Phương pháp gia công điện hóa

Mục tiêu: Hiểu khái niệm gia công điện hóa. Hiểu nguyên lý gia công điện hóa. Hiểu cơ sở lý thuyết của gia công điện hóa Nắm chắc các thông số công nghệ. Biết một số công nghệ gia công điện hóa

Trang 1

GIẢNG DẠY: GV THS PHẠM THANH CƯỜNG

Mobile: 0968 315 333 Email: phamcuongtnut@gmail.com

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BM CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Click to buy NOW!

ack er-softw ar e.

c

Trang 2

CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TIÊN TIẾN

Chương 1: Tổng quan về các PPGC tiên tiến Chương 2: Các phương pháp gia công cơ

Chương 3: Các phương pháp gia công hóa

Chương 4: Các phương pháp gia công điện hóa

Chương 5: Các phương pháp gia công nhiệt

c

Trang 3

Biên soạn: Thạc sỹ Phạm Thanh Cường – Khoa Sư Phạm kỹ thuật - TNUT

CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐIỆN HÓA

Electrochemical Machining - ECM

c

Trang 4

A PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐIỆN HÓA

Mục tiêu:

- Hiểu khái niệm gia công điện hóa.

- Hiểu nguyên lý gia công điện hóa.

- Hiểu cơ sở lý thuyết của gia công điện hóa

- Nắm chắc các thông số công nghệ.

- Biết một số công nghệ gia công điện hóa

c

Trang 5

NỘI DUNG CHÍNH

1 Khái niệm

2 Nguyên lí gia công

3 Cơ sở lí thuyết

4 Thiết bị và dụng cụ

5 Các thông số công nghệ

6 Một số công nghệ gia công điện hóa

c

Trang 6

1 KHÁI NIỆM PPGC ĐIỆN HÓA

c

Trang 7

KHÁI NIỆM

Là phương pháp gia công tiên tiến trong đó sự bóc tách kim loại dựa trên sự ăn mòn điện hóa, là sự hòa tan anot trong hệ thống điện phân mà ở đó phôi là anot, dụng cụ là katot, dung dịch chất điện phân được bơm vào khe hở giữa phôi và dụng cụ.

c

Trang 8

GC Điện hóa gồøm 3 phương pháp chính:

+ Mài điện hóa + Khoan điện hóa + Làm sạch điện hóa

c

Trang 9

2 Nguyên lí gia công

- Chi tiết gia công được gắn với cực dương (anot).

- Dụng cụ gia công gắn với cực âm (katot)

- Nguồn điện gồm cực dương (anot), cực âm(katot) sử

dụng là nguồn 1 chiều, 2-30V, dòng 50-15.000A.

- Chi tiết và dụng cụ cùng tiếp xúc với dung dịch chất

điện li.

- Chất điện li được lọc và làm nóng qua hệ thống lọc

và gia nhiệt.

c

Trang 10

Sơ đồ nguyên lí gia công điện hóa

c

Trang 11

c

Trang 12

Quá trình gia công điện hóa

c

Trang 13

Quá trình gia công

- Giả sử dung dịch điện li là NaCl, trong dd chất điện li có các ion: Na + , H + , Cl - , OH -, do sự phân li của NaCl và H 2 O: NaCl -> Na + + Cl -

H 2 O -> H + + OH

Khi có dòng điện 1 chiều thì:

+ Các in dương (Na + , H + )thì đi về cực âm (katot);

+ Các ion âm (Cl - , OH - ) đi về cực dương (anot)

c

Trang 14

c

Trang 15

Quá trình ăn mòn điện hóa:

Tại Anot (cực +) có các ion: Cl - , OH - và chi tiết gc

Xảy ra sự oxi hóa kim loại -> ion KL

Fe 0 -> Fe 2+ - 2e

Tại Katot (cực -) có ion: H + , Na +

Xảy ra sự khử - khử H + thành khí H 2 2H + + 2e -> H 2

Quá trình

Fe -2e -> Fe 2+

Chính là quá trình gia công

c

Trang 16

Quá trình gia công điện hóa thép

c

Trang 17

Dung dịch điện li có: Na+ và OH-, Fe2+, Cl

-Fe 2+ +Cl 2 -> FeCl 2 (muối tan)

