Электрохимическая обработка металлов. Часть 4.
Наши эксперименты по обработке металлов электричеством и химией продолжаются. И на смену установке ЭХ-3 пришла установка ЭХ-4И:
Индекс "И" означает, что у данной установки есть дополнительная функция электроискровой обработки, которую мы также сегодня протестируем. В качестве штатива использован наш любимый конструктор ЧПУ станков "Кулибин", а в качестве ванночки - прозрачная коробка из-под mp3-плеера.
Ванночка не так огромна как раньше, и укреплена на столе станка толстым двусторонним скотчем, а деталь в ней - термоклеем.
Еще одной особенностью данной установки является отсутствие насоса для прокачки электролита, с которым было так много проблем в прошлый раз, фильтров, и цифровой регулировки тока и расстояния между инструментом и заготовкой. Вместо этого, установлена система вибрации рабочего электрода - толстой швейной иглы. Электромагнит, соединенный последовательно с рабочими электродами поднимает иглу вверх и разрывает цепь когда игла приближается слишком близко к обрабатываемому изделию.
Напряжение блока питания около 36 В, сопротивление электромагнита - около 36 Ом. Таким образом, максимальный ток в цепи ограничен одним ампером. А поскольку игла будет постоянно прыгать, то возможно этот ток будет или достигаться в очень короткие промежутки времени, или никогда не достигаться. С другой стороны, электромагнит - это индуктивность, и при разрыве цепи напряжение может повышаться до высоких значений, чтобы сохранить ток (отсюда и искры при электроискровой обработке).
Электромагнит, направляющая и все прочее, что входит в этот узел, соединено термоклеем, а неэстетичные потеки термоклея закрыты черной самоклеющейся пленкой.
Соединение подвижного сердечника электромагнита с зажимом:
Чтобы подвижная часть (игла, сердечник и направляющая) не выпадала, прикрепим термоклеем к электромагниту ограничитель перемещения инструмента, представляющий собой гнутую стальную пластинку:
Протестируем работу системы на воздухе - идет треск, искра - все в порядке. Видимых повреждений ни на заготовке, ни на игле нет:
На этот раз мы повысим и точность приготовления 8% раствора нитрата натрия:
Запускаем процесс! Но что это?! В отличие от воздушной среды, в электролите мы не имеем никаких прыганий и искр! Одни обынчые пузыри на довольно большой площади детали.Оказалось, что электролит обладает очень хорошей проводимостью, и электромагнит срабатывает до того, как игла касается заготовки, и даже до того как она приблизится к ней на достаточно близкое расстояние. В итоге игла "зависает" довольно далеко от поверхности заготовки и травление идет по большой площади, что, увы, не совместимо с идеей точности обработки.
Искрение и прыжки начинаются когда игла находится не на границе "электролит-деталь", а на границе "воздух-электролит". Тогда на этой границе возникает сгусток электрического пламени характерного для соединений натрия желтого цвета:
Что ж,попробуем работу в электроискровом режиме. Для этого сольем часть электролита (возможность слива была к сожалению не предусмотрена, поэтому фактически пришлось его вычерпать), так чтобы обнажилась поверхность детали, и зальем поверх раствора масло. В книгах по электроискровой обработке используют керосин, но его под рукой не было, поэтому было использовано подсолнечное масло. Залили же его поверх раствора не из высоких научных соображений, а из экономии масла и неудобства вычерпывания раствора до дна.
В масле дело пошло веселее - появился красивый сине-зеленый огненный шарик и треск, свидетельствующий о работе установки.
Из шарика образовывались и поднимались пузыри паров масла, тонкими концентрическими кругами расходились мелкие темные частицы то ли металла, то-ли обугленного масла, а возможно и того и другого:
На фотографии сбоку из-за преломления света в масле шарик на фотографии кажется смещенным относительно иглы, хотя на самом деле он окутывал ее острие:
Из рабочей зоны пошел легкий дымок и по комнате стал распространяться аромат жареной стали (похожий на запах из работающего щеточного электродвигателя, но более тонкий).
