Ім'я файлу: ДОПОВІДЬ ДО КУРСОВОЇ.docx
Розширення: docx
Розмір: 27кб.
Дата: 06.06.2021
Пов'язані файли:
46211-1608289929-chiselni-metodi (1).docx

Темою нашої курсової роботи є електрохімічна обробка матеріалів.

Вступ: У сучасному машинобудуванні виникають технологічні проблеми, пов'язані з обробкою нових матеріалів і сплавів, їх форми й загального стану поверхневого шару яких важко давалися відомими механічними методами. До таких проблем належить обробка поверхонь тонких матеріалів. Наприклад при сильному збільшенні здаються тупими і лезо бритви, і кінчик швейної голки, і навіть межі піщинки. У всіх вістрі закінчується сферою з радіусом близько тисячної частки міліметра. З десятків тисяч атомів утворюється ця сфера, і зняти зайвий шар атомів вручну просто неможливо. Також, одною з таких проблем є заточування голок для тунельного мікроскопу. Голки для тунельного мікроскопа в даний час виготовляються вручну методом електрохімічного травлення. Недоліками ручного виробництва є неможливість отримувати стабільні характеристики голок, голки з наперед заданими властивостями і екстремальними геометричними параметрами. Спроби автоматизувати процес виробництва голок поки виявлялися безуспішними. Складність завдання полягає в тому, що про хід процесу травлення можна судити тільки за величиною струму, що протікає через голку. Ця залежність виявляється нелінійної і неоднозначною, і тому не дозволяє обійтися лінійними регуляторами. Таким чином, побудова автоматичного управління процесом вимагає математичного моделювання процесу і його аналітичне дослідження, а оптимізація процесів залишається актуальною.

Метою курсової роботи є знаходження таких способів управління, які або враховують неоднозначність залежності струму від параметрів процесу, або не залежать від неї [5], розробка діючої моделі та апробація її у роботі.

Об’єктом дослідження обрана електрохімічна взаємодія речовин у постійному або періодично змінному електричних полях.

Предметом дослідження є відпрацювання параметрів обробки матеріалів в процесі їх електрохімічної взаємодії. Як приклад, необхідно дослідити зміну гостроти вістря звичайної голки при її тривалій експлуатації та після електрохімічної обробки.

Практична цінність роботи полягає у створенні та налагодженні роботи пристрою для обробки поверхонь металевих виробів.

Новизною роботи є те, що у лабораторіях кафедри аналогічний пристрій відсутній і виникла потреба у його розробці.

Розділ 1:Методи обробки матеріалів

1.1 Сучасні методи обробки

До сучасних методів обробки матеріалів відносять такі методи:

1. електрофізичні та електрохімічні;

2. термічні та хіміко-термічні;

3. метод обробки без зняття стружки.

Розглянемо їх трішки детальніше.

1.1.1 Електрофізичні та електрохімічні методи обробки

Електрофізичні і електрохімічні методи обробки, загальна назва методів обробки конструкційних матеріалів безпосередньо електричним струмом, електролізом і їх поєднанням з механічною дією. У електрофізичні і електрохімічні методи обробки включають також методи ультразвукові, плазмові і ряд інших методів. [8]

Електрофізичні і електрохімічні методи обробки вельми всілякі і умовно їх можна розділити на електрофізичні (електроерозійні, електромеханічні, променеві), електрохімічні і комбіновані. [4]

1.1.2 Термічні та хіміко-термічні методи обробки

Цю обробку застосовують для зміни фізико-механічних та фізико-хімічних властивостей металів, що визначають технологічні та експлуатаційні характеристики деталей. При термічній обробці відбуваються структурні та фазові зміни, а також зміни напруженого стану металу. Основні види термічної обробки – відпал, нормалізація, гартування та відпуск, покращення та старіння. До хіміко-термічної обробки відносяться: цементація (навуглецювання), азотування, ціанування, алітування, хромування, силіціювання та сульфатування.

Очистку деталей після термічної обробки проводять травленням в розчинах кислот з подальшим промиванням, електрохімічним травленням, обдуванням на дробоструменевих пристроях для видалення окалини, промиванням в мийних баках чи машинах для видалення масла, солей та інших забруднень.

