RU2465993C2 - METHOD OF ELECTROMACHINING SOLID WC-Co ALLOYS - Google Patents
METHOD OF ELECTROMACHINING SOLID WC-Co ALLOYS Download PDFInfo
- Publication number
- RU2465993C2 RU2465993C2 RU2011103433/02A RU2011103433A RU2465993C2 RU 2465993 C2 RU2465993 C2 RU 2465993C2 RU 2011103433/02 A RU2011103433/02 A RU 2011103433/02A RU 2011103433 A RU2011103433 A RU 2011103433A RU 2465993 C2 RU2465993 C2 RU 2465993C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulses
- electrolyte
- voltage
- mep
- polarity
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 40
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 39
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 31
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 13
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical class [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- FDMQDKQUTRLUBU-UHFFFAOYSA-N n-[3-[2-[4-(4-methylpiperazin-1-yl)anilino]thieno[3,2-d]pyrimidin-4-yl]oxyphenyl]prop-2-enamide Chemical compound C1CN(C)CCN1C(C=C1)=CC=C1NC1=NC(OC=2C=C(NC(=O)C=C)C=CC=2)=C(SC=C2)C2=N1 FDMQDKQUTRLUBU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229950000778 olmutinib Drugs 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области импульсной электрохимической обработки (ЭХО) токопроводящих материалов. В частности, предлагаемое изобретение может быть использовано для выполнения различных копировально-прошивочных операций при изготовлении сложно-фасонных поверхностей деталей машин и инструментов из твердых WC-Co сплавов (на основе карбида вольфрама и кобальтовой связки).The invention relates to the field of pulsed electrochemical processing (ECHO) of conductive materials. In particular, the present invention can be used to perform various copy-stitching operations in the manufacture of complex-shaped surfaces of machine parts and tools from solid WC-Co alloys (based on tungsten carbide and cobalt binder).
Известен способ импульсной электрохимической обработки токопроводящих деталей из сплавов и композиционных материалов, содержащих компоненты с существенно различными электрохимическими свойствами, где изменяют соотношение параметров импульсов прямой и обратной полярности для обеспечения определенного соотношения скоростей анодного растворения компонент за счет изменения кислотности прианодного слоя. Обработка осуществляется в изначально нейтральных электролитах на малых межэлектродных зазорах с применением анодных высокочастотных микросекундных импульсов тока, подаваемых пакетами, которые синхронизируют с моментами максимального сближения колеблющегося электрод-инструмента с заготовкой и дополнительных импульсов, подаваемых между пакетами [ЕР 1714725, В23Н 3/02, опубл 25.10.2006].A known method of pulsed electrochemical processing of conductive parts from alloys and composite materials containing components with substantially different electrochemical properties, where the ratio of the parameters of the pulses of direct and reverse polarity is changed to provide a certain ratio of the rates of anode dissolution of the components due to changes in the acidity of the anode layer. Processing is carried out in initially neutral electrolytes at small interelectrode gaps using anode high-frequency microsecond current pulses supplied by packets that synchronize with the moments of maximum approach of the oscillating electrode tool and the workpiece and additional pulses supplied between packets [EP 1714725, B23H 3/02, publ. 10/25/2006].
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- Невозможность контроля фактического изменения показателя рН в межэлектродном пространстве (МЭП) и тем более рН электролита в зоне, прилегающей к поверхности детали. Эффект от применения импульсов прямой и обратной полярности для реального процесса оценивается косвенно по общему интегральному технологическому эффекту - шероховатости поверхности. В связи с чем не представляется возможным объяснить, за счет чего улучшаются показатели шероховатости: за счет изменения показателя кислотности или других причин.- The inability to control the actual changes in the pH in the interelectrode space (MEP) and, moreover, the pH of the electrolyte in the area adjacent to the surface of the part. The effect of the use of pulses of direct and reverse polarity for a real process is estimated indirectly by the total integral technological effect - surface roughness. In this connection, it is not possible to explain why roughness indices are improved: due to a change in the acidity index or other reasons.
- Отсутствуют информативные параметры для оперативного контроля процесса растворения WC-Co твердых сплавов и обеспечения стабильного процесса ЭХО.- There are no informative parameters for the operational control of the process of dissolution of WC-Co hard alloys and ensuring a stable ECHO process.
- Предлагаемый в аналоге способ имеет ограниченные возможности для контроля возникновения и удаления пленок из солей кобальта и вольфраматов на поверхности детали, которые оказывают существенное влияние на процесс растворения WC-Co твердых сплавов и даже полностью блокирующих процесс.- The method proposed in the analogue has limited possibilities for controlling the appearance and removal of films from cobalt salts and tungstates on the surface of the part, which have a significant effect on the dissolution of WC-Co hard alloys and even completely blocking the process.
