Tìm hiểu về gia công điện hóa và các phương pháp gia công hiện nay

Bài viết này sẽ cung cấp các kiến thức liên quan đến gia công điện hóa cũng như chỉ ra nguyên lý cơ bản hiện nay. Bên cạnh đó, bạn cũng được tìm hiểu về ưu nhược điểm của từng phương pháp… 

Khái niệm gia công điện hóa là gì ?

Gia công bằng điện hóa sử dụng sự ăn mòn điện hóa để tạo nên những hình dạng nhất định.. Chúng được dùng trong khoan lỗ điện hóa, làm sạch bavia bằng điện hóa. Phương pháp gia công này không có sự tác động cơ khí của dụng cụ tới bề mặt. Do đó, hiệu quả của phương pháp này cũng khá tốt.

Nguyên lý gia công điện hóa là gì?

Định luật Faraday là cơ sở quan trọng của phương pháp gia công điện hóa. Khi tiến hành, chi tiết được nối với cực dương của nguồn. Dụng cụ sẽ được kết nối với cực âm dòng điện. Sau đó, hai điện cực sẽ được đặt vào bên trong của bể điện phân. Lúc bạn đóng mạch điện, dòng điện sẽ góp phần làm hòa tan dung dịch kim loại ở anot của nguồn. Một phần khác được xác định bởi định luật Faraday.  

Áp dụng luật Faraday vào gia công điện hóa như thế nào?

Bề mặt gần nhất với catod thường diễn ra sự hòa tan mạnh nhất. Điều này đến từ điện trở suất của dung dịch lớn hơn kim loại. Tức là dòng điện tập trung vào điện cực khá nhỏ, khi đó cực catod dần dần ăn vào cực anod. 

Định luật Faraday – Cơ sở lý thuyết của gia công điện hóa

Tìm hiểu về định luật 1 Faraday

Công thức định luật 1 Faraday là gì?

m = KIt/F 

• m – Khối lượng kim loại hoà tan, được tính theo g.
• I – Cường độ dòng điện với đơn vị Ampe (A)
• t – Thời gian, tính theo đơn vị giờ (h)
• F – Hằng số Faraday với trị số F = 96496 colomb
• K – Đương lượng điện hóa đơn vị là mg. 

Tìm hiểu về định luật 2 Faraday

Công thức xác định theo định luật 2 Faraday như sau:

K = 1/F x A/n

Trong đó, K có đơn vị là g/A.s; g/A.ph; mm3/A.s hoặc mm/A.s

Chi tiết dụng cụ gia công điện hóa

Catod – Điện cực dụng cụ

Nguyên liệu tạo nên Cotod cần được sản xuất từ các kim loại có tính dẫn điện cao. Đặc biệt, chúng có độ bền tốt. Một số vật liệu bạn có thể sử dụng như thép không rỉ, thép chịu nhiệt, hợp kim titan và grafit….

Vai trò đặc biệt của dung dịch điện phân

Dung dịch điện phân góp phần tạo nên sự di chuyển của các tia lửa điện bằng dịch chuyển icon giữa 2 cực. Chúng còn có thể tham gia các phản ứng điện hóa. 

Bên cạnh đó, dung dịch này còn được sử dụng nhằm hòa tan liên tục kim loại của chi tiết cực. 

Một số thông số, đặc trưng công nghệ quan trọng

Tìm hiểu năng suất gia công

Năng suất gia công có thể được xác định bởi lượng nguyên liệu được lấy đi trong một đơn vị thời gian cụ thể. Chúng thường tỉ lệ thuận với cường độ của dòng điện. Một số yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến năng suất gia công như điện áp, mức độ dẫn điện của dung dịch điện phân, vật liệu làm điện cực…

Hiện tại các dung dịch điện phân được sử dụng phổ biến gồm có NaCl, KCl, NaNO3… 

Ý nghĩa chất lượng bề mặt

Gia công điện hóa góp phần tạo độ bóng bề mặt tốt. Khi bạn gia công với công suất càng lớn thì độ bóng càng cao. Với phương pháp này, vật liệu sau khi gia công vẫn đảm bảo tính chất riêng của nó. Cấu trúc không bị thay đổi và biến cứng bề mặt gần như vẫn duy trì.

Phạm vi ứng dụng thực tế

Phương pháp này được ứng dụng trong gia công các vật liệu có tính cứng, khó cắt gọt… Chỉ trừ một số kim loại cực hiếm không thể tiến hành được, thì gần như 90% các kim loại đều được giải quyết bởi phương pháp này. 

Gia công điện hóa đặc biệt có tính ứng dụng cao bởi khi gia công bề mặt càng lớn thì tính kinh tế càng cao. Hiện nay, các thiết bị với cường độ lớn như 20.000 A, năng suất phoi là 33 cm3/ph đã được sản xuất. Chúng có tốc độ điện cực đạt con số 12mm/phút. Loại thiết bị này có kích thước khá lớn và vững chắc… Áp suất của dòng điện khi chạy qua dung dịch điện phân lên đến trị số  10-24 atm.