Na + + OH - -> NaOH (Môi trường sau gc: kiềm)

FeCl 2 + NaCl -> Fe(OH) 2¯

c

Trang 18

Sơ đồ phản ứng điện phân trong NaCl

c

Trang 19

3 Cơ sở lí thuyết

- Hiện tượng ăn mòn điện hóa

c

Trang 20

Hiện tượng ăn mòn điện hóa học

Là sự ăn mòn kim loại ở cực dương dưới tác dụng của dòng điện trong dung dịch chất điện li.

Chất điện li là chất có thể phân li (tan) trong nước.

Chất điện li thường dùng là NaCl, NaClO 3 , NaNO 3 , NaOH, KCl

c

Trang 21

Điều kiện của ăn mòn điện hóa học:

- Các điện cực phải khác nhau về bản chất (chênh

lệch về độ âm điện) -> ?

- Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp với nhau

hoặc qua dây dẫn ->?

- Các điện cực phải cùng tiếp xúc với với dd chất

c

Trang 22

Định luật Faraday 1:

Khối lượng kim loại bị hòa tan: m = (1)

m: Khối lượng kim loại hòa tan tại dương cực (g)

A: Khối lượng mol nguyên tử của kim loại (đvc)

I: Cường độ dòng điện (A)

t: Thời gian gia công (s)

n: Số e trao đổi (hóa trị của kim loại hòa tan)

c

Trang 23

Định luật Faraday 2:

Đương lượng điện hóa K: là khối lượng chất được giải phóng khi có

1 điện lượng đi qua dung dịch chất điện phân.

“Đương lượng điện hóa tỉ lệ với đương lượng gam”

=> m = K.I.t (2)

Đương lượng gam: là tỉ số giữa khối lượng nguyên tử và hóa trị của nó

F: Số faraday: Là điện lượng cần thiết để hòa tan 1 đương lượng gam kim loại

c

Trang 24

4 Thiết bị và dụng cụ

- Hệ thống điều khiển chạy dụng cụ

- Dụng cụ tạo hình - Cực âm (catot)

- Dung dịch điện phân

- Hệ thống cấp nhiệt

- Nguồn điện

- Đồ gá chi tiết

- Bể chứa và bộ lọc

c

Trang 25

c

Trang 26

- Hiện nay đã có thiết bị gia công điện hóa:

Cường độ dòng I = 20.000 A Tốc độ bóc tách 33 cm 3 /ph, Tốc độ tiến điện cực là 12mm/phút Mật độ dòng điện 800 A/cm2

- Thiết bị kích thước lớn và cứng vững, áp suất của dung dịch điện phân lên đến 10-24 atm

- ĐCX gc lỗ: 0,02-0,03 mm, độ nhám Ra max = 0, 03 μm, đường kính lỗ 0,3mm

c

Trang 27

a Cực âm (catot) – Dụng cụ tạo hình

- Vật liệu chế tạo catot phải là vật liệu có độï bền

cao, dẫn điện, chống gỉ tốt như titan, Bạc, graphit, đồng thau, thép chống gỉ

- Catot thường được tạo hình bằng gia công cắt gọt,

đúc hay mạ chất dẻo

c

Trang 28

c

Trang 29

c

Trang 30

b Dung dịch điện phân

- Là môi trường giúp dòng e di chuyển từ catot sang

anot, tạo ra các phản ứng hóa học ở bề mặt điện cực.

- Là môi trường giúp xảy ra phản ứng oxi hóa khử làm

cho KL bị hòa tan liên tục, tạo sự ăn mòn điện hóa.