Известен способ ЭХО биполярными импульсами тока [5833835, МПК В23Н 3/02, опубл 10.11.1998], при котором импульсы прямой полярности чередуются с импульсами обратной полярности. По данному способу ограничивают напряжение импульсов тока обратной полярности из условия отсутствия растворения рабочей поверхности электрода-инструмента. Для этого, в процессе обработки, последовательно уменьшают напряжение каждого импульса обратной полярности в диапазоне от напряжения поляризации, определяемого в момент прекращения подачи импульса тока прямой полярности, до напряжения, при котором начинается электрохимическое растворение рабочей поверхности электрода-инструмента (ЭИ), далее измеряют мгновенное значение напряжения импульса тока прямой полярности в заданной точке, вычисляют разность измеренных мгновенных значений для каждых последующего и предыдущего импульсов прямой полярности и при изменении знака этой разности с минуса на плюс определяют верхнюю границу, а при последующей смене знака с плюса на минус - нижнюю границу напряжения импульсов тока обратной полярности и ведут процесс обработки, удерживая напряжение импульсов тока обратной полярности в этих границах, и завершают процесс обработки импульсом тока обратной полярности.A known method of ECHO by bipolar current pulses [5833835, IPC V23N 3/02, publ. 10.11.1998], in which the pulses of direct polarity alternate with pulses of reverse polarity. According to this method, the voltage pulses of reverse polarity current are limited from the condition that there is no dissolution of the working surface of the electrode-tool. To do this, during processing, the voltage of each pulse of reverse polarity is successively reduced in the range from the polarization voltage determined at the moment the current pulse ceases to be of direct polarity to the voltage at which the electrochemical dissolution of the working surface of the electrode-tool (EI) begins, then measure the instantaneous the voltage pulse value of the current of direct polarity at a given point, calculate the difference between the measured instantaneous values for each subsequent and previous pulses directly polarity and when the sign of this difference is changed from minus to plus, the upper limit is determined, and when the sign changes from plus to minus, the lower boundary of the voltage pulses of reverse polarity current is determined and the processing process is carried out, holding the voltage of reverse polarity current pulses at these boundaries, and complete the process of processing a current pulse with reverse polarity.
Недостатком данного способа являются ограниченные возможности для контроля возникновения и удаления в процессе анодного растворения WC-Co твердых сплавов, блокирующих процесс пленок из солей кобальта и вольфраматов (СоО, Со(ОН)2, WO3, С, CoWO4) на поверхности детали. Также не рассмотрена возможность контроля отклонения химического состава обработанной поверхности от заданного - эталонного, например, за счет изменения соотношения скоростей растворения компонентов и не предусмотрено средств и действия по корректировке химического, в случае его отклонения.The disadvantage of this method is the limited ability to control the occurrence and removal during the anodic dissolution of WC-Co hard alloys blocking the process of films of cobalt salts and tungstates (CoO, Co (OH) 2, WO 3 , C, CoWO 4 ) on the surface of the part. Also, the possibility of controlling the deviation of the chemical composition of the treated surface from a predetermined reference is not considered, for example, by changing the ratio of the dissolution rates of the components and there are no means or actions for adjusting the chemical in case of deviation.
Известен способ электрохимической обработки [RU 2286233, МПК В23Н 3/02, опубл. 27.10.2006] твердых сплавов путем приложения биполярных электрических импульсов между обрабатываемым изделием и электрически проводящим электродом, при этом один и большее число униполярных импульсов напряжения с соответствующей размерной обработке полярностью чередуются с импульсами напряжения противоположной полярности, в то время как между обрабатываемым изделием и электродом-инструментом поддерживается зазор, который заполнен электролитом. Обработка по данному способу включает в себя следующие стадии: измерение первого значения рабочего параметра, который зависит от чистоты фронтальной поверхности электрода-инструмента, осуществление измерение второго значения рабочего параметра в промежутке между униполярными импульсами и осуществление вычисления расхождения между измеренными значениями и приложения по меньшей мере одного импульса противоположной полярности только после того, как измеренное значение становится отличным от нуля.A known method of electrochemical processing [RU 2286233, IPC B23H 3/02, publ. 10.27.2006] hard alloys by applying bipolar electric pulses between the workpiece and the electrically conductive electrode, while one or more unipolar voltage pulses with the corresponding dimensional processing polarity alternate with voltage pulses of the opposite polarity, while between the workpiece and the electrode the tool maintains a gap that is filled with electrolyte. Processing according to this method includes the following stages: measuring the first value of the working parameter, which depends on the cleanliness of the front surface of the electrode-tool, measuring the second value of the working parameter in the interval between unipolar pulses and calculating the difference between the measured values and applying at least one pulse of opposite polarity only after the measured value becomes nonzero.
Данный способ является наиболее близким к заявляемому и принят нами в качестве ближайшего аналога.This method is the closest to the claimed and adopted by us as the closest analogue.
