Устройство для электролитно-плазменной обработки полых металлических изделий

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Багаев Сергей Игоревич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для электролитно-плазменной обработки полых металлических изделий,содержащее металлическую ванну, заполненную электролитом, манипулятор с механизмом вертикального перемещения подвески с изделием, источник питания выпрямленного тока высокого напряжения, положительный полюс которого подсоединен к подвеске с обрабатываемым изделием, а отрицательный полюс - к ванне, дополнительный электрод,отличающееся тем, что дополнительный электрод является катодом и имеет форму стержня, коаксиального полости изделия, причем на поверхности дополнительного катода имеются диэлектрические вставки. Устройство предназначено для электрохимической обработки металлов и может быть использовано для обработки полых металлических изделий типа трубок, а также устройство может быть применено в различных областях машиностроения и приборостроения для изготовления медицинских имплантатов. 106862015.06.30 Известно устройство для электролитно-плазменной обработки отверстий в металлических изделиях 1, содержащее раму, на которой расположены ванна с насосом для подачи электролита и манипулятор в виде механизма вертикального и горизонтального перемещения с установленной изолирующей подвеской, токопроводящий зажим для крепления изделия и источник постоянного тока. Устройство содержит форсунку, установленную на манипуляторе и связанную с насосом для подачи электролита и отрицательным полюсом источника питания. Форсунка снабжена соплом из электроизолирующего термостойкого материала и внутри нее расположены концентраторы электрического поля. Данное устройство может быть использовано только для обработки отдельных сквозных каналов и отверстий и для обработки металлического изделия сложной формы целиком не предназначено. Известно устройство для электролитно-плазменного полирования внутренних полостей электропроводного изделия 2. Устройство содержит источник постоянного тока, положительный полюс которого выполнен с возможностью соединения с изделием, а отрицательный - с инструментом. При этом инструмент выполнен с возможностью расположения в обрабатываемой внутренней полости изделия с зазором для образования межэлектродной зоны. Для увеличения площади инструмента на его поверхности выполнены выступы и впадины. Недостатком данного устройства является использование источника постоянного тока с повышенным значение мощности, так как в данном случае в момент включения электрического тока вся обрабатываемая поверхность изделия находится в контакте с электролитом, и поэтому для того, чтобы произошло создание парогазовой оболочки, необходимо обеспечить протекание силы тока в системе в 10-15 раз больше,чем это необходимо для протекания процесса электролитно-плазменной обработки (поддержание парогазовой оболочки). Устройство также не применимо для обработки изделий, имеющих узкие и глубокие полости. Целиком изделие обработать затруднительно. Известно устройство для электролитно-плазменной обработки внутренних поверхностей полого длинноразмерного изделия с отверстиями 3. Устройство содержит ванну обработки, заполненную электролитом, подъемно-опускной механизм подвески с горизонтально закрепленным на нем обрабатываемым изделием, центральный электрод, источник постоянного тока высокого напряжения, нагнетательный насос. Устройство позволяет обрабатывать только внутренние полости, целиком обрабатывать изделие (внутреннюю и внешнюю поверхности), используя данное устройство невозможно. Наиболее близким по технической сущности является устройство для полирования полых металлических изделий 4, содержащее ванну обработки, подвеску для установки изделий и дополнительный электрод, который имеет форму стакана, перфорированного только в нижней части его цилиндрической поверхности, с наружной стороны которой по кромке отверстий выполнены направляющие выступы. Дополнительный электрод имеет возможность вращаться. Недостаток этого устройства заключается в том, что оно позволяет обрабатывать только неглубокие с большим диаметром полости, при обработке глубоких или сквозных полостей наблюдается нестабильность процесса обработки,неравномерность съема металла по глубине полости. Задачей настоящего изобретения является создание устройства для стабильной электролитно-плазменной обработки полых металлических изделий целиком, т.е. обрабатывать как внешнюю, так и внутреннюю поверхности изделия. Для решения задачи необходимо обеспечить стабильность протекания процесса обработки. Предварительные эксперименты показали, что при обычном погружении изделия в электролит в ванну,стенки которой являются катодом, происходит обработка только внешней поверхности изделия, узкие полости (длина которых превышает их диаметр) не подвергаются обработке вообще. При этом в полости происходят колебания парожидкостной среды, которые приводят к неконтролируемым изменениям тока, приводящим к резкому его увеличению, 2 106862015.06.30 что негативно сказывается на стабильности протекания электролитно-плазменной обработки. Поставленная задача решается тем, что устройство для электролитно-плазменной обработки полых металлических изделий, содержащее металлическую ванну, заполненную электролитом, манипулятор с механизмом вертикального перемещения подвески с изделием, источник питания выпрямленного тока высокого напряжения, положительный полюс которого подсоединен к подвеске с обрабатываемым изделием, а отрицательный полюс - к ванне, дополнительно содержит катод в форме стержня, который является коаксиальным полости изделия. При этом на поверхности дополнительного катода имеются изоляционные дистанцирующие вставки из диэлектрического материала. Для протекания стабильности электролитно-плазменной обработки одно из необходимых условий заключается в том, чтобы площадь катода была в 3-5 раз больше площади анода. В данном устройстве это условие выполняется за счет стенок металлической ванны, которые являются основным катодом (площадь стенок ванны больше площади поверхности обрабатываемого изделия (анода) более чем в 3 раза), а дополнительный катод(в виде коаксиально расположенного металлического стержня по отношению к полости изделия) позволяет распределить силовые линии не только на внешней поверхности изделия, но и позволяет им проникнуть в полость изделия. На фигуре показана принципиальная схема устройства. Устройство состоит из металлической ванны 1, заполненной электролитом 2, дополнительного катода 3, жестко связанного с ванной 1, манипулятора 4 с подвеской 5, на которую закрепляется изделие 6,диэлектрических вставок 7, источника питания 8. Устройство работает следующим образом. Изделие 6 через токоподводящие зажимы закрепляется на подвеске 5 и выставляется таким образом, чтобы оси полости изделия 6 и дополнительного катода 3 совпали. Диэлектрические вставки 7, локализованные на дополнительном катоде 3, позволяют избежать случайного касания изделия 6 и катода 3 и возникновения короткого замыкания в системе. С помощью источника питания 8 на электроды подается напряжение (на ванну 1 и катод 3, отрицательный потенциал, на изделие 6, положительный). С помощью манипулятора 4 происходит вертикальное перемещение подвески 5 с изделием 6 и постепенное погружение изделия 6 в предварительно разогретый электролит 2. Изделие полностью погружается в электролит. По истечении необходимого для обработки времени манипулятором 4 поднимает подвеску 5 с изделием 6 из электролита и происходит отключение напряжения на электродах. Технический результат, получаемый при осуществлении электролитно-плазменной обработки с помощью создаваемого устройства, заключается в том, что в результате протекания электрохимических и физических процессов происходит удаление заусенцев, снижение значения шероховатости поверхности, придание зеркального блеска изделию как на внутренней, так и на внешней поверхности изделия. Пример. Металлический полый цилиндр из стали 1810 общей площадью 70 см 2 и внутренним диаметром 1,5 см подвергался с помощью заявляемого устройства электролитноплазменной обработке в течение 3 мин. Исходное значение шероховатости поверхности, измеренное с помощью профилографа-профилометра, составляло 0,38 мкм. В результате обработки внутренняя и внешняя поверхности изделия приобрели равномерный зеркальный блеск по всей длине. Значение шероховатости внутренней и внешней поверхности цилиндра составило 0,15 и 0,12 мкм соответственно. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3