1.1.3 Метод обробки без зняття стружки

Цей метод обробки заготовок полягає в пластичній деформації матеріалу без утворення стружки. Пластичній деформації підлягають значні об’єми матеріалу заготовки чи її поверхневі шари. В першому випадку відбувається формоутворення нових елементів заготовки (різьб, зубчастих поверхонь, шліців, рифлень), у другому випадку відбувається обробка поверхонь шляхом згладжування нерівностей та зміцнення поверхневого шару заготовки. [1]

Обробку поверхонь проводять накаткою зовнішніх поверхонь ущільнюючими роликами (чи кульками), розкочування циліндричних отворів роликовими чи кульковими розкатками, дорнуванням отворів, калібрування отворів кульками чи оправками, алмазним вигладжуванням поверхонь обертання. Ці методи продуктивні і забезпечують високу якість поверхні; обробка проводиться на універсальному устаткуванні та легко автоматизується. Їй передує чистова обробка (чистове точіння та розточування, попереднє розгортання). [1]

1.2 Електрохімічні методи обробки

Тепер розглянемо більш детальніше методи електрохімічної обробки матеріалів.

Методи електрохімічної обробки матеріалів засновані на хімічних процесах, що виникають у результаті проходження електричного струму через ланцюг, утворений провідниками (електродами) і рідиною ,що знаходиться між ними (електролітом). [6]

Електрохімічні методи обробки засновані на законах анодного розчинення при електролізі. При проходженні постійного електричного струму через електроліт на поверхні заготовки, включеної в електричний ланцюг і яка є анодом, відбуваються хімічні реакції і поверхневий шар металу перетворюється в хімічну сполуку. [3]

Електрохімічне розчинення металів включає в себе дві основні групи процесів: примусове розчинення за рахунок зовнішнього струму (Анодне розчинення) і мимовільне розчинення в результаті хімічного взаємодії з навколишнім середовищем (корозійне руйнування). [3]

Особливості електрохімічної розмірної обробки: [9]

• продуктивність обробки досягає 50 000 мм3/хв. і вище;

• чистота обробленої поверхні звичайно знаходиться в межах 2.5...0.63;

• відсутність електрода інструмента;

• із збільшенням продуктивності підвищуються чистота поверхні і точність обробки;

• необхідність очищення електроліту;

• необхідність видалення водню з робочої камери ( при видаленні 1 кг сталі виділяється біля 0.5м3 водню);

• висока енергоємність процесу (1000 а.ч на 1 кг знятого металу).

За технологічними можливостями електрохімічні методи обробки поділяють на поверхневі і розмірні.

1.2.1 Поверхнева електрохімічна обробка

Практичне використання електрохімічних методів почалося з 30-х рр. 19 ст (гальваностегія і гальванопластика). Перший патент на електролітичне полірування був виданий в 1910 Е. І. Шпітальському. Суть методу полягає в тому, що під дією електричного струму в електроліті відбувається розчинення матеріалу анода (анодне розчинення), причому найшвидше розчиняються виступаючі частини поверхні, що приводить до її вирівнювання. При цьому матеріал знімається зі всієї поверхні, на відміну від механічного полірування, де знімаються лише найбільш виступаючі частини. Електролітичне полірування дозволяє отримати поверхні вельми малої шорсткості. Важлива відмінність від механічного полірування — відсутність яких-небудь змін в структурі оброблюваного матеріалу. [11]

1.2.2 Розмірна електрохімічна обробка

До цих методів обробки відносять анодно-гідравлічну і анодно-механічну обробку.

Анодно-гідравлічна обробка вперше була застосована в Радянському Союзі в кінці 20-х рр. для витягання із заготівки залишків застряглого зламаного інструменту. Швидкість анодного розчинення залежить від відстані між електродами: чим воно менше, тим інтенсивніше відбувається розчинення. Тому при зближенні електродів поверхня анода (заготівка) в точності повторюватиме поверхню катода (інструменту). Проте процесу розчинення заважають продукти електролізу, обробки, що скупчуються в зоні, і виснаження електроліту. Видалення продуктів розчинення і оновлення електроліту здійснюються або механічним способом (анодно-механічна обробка), або прокачуванням електроліту через зону обробки.