Недостатком данного способа является отсутствие информативных параметров, позволяющих контролировать процесс анодного растворения, в частности, изменение соотношения скоростей растворения компонентов и оперативно принимать решения об изменении параметров импульсов. Так, например, при обработке WC-Co твердых сплавов необходимо иметь информационный параметр, позволяющий контролировать возникновение и развитие блокирующей анодной пленки и управляемое оперативное внешнее воздействие, позволяющее разрушить эту пленку.The disadvantage of this method is the lack of informative parameters that allow you to control the process of anodic dissolution, in particular, changing the ratio of the dissolution rates of the components and quickly make decisions about changing the parameters of the pulses. So, for example, when processing WC-Co hard alloys, it is necessary to have an information parameter that allows you to control the occurrence and development of a blocking anode film and a controlled operational external effect that allows you to destroy this film.
Таким образом, известные способы электрохимической обработки не могут обеспечить условия для оперативного контроля обрабатываемой поверхности в части относительного соотношения компонентов (WC и Со), а также определения момента возникновения и устранения блокирующих пленок. Следовательно, при использовании этих способов технологически сложно добиться стабильности процесса и высокой производительности.Thus, the known methods of electrochemical processing cannot provide conditions for the operational control of the treated surface in terms of the relative ratio of components (WC and Co), as well as determining the moment of occurrence and elimination of blocking films. Therefore, when using these methods, it is technologically difficult to achieve process stability and high productivity.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение стабильности и высокой производительности электрохимической обработки токопроводящих WC-Co твердых сплавов, за счет оперативного контроля и разрушения блокирующих процесс растворения анодных пленок.The problem to which the invention is directed, is to ensure stability and high performance of the electrochemical treatment of conductive WC-Co hard alloys, due to operational control and destruction of the anode film blocking the dissolution process.
Поставленная задача решается способом электрохимической обработки твердых WC-Co сплавов путем приложения групп электрических импульсов тока между деталью и электродом-инструментом, при этом подачу импульсов тока синхронизируют с моментами максимального сближения колеблющегося электрода-инструмента с деталью, в то время как между обрабатываемым изделием и электродом-инструментом поддерживается малый межэлектродный зазор, который заполнен электролитом, и включающий в себя стадии измерения и сравнения рабочих параметров, зависящих от состояния поверхности, в котором в отличие от прототипа предварительно измеряют в паузе между группами импульсов тока остаточное напряжение u1, соответствующее чистой анодной поверхности сплава, и принимают его в качестве эталонного параметра, также определяют значение остаточного напряжения u2, соответствующее поверхности, заблокированной анодными пленками, далее ведут процесс обработки, измеряя в паузе между группами импульсов тока остаточное напряжение u3, и в случае, когда u3 менее эталонного u1, замедляют скорость растворения карбида вольфрама и увеличивают скорость растворения кобальта, увеличивая напряжение на МЭП и уменьшая величину логарифмического водородного показателя рН электролита на входе в МЭП, и в случае, когда u3 более эталонного u1, увеличивают скорость растворения карбида вольфрама и уменьшают скорость растворения кобальта, снижая напряжение на МЭП и увеличивая величину логарифмического водородного показателя рН электролита на входе в МЭП, а в случае, когда u3 более u2, подают единичные импульсы тока обратной полярности до тех пор, пока разность между u3 и u1 не станет равной нулю.The problem is solved by the method of electrochemical processing of solid WC-Co alloys by applying groups of electric current pulses between the part and the electrode-tool, while the supply of current pulses is synchronized with the moments of the closest approach of the oscillating electrode-tool to the part, while between the workpiece and the electrode - the tool maintains a small interelectrode gap, which is filled with an electrolyte, and which includes the stages of measuring and comparing the operating parameters depending on the state of the surface, in which, in contrast to the prototype, the residual voltage u1 corresponding to the clean anode surface of the alloy is measured in a pause between groups of current pulses and taken as a reference parameter, the residual voltage u2 corresponding to the surface blocked by the anode films is also determined, then they conduct the processing process by measuring in the pause between groups of current pulses the residual voltage u3, and in the case when u3 is less than the reference u1, the carbide dissolution rate is slowed down tungsten and increase the dissolution rate of cobalt, increasing the voltage on the MEP and decreasing the logarithmic pH of the electrolyte at the entrance to the MEP, and when u3 is more than the reference u1, increase the dissolution rate of tungsten carbide and decrease the dissolution rate of cobalt, decreasing the voltage on the MEP and increasing the value of the logarithmic pH of the electrolyte at the entrance to the MEP, and in the case when u3 is greater than u2, single pulses of reverse polarity current are applied until the difference between u3 and u1 will not be equal to zero.
