ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ  ПОЛИРОВАНИЕ  ПРОСТРАНСТВЕННО-СЛОЖНЫХ  ПОВЕРХНОСТЕЙ  В  НЕТОКСИЧНЫХ  ЭЛЕКТРОЛИТАХ  С  ПРИМЕНЕНИЕМ  РУЧНОГО  ИНСТРУМЕНТА-ЭЛЕКТРОДА

Семенов  Кирилл  Олегович

магистрант  кафедры  «Оборудование  и  технологии  машиностроительного  производства»,  Тольяттинский  государственный  университет,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail:  

Расторгуев  Дмитрий  Александрович

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  «Оборудование  и  технологии  машиностроительного  производства»,  Тольяттинский  государственный  университет,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail: 

ELECTROCHEMICAL  POLISHING  OF  SPATIALLY  COMPLEX  SURFACES  IN  NON-TOXIC  ELECTROLYTES  WITH  USE  OF  THE  MANUAL  TOOL-ELECTRODE

Semenov  Kirill

undergraduate  of  the  Department  «Equipment  and  technology  of  machine-building  production»,  Togliatti  State  University,  Russia,  Togliatti

Rastorguev  Dmitry

candidate  of  technical  Sciences,  associate  Professor  of  the  Department  «Equipment  and  technology  of  machine-building  production»,  Togliatti  State  University,  Russia,  Togliatti

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассматриваются  особенности  применения  ручного  электрохимического  полирования  различных  изделий  с  пространственно-сложными  поверхностями  в  нетоксичных  электролитах.  Приведены  химические  реакции  при  использовании  нетоксичного  электролита,  представлены  профилограммы  поверхностей  при  разных  методах  обработки. 

ABSTRACT

The  article  considers  the  peculiarities  of  application  of  manual  electrochemical  polishing  of  various  products  with  spatially  complex  surfaces  in  non-toxic  electrolytes.  shows  a  chemical  reaction  when  using  non-toxic  electrolyte,  presented  profilogram  surfaces  at  different  methods  of  processing.

Ключевые  слова:  электрохимическая  обработка;  электрод-инструмент.

Keywords:  electrochemical  treatment;  electrode-tool.

В  настоящее  время  для  обработки  деталей  с  повышенными  точностными  характеристиками  широко  применяют  механические,  химические  и  электрохимические  методы.

Общими  недостатками  химических  и  электрохимических  методов  являются  необходимость  приготовления,  использования  и  утилизации  многокомпонентных  электролитов  на  основе  сильных  кислот  (серной,  ортофосфорной,  соляной  и  др.),  высокая  токсичность  электролитов,  коррозия  технологического  оборудования,  вредные  условия  труда  для  обслуживающего  персонала,  экологический  вред  окружающей  среде  [2;  3].

Механические  методы  обработки  —  это  трудоемкий  процесс,  основными  недостатками  которого  являются:  применение  высокоточного  и  дорогостоящего  оборудования,  трудность  механизации  и  автоматизации  обработки  деталей  сложной  формы  и  тонкостенных  изделий,  а  также  образование  дефектов  в  микровпадинах  в  виде  неметаллических  включений  и  следов  технологических  межоперационных  покрытий  и  др.  [5].

В  отличие  от  перечисленных  выше  методов,  данная  технология  применения  ручного  инструмента-электрода  позволяет  обрабатывать  сложнопрофильные  поверхности  деталей.

Отличительная  особенность  предлагаемого  технического  решения  заключается  в  возможности  ручного  электрохимического  полирования  различных  изделий  в  среде  нетоксичных  электролитов  из  безопасных  и  безвредных  веществ,  в  том  числе  деталей  с  пространственно-сложными  поверхностями,  т.  е.  поверхностями,  имеющими  нерегулярный,  сложный  профиль,  изменяющийся  сразу  в  трех  координатах,  и  представляющих  собой  совокупность  выпуклых  и  вогнутых  участков.  Например,  рабочие  поверхности  штампов  [1;  4].

