Бурное развитие науки и техники в последние десятилетия обусловило необходимость создания новых материалов, обладающих высокой твердостью, прочностью, жаропрочностью и коррозионной стойкостью. К таким материалам относятся высокопрочные и нержавеющие стали, жаропрочные сплавы, магнитные сплавы, полупроводники и др. Обработка таких материалов традиционными методами резания (см. Металлорежущие станки и инструмент) сопряжена с большими трудностями, а иногда и невозможна. В таких случаях на помощь приходят новые методы обработки, основанные на использовании химической, электрической и других видов энергии.
Электрохимические методы обработки металлов основаны на принципе электролиза. Известно, что, если в сосуд с токопроводящей жидкостью ввести твердые проводящие пластинки (электроды) и подать на них напряжение, возникает электрический ток. Такие токопроводящие жидкости называются проводниками II рода или электролитами. К их числу относятся растворы кислот, щелочей и солей в воде или в других растворителях, а также расплавы солей. Носителями тока в электролитах служат положительные и отрицательные ионы, которые движутся соответственно к отрицательному электроду — катоду и положительному электроду — аноду. В зависимости от химической природы электролита и электродов, а также значения напряжения на металлическом катоде обычно выделяется водород или осаждается металл, на аноде происходит растворение металла, которое часто сопровождается выделением кислорода . Это явление получило название электролиза. Основные его законы сформулировал в 1834 г. великий английский физик М. Фарадей.
Почти 100 лет спустя (в 1928 г.) советские инженеры В. И. Гусев и Л. П. Рожков предложили использовать электролиз для размерной обработки металлов взамен точения, фрезерования, резания, шлифования.
Сейчас электролиз широко применяется в промышленных масштабах для нанесения защитных и декоративных покрытий на металлические изделия (гальваностегия), изготовления металлических слепков с рельефных моделей (гальванопластика), получения металлов из расплавленных руд и очистки металлов (гидроэлектрометаллургия),в производстве хлора и др.
При электрохимической размерной обработке металлов электроды (заготовка — анод и инструмент — катод) располагаются на очень близком расстоянии друг от друга (50— 500 мкм). Между ними под давлением прокачивается электролит. Благодаря тому что зазор между электродами очень мал, напряженность электрического поля велика и обработка металла происходит очень быстро (0,5—2 мм/мин, а в некоторых случаях до 5—6 мм/мин со всей обрабатываемой поверхности). Если при этом поддерживать постоянным расстояние между электродами, то на заготовке (аноде) можно получить достаточно точное зеркальное отображение формы электрода-инструмента (катода).
Таким образом, с помощью электролиза можно сравнительно быстро обрабатывать заготовку, делать в деталях отверстия, пазы или полости любой формы. На рисунках приведены схемы изготовления отверстия и полости сложной формы.
Наиболее широко в промышленных масштабах электрохимическая обработка применяется при изготовлении лопаток авиационных двигателей, штампов, пресс-форм и литейных форм, при обработке отверстий, щелей, пазов любой формы. Для этого используются электрохимические станки — универсальные и специальные.
К преимуществам электрохимической размерной обработки, по сравнению с другими методами, следует отнести возможность обрабатывать любые металлы и сплавы, независимо от их свойств. Твердые, а также жаропрочные и другие специальные сплавы обрабатываются с той же скоростью, что и обычные стали; кроме того, электрод-инструмент при этом не изнашивается. Все это дает большую экономию материала и снижает трудоемкость изготовления деталей.
Большие возможности открываются перед технологами при умелом сочетании электрохимических способов обработки с механическими или электрофизическими.
Каким образом? Представим себе, что мы хотим разрезать ножом твердый кусок сахара. Но сахар очень твердый и с трудом поддается давлению ножа. Если же место будущего разреза слегка смочить водой, сахар тотчас начинает растворяться, разрыхляется и нож легко врезается в эту рыхлую массу. Нечто подобное происходит при сочетании электрохимической и механической обработки. Разрушение металла достигается электрохимическим растворением поверхности заготовки, а механический съем слоя осуществляется металлорежущим инструментом: зернами абразива или алмаза, легко «вгрызающимися» в «разрыхленную» поверхность металла. На этом принципе основаны процессы заточки твердосплавного инструмента на электрохимических станках.
Электрохимические методы размерной обработки металлов внедряются во всех основных отраслях машиностроения, область их применения с каждым годом расширяется, эффективность их растет.