Величину логарифмического водородного показателя рН электролита на входе в МЭП корректируют путем использования католитной или аналитной составляющей электролизера, расположенного на входе в межэлектродный промежуток.The value of the logarithmic pH of the electrolyte at the entrance to the MEP is adjusted by using the catholytic or analytic component of the electrolyzer located at the entrance to the interelectrode gap.
В качестве электролита, обеспечивающего одновременное растворение компонент и минимальное образование блокирующих пленок, в зависимости от химического состава сплава и величины зерна используют:As an electrolyte providing simultaneous dissolution of the components and minimal formation of blocking films, depending on the chemical composition of the alloy and the grain size, use:
для WC-Co твердых сплавов с большим содержанием кобальта 15-25% и величиной зерна WC более 1,5 мкм - состав 3-5% NaOH + 8-10% NaNO3 при температуре 20…25°С;for WC-Co hard alloys with a high cobalt content of 15-25% and a WC grain size of more than 1.5 μm, the composition is 3-5% NaOH + 8-10% NaNO 3 at a temperature of 20 ... 25 ° C;
для WC-Со твердых сплавов с малым содержанием кобальта 5-15% и величиной зерна WC более 1,5 мкм - состав 3-5% NaOH+10-20% NaNO3, при температуре 45…50°С;for WC-Co hard alloys with a low cobalt content of 5-15% and a WC grain size of more than 1.5 μm, the composition is 3-5% NaOH + 10-20% NaNO 3 , at a temperature of 45 ... 50 ° C;
для WC-Со твердых сплавов с большим содержанием кобальта 15-25% и величиной зерна WC менее 0,7 мкм - состав 5-10% NaOH+10-15%-NaNO3 при температуре 20…25°С;for WC-Co hard alloys with a high cobalt content of 15-25% and a WC grain size of less than 0.7 μm, the composition is 5-10% NaOH + 10-15% -NaNO 3 at a temperature of 20 ... 25 ° C;
для WC-Со твердых сплавов с малым содержанием кобальта 5-15% и величиной зерна WC менее 0,7 мкм - состав 10-15% NaOH+10-15% NaNO3 при температуре 40…45°С.for WC-Co hard alloys with a low cobalt content of 5-15% and a WC grain size of less than 0.7 μm, the composition is 10-15% NaOH + 10-15% NaNO 3 at a temperature of 40 ... 45 ° С.
При этом используется следующая рабочая область параметров режимов обработки:The following working area of the processing mode parameters is used:
амплитуда напряжения импульсов прямой полярности - 14…28 В;the voltage amplitude of the pulses of direct polarity is 14 ... 28 V;
длительность импульсов прямой полярности - 50…100 мкс;the duration of the pulses of direct polarity is 50 ... 100 μs;
число импульсов прямой полярности в группе - 5…20;the number of pulses of direct polarity in the group is 5 ... 20;
амплитуда напряжения импульсов обратной полярности - 2…5 В;the voltage amplitude of the pulses of reverse polarity is 2 ... 5 V;
длительность импульсов обратной полярности - 2…18 мс;pulse width of reverse polarity - 2 ... 18 ms;
давление электролита на входе в МЭП - 50…300 кПа;the pressure of the electrolyte at the entrance to the MEP is 50 ... 300 kPa;
частота вибрации - 10-100 Гц.vibration frequency - 10-100 Hz.
Импульс тока обратной полярности подают в фазе максимального сближения электрода-инструмента и детали сразу после подачи импульсов тока прямой полярности.The reverse polarity current pulse is supplied in the phase of maximum approximation of the electrode-tool and the part immediately after the supply of direct polarity current pulses.
Импульс тока обратной полярности подают в фазе максимального сближения электрода-инструмента и детали в следующем периоде после подачи импульсов тока прямой полярности.The reverse polarity current pulse is supplied in the phase of maximum approximation of the electrode-tool and the part in the next period after the supply of direct current polarity pulses.
Предлагаемый способ электрохимической обработки позволяет при обработке деталей из WC-Со твердых сплавов оперативно определять возникновение блокирующих анодных пленок из солей кобальта и вольфраматов (СоО, Со(ОН)2, WO3, С, CoWO4) и разрушать их, обеспечивая стабильный и высокопроизводительный процесс ЭХО и поддерживая за счет регулирования свойств электролита на входе в МЭП и параметров режима обработки.The proposed method of electrochemical processing allows the processing of parts from WC-Co hard alloys to quickly determine the occurrence of blocking anode films of cobalt and tungstate salts (CoO, Co (OH) 2, WO 3 , C, CoWO 4 ) and destroy them, ensuring stable and high-performance ECHO process and supporting by controlling the properties of the electrolyte at the entrance to the MEP and the parameters of the processing mode.
Сущность способа состоит в следующем.The essence of the method is as follows.
В промышленности наиболее распространены твердые сплавы типа WC-Co с содержанием кобальта в диапазоне от 12 до 25% и величины зерна карбида вольфрама - от 0,2 до 4 мкм.In industry, WC-Co-type hard alloys with a cobalt content in the range from 12 to 25% and tungsten carbide grain sizes from 0.2 to 4 μm are most common.
