Конспект урока "Электрохимическая обработка металлов" 8 класс

Открытый урок технологии  8 класс. ТЕМА:  ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛА. Цель: изучить назначение и принцип действия электрохимической обработки  металлов; научить самостоятельно собирать схему устройства и проводить  обработку металла. Оборудование: понижающий трансформатор, выпрямитель, амперметр,  вольтметр, соединительные провода, расходные материалы. Ход урока І. Повторение пройденного материала. 1.Беседа по вопросам: ­виды электрического тока? ­для чего предназначен выпрямитель? ­какие типы выпрямителей вы знаете? 2.Сообщение темы и цели урока. ІІ. Изложение  материала. 1.Иллюстрированный рассказ. Учитель. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ 1.1. Основы процессов ЭХО      Явление анодного растворения. Электрохимическая обработка металлов  основана на способности их растворяться в результате оксидных реакций,  происходящих в среде электропроводного раствора — электролита — под  действием на него постоянного электрического тока. Такой химический  процесс растворения металлов называют электролизом. Электролиз  протекает при наличии источника питания электрическим током, электролита и двух металлических проводников, называемых электродами, каждый из  которых находится в электролитической ванне с электролитом. В   электролите   свободными   электрическими   зарядами   являются   ионы, образующиеся при растворении, например в воде солей, кислот или щелочей. Молекулы   таких   веществ,   взаимодействуя   с   молекулами   растворителя   — воды,   распадаются   (диссоциируют)   на   положительно   и   отрицательно заряженные ионы. При этом движение ионов в электролите неупорядоченное. Под   действием   электрического   поля,   создаваемого   источником   питания, между электродом, соединенным с положительным полюсом и называемым анодом,   и   электродом­катодом,   соединенным   с   отрицательным   полюсом, возникает   направленное   движение   ионов   ­отрицательно   заряженные   ионы (анионы) движутся к аноду, а положительно заряженные ионы (катионы) —к катоду. В электролите, таким образом, возникает электрический ток. Схема движения ионов в наиболее часто применяемом для ЭХО электролите — водном растворе хлористого натрия NаСI — приведена на рис. 1.1. Стр.1 1Рис.1.1 Схема электролиза: 1­электрод­анод; 2­электролит; 3­электрод­катод; 4­источник питания.   При   растворении   хлористого  натрия   в  воде  его   молекула  распадается  на катион натрия  Na  + и анион хлора Сl­. Вода Н20 при этом также частично диссоциирует   на   катионы   водорода   Н+   и   анноны   гидроксила   ОН".   При подаче на электроды напряжения от источника питания анионы гидроксила и катионы водорода вместе с анионами хлора и катионами натрия вынуждены под   действием   сил   электрического   поля   перемещаться   соответственно   к катоду и аноду. Атомы поверхностного слоя электрода­анода 1, получая от движущихся   к   нему   анионов   хлора   и   гидроксила  дополнительные отрицательные   заряды,   превращаются   в   положительные  ионы   железа. Последние  взаимодействуют с ионами гидроксила и образуют гидрат оксида железа   Ре(ОН)3/  который    выпадает   в   осадок.   Таким   образом   происходит электрохимическое   анодное  растворение   железа.   Одновременно   с   этим   на катоде выделяется водород,  выходящий из электролита в виде пузырьков. Реакции, протекающие на  катоде, как правило, не разрушают его, т. е. катод при ЭХО не изнашивается. Параметры анодного растворения. Из   приведенной   на   рис.   1.1   схемы   видно,   что   электролиз   протекает   в (МЭП),   под   которым   принято м е ж э л е к т р о д н о м   п р о м е ж у т к е   понимать   пространство   между   поверхностями   катода   и   анода. Следовательно,   электрохимическое   анодное   растворение   происходит   без непосредственного   механического   контакта   поверхностей   катода   и анода.Объем  V  (см3)  р а с т в о р е н н о г о   м е т а л л а   при электролизе прямо пропорционален   объемному   электрохимическому   эквиваленту   М/   данного металла,   силе   тока  I  и   времени.   Объемный  э л е к т р о х и м и ч е с к и й э к в и в а л е н т  /Л/ металла зависит от его валентности и атомной массы. 2.Примеры учащихся характеризующие области применения ЭХО. Учитель. Давайте вспомним свойства электропроводимости жидкостей. Учащиеся приводят примеры электропроводимости: 1 Для дистиллированной воды. 2 Для растворов солей. 3 Устанавливают зависимость силы тока от плотности электролита. Учитель демонстрирует электропроводимость электролитов. 3.Продолжение иллюстрированного рассказа. Учитель 2Стр.2 1.2. Разновидности процессов ЭХО Отделочные процессы. К этим процессам относятся электрохимическое травление, полирование, жидкостно­абразивная   обработка   и   удаление   заусенцев.   Отличительная особенность   отделочных   электрохимических   процессов  (кроме   удаления заусенцев) состоит в том, что обработка осуществляется при относительно больших   межэлектродных   промежутках,   исчисляемых   десятками миллиметров.   предназначено   для   Э л е к т р о х и м и ч е с к о е     оксидных удаления   с   обрабатываемой   пленок,образующихся     при  предварительной   термической   или химической обработке заготовок или деталей. В зависимости от толщины оксидной пленки и ее химического состава         применяют       несколько способов     электрохимического травления.  т р а в л е н и е       поверхности                          Рис.1.3Схема катодного         Рис.1.2 Схема анодного электрохимического травления: электрохимического травления: 1­Электрод­анод; 2­электролит; 1­электрод­катод; 2­электролит; 3­оксидная плёнка; 4­за готовка ­анод     3­пузырьки водорода; 4­оксидная плёнка; 5­заготовка­катод      Для удаления тонких оксидных пленок (порядка нескольких микрометров) используют а н о д н о е  т р а в л е н и е  (рис. 1.2).        