Метод  характеризуется  отсутствием  силового  воздействия  на  обрабатываемую  поверхность,  легко  поддается  механизации  и  автоматизации,  удаляемый  с  поверхности  в  процессе  обработки  металл  легко  утилизируется,  а  также  не  требуется  специальных  очистительных  устройств.  Применение  данного  метода  позволяет  совместить  в  одной  операции  обезжиривание,  травление  и  активацию  поверхности.

В  настоящее  время  апробирован  лабораторный  образец  для  обработки  плоских  поверхностей  для  замены  операций  ручной,  механической  обработки  на  операцию  электрохимического  полирования.  В  качестве  электролита  применяется  водный  раствор  поваренной  соли  (NaCl),  при  растворении  которой  в  воде  образуются  положительные  ионы  натрия  Na⁺  и  отрицательно  заряженные  ионы  хлора  Cl^–.  При  замыкании  электрической  цепи  между  ручным  инструментом-электродом  и  обрабатываемой  деталью  возникает  постоянный  ток,  а  в  электролите  происходят  следующие  химические  реакции.  Вода  частично  диссоциирует  на  ионы  водорода  и  гидроксильной  группы:

H₂O  →  H⁺  +  OH^–

Анионы  хлора  движутся  к  детали,  так  как  она  является  анодом,  и  соединяются  с  железом,  образуя  растворимый  в  воде  хлорид  железа:

Fe  +  2Cl^–  →  FeCl₂  +  2ē

Катионы  натрия  движутся  к  катоду,  получают  от  него  недостающие  электроны  и  образуют  металлический  натрий.  Натрий  —  очень  активный  элемент,  поэтому  он  сразу  же  реагирует  с  водой,  образуя  растворимый  гидроксид  натрия  и  газообразный  водород:

Na⁺  +  ē  →  Na

Na  +  OH^–  →  NaOH  +  2ē

2H  +  2ē  →  H₂  ↑

Гидроксид  натрия  и  хлорид  железа  в  водном  растворе  реагируют  друг  с  другом,  образуя  вновь  растворимую  поваренную  соль  и  нерастворимый  гидроксид  железа.  Нерастворимое  соединение  выпадает  в  осадок  и  далее  в  реакциях  не  участвует:

2NaOH  +  FeCl₂  →  2NaCl  +  Fe(OH)₂  ↓

Для  предотвращения  коррозии  обрабатываемой  детали  в  электролит  добавляются  химические  вещества  –  ингибиторы  коррозии,  например,  нитрид  натрия  Na₂N.  После  полирования  деталь  промывается  водой  [1;  4].

На  рис.  1  представлены  профилограммы  двух  зон  поверхности  образца,  обработанного  шлифовальным  кругом  (а)  и  электрохимическим  полированием  с  помощью  ручного  инструмента-электрода  (б).

Рисунок  1.  Профилограммы  поверхности:  а  —  шлифование;  б  —  электрохимическое  полирование

Таким  образом,  выполненное  исследование  электрохимического  полирования  в  нетоксичных  электролитах  с  применением  ручного  инструмента-электрода,  показало  возможность  полирования  сложнопрофильных  поверхностей  с  достижением  заданных  параметров  по  качеству  и  точности  обработки. 

Список  литературы:

1.Драчев  О.И.,  Расторгуев  Д.А.,  Тычкин  И.А.  Ручной  инструмент-электрод  для  электрохимического  полирования  металлов  //  Патент  РФ  №  2472874.  2013.  Бюл.  №  2.

2.Липкин  Я.Н.  Химическое  полирование  металлов.  М.:  Машиностроение,  1988.  —  111  с.

3.Прикладная  электрохимия  /  Под  ред.  Н.П.  Федотьева.  Л.:  Химия,  1967.  —  600  с.

4.Семенов  К.О.,  Расторгуев  Д.А.  Инструмент-электрод  для  электрохимического  полирования  пространственно-сложных  поверхностей  //Технические  науки  –  от  теории  к  практике:  сб.  ст.  по  материалам  XXXI  междунар.  науч.-практ.  конф.  №  2  (27).  Новосибирск:  «СибАК»,  2014.  —  202  с.

5.Шальнов  В.А.  Шлифование  и  полирование  высокопрочных  материалов.  М.:  Машиностроение,  1972.  —  272  с.