- Phải là dung dịch của các kim loại kiềm Na, K Các

dung dịch thường dùng là: NaOH, NaCl, NaNO3, KOH, KCl, KNO3, NaClO3, KClO3 (Tại sao?)

c

Trang 31

c Nguồn điện

- Nguồn điện 1 chiều, chống ngắn mạch

- Điện thế: 2-30V

- Cường độ 50-10.000A

- Hiện nay đã có nguồn điện lên đến 20.000A

c

Trang 32

d Đồ gá

- Đồ gá phải là vật liệu không bị ăn mòn điện hóa,

không bị điện phân trong dung dịch như

- Đồ gá đảm bảo định vị và kẹp chặt chi tiết

c

Trang 33

e Hệ thống cấp nhiệt

Yêu cầu: điều khiển được nhiệt độ trong bể điện phân từ 50 - 200 0 C

- Không ảnh hưởng đến quá trình điện phân

c

Trang 34

5 Các thông số Công nghệ

- Tốc độ bóc tách vật liệu Q v (mm 3 /phút)

(Tốc độ ăn mòn điện hóa – tốc độï hòa tan KL)

- Năng suất gia công

- Độ chính xác gia công

- Khe hở dụng cụ và chi tiết g/c

- Chất lượng bề mặt

c

Trang 35

a Tốc độ bóc tách vật liệu

Từ biểu thức Faraday: m = (1)

Chia 2 vế của (1) cho thờøi gian gia công (t) và diện tích bề mặt tiếp xúc (S) ta có biểu thức tính tốc độ ăn mòn (Q V ) là:

Trong đó: i = : là mật độ dòng điện

K = : Đương lượng điện hóa

c

Trang 36

Thực tế, tốc độ bóc tách vật liệu:

- là thể tích KL bị hòa tan trên 1 đơn vị điện tích

- xác định bằng thực nghiệm

I: Cường độ dòng điện chạy qua;

I+ Cường độ dòng cần thiết để hòa tan kim loại

c

Trang 37

Thực tế K được tính như sau:

P1 , P2 , , Pn: % m từng kim loại trong thép

K1 , K2 , , Kn: Đương lượng điện hóa từng KL trong thép

c

Trang 38

c

Trang 39

c

Trang 40

c

Trang 41

b Năng suất gia công

- Tỉ lệ thuận với tốc độ bóc tách vật liệu, cường độ

dòng điện, tốc độ tiến dụng cụ

- Phụ thuộc điện áp, khả năng dẫn điện của dd

đ.phân, vật liệu chi tiết g/c, độ chính xác cần đạt.

- Phụ thuộc mật độ dòng điện, khe hở giữa dụng cụ

và chi tiết g/c

c

Trang 42

c Khe hở, mật độ dòng, nhiệt độ

- Khe hở thường

c

Trang 43

Quan hệ khe hở, mật độ dòng, tốc độ tiến dao

Khe hở lớn -> tốc độ tiến dụng cụ giảm -> Năng suất giảm

Mật độ dòng: 2,32

c

Trang 44

Mật độ dòng tăng -> tốc độ tiến tăng

c

Trang 45

Q.hệ điện áp, khe hở mặt đầu, tốc độ tiến DC

- Thép C45, K= 2,2

- Khe hở tăng ->

điện áp tăng

Điện áp

Khe hở mặt đầu

e: tốc độï tiến DC

c

Trang 46

c Độ chính xác gia công

Phụ thuộc:

- Mật độ dòng điện (mật độ tăng làm giảm ĐCX gc)

- Khe hở giữa dụng cụ và chi tiết (khe hở lớn và nhỏ

đeuà giảm ĐCX gc)

- Dung dịch điện phân: loại dung dịch, nồng độ, mức

độ đồng đều và lọc sạch cặn bã

- Vật liệâu gia công

- Tốc độ tiến dụng cụ (tốc độ tiến tăng -> giảm sai số

c

Trang 47

Để đạt được độ chính xác cao, khe hở giữa dụng cụ và chi tiết phả nhỏ:

