Электротехнологические установки (стр. 28 из 32)
Поскольку фторидные расплавы являются сильно агрессивными средами, электролиз алюминия ведут с расходуемым угольным электродом, а внутренние поверхности ванн футеруют угольными плитами и блоками.
Производство алюминия является энергоемким. Фактический расход электроэнергии на производство алюминия составляет 14000-16000 кВт·ч/т. Выход металла на 1 кВт·ч составляет 60-77 г, что типично для удельного расхода электроэнергии (16000±500) кВт·ч на 1 т алюминия.
12.3. Электрооборудование электролизных производств
Питание электролизных установок постоянным током осуществляется от генераторов постоянного тока или полупроводниковых выпрямительных агрегатов, преобразующих переменный ток промышленной частоты в постоянный. Наибольшее распространение получили кремниевые выпрямительные агрегаты, имеющие КПД 97-99 %.
12.4. Применение электрохимической обработки материалов в машиностроении
Электрохимическими способами обработки материалов условно принято называть группу новых методов электротехнологии, которые применяются для удаления материала с обрабатываемых поверхностей, его переноса,
формообразования деталей или структурных преобразований, осуществляемых с помощью электрической энергии, вводимой непосредственно в зону обработки. В большинстве новых методов используется преимущественно процесс анодного растворения, т. е. перехода металла, помещаемого в электролизер в
качестве анода, из металлического состояли в различные неметаллические соедин Анодное растворение в нейтральных электролитах сопровождается образованием гидратов оксида металла Ме(ОН)n, которые практически не растворяются в электролите, выпадают в осадок, пассивируют растворяемую поверхность и забивают межэлектродный промежуток. Для удаления из зоны обработки выпавшего осадка электролиту придается большая скорость движения в межэлектродном промежутке, что позволяет выполнять обработку при повышенных плотностях тока (до сотен ампер на квадратный сантиметр), поскольку при этом происходит интенсивное охлаждение электролита. При электрохимической обработке металлов в кислых растворах, когда продукты реакции достаточно хорошо растворимы в электролите, плотности тока относительно невелики (2-3 А/см2) и обработка производится в стационарном либо медленно перемешиваемом электролите.
По этим признакам операции электрохимической обработки подразделяют на две группы: 1) электрохимическая обработка при невысокой плотности тока в стационарном электролите; 2) электрохимическая обработка при высокой плотности тока в проточном электролите.
На рис. 12.5 показана схема электрохимической обработки в стационарном электролите для наиболее типичной операции - электролитического шлифования или полирования.
Рис. 12.5. Схема электрохимической обработки в стационарном электролите:
1 - источник питания; 2 - регулятор, тока; 3 - электролит; 4 - ванна; 5 - обрабатываемое изделие; 6 - продукты растворения; 7 - линии тока; 8 - электрод
При прохождении электрического тока через электролит 3 и электроды 8 и 5 происходит растворение поверхности анода в электролите и образование продуктов растворения 6. Они задерживаются в углублениях поверхности анода и изолируют ее от прохождения тока по всей поверхности, сосредоточивая силовые линии тока 7 на незащищенных участках поверхности анода. Выступы растворяются быстрее впадин, в результате чего происходит сглаживание поверхности изделия - ее полирование.
Электрохимическим способом могут проводиться следующие операции.
Очистка поверхности металла анодным травлением от оксидов, ржавчияы, жировых пленок и других загрязнений. Ее призводят путем анодного растворения поверхности изделия.
Заострение и затачивание режущего инструмента, изготовление игл из цилиндрических прутков. Это выполняется за счет создания на режущем лезвии и острение повышенных плоскостей тока.
Профилирование металлических заготовок. При этом способе обрабатываемое изделие помещено внутрь катода. Анодное растворение происходит интенсивнее в участках, более близких к катоду.
Гравирование и маркирование по металлам. На изделие, которое является анодом, наносят слой воска, лака или другого изолирующего вещества. Анодное растворение происходит в тех местах, Где металл обнажен.
Изготовление сеток (аналогично электрохимическому гравированию). Сетку-рисунок наносят изолирующим составом на поверхность анода. Она предохраняет металл от растворения. Обнаженные участки внутри лаковой сетки растворяются.
Изготовление листового металла малой толщины путем анодного растворения.