Phạm vi ứng dụng thực tiễn còn được sử dụng với gia công điện cực 1 ống. Lúc này, chúng ta sử dụng phương pháp điện cực tiện mài bóng. Đặc biệt có thể sử dụng để gia công van hình cầu hoặc các hình rãnh có vành khăn… 

Công nghiệp điện hóa góp phần thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế trong hoạt động sản xuất hàng loạt sản phẩm. Hiện nay chúng được sử dụng nhiều hơn ở các nước phương Tây. 

Các phương pháp gia công điện hóa phổ biến ngày nay

Phương pháp mài điện hóa

Mài điện hóa là một phương pháp đặc biệt của gia công điện hóa. Lúc này, đá mài quay có dạng một đĩa hình vành khăn có gắn các hạt kim cương. Chúng góp phần tăng cường sự hòa tan của bề mặt gia công kim loại. Chất liệu sử dụng thường là oxít nhôm và kim cương. 

Trong đó, vật liệu kết dính hoặc là kim loại hoặc là nhựa trộn với các hạt kim loại để tạo thành chất dẫn điện tốt. Trong mài điện hóa, các hạt mài góp phần tạo nên các khe hở. Một số đặc điểm chung của phương pháp này

• Năng suất sử dụng cao và hiệu quả
• Các thông số quyết định chất lượng của bề mặt được mài gồm có độ bóng bề mặt, độ nhám…
• Độ mòn khá lớn, trung bình đạt 10÷15 % thể tích kim loại bị tách ra khỏi vật gia công.
• Mật độ dòng điện trên bề mặt gia công khá thấp bởi không có sự tiếp xúc với kim loại.
• Điện áp sử dụng không cao. 
• Độ chính xác bị phụ thuộc nhiều vào đĩa mài. Bạn cần áp chặt vật gia công vào mặt đầu của đĩa, chúng góp phần đảm bảo độ chính xác gia công lên đến 0,01 mm. 

Phương pháp đánh bóng điện hóa

Phương pháp này dùng để bổ sung cho phương pháp gia công điện hóa. Chúng góp phần đánh bóng bề mặt sản phẩm. Điểm đặc trưng nằm ở điện cực sử dụng có trị số lớn, hình dáng sử dụng không hình thành như điện cực dụng cụ làm gia công. Một số đặc điểm khác như hình dáng vật liệu gia công không giống như điện cực làm dụng cụ gia công.

Các thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình gồm có mật độ dòng điện bề mặt, nhiệt độ của dung dịch điện phân và thời gian đánh bóng sản phẩm. 

Quy trình tiến hành phương pháp gia công đánh bóng điện hóa được tiến hành như sau:

• Bước 1: Làm sạch mặt trên bề mặt gia công.
• Bước 2: Làm khô sản phẩm.
• Bước 3: Phủ nhựa Perclorvinil trên bề mặt không đánh bóng.
• Bước 4: Thực hiện đánh bóng bằng điện phân.
• Bước 5: Làm sạch dung dịch điện phân còn dư ở bề mặt gia công bằng các dung dịch trung hòa điện tích. 
• Bước 6: Tiếp tục làm sạch bằng nước lạnh.
• Bước 7: Sử dụng dung dịch 3% natri Cacbonat trung hòa.
• Bước 8: Sử dụng nước nóng đang chảy làm sạch.

Một số nhược điểm của phương pháp này năm ở việc quá trình thực hiện khó giữ đúng được kích thước và vị trí ban đầu. Ngoài ra, tuổi thọ của dung dịch điện phân sử dụng có hạn. Bên cạnh đó, phương pháp này thường chỉ áp dụng với bề mặt không quá gồ ghề.

Phương pháp gia công lỗ điện hóa

Tên gọi khác của phương pháp này là khoan điện hóa. Chúng được ứng dụng trong việc khoan các lỗ nhỏ. Khi đó, dòng điện có điện áp cao sẽ được sử dụng. Và dung dịch điện phân là các dung dịch axit. 

Phương pháp làm sạch bavia bằng điện hóa

Chúng dùng để tách kim loại trong các máy hoặc góc của chi tiết bằng việc hòa tan anod. Chúng thích hợp cho việc đánh bavia ở các chi tiết có hình dáng và quy mô phức tạp. 

Hiện nay, có 2 phương pháp đánh bóng bằng bavia là sử dụng bể điện phân và đánh trên thành phẩm. 

• Đánh bavia trong dung dịch của bể điện phân: Nguyên lý áp dụng hiện tượng điện trường tập trung ở các phần cạnh góc. Tại đây, mật độ sản phẩm lớn, do đó vật liệu được lấy đi nhiều và nhanh nhất có thể. Thông thường Bavia có chiều cao từ 0,2 đến 0,3 mm. Ưu điểm nổi bật của hình thức này ở việc đánh trên các bề mặt phức tạp.
• Đánh bavia trên thành phẩm sản phẩm: Cách làm này cho hiệu suất cao gấp 3,4 lần phương pháp trên. Lúc này, điện cực được nối vào cực âm, tuy nhiên bạn cần đảm bảo tạo ra một khe hở nhỏ. 

Như vậy, gia công điện hóa là một phương pháp giúp gia công các bề mặt theo mục đích và nhu cầu của người dùng. Hiện tại có nhiều phương pháp để bạn chọn lựa được cách làm phù hợp với nhu cầu nhất. Hy vọng ở bài viết này, các kiến thức bổ ích sẽ giúp các bạn nhiều trong quá trình tích lũy và thực hành vào thực tế đời sống.