3.Системы подачи электролита

Достижение хороших технических показателей ЭХО ( высокая точность, скорость формообразования, качество обработанной поверхности) обеспечивается за счет высококачественного электролита с определенными физико-химическими параметрами. Для подачи электролита и обеспечения его качества в станке предусмотрены системы: приготовления и регенерации электролита, автоматического регулирования температуры и водородного показателя рН электролита, стабилизации гидродинамического режима течения электролита в МЭЗ.

3.1. Принципиальные схемы систем циркуляции электролита

В процессе ЭХО электролит обычно циркулирует по замкнутой схеме, где наиболее сложным и важным элементом является МЭЗ

Циркуляция электролита с определенной скоростью необходима для удаления продуктов растворения и выделяющихся на электродах газов, гидравлической депассивации анодной поверхности растворения, для обеспечения стабильности протекания электродных реакций и оптимального теплового режима в рабочей зоне.

Системы для циркуляции и очистки электролита должны в процессе ЭХО поддерживать важнейшие параметры электролита в определенных пределах: химический состав и концентрацию электролита, его расход, давление, температуру, зашламленность и водородный показатель рН.

Гидродинамический режим течения электролита в МЭЗ и физико-химические параметры электролита определяют энергетические и технологические показатели ЭХО: точность электрохимического формообразования, шероховатость обработанной поверхности.

В электрохимических станках в зависимости от вида решаемых технологических задач применяются различные системы снабжения электролитом.

В любых системах циркуляции электролитов фильтр предназначен для очистки электролита от крупных частиц, тонкая очистка осуществляется в нагнетающей магистрали фильтром тонкой очистки, размеры фильтрующих ячеек определяются величиной МЭЗ и требованиями к чистоте электролита.

В технологических схемах при малых МЭЗ, с постоянной подачей инструмента (с использованием принципа саморегулирования МЭЗ) требования к физико-химическим свойствам электролита значительно возрастают. Это требует введения в конструкцию станка дополнительных элементов, например, регулятора температуры, водородного показателя рН, концентрации, зашламленности, гидродинамического течения электролита в МЭЗ.

Применяются также различные способы для выравнивания физико-химических свойств электролита непосредственно в рабочем МЭЗ: за счет введения в рабочую зону сжатого газа; ведение процесса ЭХО при различных циклограммах движения катода-инструмента; в импульсно-циклическом режиме и др.

Система циркуляции электролита может включать несколько баков, выполняющих различные функции, например, в станке модели ЭХС-10А для ЭХО профиля лопатки с повышенной точностью для ГТД.

3.2. Теплогидродинамический расчет замкнутой системы циркуляции электролита

Перепад t электролита на входе и выходе МЭЗ не должен превышать значений, обусловленных технологическими показателями, т.к. с увеличением t наблюдается ухудшение качества обработанной поверхности, увеличивается шероховатость, глубина растравливания по границам зерен сталей, происходит изменение выхода по току, снижается точность электрохимического формообразования.

В связи с этим при разработке электрохимических станков решаются следующие задачи:

1. расчет теплового режима работы электрохимического станка;

2. расчет тепловой производительности теплообменного агрегата, выбор его оптимального варианта;

3. определение возможностей естественного охлаждения ( для станков малой мощности );

4. выбор и разработка оптимальной схемы автоматического регулирования t в заданных пределах.

При ЭХО нагревание электролита происходит в основном за счет:

1. прохождения технологического тока и выделения джоулева тепла, являющегося основной причиной нагрева;

2. механического нагрева электролита в результате прокачивания его насосом;

3. механического нагрева электролита при нагнетании его через узкую щель МЭЗ.

Задача обеспечения заданного режима электрохимического станка рассматривается на основе уравнения теплового баланса замкнутой системы циркуляции электролита совместно с уравнением баланса гидравлических давлений.

Считая процессы в МЭЗ стационарными, рассмотрим тепловой баланс элементарного объема потока электролита.

