra = 0,080 мкм, Sa = 0,124 мкм.

    Поверхность образца после 5-минутной полировки, Ra = 0,023 мкм, Sa = 0,045 мкм.

    показывает пример контролируемой температуры электролита в зависимости от времени. На этом рисунке показано типичное повышение температуры при полировке одиночного образца.В этом примере она увеличивается примерно с 75 °C до примерно 85 °C через 100 с, а затем повышается лишь немного больше в последние 200 с процесса.

    Контролируемая температура как функция времени.

    отображает пример зависимости плотности тока от времени. На этом рисунке показано типичное уменьшение плотности тока при полировке одиночного образца. Есть две возможные причины наблюдаемого снижения; во-первых, уменьшение плотности тока можно объяснить повышением температуры [14].При более высокой температуре толщина слоя плазмообразующего газа увеличивается, что приводит к уменьшению тока. Альтернативной возможной причиной может быть уменьшение шероховатости. Из-за шероховатости распределение плотности тока неравномерно. Плотность тока сосредоточена в основном на пиках, поэтому там она выше. Следовательно, скорость удаления пиков также будет выше, и они будут удаляться быстрее. Это приводит к быстрому уменьшению высоты этих пиков и вследствие этого шероховатости.Уменьшение высоты пиков приводит к более равномерному распределению плотности тока и уменьшению плотности тока во времени.

    Плотность тока как функция времени.

    показывает среднюю шероховатость поверхности, Sa, на обеих сторонах образцов в зависимости от времени с функцией экспоненциального затухания (1). Результаты для средней шероховатости Ra представлены в .

    Шероховатость поверхности Sa как функция времени.

    Шероховатость поверхности Ra как функция времени.

    Можно видеть, что аппроксимация экспоненциального затухания работает как для шероховатости Sa, так и для Ra. Минимально достижимая шероховатость Sa при начальной шероховатости 0,15 мкм и 0,63 мкм составляет 0,066 мкм и 0,301 мкм соответственно. Минимально достижимая шероховатость Ra для начальной шероховатости 0,10 мкм и 0,14 мкм составляет 0,032 мкм и 0,045 мкм соответственно.

    Также исследовалась шероховатость по высоте образца. Результаты представлены в . С обеих сторон образца шероховатости Ra и Sa изменяются по-разному в зависимости от положения по высоте.Видно, что уменьшение шероховатости нижней части образцов больше; это можно объяснить непрерывным газообразованием, которое происходило во время процесса. Плазмогазовый слой формировался в первые секунды процесса и оставался устойчивым до конца обработки, в основном за счет испарения электролита [10,14,16,24,25,26]. Однако газ двигался вверх по высоте образца, т.е. это приводило к увеличению толщины слоя плазмообразующего газа от самой нижней точки образца к самой высокой.Из-за этого плотность тока увеличивалась от верха к низу образца. Принимая во внимание предположение о том, что ЭП является в основном электрохимическим процессом, можно сделать вывод, что более высокий ток приводит к более высокой скорости съема. На основании данных, полученных при моделировании процесса ПеП, можно сделать вывод, что скорость удаления пиков выше, т.е. это также приводит к уменьшению шероховатости. Таким образом, более высокая плотность тока в нижней части образца приводит к более быстрому уменьшению шероховатости.

    Таблица 6

    Sa и Ra минимально достижимая шероховатость.

    000 Sa
    Параметр Начальная шероховатость Минимально достижимая шероховатость
    Верх Низ
    0,15 мкм 0,083 мкм 0,045 мкм
    0,63 мкм 0,414 мкм 0,221 мкм
    Ра 0.10 мкм 0,033 мкм 0,028 мкм
    0,14 мкм 0,055 мкм 0,032 мкм

    Образцы взвешивали до и после полировки для расчета скорости съема материала и выхода по току. Результат расчета скорости съема материала (MRR) представлен в , в котором указано среднее снижение MRR при более длительном времени обработки. Это может быть связано с уменьшением тока с течением времени. Это приводит к уменьшению заряда и, следовательно, к меньшему выносу.

    Средняя MRR как функция времени.

    Выход по току был рассчитан для оценки процесса и основан на предположении, что процесс PeP можно считать электрохимическим. Расчет был основан на уравнениях (13) – (15). Параметры, используемые для расчета, можно увидеть в .

    mspec=1F∑i=1nci⋅Мизи,

    (13)

    где:

    Таблица 7

    Параметры для нержавеющей стали 1.4301.

    N N MN MN C

    15 55.85

    5 12.01

    8

    Химический элемент CR CR NI
    C C C
    Массовая фракция C в% 68.8 18 10 0,1 2 1 0,1
    Валентность г 3 6 2 3 2 4 4
    Молярная масса м в G / моль 586 58.7 58.94 54.94 54.94 12.09 12.01

    CI – это массовая фракция, М.И. Молярная масса, а Zi – это валентность

    где:

    мбэр — реальное удаление массы, а Q — обменный электрический заряд

    Результаты расчета можно увидеть в .На этом рисунке показана текущая эффективность процесса для пяти различных времен обработки. Время обработки для среднего выхода по току составляет около 59%. Это значение аналогично для электрохимической обработки, но при тех же значениях плотности тока ЭХО выход по току может быть ниже из-за пассивации. Как упоминалось выше, Kellogg [23] и Parfenov et al. [34] сделали предположение, что, когда слой плазмообразующего газа стабилен, образование кислорода больше не происходит на поверхности заготовки, а образование кислорода все еще происходит, но на границе между слоем плазмообразующего газа и электролитом.

