ECM NDRUMAR DE PORIECTARE
1Echipamente pentru Prelucrari Neconventionale MODEL PROIECT
exemplu numeric
I. Proiectarea tehnologiei de prelucrare prin eroziune
electrochimic. Notiuni de baz1.1. Generaliti
Tehnologiile de prelucrare prin eroziune electrochimic se bazeaz
pe legile dizolvrii anodice a materialului n care are loc
prelucrarea. Pentru elaborarea tehnologiilor se parcurg, n
proiectare, mai multe etape, care au ca puncte de plecare tipul,
precizia i rugozitatea suprafeelor prelucrate, materialul piesei
prelucrate i maina electrochimic aflat la dispoziie.
n funcie de gradul de complexitate, suprafeele prelucrate prin
eroziune electrochimic pot fi mprite n suprafee frontale (simple) i
complexe (spaiale).
Suprafeele frontale (simple) au seciunea frontal constant (fig.
1.1, a), n timp ce n cazul suprafeelor complexe seciunea frontal
crete de la o valoare minim, la nceputul prelucrrii, la una maxim
la terminarea prelucrrii (fig. 1.1, b).
Fig. 1.1
Pentru prelucrarea suprafeelor frontale, la care se cer perei
verticali sau cu o nclinare foarte mic n exterior, se utilizeaz
electrozi scul ce lucreaz numai cu suprafaa frontal, fiind izolai
pe prile laterale. La prelucrarea suprafeelor complexe se folosesc
electrozi scul neizolai care, la terminarea prelucrrii, dizolv
material din toate zonele suprafeei finale.
n figura 1.2 sunt prezentate suprafee i piese reprezentative
pentru prelucrarea prin eroziune electrochimic.
Suprafeele 1.2, ah pot fi interioare sau exterioare, sub form de
locauri sau arbori, obinute n materiale greu sau uor prelucrabile
prin procedee convenionale.
Fig. 1.2n figurile 1.2, i si j sunt artate dou piese obinute
dintr-un aliaj termorezistent, n care sunt executate ferestre
circulare, respectiv radiale.
Figura 1.2, k reprezint o zal de lan pentru motociclete, format
din dou buci, asamblate printr-un profil complex, materialul n care
se face prelucrarea fiind un oel nalt aliat.
Toate suprafeele prezentate mai sus pot fi considerate frontale,
electrozii scul fiind izolai pe suprafeele laterale, interioare sau
exterioare.
Suprafeele prezentate n figurile 1.2, l, m si n sunt suprafee
complexe sferice, conice sau cilindrice cu ax orizontal. Ele se
obin eficient n special cnd acestea se execut n materiale greu
prelucrabile prin achiere.
n figura 1.2, p este prezentat o gravur, executat ntr-o matri
folosit la obinerea de coturi prin operaii de matriare.
Figura 1.2, r reprezint o pies din domeniul medical, executat
dintr-un aliaj pe baz de crom, ce se utilizeaz ca nlocuitor a unei
articulaii osoase la old.
Piesele din figurile 1.2, s i t reprezint forme utilizate n
industria alimentar n fabricaia diferitelor tipuri de
fursecuri.
Indiferent de gradul de complexitate a suprafeelor prelucrate,
pentru elaborarea tehnologiei este absolut necesar cunoaterea
caracteristicilor electrochimice de baz.
1.2. Determinarea caracteristicilor electrochimice de baz
Caracteristicile electrochimice de baz sunt date specifice
cuplului material prelucrat - soluie de electrolit, utilizat n
timpul prelucrrii. Importana acestor caracteristici pentru
prelucrarea electrochimic este aceeai ca i cea a tensiunilor de
rupere (a i de curgere (c pentru prelucrrile prin achiere. Se obin
cu un dispozitiv special, acceptat de CIRP, schema acestuia fiind
prezentat n figura 1.3.
