ECM обработка, електрохимична обработка, шлайфане

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , ИМПУЛСНА ЕЛЕКТРОХИМИЧНА ОБРАБОТКА (PECM), ЕЛЕКТРОХИМИЧНО СМЪЛЧАНЕ (ECG), ХИБРИДНИ ПРОЦЕСИ НА ОБРАБОТКА.

​

ЕЛЕКТРОХИМИЧНА ОБРАБОТКА (ECM) е неконвенционална производствена техника, при която металът се отстранява чрез електрохимичен процес. ECM обикновено е техника за масово производство, използвана за обработка на изключително твърди материали и материали, които са трудни за обработка с помощта на конвенционалните производствени методи. Системите за електрохимична обработка, които използваме за производство, са машинни центри с цифрово управление с висока производителност, гъвкавост, перфектен контрол на толерансите на размерите. Електрохимичната обработка е в състояние да изрязва малки ъгли със странна форма, сложни контури или кухини в твърди и екзотични метали като титаниеви алуминиди, Inconel, Waspaloy и сплави с високо съдържание на никел, кобалт и рений. Могат да се обработват както външни, така и вътрешни геометрии. Модификациите на електрохимичния процес на обработка се използват за операции като струговане, облицовка, шлицоване, трепаниране, профилиране, където електродът става режещ инструмент. Скоростта на отстраняване на метала е само функция на скоростта на йонен обмен и не се влияе от здравината, твърдостта или издръжливостта на детайла. За съжаление методът на електрохимичната обработка (ECM) е ограничен до електропроводими материали. Друг важен момент, който трябва да обмислите при внедряването на ECM техниката, е да сравните механичните свойства на произведените части с тези, произведени чрез други методи на обработка.

​

ECM премахва материала, вместо да го добавя и затова понякога се нарича „обратна галванопластика“. Наподобява по някакъв начин обработката с електроразряд (EDM), тъй като между електрода и частта се пропуска силен ток чрез процес на отстраняване на електролитен материал, който има отрицателно зареден електрод (катод), проводяща течност (електролит) и проводящ детайл (анод). Електролитът действа като носител на ток и е силно проводим разтвор на неорганична сол като натриев хлорид, смесен и разтворен във вода или натриев нитрат. Предимството на ECM е, че няма износване на инструмента. Режещият инструмент ECM се насочва по желания път близо до детайла, но без да докосва детайла. За разлика от EDM обаче, не се създават искри. Високите скорости на отстраняване на метала и огледалните повърхности са възможни с ECM, без термични или механични натоварвания да се прехвърлят върху частта. ECM не причинява никакво термично увреждане на детайла и тъй като няма сили на инструмента, няма изкривяване на детайла и няма износване на инструмента, какъвто би бил случаят с типичните операции по обработка. В електрохимичната машинна кухина, произведена, е женският чифтосващ образ на инструмента.

​

В процеса ECM катоден инструмент се премества в аноден детайл. Оформеният инструмент обикновено е изработен от мед, месинг, бронз или неръждаема стомана. Електролитът под налягане се изпомпва с висока скорост при зададена температура през каналите в инструмента към зоната, която се реже. Скоростта на подаване е същата като скоростта на „втечняване“ на материала, а движението на електролита в пролуката между инструмента и детайла отмива металните йони от анода на детайла, преди те да имат шанс да се нанесат върху катодния инструмент. Разстоянието между инструмента и детайла варира между 80-800 микрометра, а захранването с постоянен ток в диапазона 5 – 25 V поддържа плътност на тока между 1,5 – 8 A/mm2 активна обработена повърхност. Когато електроните пресичат празнината, материалът от детайла се разтваря, докато инструментът формира желаната форма в детайла. Електролитната течност отвежда металния хидроксид, образуван по време на този процес. Предлагат се търговски електрохимични машини с токови мощности между 5A и 40 000A. Скоростта на отстраняване на материала при електрохимична обработка може да се изрази като:

 

MRR = C x I xn

 

Тук MRR=mm3/min, I=ток в ампери, n=токова ефективност, C=константа на материала в mm3/A-min. Константата C зависи от валентността за чистите материали. Колкото по-висока е валентността, толкова по-ниска е нейната стойност. За повечето метали е между 1 и 2.

 

Ако Ao означава равномерната площ на напречното сечение, която е електрохимично обработена в mm2, скоростта на подаване f в mm/min може да бъде изразена като:

 

F = MRR / Ao

 

Скорост на подаване f е скоростта, с която електродът прониква в детайла.