    Выход по току как функция времени.

    Это также можно увидеть в том, что выход по току увеличивается с течением времени. Это можно объяснить изменением плотности тока во времени, как показано на рис. Можно предположить, что уменьшение тока приводит к более низкому уровню образования кислорода, а значит, и к меньшей пассивации.

    Плазменная полировка – микроман

    ESR 6 – Плазменная полировка. Современное состояние
    Плазмо-электролитическая полировка (ПЭП) — это технология структурирования поверхностей металлических материалов.В типичной установке два электрода (катод/ванна и анод/заготовка), разделенные электролитом, подключены к постоянному напряжению (> 250 В).

    ПеП использует создание плазменной пленки, покрывающей поверхность анода. Происходят электролитические, плазменные и гидротермические процессы, приводящие к резкому снижению шероховатости до 0,01 мкм Ra, увеличению блеска и изменению свойств поверхности (износостойкость, коррозионная стойкость). По сравнению с установленными процессами (т.грамм. электрополировка), могут использоваться нетоксичные электролиты, а температура на поверхности обрабатываемой детали не превышает 100°С. Кроме того, время обработки и достижимая шероховатость намного меньше.

    Плазменно-электролитическая полировка в настоящее время в основном используется для деталей из простой нержавеющей стали. Существует очень мало подходов для улучшения концепции других материалов и сложных геометрических форм. Наряду с разработкой конкретных электролитов необходимо адаптировать наборы параметров с учетом состава детали, формы, предварительной обработки активной поверхности (начальные уровни шероховатости, наличие заусенцев).

    Внедрение концепции отпечатков пальцев
    В проекте ESR6 текущие ограничения PeP будут преодолены благодаря глубокому пониманию характеристик процесса, что позволит эффективно адаптироваться к конкретным материалам, геометрическим формам и требованиям к шероховатости/допускам микродеталей . Для достижения этой цели ESR 6 будет исследовать, разрабатывать и внедрять встроенные системы мониторинга процессов и подходящие микрогеометрии для установления функции отпечатков пальцев в пределах PeP сложных микродеталей из различных материалов, направленных на применение в медицине, AM, аэрокосмических секторах ( удаление заусенцев, очистка, сглаживание) и микроформовочные инструменты (трибологические оптимизированные поверхности инструментов).

    Ожидаемый прогресс по сравнению с текущим уровнем техники
    Инновационный подход к интеграции:

    1. Поточный мониторинг

    2. Функции отпечатков пальцев в процессе позволяют сократить усилия по измерению/контролю качества, что приводит к повышению эффективности с точки зрения ресурсов и времени настройки/производства.

    3. Рецептуры композиций электролитов, основанные на знаниях, позволяют легко переносить их на более широкий спектр материалов.

    Таким образом, требования к подготовке детали/задания, поиску и настройке параметров, а также последующему измерению будут значительно снижены.Инновации в деталях на основе материалов возможны благодаря PeP из очень труднообрабатываемых металлов, таких как Pt, Ir, Ta, Nb. Обширные знания, полученные в ходе проекта, будут в значительной степени способствовать бездефектному производству микродеталей из полипропилена с высочайшими требованиями к качеству и точности поверхности, таких как компоненты из μ-металла для неинвазивной хирургии.

    Также относится к ESR6: Механическая полировка

    Машины для электролитно-плазменной полировки

    Оборудование для плазменной электролитической полировки

    обычно используется для полировки нержавеющей стали до зеркального блеска.В процессе плазменной полировки удаляются несколько микрон металла, в результате чего наблюдается глянец, удаление заусенцев, удаление окалины после сварки, притупление острых кромок и повышение качества поверхности до исходного 2-3 класса.

    В отличие от электрохимической полировки процесс плазменной полировки происходит в растворе неорганических солей, что экологически безопасно и не требует специальных очистных сооружений. После полировки изделия необходимо промыть в теплой – холодной воде от солей. Необходимо иметь ванну (из пластика или металла).

    Приложение EPP

    • Полирование нержавеющих, конструкционных сталей, цветных металлов и сплавов в машиностроении и товарах народного потребления, медицинского назначения.
    • Полировка, обезжиривание, активация поверхности перед вакуумным напылением или гальванопокрытием.

    Станок плазменной полировки состоит из трех основных частей

    1. Ванна рабочая с обрабатывающим раствором, механизм подъемно-спусковой и защитный кожух, технологический инструмент, пневматика-гидравлика.
    2. Трансформатор специального назначения.
    3. Стойка питания и управления, позволяющая осуществлять процесс в автоматическом режиме с помощью контроллера Siemens.