Электрохимическое анодное поведение твердых сплавов типа WC-Co существенно изменяется с изменением процентного содержания кобальтовой связки и с изменением величины зерна.The electrochemical anode behavior of WC-Co type hard alloys changes significantly with a change in the percentage of cobalt binder and with a change in grain size.
На основании результатов поляризационных исследований, исследований выходов по току и объемных скоростей растворения установлено, что при электрохимическом растворении твердых сплавов на анодной поверхности образуются блокирующие пленки из солей кобальта и вольфраматов (СоО, Со(ОН)2, WO3, С, CoWO4), препятствующие анодному растворению всего сплава.Based on the results of polarization studies, studies of current efficiency and volumetric dissolution rates, it was found that during the electrochemical dissolution of hard alloys, blocking films of cobalt and tungstate salts (CoO, Co (OH) 2 , WO 3 , C, CoWO 4 ) are formed on the anode surface , preventing the anodic dissolution of the entire alloy.
Известно, что образующиеся на катоде пузырьки водорода обладают мощным механическим воздействием, способным разрушить блокирующие поверхность солевые пленки [Удаление катодных отложений при импульсной электрохимической обработке/Амирханова Н.А., Гимаев Н.Э., Зайцев А.Н. и др.//Технология металлов, 2001, №7, с.25-31].It is known that hydrogen bubbles formed on the cathode have a powerful mechanical effect that can destroy salt-blocking surface films [Removing cathode deposits during pulsed electrochemical processing / Amirkhanova N.A., Gimaev N.E., Zaitsev A.N. and others // Technology of metals, 2001, No. 7, p.25-31].
Электрохимическими и химическими исследованиями показано, что электрохимическая обработка твердых сплавов происходит селективно как в растворах нитрата натрия, так и в щелочи. В растворе 8% NaNO3 преимущественно ионизируется кобальт из кобальтовой связки, поэтому следует ожидать накопления вольфрама в поверхностном слое. В растворах щелочи в поверхностном слое следует ожидать накопления кобальта, который в щелочи пассивируется с образованием оксидов и основных солей кобальта.Electrochemical and chemical studies have shown that the electrochemical treatment of hard alloys occurs selectively both in sodium nitrate solutions and in alkali. In a solution of 8% NaNO 3, cobalt from a cobalt bond is mainly ionized; therefore, tungsten accumulation in the surface layer should be expected. In alkali solutions in the surface layer, one should expect the accumulation of cobalt, which is passivated in alkali with the formation of oxides and basic salts of cobalt.
При сочетании ионов, обеспечивающих ионизацию как кобальта, так и вольфрама, в комбинированных электролитах на основе водных растворов NaNO3 и небольших процентных долей NaOH можно добиться соизмеримых скоростей ионизации кобальта и вольфрама. В частности, регулирование соотношения скоростей растворения компонентов можно добиться путем регулирования рН раствора на входе в МЭП.With a combination of ions that provide ionization of both cobalt and tungsten, in combined electrolytes based on aqueous NaNO 3 solutions and small percentages of NaOH, comparable rates of cobalt and tungsten ionization can be achieved. In particular, the regulation of the ratio of the rates of dissolution of the components can be achieved by adjusting the pH of the solution at the entrance to the MEP.
Известно также, что появление на поверхности электрода различного рода пленок и отложений изменяет остаточную поляризацию (остаточное напряжение на МЭП после прекращения импульса тока) поверхности [Зайцев А.Н., Житников В.П., Идрисов Т.Р. и др. Высокоскоростное анодное растворение в условиях нестационарности электродных потенциалов. - Уфа: Гилем, 2005. - С.180-185], также остаточная поляризация зависит от химического состава поверхности.It is also known that the appearance of various films and deposits on the electrode surface changes the residual polarization (residual voltage on the MEP after the current pulse ceases) on the surface [Zaitsev AN, Zhitnikov VP, Idrisov TR et al. High-speed anodic dissolution under conditions of non-stationary electrode potentials. - Ufa: Gilem, 2005. - P.180-185], also the residual polarization depends on the chemical composition of the surface.
Таким образом, при обработке твердых WC-Co сплавов согласно предложенному способу, измеряя остаточную поляризацию, появляется возможность вести процесс в стабильном режиме, сравнивая ее с эталонным значением чистой поверхности, а также определять появление на поверхности анода блокирующей пленки, которую можно разрушить пузырьками водорода, подавая единичные импульсы обратной полярности.Thus, when processing solid WC-Co alloys according to the proposed method, by measuring the residual polarization, it becomes possible to conduct the process in a stable mode, comparing it with the reference value of the clean surface, and also to determine the appearance of a blocking film on the anode surface that can be destroyed by hydrogen bubbles, giving single pulses of reverse polarity.
