Материал: Задача №2 (Пересчитал)111

2.Расчет параметров электрохимической обработки материала от4-1

Необходимые данные и задачи

Необходимо:

 рассчитать электрохимический эквивалент обрабатываемого материала;

 из справочной литературы в зависимости от состава, концентрации и температуры электролита выбрать его электропроводность.

Учитывая размеры и формы обрабатываемой детали, выбранных или назначенных режимов обработки провести необходимые расчеты:

 скорость анодного растворения,

 величину технологического тока, плотность тока,

 минимально необходимую скорость течения электролита,

 необходимый перепад давления при перемещении электролита в зазоре,

 определить расход электролита,

 рассчитать размеры формообразующей части электрода инструмента,

 площадь сечения токоподвода.

Марка материала: ОТ4-1

Классификация: Титановый деформируемый сплав

Применение: тонкостенные детали сложной конфигурации, длительно работающие при температуре 300°C (3000 ч) и 350°C (2000 ч); класс по структуре псевдо α; Недостатки - сравнительно невысокая прочность; очень большая склонность к водородной хрупкости.

Рисунок 2.1. Эскиз обрабатываемой детали.

 А = 43 мм – длина полости,

 В = 9 мм – ширина полости,

 Н = 15 мм – высота полости,

 10% NaCl +3% KBr – электролит,

 a = 0,07мм – межэлектродный зазор,

 U = 24 В – напряжение на клеммах источника,

 T = 20 C – температура электролита.

2.1. Расчёт электрохимического эквивалента обрабатываемого материала

Количество граммов вещества, полученного при прохождении единицы количества электричества, называется электрохимическим эквивалентом [1].

Количество электричества, необходимое для разложения 1 грамма эквивалента любого вещества, не зависит от его природы, а также величины тока, формы, материала электрода и электролизера. Это количество электричества называется Фарадеевым (F = 96494 Кл = 26,8 A/ч) [1].

Электрохимический эквивалент сплава рассчитывается по формуле

[2, стр.101]:

, (1.1)

где:

x_i – процентное содержание химического элемента в сплаве (прил. 1.1);

z_i – степень окисления химического элемента в сплаве (валентность);

А_i – атомная масса химического элемента в сплаве;

F – число Фарадея (F=96494 Кл=26,8 A/ч) [1].

В таблице 1.1, дано процентное содержание химических элементов материала ОТ4-1, данные взяты [3, стр. 372].

Таблица 1.1 – Химический состав материала.

Объёмный электрохимический эквивалент сплава определяется следующим образом:

где γ – плотность сплава, г/см³

2.2. Выбор электропроводности рабочей жидкости

Электропроводность электролита в зависимости от температуры можно определить, воспользовавшись табл. П2 [4, стр. 71] или формулой [2,4]:

, (1.2)

где – удельная электропроводность раствора при температуре

t ºС;

– удельная проводимость электролита при 18 C⁰;

– температурный коэффициент, в расчетам можно принять .

Выбираем электропроводность электролита по табл. П2 [4, стр. 71]:

Ом^-1·м^-1

2.3 Расчёт скорости анодного растворения

Закон анодного растворения записывается в виде [2,стр.102]:

, (1.3)

где η – выход по току материала заготовки (для нашего сплава η=0,85), [4, стр. 73];

– электрохимический эквивалент сплава, ;

χ – удельная электропроводность электролита, Ом^-1·м^-1;

U – напряжение на зажимах источника тока, В;

ΔU – потери при прохождение тока через заготовку, В (ΔU=3 В) [2, стр.111];

a_min – минимальный межэлектродный зазор, мм.

2.4 Расчёт величины технологического тока и плотности тока.

Величина технологического тока рассчитывается по формуле [2, стр.101-102; 4 стр.25]:

, (1.4)

где U – напряжение на зажимах источника тока, В;

ΔU – потери напряжения при прохождение тока через заготовку, В;

S – площадь обрабатываемой поверхности, мм² ;

χ – удельная электропроводность раствора, Ом^-1·см^-1;

s – межэлектродный зазор, мм;

Площадь обрабатываемой поверхности рассчитывается:

_{Определим величину технологического тока по формуле (1.4):}

Плотность тока определяется выражением [2, стр.101; 4, стр.25]:

, (1.5)

где I – величина технологического тока, А;

S – площадь обрабатываемой поверхности, мм².

2.5 Расчёт минимально необходимой скорости течения электролита.

В результате реакций на обрабатываемой поверхности заготовки образуются продукты обработки, в том числе нерастворимые гидроксиды. Их концентрация в районе протекания анодного растворения в начальный момент превышает концентрацию в электролите. Количество продуктов обработки в прианодной и прикатодной областях будет зависеть от скорости анодного растворения и скорости выноса частиц потоком жидкости [2, стр.108].

Сначала вычисляют скорость электролита V_э^’, которая могла бы обеспечить полный унос продуктов анодных и катодных реакций из указанного пространства, затем скорость V_э^’', которая исключила бы в нём недопустимый перегрев электролита [4, стр.20].

Скорость электролита определяется по формуле [2,стр.110; 4, стр.20]:

, (1.6)

где k – безразмерный коэффициент (k=4,64) [2, стр.109];

ν – кинематическая вязкость электролита в пределах диффузионного слоя, мм²/с (ν = 1,2…1,8 мм²/с,), [2,стр.110; 4, стр.20];

Н – длина обрабатываемой поверхности заготовки в направлении потока электролита, мм;

ρ – плотность продуктов обработки, кг/м³ (ρ = 2500…3000 кг/м³), [2,стр.109; 4, стр.20];

D – коэффициент диффузии, применяется в зависимости от концентрации электролита и его температуры, мм²/с, [2,стр.109; 4, стр.20];

С – массовая концентрация продуктов обработки (С_a – в зазоре на аноде, (С_a=0,92…0,97); C_вх – на входе в зазор в электролите (C_вх=0,002…0,005), [2,стр.109; 4, стр.20].

Выбираем:

ν =1,5 мм²/с;

ρ =2500 кг/м³;

D = 1,5·10^-3 мм²/с [4, стр.20];

С_a = 0,92;

C_вх = 0,05.

Примем:

H=15 мм

= 0,013832 г/А·мин = 0,00023 г/А·с

Ом^-1·м^-1

Найдем скорость электролита по формуле (1.6):

Скорость, исключающая перегрев электролита, определяется следующим образом [2, стр.111]:

, (1.7)

где U – напряжение на электродах, В;

Н – длина обрабатываемой поверхности в направлении течения электролита, мм;

ΔT – допустимый нагрев электролита, определяется точностью ЭХО. На практике ΔT=5-10°С. Для небольших по длине поверхностей принимается меньшее значение ΔT [4, стр.21];

ρ_э – плотность электролита, г/см³ (ρ_э = 1,06 - 1,12 г/см³), [4, стр. 21];

С_э – теплоёмкость раствора электролита.

Примем:

ΔT = 5°С

ρ_э = 1,1 г/см³=0,0011 г/мм³;

С_э = 4,18 Дж/г·°С, [4, стр.21];

Ом^-1·мм^-1

Определим скорость электролита по формуле (1.7):

Скорость электролита выбирается наибольший из двух полученных [2, стр.111], отсюда V_э = 7 м/с.