Xử lý gia công bằng điện hóa (Mài, đánh bóng, làm sạch Bavia)

1/ Làm sạch Bavia bằng điện hóa

Làm sạch bavia điện hoá là 1 phương pháp gia công điện hoá trong việc tách kim loại trong các máp hay góc của chi tiết bằng cách hoà tan anod. Sơ đồ bố trí của phương pháp làm sạch bavia điện hoá được trình bày trên hình 4.18. Phương pháp điện hóa rất thích hợp cho việc đánh bavia các chi tiết có hình dáng phức tạp.

1.1/ Các thực hiện

Đánh bavia trong bể điện phân: Cách này giông đánh bóng điện hóa, lợi dụng hiện tường điện trường tập trung ở những cạnh góc, ở đây mật độ điện lớn nhất, như vậy vật liệu được lấy đi nhiều nhất và nhanh nhất nên bavia được lấy đi nhanh chóng. Bavia ở những bề mặt không bị che lấp cũng bị lấy đi nhưng với mức độ nhỏ hơn nhiềuẽ Với Bavia cao từ 0,2 đến 0,3 mm thì có thể tấy hàng loạt, năng suất sao. Ưu điểm nổi bật là có thể tẩy bavia trên bề mặt phức tạp có hình dạng bất kỳ.

Đánh bavia trên thành phẩm: Cách này có năng suất cao hơn 3:4 lần so với cách tẩy bavia trên bề mặt điện phân. Điện cực dùng làm dụng cụ tẩy bavia được nối vào cực âm với hình dáng được cấu tạo sao cho khi đặt nó dọc bavia thì sẽ tạo ra 1 khe hỡ nhỏ. Dung dịch điện phân được phun qua rãnh đó với tấc độ chảy lớn làm mất bavia 1 cách nhanh chóng.

Cách thứ 2 này phức tạp hơn cách thứ nhất, phải sau 34 năm mới thu hối được vốn mua thiết bị. Ớ gần các cạnh đã tẩy bavia thấy có màu sẫm do ở đó có oxít hoá, nhưng tính chất bề mặt không bị ảnh hưởng gì đó không cần thiết phải tẩy đi. Cả hai cách tẩy bavia đều có thể ứng dụng rộng rãi trong sản xuất tự động hoá.

2/ Mài điện hóa là gì?

Mài điện hoá là dạng đặc biệt của phương pháp gia công điện hoá trong đó đá mài quay (catod) là một đĩa mài hình vành khăn dẫn điện có gắn các hạt kim cương, hoặc carbid silic hoặc cô ranh đông, được dùng để tăng cường sự hoà tan của bề mặt kim loại gia công (anod). Vật liệu dùng cho mài điện hoá là oxít nhôm và kim cươngế Vật liệu kết dính hoặc là kim loại (cho hạt mài kim cương) hoặc là nhựa trộn với các hạt kim loại để tạo thành chất dẫn điện (cho oxít nhôm). Các hạt mài nhô ra từ đá mài tiếp xúc với chi tiết gia công hình thành nên khe hở trong mài điện hoá. Tác dụng cọ xát của những hạt mài của đĩa mài ngăn cản quá trình tự kiềm chế của anod. Dòng dung dịch điện phân đi qua khe hở giữa các hạt mài để thực hiện chức năng của nó.

Những hạt mài có hai nhiệm vụ song hành. Một mặt chúng là những hạt cách điện, và quyết định kích thước của khe hở (0,02-0,08 mm), bảo đảm sự lưu thông của dung dịch điện phân và loại trừ khả năng bị ngắn mạch, mặc khác chúng đẩy ra khỏi dung dịch điện phân lượng vật liệu đã bị bóc đi và lớp còn bám trên vật gia công. Điều rất quan trọng là sự lấy phoi là kết quả của quá trình điện hoá, và tác dụng mài bóng ở đây chưa phải là quyết định.

Phương pháp có năng suất cao gấp 2 lần so với phương pháp mài thông thườngế Có hai phương pháp mài bằng điện hóa :

Dùng đá mài dẫn điện.
Dùng đá mài trung tính (không dẫn điện).