Составы электролитов выбирают исходя из состава обрабатываемого сплава:The electrolyte compositions are selected based on the composition of the alloy being processed:
для WC-Co твердых сплавов с большим содержанием кобальта 15-25% и величиной зерна WC более 1,5 мкм могут быть рекомендованы электролиты состава 3-5% NaOH+8-10% NaNO3,for WC-Co hard alloys with a high cobalt content of 15-25% and a WC grain size of more than 1.5 μm, electrolytes of the composition 3-5% NaOH + 8-10% NaNO 3 can be recommended,
для WC-Co твердых сплавов с малым содержанием кобальта 5-15% и величиной зерна WC более 1,5 мкм могут быть рекомендованы электролиты состава 3-5% NaOH+10-20% NaNO3,for WC-Co hard alloys with a low cobalt content of 5-15% and a WC grain size of more than 1.5 μm, electrolytes of the composition 3-5% NaOH + 10-20% NaNO 3 can be recommended,
для WC-Co твердых сплавов с большим содержанием кобальта 15-25% и величиной зерна WC менее 0,7 мкм могут быть рекомендованы электролиты состава 5-10% NaOH+10-15% NaNO3,for WC-Co hard alloys with a high cobalt content of 15-25% and a WC grain size of less than 0.7 μm, electrolytes of the composition 5-10% NaOH + 10-15% NaNO 3 can be recommended,
для WC-Co твердых сплавов с малым содержанием кобальта 5-15% и величиной зерна WC менее 0,7 мкм могут быть рекомендованы электролиты состава 10-15% NaOH+10-15% NaNO3.For WC-Co hard alloys with a low cobalt content of 5-15% and a WC grain size of less than 0.7 μm, electrolytes of the composition 10-15% NaOH + 10-15% NaNO 3 can be recommended.
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми рисунками, подтверждающими возможность его осуществления, на которых изображены:In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, confirming the possibility of its implementation, which depict:
Фиг.1 Заготовка и образец детали из WC-Co твердого сплава,Figure 1 Harvesting and sample details of WC-Co carbide,
Фиг.2 Схема подачи импульсов.Figure 2 The pulse supply circuit.
Пример конкретной реализацииConcrete implementation example
Предлагаемый способ электрохимической обработки реализован на модернизированном копировально-прошивочном станке модели ЕТ500. Электрод-инструмент выполнен из материала 12Х18Н10Т, а обрабатываемая заготовка из WC-Co сплава, содержащего 8% кобальта.The proposed method of electrochemical processing is implemented on a modernized copy-firmware machine model ET500. The electrode tool is made of 12X18H10T material, and the workpiece is made of WC-Co alloy containing 8% cobalt.
В оптимальных условиях обработки, при поддержании режима, когда измеренное значение остаточного напряжения в паузе между группами импульсов прямой полярности поддерживалось равным эталонному значению, при изготовлении детали с углублением шестигранной формы (Фиг.1) из WC-Co твердого сплава, содержащего 8% кобальта с величиной зерна 1…4 мкм в электролите на основе водного раствора 8%NaNO3+0,5%NOH с изменением показателя рН на входе в МЭП, была обеспечена линейная производительность электрохимической обработки, равная 50 мкм/мин.Under optimal processing conditions, while maintaining the mode when the measured value of the residual voltage in the pause between groups of pulses of direct polarity was maintained equal to the reference value, in the manufacture of a part with a hexagonal recess (Figure 1) from WC-Co carbide containing 8% cobalt with a grain size of 1 ... 4 μm in an electrolyte based on an aqueous solution of 8% NaNO 3 + 0.5% NOH with a change in pH at the entrance to the MEP, a linear electrochemical processing capacity of 50 μm / min was ensured.
