Электрохимическая обработка металлов. Часть 5.
Сегодня я собираюсь рассказать о нашей очередной экспериментальной электрохимической установке ЭХ-5. Она отличается от прошлой установки ( ЭХ-4И) следующим:
Хотя, конечно, без взрывов и ЧП не обошлось и тут. Итак, все по порядку:
Электродом-инструментом стал отрезок медной трубки диаметром 6 мм. К нему сбоку был припаян толстый провод.
Аналогичный провод был подключен к заготовке - стальной шайбе, толщиной 4 мм, находящейся в прозрачной камере с крышкой.
К нижней части камеры присоединен и силиконовый шланг с патрубком для удаления электролита. Но не на самом дне, чтобы наиболее одиозные куски металла не попадали в систему рециркуляции. Ведь именно это стало причиной гибели установок ЭХ-2 и ЭХ-3.
На трубочку - инструмент одели шланг и закрепили ее над заготовкой на шаговом винтовом приводе из конструктора "Кулибин".
Теперь наш инструмент управляется с компьютера и может плавно перемещаться вверх и вниз. Это как раз то, что нужно для нашего эксперимента - вертикального бурения в заготовке отверстия.
Другой конец одетого на инструмент шланга подключен к маленькому центробежному насосу от бытовой кофеварки или чего-то в этом роде.
Своим входным патрубком насос при помощи термоклея закреплен на пластиковой банке. Крышка банки привинчена к каркасу установки, так чтобы саму банку можно было откручивать и сливать накопившийся отстой. На дно банки идет тонкий шланг из рабочей камеры. Поскольку насос, контроллер шаговика и электрод работают от одинакового напряжения, они все были параллельно подключены к клеммам мощного блока питания.
Контроллер 1212 был закреплен на пластиковом кронштейне во избежание случайного замыкания на каркас установки.
Накрываем камеру крышкой. Камера вместе с крышкой представляет собой коробку от конфет.
Разводим в чайнике немного поваренной соли и заполняем систему прохладной водой.
Включаем питание и устремляем электрод к заготовке с максимальной скоростью - 2,5 мм в секунду. Сразу поднимается буря пузырьков, электролит мутнеет.
Очень скоро электрод упирается в заготовку, проскакивает искра и срабатывает система защиты от перегрузки блока питания. Значит, скорость слишком высока. Снизим ее в 10 раз - до 1/4 миллиметра в секунду. Для этого изменим прошивку контроллера, а именно - увеличим задержку между шагами двигателя с 1 до 10 миллисекунд.
При внезапной остановке насоса проявился недостаток расположения отстойного бачка ниже рабочей камеры - электролит потёк оттуда через отверстия в негерметичной крышке бачка. Пришлось поставить внизу чайник с воронкой для сбора электролита.
Итак, загружаем исправленную прошивку, немного отводим электрод и снова запускаем процесс. Электролит стремительно рыжеет.
Через некоторое время, электрод снова упирается в заготовку, и проскочившая при этом искра вызывает громкий взрыв водородной пены.
Массированному выделению водорода при работе установки я как-то не придал большого значения. Больше опасений вызывал в домашних условиях хлор, но напрасно - существенного запаха хлора не было, по-видимому, он полностью реагировал с окисляемым железом.
Как избежать скопления водорода в рабочей зоне? Попробуем поставить небольшой вентилятор, запитав его все от того же блока питания. Продувая воздух через рабочую камеру он должен предохранить ее от накопления больших количеств водорода.
Уменьшим скорость еще в 10 раз - до 1/40 миллиметра в секунду. При этом выясняется, что компьютер перестал видеть контроллер. Неужели он сгорел? Нет, оказывается, при выключенном блоке питания, вентилятор пытается забрать слишком большой ток через цепь питания контроллера и USB порт воспринимает его как замыкание. Приходится на время перепрограммирования контроллера включать ненадолго БП. По-хорошему, выходит, нужно раздельное питание контроллера и электрода, или хотя бы разделительный диод.
Электролит становится из рыжего коричневым.
Через недолгое время снова случается замыкание. Однако, отведя электрод повыше и промыв заготовку водой из чайника мы наблюдаем что какое-то углубление там все-таки есть!
Снова уменьшаем скорость. На этот раз - до 1/400 мм или 2,5 микрон в секунду. Электролит становится черным.
Вскоре даже свет мощного фонаря ничуть не проникает через толщу электролита.
А прозрачный силиконовый шланг стал внешне неотличим от черного провода. При этом и шланг, и банка стали горячими.
Прошло около получаса и шаговый двигатель, выполнивший запрограммированное смещение электрода на 4 миллиметра, остановился. Подняв его вверх, мы видим, что отверстие все-таки получилось!
Протерев электрод салфеткой, мы видим, что он по-видимому ничуть не изменился, не считая подплавившегося при касании заготовки края.
Также по-видимому не протравился ни держатель заготовки, ни идущий к нему провод. Это говорит о том, что (в отличие от установки ЭХ-1), прокачивание электролита через малый межэлектродный зазор позволяет локализовать процесс травления в определенном месте.