Trong trường hợp thứ nhất người ta dùng đá mài dẫn điện. Năng suất gia công của phương pháp có thể đạt 1000 mm3/phút. Độ chính xác của kích thước gia công đạt cấp 2, còn độ bóng bề mặt gia công đạt cấp 7-8, đôi khi cấp 10-12 (khi lượng dư gia công 0,01-0,05 mm). Ưu điểm của phương pháp : có khả năng mài được bất kỳ kim loại nào, không phụ thuộc vào độ cứng hay độ dẻo và không có phóng điện hồ quang hay tia lửa điện. Nhược điểm của phương pháp : mật độ dòng điện lớn đòi hỏi phải có công suất nguồn điện lớn và tiêu hao chất điện phân lớn. Phương pháp này được dùng để mài rãnh thoát phoi trên các dụng cụ hợp kim cứng và mài nhiều loại chi tiết

Hình bên trên là sơ đồ mài điện hoá bằng đá mài trung tính (đá mài không dẫn điện). Chất điện phân chảy qua ống 3 tới bề mặt của chi tiết 2. Đá mài trung tính 1 chỉ có nhiệm vụ tách những hạt nhỏ kim loại tạo ra do phản ứng điện hoá từ bề mặt chi tiếc gia công. Quá trình mài được tiến hành với chế độ sau đây : áp lực riêng của đá ưong khoảng 0,5-5 kG/cm2, mật độ dòng điện 0,5-1,2 a/cm2, tốc độ vòng của đá mài 20-30 m/giây. Độ chính xác của phương pháp đạt cấp 2 và độ bóng bề mặt đạt cấp 8-9. Phương pháp này được dùng chủ yếu để mài mặt ngoài và để mài khuôn lỗ. Phương pháp cũng cổ những ưu, nhược điểm như mài bằng đá dẫn điện, nhưng chi phí đá mài thấp hơn và không đòi hỏi phải có cường độ dòng điện mạnh.

Phương pháp mài bằng điện phân chủ yếu sử dụng để mài sắc hợp kim cứng. Hợp kim cứng là một hỗn hợp không đồng nhất, mà các thành phần có trạng thái khác nhau đối với quá trình điện hoá chất coban hoà tan và cho ra hai electron.

Các loại carbid kim loại (WC, TiC) trước tiên hoà tan thành acid kim loại và chỉ sau đó mới hoà tan từ anod.

Tốc độ hoà tan của ba thành phần chính này khác nhau. Coban hoà tan mạnh nhất, còn TiC thì hoà tan chậm nhất.

Cần có nguồn điện đặc biệt, vì sự dao động của điện áp và dòng điện ảnh hưởng rất lớn đến quá trình mài. Điện áp và cường độ dòng điện không được vượt quá trị sô” cực đại của điện áp và cường độ dòng điện. Như hình dưới đây cho thấy cần phải thay đổi như thế nào các thông số công nghệ khi tăng bề mặt gia công.

2.1/ Đặc điểm chung của phương pháp mài điện hóa

Năng suất cao.
Các thông số về chất lượng của bề mặt được mài : Độ bóng bề mặt khi mài bằng điện phân rất tốt. Độ nhám có thể đạt tới . Hiện tượng điện hoá đóng vai trò chính yếu. Do đó ưên bề mặt gia công không có những đường gân nằm theo hướng tiến của điện cực gia côngể Các hạt trên bề mặt vẫn còn nguyên. Độ bóng rất ít phụ thuộc vào độ lớn của hạt mài.
Các thông số khác của lớp bề mặt giông như ở trường hợp gia công điện hoá. Ớ đây không có tổn hao nhiệt nhiều, cũng không có biến đổi trong cấu trúc tế vi và cũng không thấy có hiện tượng hóa cứng bề mặt cũng như không có ứng suất dư bên trongệ Do không có ứng suất dư, nên điều này rất thuận lợi cho việc gia công hợp kim cứng, có thể ưánh được hiện tượng rạn nứt khi mài.
Đá mòn tương đối nhiều, trung bình khoảng 10:15 % thể tích kim loại bị tách ra khỏi vật gia công.
Mật độ dòng điện trên mặt gia công thấp và do không cò sự tiếp xúc của kim loại với nhau nên ít bị đốt nóng và đốt cháy.
Điện áp thấp.
Độ chính xác về hình dáng hoàn toàn phụ thuộc vào độ chính xác của đĩa mài. Thông thường người ta áp chặt vật gia công vào mặt đầu của đĩa, nhờ có bàn toạ độ mà có thể làm chuyển động vật gia công, và bảo đảm độ chính xác gia công là 0,01 mm.