При этом до начала обработки после установки межэлектродного зазора S и подачи электролита в МЭП подавались группы импульсов прямой полярности и фиксировалось значение остаточной поляризации в паузе между группами импульсов. Это значение являлось параметром u1 на осциллограмме напряжения (Фиг.2). Далее создавались условия блокирования обрабатываемой поверхности анодными пленками (за счет повышения длительности импульсов), при этом подача электрода-инструмента останавливалась. Измерялось значение остаточной поляризации в паузе между группами импульсов, это значение записывалось как параметр u2 (Фиг.2). После формирования эталонных параметров устанавливалась новая заготовка из того же материала либо выполнялась очистка поверхности от блокирующей пленки. Для этого фаза подачи групп импульсов прямой полярности смещалась в область до фазы наибольшего сближения ЭИ и заготовки, где подавались единичные импульсы обратной полярности. Далее вели процесс обработки, измеряя в паузе между группами импульсов остаточные напряжения u3, и в случае, когда u3 было менее эталонного u1, замедляли скорость растворения карбида вольфрама и увеличивали скорость растворения кобальта, уменьшая величину логарифмического водородного показателя рН электролита на входе в МЭП, и в случае, когда u3 становилось более эталонного u1, увеличивали скорость растворения карбида вольфрама и уменьшали скорость растворения кобальта, увеличивая величину логарифмического водородного показателя рН электролита на входе в МЭП, а в случае, когда u3 становилось более u2, подавали единичные импульсы обратной полярности до тех пор, пока разность между u3 и u1 не становилась равной нулю.In this case, before the start of processing, after the interelectrode gap S was set and the electrolyte was supplied to the MEP, groups of pulses of direct polarity were applied and the value of the residual polarization in the pause between the groups of pulses was recorded. This value was the parameter u1 on the voltage waveform (Figure 2). Next, conditions were created for blocking the treated surface with anode films (by increasing the pulse duration), while the supply of the electrode-tool was stopped. The value of the residual polarization in the pause between groups of pulses was measured, this value was recorded as parameter u2 (Figure 2). After the formation of the reference parameters, a new blank of the same material was installed or the surface was cleaned of a blocking film. For this, the phase of the supply of groups of pulses of direct polarity was shifted to the region up to the phase of the closest approach of the EI and the workpiece, where single pulses of reverse polarity were supplied. Then, the processing process was carried out, measuring the residual stresses u3 in a pause between groups of pulses, and in the case where u3 was less than the reference u1, the dissolution rate of tungsten carbide was slowed down and the dissolution rate of cobalt was increased, decreasing the logarithmic pH of the electrolyte at the entrance to the MEP, and when u3 became more than the reference u1, the dissolution rate of tungsten carbide was increased and the dissolution rate of cobalt was decreased, increasing the value of the logarithmic pH Olita inlet IEP, and when it became more u3 u2, fed individual pulses of opposite polarity to until the difference between u3 and u1 becomes equal to zero.
Таким образом, обеспечивался стабильный процесс ЭХО WC-Co твердого сплава с высокой производительностью за счет оперативного контроля возникновения блокирующей анодной пленки и своевременного ее удаления.Thus, a stable process of ECHO WC-Co carbide with a high productivity was ensured due to the operational control of the occurrence of a blocking anode film and its timely removal.
Claims (6)
для WC-Co твердых сплавов с большим содержанием кобальта 15-25% и величиной зерна WC более 1,5 мкм - состав 3-5% NaOH+8-10% NaNO3 при температуре 20…25°С;
для WC-Co твердых сплавов с малым содержанием кобальта 5-15% и величиной зерна WC более 1,5 мкм - состав 3-5% NaOH+10-20% NaNO3 при температуре 45…50°С;
для WC-Co твердых сплавов с большим содержанием кобальта 15-25% и величиной зерна WC менее 0,7 мкм - состав 5-10% NaOH+10-15% NaNO3 при температуре 20…25°С;
для WC-Co твердых сплавов с малым содержанием кобальта 5-15% и величиной зерна WC менее 0,7 мкм - состав 10-15% NaOH+10-15% NaNO3 при температуре 40…45°С.3. The method according to claim 1, characterized in that as an electrolyte that provides simultaneous dissolution of the components and minimal formation of blocking films, depending on the chemical composition of the alloy and the grain size, use:
for WC-Co hard alloys with a high cobalt content of 15-25% and a WC grain size of more than 1.5 μm, the composition is 3-5% NaOH + 8-10% NaNO 3 at a temperature of 20 ... 25 ° C;
for WC-Co hard alloys with a low cobalt content of 5-15% and a WC grain size of more than 1.5 μm, the composition is 3-5% NaOH + 10-20% NaNO 3 at a temperature of 45 ... 50 ° C;
for WC-Co hard alloys with a high cobalt content of 15-25% and a WC grain size of less than 0.7 μm, the composition is 5-10% NaOH + 10-15% NaNO 3 at a temperature of 20 ... 25 ° C;
for WC-Co hard alloys with a low cobalt content of 5-15% and a WC grain size of less than 0.7 μm, the composition is 10-15% NaOH + 10-15% NaNO 3 at a temperature of 40 ... 45 ° С.