Для отслоения относительно толстых оксидных пленок (до 0,3—0,5 мм) применяют к а т о д н о е  т р а в л е н и е  (рис. 1.3).  Э л е к т р о х и м и ч е с к о е   п о л и р о в а н и е   применяют для  сглаживания микронеровностей   на   поверхностях   деталей,   образующихся,       например, при   механической   обработке   металлов резанием. Схема электрохимического полирования изображена на рис. 1.4. 3Стр.3                   Рис.1.4 Схема электрохимического полирования: 1.­Инструмент­катод; 2­электролит; 3­плёнка;4­деталь­анод  Деталь присоединяют к положительному, а инструмент — к отрицательному полюсам   источника   питания.   При   подаче   напряжения   на   электроды начинается   процесс   растворения   металла   детали,  являющейся   анодом.    В результате избирательного растворения, т. е. большей скорости растворения выступов,   микронеровности   сглаживаются   и   поверхность   детали приобретает характерный металлический блеск.   В   отличие   от   травления   при   электрохимическом   полировании   деталь подключают   только   к   положительному   полюсу   источника   питания,   а инструмент — к отрицательному.         Э л е к т р о х и м и ч е с к о е   у д а л е н и е   заусенцев   осуществляют   в труднодоступных  местах деталей, например с кромок перекрещивающихся отверстий, с крупномодульных шестерен и шлицевых валов. 4Рис. 1.5. Схемы электрохимического удаления заусенцев Стр.4 На рис. 1.5   показана схема электрохимического растворения заусенцев небольшого   размера.   Электролит   (на   рисунке   указан   стрелками) прокачивается   между   электродом­анодом   и  вершиной   заусенца.   При   этой схеме   обработки   происходит   постепенное   растворение   заусенца   от   его вершины к основанию.  Особенность   процесса   электрохимического   удаления   заусенцев заключается   в   том,   что   наряду   с   растворением   заусенцев   происходит неизбежное скругление кромок заготовок, с которых удаляются эти заусенцы. Формообразующие процессы.  Р а з м е р н а я   э л е к т р о х и м и ч е с кая  о б р а б о т к а   служит   для   придания заготовке  нужной  формы и размеров.  В  отличие от отделочных процессов ЭХО,  выполняемых   в   необновляемом   или   в   незначительно   обновляемом электролите,   размерная   электрохимическая   обработка   происходит   при непрерывном   и   интенсивном   обновлении   электролита,   прокачиваемого   под давлением через межэлектродный промежуток.  Принудительное   удаление   электролита   из   рабочей   зоны   позволяет   вести формообразование   обрабатываемых   поверхностей   с   меньшим,   чем   при электрохимическом   травлении       и       полировании,       межэлектродным промежутком.   Соответственно   этому   анодное   растворение   металла   на участках   с   минимальным   значением   межэлектродного   промежутка   будет протекать в начальной стадии обработки более интенсивно, чем на участках с большими значениями межэлектродного промежутка.        Таким образом, особенностью размерной электрохимической обработки является   неодинаковая   скорость   растворения   металла   обрабатываемой заготовки   на   участках   с   различными   значениями   межэлектродного промежутка.                     (а)                                              (б)                                          (в) 5Рис1.6 Схема размерной электрохимической обработки: 1­электрод­инструмент; 2­электролит;3­заготовка­анод; Стр.5 Электрод­инструмент   1   (рис.   1.6),     профиль   которого   имеет   форму, окончательно обработанной детали, перемещается с определенной скоростью к   неподвижно   установленной   заготовке   —   аноду   —   в   направлении, показанном на рис. 1.6 стрелками. По мере растворения металла заготовки  и перемещения  на   соответствующее   расстояние   электрода­инструмента обрабатываемая   поверхность   приобретает   форму   поверхности   электрода­ инструмента (рис. 1.6, б, в). Такой вид ЭХО называется электрохимическое копирование.       Электрохимическое прошивание. При этом виде обработки (рис. 1.7,а)  электрод­инструмент, поступательно перемещаясь, внедряется и заготовку со скоростью, равной скорости электрохимического растворения металла.              (а)                                                     (б)                                       (в)       На рис. 1.7,б изображена схема электрохимического точения фасонных поверхностей   тел   вращении.  Применяется   данный   способ   обработки   при формообразовании   наружных,   внутренних   и   торцовых   поверхностей заготовок из труднообрабатываемых металлов. Электрохимическое   точение  (рис.   1.7,в)   с  одновременным   вращением заготовки и электрода­инструмента применяют, если необходимо получить обрабатываемый диаметр с погрешностью 0,005—0,02 мм. Различные   цифры,   буквы   и   другие   обозначения   можно   наносить   на металлические детали электрохимическим маркированием.    ІІІ. Практическая работа. Выполнение задания: 1.Собрать схему установки для  ЭХО. 2.Произвести ЭХО заготовки. 3.С помощью вольтметра и амперметра снять показания работы установки. 4.После  ЭХО  измерить геометрические размеры заготовки и сравнить их с исходными. ІѴ.Подведение итогов 61.Оценка сборки схемы и результатов замеров. 2.Анализ ошибок Стр.6 Литература:  И.А. Байсупов Электро­химическая обработка металлов  Изд­во Высшая  школа Москва 1988 г. Л.Я. Попилов Электрофизическая и электрохимическая обработка металлов  Москва 1982 г. Стр 7 78