2.2/ Phạm vi ứng dụng và tính kinh tế

Phương pháp mài bằng điện phân chủ yếu ứng dụng mài sắc các dụng cụ bằng hợp kim cứng, thỉnh thoảng chúng ta thây ứng dụng trong mài mặt đầu, mặt phẳng hoặc mặt bao quanh có vật liệu bằng vật liệu khó cắt gọt. Gần đây người ta đang thử nghiệm thành công việc mài khuôn mặt trụ trong bằng mài điện phân.
Năng suất mài bằng điện phân hợp kim cứng cao hơn nhiều lần so với mài thông thường. Hình sau so sánh giữa mài thông thường mài kim cương và mài điện phân về độ bóng bề mặt và năng suất lấy phoi.

Hình bên trên là ưu thế rõ rệt của mài bằng điện hóa thể hiện trên cả hai phương diện: độ bóng và năng suất

Nó cũng có nhược điểm là thiết bị đắt tiền hơn, tuy nhiên nhìn tổng hợp thì ưu điểm vẫn trội hơn. Đây là phương pháp tiên tiến hàng đầu để mài sắc dụng cụ từ hợp kim cứng rẻ nhất và chất lượng cao nhất.
Sử dụng trong phương pháp mài khôn điện hóa, mact dù giá thành thiết bị cao nhưng phương pháp gia công này nhanh gấp 5 lần phương pháp mài khôn truyền thông, và được sử dụng chủ yếu trong gia công hoàn tất bề mặt trong của xilanh.

3/ Đánh bóng bằng điện hóa

Là phương pháp bổ sung cho gia công điện hóa. Mục đích của đánh bóng điện hóa không phải là lấy phoi mà là đánh bóng bề mặt. Tất nhiến có lấy đi một chút ít nguyên liệu.

Khác với các phương pháp gia công điện hóa khác, ở đây khoảng cách điện cực lớn hơn, hình dáng của vật liệu gia công sẽ không hình thành giông như của điện cực làm dụng cụ gia công, điện cực không chuyển động trong quá trình gia công, mật độ di chuyển của dòng điện thấp hơn và tốc độ di chuyển của chất điện phân thấp hơn nhiều, tốc độ bóc vật liệu cũng giảm.

Trong phương pháp đánh bóng điện hoá vật gia công (anod) và điện cực dương (catod) được nhúng vào dung dịch một cách độc lập nhau. Khi có dòng điện đi qua thì sự hoà tan anod bắt đầu, dòng điện tập trung ở những điểm nhô lên, còn chổ lõm là màn muôi mỏng từ dung dịch điện phân tách ra. Bề mặt gồ ghề dần dần mất đi và trở nên nhẩn bóng và óng ánh (gọi là óng ánh anod). c

Nguyên lý đánh bóng điện hóa: Chi tiết gia công 2 được đặt trong bể chứa chất điện phân 1. Khi nốì nguồn điện 5 với dụng cụ 3 và chi tiết gia công 2, đỉnh và đáy nhấp nhô 4, 6 dần dần được san phẳng. Ta thấy các đường lực do điện cực tạo ra đều tập trung hướng vào các đỉnh nhấp nhô 4, do đó các đỉnh này được san phẳng nhanh hơn các đáy 6. Độ bóng bề mặt gia công có thể đạt cấp 12-13.

Sơ đồ đánh bóng điện hóa

1) Chất điện phân

2) Chi tiết gia công

3) Điện cực dụng cụ

4,6) Đỉnh nhấp nhô trên bề mặt phôi

5) Nguồn điện.

3.1/ Thông số ảnh hưởng đến quá trình điện hóa

Mật độ dòng điện trên bề mặt được đánh bóng.
Nhiệt độ của dung dịch điện phân ở gần phần vật gia công.
Thời gian đánh bóng.

Ngoài các yếu tố trên, còn có những yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình gia công như: vật liệu của yật cần đánh bóng, thành phần dung dịch điện phân, điện áp giữa catod và anod.