Нанесение металлопокрытий и анодирование. Процесс нанесения металлопокрытий на поверхность изделий методом электролиза называется гальванотехникой. В свою очередь, гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику.
Гальваностегия - электрохимическое нанесение металлов на металлические изделия с целью повышения их механической прочности, антикоррозионных свойств и декоративных качеств.
Гальванопластика - электрохимический процесс нанесения металлов на шаблоны, применяемые при изготовлении штампов различных изделий (музыкальные пластинки-диски, типографские клише, статуи и т. д.). При нанесении металлов шаблоны (из воска, гипса, дерева и т. п.) предварительно покрывают слоем графита для придания их поверхностям электропроводности. Анодирование - процесс получения оксидных антикоррозионных покрытий на поверхности металлических изделий путем их анодной обработки в соответствующих растворах. Оно широко применяется для защиты от коррозии изделий из алюминия, магния и их сплавов. При анодировании на поверхности алюминия образуется двойной оксидный слой: верхний - толстый пористый слой и нижний - тонкий плотный. Алюминиевая оксидная пленка обладает хорошими антикоррозионными и электроизолирующими свойствами.
12.5. Источники питания установок электрохимической обработки
Электрохимическая обработка, основанная на анодном растворении, ведется на постоянном, импульсном, пульсирующем или асимметричном переменном токе. Источники питания (ИП) преобразуют электрическую энергию промышленной сети в необходимую для электрохимической обработки.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ 13.1. Общая характеристика и физические основы процесса
Для обработки металлов с высокими механическими свойствами применяется метод размерной обработки при непосредственном использовании теплового эффекта электрической энергии - электроэрозионная обработка. Она основана на эффекте расплавления и испарения микропорций материала под тепловым воздействием импульсов электрической энергии, которая выделяется в канале электроискрового заряда между поверхностью обрабатываемой детали и электродом-инструментом, погруженным в жидкую непроводящую среду. Следующие друг за другом импульсные разряды определенной длительности и формы производят выплавление и испарение микропорций металла.
Электроэрозионный способ позволяет обрабатывать токопроводящие материалы любой механической прочности, вязкости, хрупкости, получать детали сложных форм и осуществлять операции, не выполняемые другими методами. При его использовании значительно снижается трудоемкость по сравнению с обработкой резанием, возможно осуществление механизации и автоматизации с целью глубокого регулирования параметров процесса.
Однако по сравнению с механической электроэрозионная обработка имеет ряд существенных недостатков: производительность при такой обработке обычных материалов (стали, цветных металлы и т. д.) значительно ниже, чем при обработке резанием, а расход энергии выше; для получения высокой чистоты поверхности приходится затрачивать больше времени, чем, например, при абразивной обработке.
Картина происходящих поэтапно в межэлектродном зазоре физических процессов при электроэрозионной обработке показана на рис. 13.1. По достижении импульсным напряжением и определенного значения между электродом-инструментом 4 и электродом-деталью 1 в диэлектрической жидкости 2 происходит электрический пробой. При этом от электрода, который в данный момент является катодом, отделяется стриммер 3 и направляется к аноду, ионизируя на своем пути жидкость. В результате этой фазы (ее длительность 10-9- 10-7 с) образуется канал сквозной проводимости и сопротивление межэлектрод- ного промежутка снижается от нескольких мегаом до долей ома (рис. 13.1. а).
Рис. 13.1. Схема физических процессов Iмежэлектродном промежутке при электроэрозионной обработке
Рис. 13.1. Схема физических процессов в межэлектродном промежутке при электроэрозионной обработке
Через канал проводимости в виде импульса выделяется электрическая энергия, накопленная в источнике питания (рис. 13.1. б). При этом происходит электрический разряд 5, длительность которого составляет 10-6-10-4 с, для которого характерна падающая вольт-амперная характеристика. Разряд проходит искровую и дуговую стадии. Благодаря высокой концентрации энергии в зоне разряда и приэлектродных областях развиваются высокие температуры. Под их воздействием образуется парогазовая полость 7. В приэлектродных областях 8 происходит плавление и испарение микропорций металла на поверхности электрода. В результате развивающегося давления капли жидкого металла 6 выбрасываются из зоны разряда и застывают в окружающей электроды жидкой среде в виде мелких сферических частиц 9 (рис. 13.1, а).