Промоем и высушим заготовку. ЭХО (проводимая на большом расстоянии между электродами) дала широкую (гиперболическую?) пупырчатую долину. Кстати, что это за пупырышки? Чем дальше от центра, чем они меньше и многочисленнее. И есть радиус, за которым их нет. И есть радиус, за которым нет следов ЭХО. Понимание этих вещей может быть важно для развития технологии ЭХО. Возможно, имеет смысл устроить автоматизированный эксперимент с перебором ряда напряжений и прочих параметров, и составлением графика этих факторов.
Может быть, эти пупырышки - отпечатки пузырей кислорода, возникающих на менее необезжиренных участках поверхности? Не знаю. Но очен интереса проблема границы, за которой нет следов ЭХО (видна на фото слева внизу). Наверное, из-за все-же ненулевого сопротивления раствора, там напряжение падает до такого, на котором уже невозможен электролиз. Тогда для уменьшения радиуса вовлеченной в электролиз поверхности надо точно установить напряжение чуть-чуть выше минимального - тогда электролиз будет идти в минимальном радуисе вокруг электрода, что значительно повысит точность обработки.
Под микроскопом на образованном ЭИО темном пятнышке видно множество черных, видимо, вороненых (воронение ведь как раз заключается в протирке маслом раскаленной стали) микроямок.
Судя по темной области внизу скопления ямок, там они суммировались и образовали небольшой котлован. Кучность "стрельбы" оставляет желать лучшего - микроямки отстоят друг от друга намного больше собственного радиуса. Ну а что мы хотели с такой направляющей. Надо сделать более профессиональную, безлюфтовую, чтобы ямки попадали одна в другую.
Видео работы установки (если не появилось, загляните сюда через минут 15):
Выводы:
Индекс "И" означает, что у данной установки есть дополнительная функция электроискровой обработки, которую мы также сегодня протестируем. В качестве штатива использован наш любимый конструктор ЧПУ станков "Кулибин", а в качестве ванночки - прозрачная коробка из-под mp3-плеера.
Ванночка не так огромна как раньше, и укреплена на столе станка толстым двусторонним скотчем, а деталь в ней - термоклеем.
Еще одной особенностью данной установки является отсутствие насоса для прокачки электролита, с которым было так много проблем в прошлый раз, фильтров, и цифровой регулировки тока и расстояния между инструментом и заготовкой. Вместо этого, установлена система вибрации рабочего электрода - толстой швейной иглы. Электромагнит, соединенный последовательно с рабочими электродами поднимает иглу вверх и разрывает цепь когда игла приближается слишком близко к обрабатываемому изделию.
Напряжение блока питания около 36 В, сопротивление электромагнита - около 36 Ом. Таким образом, максимальный ток в цепи ограничен одним ампером. А поскольку игла будет постоянно прыгать, то возможно этот ток будет или достигаться в очень короткие промежутки времени, или никогда не достигаться. С другой стороны, электромагнит - это индуктивность, и при разрыве цепи напряжение может повышаться до высоких значений, чтобы сохранить ток (отсюда и искры при электроискровой обработке).
Электромагнит, направляющая и все прочее, что входит в этот узел, соединено термоклеем, а неэстетичные потеки термоклея закрыты черной самоклеющейся пленкой.
Соединение подвижного сердечника электромагнита с зажимом:
Чтобы подвижная часть (игла, сердечник и направляющая) не выпадала, прикрепим термоклеем к электромагниту ограничитель перемещения инструмента, представляющий собой гнутую стальную пластинку:
Протестируем работу системы на воздухе - идет треск, искра - все в порядке. Видимых повреждений ни на заготовке, ни на игле нет:
На этот раз мы повысим и точность приготовления 8% раствора нитрата натрия:
Запускаем процесс! Но что это?! В отличие от воздушной среды, в электролите мы не имеем никаких прыганий и искр! Одни обынчые пузыри на довольно большой площади детали.Оказалось, что электролит обладает очень хорошей проводимостью, и электромагнит срабатывает до того, как игла касается заготовки, и даже до того как она приблизится к ней на достаточно близкое расстояние. В итоге игла "зависает" довольно далеко от поверхности заготовки и травление идет по большой площади, что, увы, не совместимо с идеей точности обработки.