Với phương pháp đánh bóng bằng phương pháp điện hóa, có thể đánh bóng các vật liệu bằng thép cacbon, thép hợp kim, đồng, đồng thau, thiếc, nhôm, niken .v.v. Tất nhiên với các dung dịch điện phân khác nhau. Để đánh bóng thép thì dung dịch 65% acid photphoric, 15% acid nitric, 6% carbid crôm, và 14% nước. Thông thường dùng dung dịch có nồng độ đậm. Sau khi đã thành thạo, hiểu kĩ các tính chất của dung dịch, thì hãy dùng dung dịch đó. Khi dùng thử dung dịch thì cho dẫn qua dung dịch một dòng điện 12 A.giờ/lít. Nhiệt độ tối ưu của dung dịch là 70°c để đánh bóng 1 dm2 thì dùng một lít dung dịch qua 6 giờ, sau đó bổ sung để phục hồi dung dịch.

Đánh bóng điện hóa không ứng dụng để sửa chữa các bề mặt quá ghồ ghề. Độ ghồ ghề được giảm nhiều lắm cũng chỉ được 3-4 cấp. Đánh bóng điện hóa bề mặt thô dù có tiến hành trong thời gian dài cũng không làm mất đi những vết rạn nhỏ li ti và những nhấp nhô trên đó.

Nếu sau khi đánh bóng bằng phương pháp thông thường mà tiến hành đánh bóng bằng điện phân, thì bề mặt có khả năng chịu ăn mòn tốt và có ứng suất chịu mỏi tốt, hệ sô” ma sát giảm mà không gây tác hại nào trên bề mặt. Có thể dùng phương pháp quang học (phản chiếu và giao thoa) để kiểm tra độ bóng.

Để có thể gia công đánh bóng bằng điện phân, bề mặt phải thật sạch, không có dầu mỡ, và chỉ như vậy mới gia công được.

Phương pháp đánh bóng điện hóa tiến hành theo qui trình như sau:

Làm sạch mỡ trên mặt gia công.
Làm khô.
Phủ bằng nhựa perclorvinil trên các bề mặt không đánh bóng.
Đánh bóng bằng điện phân.
Làm sạch dung dịch điện phân còn dư trên bề mặt gia công bằng dung dịch trung hoà.
Làm sạch bằng nước lạnh.
Trung hoà bằng dung dịch 3% natri cacbonat.
Làm sạch bằng nước nóng đang chảy.

Lưu ý: lấy vật gia công ra khỏi dd điện phân khi vẫn còn điện áp , nếu không bề mặt sẽ bị đen.

Khoảng cách giữa vật gia công và điện cực là khá lớn. Sự hoà tan nguyên liệu xảy ra trên mọi điểm của bề mặt, nhưng ở trên cạnh thì nhiều hơn. Cực catod cần có hình dạng sao cho điện trường phân bố đồng nhất. Vật liệu điện cực catod thường là chì

Hình sau có thể thấy điện cực catod và vật gia công có hình dạng mặt phẳng :

Có thể gia công hàng loạt những vật nhỏ, tốc độ của băng chuyền có thể điều chỉnh sao cho thời gian đã qua dung dịch phù hợp với thời gian gia công.

Ngoài ra còn có thể đánh bóng ở mặt trong của lỗ cũng như mặt ngoài và trong mặt trụ.

Ưu điểm cũng như tính chất của phương pháp đánh bóng điện hóa:

Năng suất đánh bóng bằng 3-4 lần so với đánh bóng bình thường
Độ bóng bề mặt rất tốt.
Có thể đánh bóng bề mặt trong và bề mặt ngoài có bất kì hình dạng nào.
Năng suất gia công tăng mà không đòi hỏi nhiều lao động bằng tay.
Thiết bị gia công rẻ và đơn giản.
Chất lượng bề mặt được cải thiện hơn.
Có khả năng đánh bóng những bề mặt cứng.
Không có biến dạng và thay đổi cấu trúc lớp bề mặt.
Có khả năng tự động hóa được quá trình gia công.
Giảm nhẹ điều kiện lao động của công nhân.

Nhược điểm của nó là :

Độ bóng bề mặt phụ thuộc vào độ đồng nhất của vật liệu.
Khó giữ đúng được kích thước và hình dạng cũ.
Tuổi thọ của dung dịch điện phân có hạn.
Chỉ áp dụng đối với bề mặt không quá gồ ghề

Có thể ứng dụng phương pháp đánh bóng điện hóa để đánh bóng các mẫu kim loại để soi kính hiển vi. Hiện nay đã chế tạo được loại thiết bị đánh bóng có thể theo dõi quá trình đánh bóng qua kính hiển vi.