Для розмірної електрохімічної обробки використовують нейтральні електроліти, такі як розчини солей NaCl, NaNO3, Na2SO4.

Для нашої курсової було обрано кухонну сіль, тобто NaCl

1.3 Застосування електрохімічної обробки для заточування голки тунельного мікроскопу


Рис. 1.1.

У тунельної мікроскопії використовуються голки з надмалим радіусом заокруглення кінця (до 1 нанометра і менше). Такі голки можна отримати в процесі електрохімічного травлення тонкого дроту (діаметром 0,2 - 0,3 мм) з повільно окислюються металів (наприклад, вольфраму). Найбільше поширення отримав процес електрохімічної заточування дроту в розчині. Він відбувається наступним чином.

Тонка дріт поміщається в розчин їдкого натрію і подається напруга між електродом і дротом. Поступово дріт стоншується і на своєму кінці набуває форму голки. [5] Цей процес зазвичай використовується для підтравлювання дроту з метою зменшення її діаметра та отримання більш тонкої голки в першому процесі. Разом з тим, видається можливим отримання голки з надмалим закругленням.

Розділ 2. Використання електрохімічної обробки для заточування голок тунельного ефекту

2.1 Опис приладу


Мал. 2.1.

Для демонстрації заточування голки за допомогою явища електролізу складають електричне коло за схемою, поданою на малюнку 2.1. [10]

1 – електролітична ванна;

2 – розчин NaCl;

3 – катод);

4 – голкотримач;

5 – анод;

А – амперметр;

К – ключ.

В якості електролітичної ванни, в нас була звичайна пластикова посудина з 5-відсотковим розчином NaCl. Катодом в нас виступав мідний електрод, а анодом – голка. Джерелом струму в нас виступав випрямляч напруги ВС-24.

2.2 Заточування голки явищем електролізу


Ми зібрали установку, схема якої зображена на мал. 2.1. Вигляд нашої установки зображений на мал. 2.2. і мал. 2.3.

Для кращого заточування голки потрібно, щоб на катоді іони натрію осідали так, щоб утворювався щільний шар. А для утворення щільного шару слід користуватися таким струмом, який не перевищує 0,05А на 1см2 поверхні катоду. В нашому випадку потрібно використовувати струм, силою приблизно в 1А.

Оскільки у нашій електролітичній ванні 5% NaCl, то при проходженні струму іони Na+ рухаються до нашого мідного електроду, а іони Cl- – до голки, вириваючи іони з її металу. Оскільки в голці, на кінчику (бо ми запихаємо в електроліт не усю голку, а лише її кінчик) залишається менше іонів, то і товщина голки зменшується. І в сфері на кінчику голки, яку видно під мікроскопом, зменшується діаметр до тих пір, поки його зовсім стає не видно.

Та до повного заточення ми не дійшли, бо в такому випадку потрібно було б чекати досить довгий час. А, оскільки в нас часу було не так-то й багато, то заточення голки було не досить серйозним.

Для заточення голок електрохімічною обробкою ми витратили приблизно 30 хв. А для точнішого результату заточення ми проводили експеримент три рази. Результат заточення голки протягом приблизно 30 хв показано на мал. 2.3.

ВИСНОВОК

Працюючи над даною курсовою роботою, ми дійшли таких висновків:

  1. Існує багато методів обробки матеріалів, та для більш кращої обробки, тобто обробки порядку мікронів, використовують зазвичай електрофізичні та електрохімічні методи.

  2. Будь-яка «гостра» необроблена річ (голка, бритва) під мікроскопом є не досить загостреною, а на її кінці розташована сфера з деяким радіусом.

  3. Одним з методів заточення голки є метод розмірної електрохімічної обробки, в якому використовується таке явище, як електроліз. Це означає, що при проходженні струму, відбувається заточення голки за допомогою іонів.

  4. Заточення голки, використовуючи електролітичну ванну з 5% кухонною сіллю NaCl та струм із силою 1А, досить непогано видно, витративши на нього 30 хв.

скачати

© Усі права захищені
написати до нас