Qд + Q12 = Q14 + Q23 + Q34 ( 3.1 )

Qд - джоулево тепло, генерируемое в элементарном объеме, шириной равной единице длины в единицу времени можно определить, принимая j=const на длине х (j - плотность технологического тока)

Qд = jx ( U - Uп ) dx ( 3.2 )

U - напряжение на МЭЗ;

Uп - суммарная ЭДС поляризации электродов.

Тепловые потоки в электроды без учета тепловой экранизации газом, выделяющимся на электродах

Q14 = Q23 = ( x - э ) x ( 3.3 )

где  - коэффициент теплоотдачи электролит-электрод,

x - t электролита в сечении х,

э - t электрода.

Тепловые потоки Q14 и Q23 могут иметь любые направления, в зависимости от градиента t электрода и элементарного объема электролита.

dx [ c Wx(1-x)x ]= mjx(U-Uп) - 2(x-э) ( 3.4 )

где m - масса электролита в выделенном объеме.

Дифференциальное уравнение ( 3.4 ) позволяет определить перепад t электролита вых - вх при заданной величине зазора S, скорости течения электролита в МЭЗ при определенном электрическом режиме обработки для любой технологической схемы обработки.

С помощью уравнения ( 3.4 ), при заданном  можно найти соответствующие геометрические, гидравлические и электрические параметры процесса ЭХО.

Есливых и о удовлетворят технологическим показателям, то остальная часть замкнутой системы циркуляции электролита проектируется таким образом, чтобы обеспечить указанные значения температур, что достигается решением задачи теплового баланса замкнутой системы циркуляции электролита.

При рассмотрении задачи теплового баланса замкнутой системы циркуляции электролита для упрощения её решения принимаются следующие допущения:

1. Тепло, поступающее в бак с электролитом распространяется по всему объему равномерно и мгновенно, что обеспечивается интенсивным перемешиванием электролита пузырьками сжатого воздуха, выпускаемого из решетки, установленной в нижней части резервуара.

2. Не учитывается нагревание электролита за счет потери давления в коммуникациях при его движении.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

Qз + Qн = Qб + Qср + Qx ( 3.5 )

4. Приготовление и регенерация электролита

1. Системы приготовления и регенерации электролита (СПРЭ)

Они обеспечивают питание электрохимического станка высококачественным электролитом со стабилизированными физико-химическими свойствами, что способствует достижению более высокой точности электрохимического формообразования и стабильной работы электрохимического станка.

СПРЭ представляет собой совокупность соединенных между собой баков, оснащенных специальным оборудованием.

СПРЭ предназначена для приготовления электролита с заданными физико-химическими свойствами и удаления из него примесей, загрязнений, разбавления электролита до необходимой концентрации и его регенерации.

Основные элементы СПРЭ ( в общем виде ):

1. бак для растворения твердого электролита и удаления загрязняющих примесей;

2. бак для приготовления электролита заданной концентрации;

3. бак подготовки электролита;

4. бак для хранения электролита;

5. электрохимический станок;

6. агрегат очистки электролита;

7. система стабилизации физико-химических параметров электролита.

В зависимости от вида решаемой технологической задачи или от требований к качеству электролита связь элементов СПРЭ может изменяться ( пунктиром показан возможный вариант ). Ряд элементов системы могут не использоваться, например, бак для хранения, приготовления, их функции выполняют отдельные блоки (секции) одного бака. Это применяется в станках малой мощности, с малыми расходами электролита, тогда не требуется мощных очистных и теплообменных агрегатов.

СПРЭ должна удовлетворять следующим основным требованиям:

1. эффективна по технико-экономическим показателям;

2. элементы СПРЭ должны быть коррозионно стойки;

3. максимально механизирована и автоматизирована загрузка компонентов электролита, перемешивания;

4. для стабилизации параметров надо применять автоматические системы с обратной связью и активным контролем параметров в процессе ЭХО.