Mặt trước: 0,13mm ± 0,025 Mặt bên 0,25mm ± 0,025

c

Trang 48

Tốc độ tiến dụng cụ và mật độ dòng

c

Trang 49

Khe hở, tốc độ tiến dụng cụ và mật độ dòng

c

Trang 50

Aûnh hưởng của tốc độï tiến dụng cụ đến độ nhám bề mặt

c

Trang 51

* Hình dáng điện cực và lớp bọc cách điện

a: Vật gia công

b: Dung dịch diện phân

c: Điện cực

d: Lớp cách điện

e: Hướng tiến điện cực

- Đường kính lớp vỏ cách điện phải nhỏ để không ảnh hưởng sự lưu thông cuẩ dd điện phân

c

Trang 52

- Dụng cụ gia công có vỏ bọc chỉ g/c lỗ có tiết diện

không đổi

- Với lỗ có tiết diện thay đổi thì dụng cụ cần tạo

hình theo chi tiết hoặc g/c bằng pp khác

- Việc tạo hình dụng cụ khá tốn kém nên chỉ thích

hợp gia công hàng loạt

c

Trang 53

d Chất lượng bề mặt gia công

- Độ bóng trong gc điện hóa rất tốt

- Tăng cường độ dòng điện, tăng độ tiến dụng cụ, độ

nhấp nhô tăng -> độ bóng giảm

- Điện áp tăng, độ nhấp nhô bề mặt tăng

- Khe hở giữa dụng cụ và chi tiết

Khe hở gia công nhỏ => độ nhám nhỏ và ngược lại

- Tốc độ tiến dụng cụ

Tốc độï tiến dao nhỏ-> độ nhám nhỏ và ngược lại

- Chất lượng bề mặt còn phụ thuộc PP nhiệt luyện

c

Trang 54

- Với khe hở mặt trước 5µm gia công điện hóa đạt được độ nhám 0,3 -> 1,9µm

Hình dạng lỗ gia công hóa

c

Trang 55

Với thép C: R max = 5-10µm

Thép không gỉ, chịu nhiệt, chịu mài mòn:

c

Trang 56

6 Ưu, nhược điểm, phạm vi ứng dụng

Ưu điểm:

- Ít hoặc không bị mòn dụng cụ

- Chi tiết g/c không bị ảnh hưởng bởi nhiệt g/c

- Độc bóng, ĐCX cao, giá thành thiết bị rẻ

- Gia công với điện áp thấp

- Sự bóc tách lượng dư không phụ thuộc tính chất

vật liệu -> g/c tốt vật liệu cứng khó cắt gọt

c

Trang 57

Nhược điểm

- Tốn nhiều năng lượng điện cho gia công

- Chi tiết sau g/c cần làm sạch và lau dầu ngay

- Không tạo được góc, cạnh sắc cho chi tiết

- Năng suất g/c thấp

- Khó gia công thép, gang có nhiều C, Graphit (các

thành phần không dẫn điện)

- Không gia công được vật liệu không dẫn điện

c

Trang 58

Phạm vi ứng dụng

- Được sử dụng gia công các vật liệu khó gia công.

- Khoan các lỗ sâu, hỏ hẹp (thông hoặc không thông).

- Gia công các rãnh then, then hoa.

- Gia công các chi tiết có hình dáng phức tạp với độ

chính xác cao Vật quay đối xứng: van hình cầu, rãnh vành khăn

- G/c tạo hình phức tạp thép chịu nhiệt, chịu mài mòn

và thép không rỉ VD: cánh tuabin.

c

Trang 59

c

Trang 60

7 Các phương pháp gia công điện hóa

a Mài điện hóa (mài điện phân)

b Đánh bóng điện hóa

c Gia công lỗ điện hóa

d Làm sạch bavia bằng điện hóa

e Gia công điện phân qua ống hình

c

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	4,54 MB