 

В миналото имаше проблеми с ниската точност на размерите и замърсяващите околната среда отпадъци от електрохимични машинни операции. Те до голяма степен са преодолени.

 

Някои от приложенията на електрохимичната обработка на материали с висока якост са:

 

- Операции по потапяне на матрица. Потъването на матрицата е машинно изковаване – кухини на матрицата.

 

- Пробиване на турбинни лопатки на реактивен двигател, части и дюзи на реактивен двигател.

 

- Пробиване на множество малки дупки. Процесът на електрохимична обработка оставя повърхност без грапавини.

 

- Лопатките на парната турбина могат да се обработват в близки граници.

 

- За почистване на повърхности. При премахване на грани, ECM премахва метални издатини, останали от процесите на обработка, и така затъпява острите ръбове. Процесът на електрохимична обработка е бърз и често по-удобен от конвенционалните методи за премахване на грапаве на ръка или нетрадиционните процеси на обработка.

​

ЕЛЕКТРОЛИТНА ОБРАБОТКА С ПРОФИЛНА ТРЪБА (STEM) е версия на процес на електрохимична обработка, който използваме за пробиване на дълбоки отвори с малък диаметър. Като инструмент се използва титанова тръба, която е покрита с електроизолационна смола, за да се предотврати отстраняването на материал от други области като страничните повърхности на отвора и тръбата. Можем да пробиваме отвори с размери от 0,5 mm със съотношение на дълбочина към диаметър 300:1

​

ИМПУЛСНА ЕЛЕКТРОХИМИЧНА ОБРАБОТКА (PECM): Ние използваме много високи импулсни плътности на тока от порядъка на 100 A/cm2. Чрез използването на импулсни токове ние елиминираме необходимостта от високи скорости на потока на електролита, което поставя ограничения за метода ECM при производството на матрици и матрици. Импулсната електрохимична обработка подобрява живота на умора и елиминира преработения слой, оставен от техниката на електроразрядна обработка (EDM) върху повърхностите на матрицата и матрицата.

​

В ЕЛЕКТРОХИМИЧНО ШЛИФОВАНЕ (ЕКГ) ние комбинираме конвенционалната операция на смилане с електрохимична обработка. Шлифовъчното колело е въртящ се катод с абразивни частици от диамант или алуминиев оксид, които са свързани с метал. Плътностите на тока варират между 1 и 3 A/mm2. Подобно на ECM, електролит като натриев нитрат тече и отстраняването на метала при електрохимично смилане е доминирано от електролитното действие. По-малко от 5% от отстраняването на метала е чрез абразивно действие на колелото. Техниката ЕКГ е много подходяща за карбиди и сплави с висока якост, но не е толкова подходяща за потапяне или производство на матрици, тъй като мелницата може да няма лесен достъп до дълбоки кухини. Скоростта на отстраняване на материала при електрохимично смилане може да се изрази като:

 

MRR = GI / d F

 

Тук MRR е в mm3/min, G е маса в грамове, I е ток в ампери, d е плътност в g/mm3 и F е константа на Фарадей (96 485 кулона/мол). Скоростта на проникване на шлифовъчното колело в детайла може да се изрази като:

 

Vs = (G / d F) x (E / g Kp) x K

 

Тук Vs е в mm3/min, E е напрежението на клетката във волтове, g е разстоянието между колелото и детайла в mm, Kp е коефициентът на загуба и K е електролитната проводимост. Предимството на електрохимичния метод на шлайфане пред конвенционалното шлайфане е по-малкото износване на колелото, тъй като по-малко от 5% от отстраняването на метала е чрез абразивно действие на колелото.

 

​

Има прилики между EDM и ECM:

 

1. Инструментът и детайлът са разделени от много малка междина без контакт между тях.

 

2. И инструментът, и материалът трябва да са проводници на електричество.

 

3. И двете техники изискват големи капиталови инвестиции. Използват се съвременни машини с ЦПУ

 

4. И двата метода консумират много електроенергия.

 

5. Проводима течност се използва като среда между инструмента и детайла за ECM и диелектрична течност за EDM.

 

6. Инструментът се подава непрекъснато към детайла, за да се поддържа постоянна междина между тях (EDM може да включва периодично или циклично, обикновено частично, изтегляне на инструмента).

​

ХИБРИДНИ ПРОЦЕСИ НА МАШИННА ОБРАБОТКА: Ние често се възползваме от предимствата на хибридните процеси на машинна обработка, при които два или повече различни процеса като ECM, EDM….и т.н. се използват в комбинация. Това ни дава възможност да преодолеем недостатъците на единия процес чрез другия и да се възползваме от предимствата на всеки процес.