амплитуда напряжения импульсов прямой полярности - 14…28 В;
длительность импульсов прямой полярности - 50…100 мкс;
число импульсов в группе - 5…20;
амплитуда напряжения импульсов обратной полярности - 2…5 В;
длительность импульсов обратной полярности - 2…18 мс;
давление электролита на входе в МЭП - 50…300 кПа;
частота вибрации - 10-100 Гц.4. The method according to claim 1, characterized in that use the following working area of the parameters of the processing modes:
the voltage amplitude of the pulses of direct polarity is 14 ... 28 V;
the duration of the pulses of direct polarity is 50 ... 100 μs;
the number of pulses in the group is 5 ... 20;
the voltage amplitude of the pulses of reverse polarity is 2 ... 5 V;
pulse width of reverse polarity - 2 ... 18 ms;
the pressure of the electrolyte at the entrance to the MEP is 50 ... 300 kPa;
vibration frequency - 10-100 Hz.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011103433/02A RU2465993C2 (en) | 2011-01-31 | 2011-01-31 | METHOD OF ELECTROMACHINING SOLID WC-Co ALLOYS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011103433/02A RU2465993C2 (en) | 2011-01-31 | 2011-01-31 | METHOD OF ELECTROMACHINING SOLID WC-Co ALLOYS |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011103433A RU2011103433A (en) | 2012-08-10 |
| RU2465993C2 true RU2465993C2 (en) | 2012-11-10 |
Family
ID=46849252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011103433/02A RU2465993C2 (en) | 2011-01-31 | 2011-01-31 | METHOD OF ELECTROMACHINING SOLID WC-Co ALLOYS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2465993C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5833835A (en) * | 1995-07-18 | 1998-11-10 | U.S. Philips Corporation | Method and apparatus for electrochemical machining by bipolar current pulses |
| RU2281838C2 (en) * | 2002-11-11 | 2006-08-20 | ООО "Компания Новотэч" | Bipolar electrochemical treatment process |
| RU2286233C2 (en) * | 2001-05-08 | 2006-10-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Method of removal of cathode deposits by means of bipolar pulses |
| US7727375B2 (en) * | 2002-05-23 | 2010-06-01 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and an arrangement to determine a running value of the gap during the electrochemical machining |
-
2011
- 2011-01-31 RU RU2011103433/02A patent/RU2465993C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5833835A (en) * | 1995-07-18 | 1998-11-10 | U.S. Philips Corporation | Method and apparatus for electrochemical machining by bipolar current pulses |
| RU2286233C2 (en) * | 2001-05-08 | 2006-10-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Method of removal of cathode deposits by means of bipolar pulses |
| US7727375B2 (en) * | 2002-05-23 | 2010-06-01 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and an arrangement to determine a running value of the gap during the electrochemical machining |
| RU2281838C2 (en) * | 2002-11-11 | 2006-08-20 | ООО "Компания Новотэч" | Bipolar electrochemical treatment process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011103433A (en) | 2012-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ahmed et al. | Electrolytic-dielectrics: a route to zero recast electrical discharge machining | |
| Hasçalık et al. | A comparative study of surface integrity of Ti–6Al–4V alloy machined by EDM and AECG | |
| Fang et al. | Improvement of hole exit accuracy in electrochemical drilling by applying a potential difference between an auxiliary electrode and the anode | |
| EP3359712B1 (en) | Smoothing the surface finish of rough metal articles | |
| RU2465991C2 (en) | Method of pulsed electromachining | |
| EP3953503B1 (en) | Electropolishing method | |
| JPH0419016A (en) | Method and device for electrolytic processing using pulsated current | |
| US10487416B2 (en) | Electrochemical machining employing electrical voltage pulses to drive reduction and oxidation reactions | |
| Wang et al. | Dependency of the pulsed electrochemical machining characteristics of Inconel 718 in NaNO3 solution on the pulse current | |
| EP1392465B1 (en) | Method for a removal of cathode depositions by means of bipolar pulses | |
| Nur et al. | Effect of current and wire speed on surface roughness in the manufacturing of straight gear using wire-cut EDM process | |
| RU2220031C1 (en) | Method for electrochemical treatment of titanium and its alloys | |
| RU2465993C2 (en) | METHOD OF ELECTROMACHINING SOLID WC-Co ALLOYS | |
| EP2237914B1 (en) | Method for machining a metal component | |
| RU2271905C1 (en) | Process for electrochemically treating titanium and its alloys | |
| RU2450897C2 (en) | Method of electrochemical processing of materials | |
| Sun et al. | The applications of CM-ECM technology to metal surface finishing | |
| WO2013089577A1 (en) | Method for the electrochemical machining of materials | |
| Ugrasen et al. | Comparative study of electrode wear estimation in wire EDM using multiple regression analysis and group method data handling technique for EN-8 and EN-19 | |
| Singh et al. | Influence of input parameters on MRR of AISI-316L using tungsten electrode machined by EDM | |
| RU2188103C1 (en) | Method for dimensional electrochemical treatment of titanium alloys | |
| Crichton et al. | Theoretical, experimental and computational aspects of the electrochemical arc machining process | |
| Singh et al. | Effect of continuous and pulse DC on processing time, electrolyte composition and electrolyte concentration of electrochemical honing | |
| Coteaţă et al. | ECDM drilling process analysis via Taguchi method | |
| Ravikumar et al. | Modeling the machining parameters for electro chemical machining of aluminium composites using RSM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140201 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160727 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE Effective date: 20170918 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200201 |