Поскольку электрод был трубчатым, было интересно, протравил он заготовку сплошным кругом или кольцом. В последнем случае где-то в рабочей камере должен валяться цилиндрик диаметром миллиметра два. Ни визуально, и магнитом его не удалось найти, из чего сделан вывод, что он полностью или почти полностью стравился.
Промыв заготовку мы обнаруживаем у отверстия заметную конусность.
С обратной стороны отверстие выглядит гораздо более аккуратно.
Диаметр его составляет 8 мм, что на 1 мм шире, чем размер электрода.
Диаметр широкой части составляет в среднем 12 мм. Таким образом, угол наклона стенок к вертикали составляет arctg((6-4)/4), т.е. около 26о.
Работа установки ЭХ-5, как и всех предыдущих завершилась ЧП. Разогретый электролит размягчил стенки тонкой пластиковой банки, особенно в месте е крепления к крышке (которое и так не было слишком прочным). Неосторожное касание этой банки вызвало ее падение. Густая черная жидкость залила стол, пол и чудом протекла мимо компьютера.
Стало видно, что эта жидкость не однородна, а состоит из прозрачной основы и мельчайших черных крупиц. Стало интересно посмотреть, как они станут реагировать на магнитное поле. При поднесении мощного магнита частицы стали тихонько сбегаться и облеплять его.
Тогда я собрал остатки черной материи в чашку и поставил ее на магнит. Частицы быстро собрались внизу, так что большую часть воды можно было слить. Затем, исходя из своих представлений о том, какой должна быть ферромагнитная жидкость, я добавил туда немного "Фейри" и подсолнечного масла. Получилась черная маслянистая жижа, обладающая не очень ярко выраженными, но все же магнитными свойствами.
Итак, можно сделать выводы из сегодняшнего эксперимента:
- Мощный источник питания, способный выдавать до 60 А при напряжении 14-18 В.
- Прокачка электролита через инструмент - медную трубку
- Отсутствие контроля тока и обратной связи
- Рабочая область, закрытая со всех сторон от разбрызгивания
- Отстойник для рециркуляции электролита без (фильтров)
Хотя, конечно, без взрывов и ЧП не обошлось и тут. Итак, все по порядку:
Электродом-инструментом стал отрезок медной трубки диаметром 6 мм. К нему сбоку был припаян толстый провод.
Аналогичный провод был подключен к заготовке - стальной шайбе, толщиной 4 мм, находящейся в прозрачной камере с крышкой.
К нижней части камеры присоединен и силиконовый шланг с патрубком для удаления электролита. Но не на самом дне, чтобы наиболее одиозные куски металла не попадали в систему рециркуляции. Ведь именно это стало причиной гибели установок ЭХ-2 и ЭХ-3.
На трубочку - инструмент одели шланг и закрепили ее над заготовкой на шаговом винтовом приводе из конструктора "Кулибин".
Теперь наш инструмент управляется с компьютера и может плавно перемещаться вверх и вниз. Это как раз то, что нужно для нашего эксперимента - вертикального бурения в заготовке отверстия.
Другой конец одетого на инструмент шланга подключен к маленькому центробежному насосу от бытовой кофеварки или чего-то в этом роде.
Своим входным патрубком насос при помощи термоклея закреплен на пластиковой банке. Крышка банки привинчена к каркасу установки, так чтобы саму банку можно было откручивать и сливать накопившийся отстой. На дно банки идет тонкий шланг из рабочей камеры. Поскольку насос, контроллер шаговика и электрод работают от одинакового напряжения, они все были параллельно подключены к клеммам мощного блока питания.
Контроллер 1212 был закреплен на пластиковом кронштейне во избежание случайного замыкания на каркас установки.
Накрываем камеру крышкой. Камера вместе с крышкой представляет собой коробку от конфет.
Разводим в чайнике немного поваренной соли и заполняем систему прохладной водой.
Включаем питание и устремляем электрод к заготовке с максимальной скоростью - 2,5 мм в секунду. Сразу поднимается буря пузырьков, электролит мутнеет.
Очень скоро электрод упирается в заготовку, проскакивает искра и срабатывает система защиты от перегрузки блока питания. Значит, скорость слишком высока. Снизим ее в 10 раз - до 1/4 миллиметра в секунду. Для этого изменим прошивку контроллера, а именно - увеличим задержку между шагами двигателя с 1 до 10 миллисекунд.
При внезапной остановке насоса проявился недостаток расположения отстойного бачка ниже рабочей камеры - электролит потёк оттуда через отверстия в негерметичной крышке бачка. Пришлось поставить внизу чайник с воронкой для сбора электролита.
Итак, загружаем исправленную прошивку, немного отводим электрод и снова запускаем процесс. Электролит стремительно рыжеет.
Через некоторое время, электрод снова упирается в заготовку, и проскочившая при этом искра вызывает громкий взрыв водородной пены.