Fig. 1.3
Dispozitivul este alctuit din corpul 1, bucile 2 i 3, executate
din materiale electroizolante, precum i buca cu guler 4, n care se
afl urubul cu pas fin 5. Cu ajutorul acestui urub i a prghiei 6, la
captul creia se afl un comparator cu precizia de 1 (m, s-a msurat
dup prelucrare interstiiul de lucru s90. Bucele 2 i 3 sunt strnse n
corpul 1 de ctre piulia 7.
Din materialul a cror caracteristici de baz urmeaz a fi
determinate, se execut tija 8, cu diametrul de 20 mm, care se leag
apoi la polul pozitiv al generatorului de curent continuu. Polul
negativ al aceluiai generator se leag la buca cu guler 4. n buca
izolatoare 2 s-a practicat un canal c cu limea de 20 mm i adncimea
de 1 mm.
Presiunea electrolitului la intrarea n dispozitiv se regleaz la
valoarea pi = 12,5 daN/cm2, iar presiunea la ieire pe se menine la
valoarea de 3 daN/cm2. Tensiunea de lucru se regleaz la valoarea de
17,5 V, iar temperatura electrolitului la intrarea n dispozitiv se
menine la o valoare de 30 0C (Ti = 303 K) cu ajutorul unui
schimbtor de cldur cu reglare automat.
Caracteristicile electrochimice de baz ale unui material, ce
urmeaz a fi prelucrat prin eroziune electrochimic, sunt:
Vef- volumul specific efectiv de material dizolvat, n
mm3/Amin;
B- coeficientul vitezei de dizolvare, n mm/min;
Upol- cderea de tensiune pe electrozi, n V;
Up- cderea de tensiune n stratul pasiv de la anod, n V;
Aceste caracteristici se obin separat pentru electrolii
nepasivani (NaCl) i pasivani (NaNO3).
a. Prelucrarea cu electrolii nepasivani (12% NaCl).
Dispozitivul special se monteaz n cuva de lucru a unei maini de
prelucrat prin eroziune electrochimic, iar tija 8 se fixeaz de
placa sistemului de avans al mainii. Se efectueaz, apoi, prelucrri
cu diferite viteze de avans, cuprinse n intervalul 0,282
mm/min.
Pentru fiecare vitez de avans se msoar curentul anodic i innd
cont de suprafaa frontal a epruvetei (314 mm2) se calculeaz
densitatea de curent, rezultatele obinute pentru un oel de matrie
55VMoCrNi17 fiind prezentate n figura 1.4.
Fig. 1.4Dependena dintre densitatea de curent j i viteza de
avans vA se prezint sub forma unei drepte ce trece prin origine,
ceea ce corespunde cu relaia teoretic:
[mm/min]
(1.1)
unde VefNaCl este volumul specific efectiv de material
dizolvat.
Cu ajutorul diagramei se determin:
Pentru fiecare vitez de avans s-a msurat i mrimea interstiiului
frontal s90, iar dependena acestuia de valoarea densitii de curent
rezult din figura 1.4. Se observ reducerea mrimii lui s90 odat cu
creterea vitezei de prelucrare.
Ca urmare a msurrii rugozitii suprafeei frontale prelucrate, n
direcia curgerii electrolitului i perpendicular pe aceast direcie,
la diferite viteze de avans, s-a trasat n figura 1.4 i dependena
parametrului de rugozitate Ra funcie de densitatea de curent.
Pentru determinarea valorilor cderii de tensiune pe electrozi
Upol i cderii de tensiune n stratul pasiv Up se utilizeaz
relaia:
[V]
(1.2)unde U este tensiunea de lucru, iar UE cderea de tensiune n
electrolit, care determin mrimea interstiiului frontal.
La prelucrarea cu soluii nepasivante Up are valori foarte mici,
din care cauz se aproximeaz Up(0, iar relaia (1.2) devine:
[V]
(1.3).Pentru s90 = 0; UE = 0, rezult U = Upol.
Valoarea tensiunii de polarizare Upol (cderea tensiunii pe
electrozi) se obine experimental msurnd mrimea interstiiului
frontal s90 la diferite valori ale lui U. Rezultatele obinute n
urma ncercrilor efectuate cu dou viteze de avans (0,37 mm/min. i
0,75 mm/min.) i apte tensiuni de lucru diferite (6; 7,5; 10; 12,5;
15; 17,5; i 19 V) se prezint n figura 1.5.