    Технические характеристики электролитно-плазменной полировальной машины

    • Производительность, дм 2 /цикл – 1-100.
    • Время цикла, мин – 1-10.
    • Мощность трансформатора, кВт*А – 6-630.
    • Площадь, занимаемая оборудованием, м 2 – 4.

    Для работы ЭПП необходим

    • Три фазы 380 В, 50 Гц.
    • Проточная водопроводная вода или система рециркуляции воды.
    • Сжатый воздух.
    • Вытяжная вентиляция.

    Специальный фундамент для установки плазменной полировальной машины не требуется.

    Срок изготовления оборудования для электролитической полировки 2,5 – 3,5 месяца.

    Гарантия – 12 месяцев.

    Стоимость отделочных изделий к примеру “ЭПП-250” вы сможете рассчитать по следующим показателям:

    1. Мощность 250 кВт*А в час.В начале процесса мощность 6 кВт/ч на 1 дм 2 . Через 1-2 минуты мощность падает на 15% (по мере уменьшения шероховатости) – около 5 кВт/ч на 1 дм 2 .
    2. Стоимость электролита около 100-150 долларов за одну заправку ванны. Продолжительность заправки 2 недели.
    3. Площадь, занимаемая станком 6 м 2 , с площадью обслуживания 10 м 2 .
    4. Объем оборудования 45 дм 2 в цикле. Время цикла обычно 5 минут.
    5. Обслуживающий персонал два человека. Один оператор и один занимается подготовкой изделий к полировке. Чаще всего справляется один человек – это зависит от сложности геометрии предметов.
    6. Расход технической воды, подаваемой на установку – не более 0,3 м 3 /час.
    7. Расход сжатого воздуха – не более 0,3 м 3 /час.

    Базовые модели “ЭПП” для полировки нержавеющей стали поставлялись в Россию, Украину, Китай, Турцию:

    “ЭПП-40” , мощностью 40 кВт, что позволяет полировать за один цикл изделия общей площадью до 7 дм 2 .Время цикла 3-8 минут в зависимости от поставленной задачи и шероховатости, снятие заусенцев 1-3 минуты. Ручной режим управления.

    “ЭПП-100” мощностью 100 кВт, что позволяет полировать за один цикл изделия общей площадью до 17 дм 2 . Время цикла 3-8 минут в зависимости от поставленной задачи и шероховатости, снятие заусенцев 1-3 минуты. Автоматический режим управления.

    «ЭПП-250» мощностью 250 кВт, что позволяет полировать за один цикл изделия общей площадью до 45 дм 2 .Время цикла 3-8 минут в зависимости от поставленной задачи и шероховатости, снятие заусенцев 1-3 минуты. Автоматический режим управления.

    «ЭПП-400» мощностью 400 кВт, что позволяет полировать за один цикл изделия общей площадью до 65 дм 2 . Время цикла 3-8 минут в зависимости от поставленной задачи и шероховатости, снятие заусенцев 1-3 минуты. Автоматический режим управления.

    «ЭПП-630» мощностью 630 кВт, что позволяет полировать за один цикл изделия общей площадью до 100 дм 2 .Время цикла 3-8 минут в зависимости от поставленной задачи и шероховатости, снятие заусенцев 1-3 минуты. Автоматический режим управления.

    Больше фото и видео на наших страницах в соцсетях:

     

     

     

     

    См. также:

    Электрополировка (EP)

    Проблемы рабочего слоя

    Слой, подвергнутый обработке, представляет собой поверхностный слой металла, металлический материал которого изменился механически и термически из-за обработки, такой как механическая полировка, и представляет собой место с высокой энергией, что означает, что оно химически нестабильно и легко изменяется.В реальности он находится в сложном состоянии из-за разводов и царапин от полировки, грязи от абразивов и органических веществ. Обработанные трубы из нержавеющей стали и тому подобное обертываются таким неустойчивым слоем.

    [Фото 2-3-1] Потенциальная хрупкость обработанного слоя и металлической поверхности

    ※ На рис. 2 показано изображение металлической поверхности. Это преувеличенный воображаемый вид, а не диаграмма реальной фотографии в разрезе.

    Коррозионную стойкость нержавеющей стали можно повысить путем образования пассивирующей пленки на поверхности металла.Однако, когда состояние поверхности микроскопически шероховатое, трудно получить чистую и однородную пассивирующую пленку, даже если оксидная пленка образуется путем пассивации.

    Даже если он визуально близок к зеркальной поверхности, существует вероятность того, что причина проблем, таких как будущая коррозия и вымывание примесей, может быть внутренней, и нельзя отрицать, что это может привести к проблемам с качеством в тяжелых производственных условиях.


    Электролитическая полировка (электрополировка, EP) – это работы по улучшению и выравниванию почвы

    Деполирующая обработка

    улучшает этот нестабильный рабочий слой и максимизирует свойства, присущие нержавеющей стали.Это как переработка сайта.

    [Удаление лома и т. д.]