Массированному выделению водорода при работе установки я как-то не придал большого значения. Больше опасений вызывал в домашних условиях хлор, но напрасно - существенного запаха хлора не было, по-видимому, он полностью реагировал с окисляемым железом.
Click to viewКак избежать скопления водорода в рабочей зоне? Попробуем поставить небольшой вентилятор, запитав его все от того же блока питания. Продувая воздух через рабочую камеру он должен предохранить ее от накопления больших количеств водорода.
Уменьшим скорость еще в 10 раз - до 1/40 миллиметра в секунду. При этом выясняется, что компьютер перестал видеть контроллер. Неужели он сгорел? Нет, оказывается, при выключенном блоке питания, вентилятор пытается забрать слишком большой ток через цепь питания контроллера и USB порт воспринимает его как замыкание. Приходится на время перепрограммирования контроллера включать ненадолго БП. По-хорошему, выходит, нужно раздельное питание контроллера и электрода, или хотя бы разделительный диод.
Электролит становится из рыжего коричневым.
Через недолгое время снова случается замыкание. Однако, отведя электрод повыше и промыв заготовку водой из чайника мы наблюдаем что какое-то углубление там все-таки есть!
Снова уменьшаем скорость. На этот раз - до 1/400 мм или 2,5 микрон в секунду. Электролит становится черным.
Вскоре даже свет мощного фонаря ничуть не проникает через толщу электролита.
А прозрачный силиконовый шланг стал внешне неотличим от черного провода. При этом и шланг, и банка стали горячими.
Прошло около получаса и шаговый двигатель, выполнивший запрограммированное смещение электрода на 4 миллиметра, остановился. Подняв его вверх, мы видим, что отверстие все-таки получилось!
Протерев электрод салфеткой, мы видим, что он по-видимому ничуть не изменился, не считая подплавившегося при касании заготовки края.
Также по-видимому не протравился ни держатель заготовки, ни идущий к нему провод. Это говорит о том, что (в отличие от установки ЭХ-1), прокачивание электролита через малый межэлектродный зазор позволяет локализовать процесс травления в определенном месте.
Поскольку электрод был трубчатым, было интересно, протравил он заготовку сплошным кругом или кольцом. В последнем случае где-то в рабочей камере должен валяться цилиндрик диаметром миллиметра два. Ни визуально, и магнитом его не удалось найти, из чего сделан вывод, что он полностью или почти полностью стравился.
Промыв заготовку мы обнаруживаем у отверстия заметную конусность.
С обратной стороны отверстие выглядит гораздо более аккуратно.
Диаметр его составляет 8 мм, что на 1 мм шире, чем размер электрода.
Диаметр широкой части составляет в среднем 12 мм. Таким образом, угол наклона стенок к вертикали составляет arctg((6-4)/4), т.е. около 26о.
Работа установки ЭХ-5, как и всех предыдущих завершилась ЧП. Разогретый электролит размягчил стенки тонкой пластиковой банки, особенно в месте е крепления к крышке (которое и так не было слишком прочным). Неосторожное касание этой банки вызвало ее падение. Густая черная жидкость залила стол, пол и чудом протекла мимо компьютера.
Стало видно, что эта жидкость не однородна, а состоит из прозрачной основы и мельчайших черных крупиц. Стало интересно посмотреть, как они станут реагировать на магнитное поле. При поднесении мощного магнита частицы стали тихонько сбегаться и облеплять его.
Тогда я собрал остатки черной материи в чашку и поставил ее на магнит. Частицы быстро собрались внизу, так что большую часть воды можно было слить. Затем, исходя из своих представлений о том, какой должна быть ферромагнитная жидкость, я добавил туда немного "Фейри" и подсолнечного масла. Получилась черная маслянистая жижа, обладающая не очень ярко выраженными, но все же магнитными свойствами.
Итак, можно сделать выводы из сегодняшнего эксперимента:
- Много ампер - это хорошо. Они дают реальную производительность. Больше ампер, хороших и разных!
- Нужна все-таки обратная связь по току. Наверняка, можно было бы двигать электрод и быстрее, если бы он был способен притормаживать в случае угрозы касания.
- Желателен более мощный насос.
- Важно удалять водород из рабочей камеры, чтобы не допускать взрывов.
- Конструкция отстойника должны быть надежной, защищенной от вытекания через край и опрокидывания.
- Необходимо индивидуальное включение-выключение устройств, лучше по программе, а не как сейчас - все вместе одной кнопкой.
- Хорошо бы уметь определять что материал прорезан, чтобы установка не продолжала работать вхолостую.
- Электрод может быть и более тонким
- Возможно, когда-нибудь потребуется охладжение электролита.
- Можно улучшить работу отстойника, разместив в нем магнитные ловушки
- Объемная скорость травления: 0,08 мм3 в секунду.
- Конусность стенки отверстия: 26о от вертикали
- Время наработки на отказ: 0,5 часа
- Максимальная достигнутая глубина сквозного травления по стали: 4 мм
- Среднее отклонение отверстия от формы инструмента: 2 мм
- Максимальное отклонение отверстия от формы инструмента: 3 мм