Mecanitzat ECM, mecanitzat electroquímic, rectificat

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , MECANITZACIÓ ELECTROQUÍMICA PULSADA (PECM), MOLETA ELECTROQUÍMICA (ECG), PROCESSOS DE MECANISAT HÍBRID.

​

EL MECANISME ELECTROQUÍMIC (ECM) és una tècnica de fabricació no convencional on el metall s'elimina mitjançant un procés electroquímic. L'ECM és normalment una tècnica de producció en massa, utilitzada per mecanitzar materials extremadament durs i materials difícils de mecanitzar mitjançant els mètodes de fabricació convencionals. Els sistemes de mecanitzat electroquímic que utilitzem per a la producció són centres de mecanitzat de control numèric amb alts índexs de producció, flexibilitat, perfecte control de toleràncies dimensionals. El mecanitzat electroquímic és capaç de tallar angles petits i estranys, contorns complexos o cavitats en metalls durs i exòtics com aluminurs de titani, Inconel, Waspaloy i aliatges d'alt níquel, cobalt i reni. Es poden mecanitzar tant geometries externes com internes. Les modificacions del procés de mecanitzat electroquímic s'utilitzen per a operacions com el tornejat, la cara, la ranurada, el trepanatge, el perfilat on l'elèctrode es converteix en l'eina de tall. La taxa d'eliminació del metall és només una funció de la taxa de canvi d'ions i no es veu afectada per la força, duresa o tenacitat de la peça de treball. Malauradament, el mètode de mecanitzat electroquímic (ECM) es limita als materials elèctricament conductors. Un altre punt important a considerar en el desplegament de la tècnica ECM és comparar les propietats mecàniques de les peces produïdes amb les produïdes per altres mètodes de mecanitzat.

​

L'ECM elimina el material en lloc d'afegir-lo i, per tant, de vegades es coneix com a "galvanització inversa". S'assembla d'alguna manera al mecanitzat de descàrrega elèctrica (EDM) en què es fa passar un corrent elevat entre un elèctrode i la peça, a través d'un procés d'eliminació de material electrolític que té un elèctrode carregat negativament (càtode), un fluid conductor (electròlit) i un peça conductora (ànode). L'electròlit actua com a portador de corrent i és una solució de sal inorgànica altament conductora com el clorur de sodi barrejat i dissolt en aigua o nitrat de sodi. L'avantatge de l'ECM és que no hi ha desgast de l'eina. L'eina de tall ECM es guia pel camí desitjat prop de l'obra però sense tocar la peça. A diferència de l'EDM, però, no es creen espurnes. Amb ECM són possibles altes taxes d'eliminació de metalls i acabats de superfície mirall, sense que es transfereixin esforços tèrmics o mecànics a la peça. L'ECM no causa cap dany tèrmic a la peça i com que no hi ha forces d'eina no hi ha distorsió de la peça ni desgast de l'eina, com seria el cas de les operacions de mecanitzat típiques. En el mecanitzat electroquímic, la cavitat produïda és la imatge d'aparellament femení de l'eina.

​

En el procés ECM, una eina de càtode es mou a una peça de treball d'ànode. L'eina en forma generalment està feta de coure, llautó, bronze o acer inoxidable. L'electròlit a pressió es bombeja a una velocitat elevada a una temperatura establerta a través dels passos de l'eina fins a la zona que es talla. La velocitat d'alimentació és la mateixa que la velocitat de "liquificació" del material, i el moviment de l'electròlit a l'espai entre l'eina i la peça renta els ions metàl·lics de l'ànode de la peça abans que tinguin l'oportunitat de posar-se a l'eina del càtode. L'espai entre l'eina i la peça varia entre 80 i 800 micròmetres i la font d'alimentació de CC en el rang de 5 a 25 V manté densitats de corrent entre 1,5 i 8 A/mm2 de superfície mecanitzada activa. A mesura que els electrons creuen l'espai, el material de la peça es dissol, ja que l'eina forma la forma desitjada a la peça. El fluid electrolític s'emporta l'hidròxid metàl·lic format durant aquest procés. Hi ha disponibles màquines electroquímiques comercials amb capacitats de corrent entre 5A i 40.000A. La taxa d'eliminació de material en el mecanitzat electroquímic es pot expressar com:

 

MRR = C x I xn

 

Aquí MRR = mm3/min, I = corrent en amperes, n = eficiència actual, C = una constant de material en mm3/A-min. La constant C depèn de la valència dels materials purs. Com més gran és la valència, menor és el seu valor. Per a la majoria dels metalls està entre 1 i 2.

 

Si Ao indica l'àrea de la secció transversal uniforme que s'està mecanitzant electroquímicament en mm2, la velocitat d'alimentació f en mm/min es pot expressar com:

 

F = MRR / Ao

 

La velocitat d'alimentació f és la velocitat que l'elèctrode penetra a la peça.