Искрение и прыжки начинаются когда игла находится не на границе "электролит-деталь", а на границе "воздух-электролит". Тогда на этой границе возникает сгусток электрического пламени характерного для соединений натрия желтого цвета:
Что ж,попробуем работу в электроискровом режиме. Для этого сольем часть электролита (возможность слива была к сожалению не предусмотрена, поэтому фактически пришлось его вычерпать), так чтобы обнажилась поверхность детали, и зальем поверх раствора масло. В книгах по электроискровой обработке используют керосин, но его под рукой не было, поэтому было использовано подсолнечное масло. Залили же его поверх раствора не из высоких научных соображений, а из экономии масла и неудобства вычерпывания раствора до дна.
В масле дело пошло веселее - появился красивый сине-зеленый огненный шарик и треск, свидетельствующий о работе установки.
Из шарика образовывались и поднимались пузыри паров масла, тонкими концентрическими кругами расходились мелкие темные частицы то ли металла, то-ли обугленного масла, а возможно и того и другого:
На фотографии сбоку из-за преломления света в масле шарик на фотографии кажется смещенным относительно иглы, хотя на самом деле он окутывал ее острие:
Из рабочей зоны пошел легкий дымок и по комнате стал распространяться аромат жареной стали (похожий на запах из работающего щеточного электродвигателя, но более тонкий).
Промоем и высушим заготовку. ЭХО (проводимая на большом расстоянии между электродами) дала широкую (гиперболическую?) пупырчатую долину. Кстати, что это за пупырышки? Чем дальше от центра, чем они меньше и многочисленнее. И есть радиус, за которым их нет. И есть радиус, за которым нет следов ЭХО. Понимание этих вещей может быть важно для развития технологии ЭХО. Возможно, имеет смысл устроить автоматизированный эксперимент с перебором ряда напряжений и прочих параметров, и составлением графика этих факторов.
Может быть, эти пупырышки - отпечатки пузырей кислорода, возникающих на менее необезжиренных участках поверхности? Не знаю. Но очен интереса проблема границы, за которой нет следов ЭХО (видна на фото слева внизу). Наверное, из-за все-же ненулевого сопротивления раствора, там напряжение падает до такого, на котором уже невозможен электролиз. Тогда для уменьшения радиуса вовлеченной в электролиз поверхности надо точно установить напряжение чуть-чуть выше минимального - тогда электролиз будет идти в минимальном радуисе вокруг электрода, что значительно повысит точность обработки.
Под микроскопом на образованном ЭИО темном пятнышке видно множество черных, видимо, вороненых (воронение ведь как раз заключается в протирке маслом раскаленной стали) микроямок.
Судя по темной области внизу скопления ямок, там они суммировались и образовали небольшой котлован. Кучность "стрельбы" оставляет желать лучшего - микроямки отстоят друг от друга намного больше собственного радиуса. Ну а что мы хотели с такой направляющей. Надо сделать более профессиональную, безлюфтовую, чтобы ямки попадали одна в другую.
Видео работы установки (если не появилось, загляните сюда через минут 15):
Click to viewВыводы:
- Электромагнитная система контроля межэлектродного расстояния быстрее и точнее шаговой. Она заслуживает дальнейшего развития и применения.
- Безнасосная система надежна и хороша. Сможем ли мы обходиться только ей?
- Маленькая съемная ванна - это удобно. Крепление заготовки термоклеем - тоже (термоклей надежно фиксирует заготовку, но при некотором усилии легко отрывается рукой). Отделение ванны с двустороннего скотча проблемно, надо предусмотреть винтовое или иное удобосъемное крепление.
- Предусмотреть слив рабочей жидкости из ванны самотеком.
- Надо повышать рабочий ток, если мы хотим добиться видимых результатов. 1А это мало, то есть надо разделить контуры электромагнита (лимитирующего ток) и электролита.
- Индуктивность, соединенная последовательно с электролитом это, видимо, хорошо: стабилизация тока при ЭХО и усиление (генерация?) искры при ЭИО. Надо вместо отделенного электромагнита установить в цепь электролита дроссель с по возможности большой индуктивностью и низким омическим сопротивлением.
- С уходом от цифрового контроля тока в рабочей зоне и электромагните мы явно поторопились. Надо его вернуть.
- Надо посерьезнее подойти к выбору рабочей среды для ЭИО. Хотя бы раздобыть керосин.
- Нужна жесткая безлюфтовая система линейных перемещений.
- Нужная точная регулировка напряжения в режиме ЭХО.