Fig. 1.5
Punctele msurate se gsesc pe o linie a crei intersecie cu axa
absciselor determin tensiunea de polarizare, Upol = 1,5 V.
b. Prelucrarea cu electrolii pasivani (20% NaNO3).
La prelucrarea cu electrolii pasivani s-au folosit aceleai
viteze de avans ca n cazul anterior, rezultatele experimentale
fiind prezentate n figura 1.6.
Fig. 1.6
Se constat c la prelucrarea oelului 55VMoCrNi17 cu ajutorul
soluiei de NaNO3, dependena vitez de avans densitate de curent se
prezint sub forma unei drepte ce intersecteaz axa absciselor i a
crei ecuaie este:
[mm/min]
(1.4)
B fiind ordonata punctului de intersecie cu axa Oy.
Din diagram rezult valoarea lui B = 0,12 mm/min. i volumul
efectiv de material dizolvat:
(1.5)
Comparnd volumele specifice dizolvate la prelucrarea oelului
55VMoCrNi17 cu soluii de NaCl i NaNO3, se constat c NaCl asigur o
productivitate mai mare n prelucrare, iar la aceleai densiti de
curent se obin viteze de avans mai mari. La aceleai viteze de avans
interstiiile de lucru la prelucrri cu soluii pasivante sunt mai
mici dect cele obinute cu soluii nepasivante.
La prelucrarea cu soluii pasivante, de tipul NaNO3, apar cderi
de tensiune att pe electrozi Upol, ct i n stratul pasiv Up. Suma
acestora se determin prim msurarea interstiiului s90 la diferite
tensiuni de lucru aplicate cuplului de electrozi scul pies.
Rezultatele obinute sunt prezentate n figura 1.7.
Fig.1.7
Valorile msurate se gsesc pe o linie a crei intersecie cu axa
absciselor determin suma . Din determinrile efectuate cu NaCl a
reieit valoarea tensiunii de polarizare Upol = 1,5 V. Prin diferen
rezult valoarea cderii de tensiune n stratul pasiv: Up = 3 V.
Ca urmare a msurrii rugozitii suprafeei prelucrate s-a constatat
o cretere a calitii suprafeei cu creterea vitezei de prelucrare.
Este deci indicat s se lucreze cu viteze ct mai mari, deoarece odat
cu creterea productivitii se mbuntete i calitatea suprafeei
prelucrate.
n concluzie, determinrile efectuate cu dispozitivul special au
condus la urmtoarele valori ale caracteristicilor electrochimice de
baz pentru oelul 55VMoCrNi17: VefNaCl = 2,44 mm3/Amin; VefNaNO3 =
2,14 mm3/Amin; Upol = 1,5 V; Up = 3 V; B = 0,12 mm/min.
n tabelul 1.1 sunt date valorile caracteristicilor
electrochimice de baz pentru patru oeluri aliate, utilizate n
fabricaia matrielor, un oel aliat, folosit n fabricarea roilor
dinate pentru autocamioane, i altul pentru fabricarea arborilor
cotii, i un aliaj de aluminiu, utilizat n industria de aprare.
Tabelul 1.1
Nr. crt.Marca de materialVefNaCl[]VefNaNO3[]Upol[V]Up[V]B
[mm/min]
1. 56NiCrMoV72,462,231,82,70,19
2. 55VMoCrNi172,442,141,530,12
3. 30VCrW852,131,9222,10,05
4. 205Cr1151,781,622,10,1
5. 17CrNiMo72,452,221,91,60,3
6. 40Cr102,402,231,61,90,3
7. ALZIMAC2,712,51,80,70,05
PAGE 9
_1096119836.unknown
_1107712880.unknown
_1451322790.unknown
_1451322823.unknown
_1096121895.unknown
_1096121899.unknown
_1096120246.unknown
_1096118897.unknown
_1096119541.unknown
_1096118216.unknown