 

En el passat hi havia problemes de poca precisió dimensional i residus contaminants per al medi ambient de les operacions de mecanitzat electroquímic. Aquests han estat en gran part superats.

 

Algunes de les aplicacions del mecanitzat electroquímic de materials d'alta resistència són:

 

- Operacions d'enfonsament. L'enfonsament de matrius és mecanitzar forja - cavitats de matriu.

 

- Perforació d'àleps de turbina de motor a reacció, peces de motor a reacció i broquets.

 

- Perforació de múltiples forats petits. El procés de mecanitzat electroquímic deixa una superfície lliure de rebaves.

 

- Les pales de la turbina de vapor es poden mecanitzar dins de límits propers.

 

- Per desbarbat de superfícies. En el desbarbat, l'ECM elimina les projeccions metàl·liques que queden dels processos de mecanitzat i, per tant, embota les vores afilades. El procés de mecanitzat electroquímic és ràpid i sovint més còmode que els mètodes convencionals de desbarbat a mà o els processos de mecanitzat no tradicionals.

​

MECANISME ELECTROLÍTIC DE TUBS CON FORMA (STEM) és una versió del procés de mecanitzat electroquímic que fem servir per perforar forats profunds de petit diàmetre. S'utilitza un tub de titani com a eina que està recoberta d'una resina elèctricament aïllant per evitar l'eliminació de material d'altres regions com les cares laterals del forat i del tub. Podem perforar mides de forats de 0,5 mm amb relacions de profunditat a diàmetre de 300:1

​

MECANISME ELECTROQUÍMIC PULSAT (PECM): Utilitzem densitats de corrent polsat molt elevades de l'ordre de 100 A/cm2. Mitjançant l'ús de corrents polsats, eliminem la necessitat d'elevar el flux d'electròlits que suposa limitacions per al mètode ECM en la fabricació de motlles i matrius. El mecanitzat electroquímic per pols millora la vida útil a la fatiga i elimina la capa de refós que deixa la tècnica de mecanitzat per descàrrega elèctrica (EDM) a les superfícies de motlle i matriu.

​

A MOLIT ELECTROQUÍMIC (ECG) combinem l'operació de rectificat convencional amb el mecanitzat electroquímic. La mola és un càtode giratori amb partícules abrasives de diamant o òxid d'alumini que estan unides amb metall. Les densitats de corrent oscil·len entre 1 i 3 A/mm2. De manera similar a l'ECM, un electròlit com el nitrat de sodi flueix i l'eliminació del metall en la mòlta electroquímica està dominada per l'acció electrolítica. Menys del 5% de l'eliminació del metall és per l'acció abrasiva de la roda. La tècnica d'ECG és molt adequada per a carburs i aliatges d'alta resistència, però no tant per a l'enfonsament o la fabricació de motlles perquè la mòlta pot no accedir fàcilment a cavitats profundes. La taxa d'eliminació de material en la mòlta electroquímica es pot expressar com:

 

MRR = GI/d F

 

Aquí MRR està en mm3/min, G és la massa en grams, I és el corrent en amperes, d és la densitat en g/mm3 i F és la constant de Faraday (96.485 Coulombs/mol). La velocitat de penetració de la mola a la peça es pot expressar com:

 

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

 

Aquí Vs és en mm3/min, E és la tensió de la cel·la en volts, g és l'espai entre roda i peça en mm, Kp és el coeficient de pèrdua i K és la conductivitat de l'electròlit. L'avantatge del mètode de mòlta electroquímic respecte al mòlta convencional és un menor desgast de la roda perquè menys del 5% de l'eliminació del metall és per l'acció abrasiva de la roda.

 

​

Hi ha similituds entre EDM i ECM:

 

1. L'eina i la peça estan separades per un espai molt petit sense contacte entre ells.

 

2. Tant l'eina com el material han de ser conductors de l'electricitat.

 

3. Ambdues tècniques necessiten una inversió de capital elevada. S'utilitzen màquines CNC modernes

 

4. Tots dos mètodes consumeixen molta energia elèctrica.

 

5. S'utilitza un fluid conductor com a mitjà entre l'eina i la peça de treball per a ECM i un fluid dielèctric per a EDM.

 

6. L'eina s'alimenta contínuament cap a la peça de treball per mantenir un espai constant entre elles (l'EDM pot incorporar una retirada de l'eina intermitent o cíclica, normalment parcial).

​

PROCESSOS DE MECANIZAT HÍBRID: Sovint aprofitem els avantatges dels processos de mecanitzat híbrid on hi ha dos o més processos diferents com ECM, EDM….etc. s'utilitzen en combinació. Això ens dóna l'oportunitat de superar les mancances d'un procés per l'altre, i beneficiar-nos dels avantatges de cada procés.