ECM-bearbejdning, elektrokemisk bearbejdning, slibning

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , PULSED ELEKTROKEMISK BEARBEJNING (PECM), ELEKTROKEMISK SLIBNING (EKG), HYBRIDBEARBEJNINGSPROCESSER.

​

ELEKTROKEMISK BEARBEJDNING (ECM) er en ikke-konventionel fremstillingsteknik, hvor metal fjernes ved en elektrokemisk proces. ECM er typisk en masseproduktionsteknik, der bruges til bearbejdning af ekstremt hårde materialer og materialer, der er svære at bearbejde ved hjælp af de konventionelle fremstillingsmetoder. Elektrokemiske bearbejdningssystemer, vi bruger til produktion, er numerisk styrede bearbejdningscentre med høje produktionshastigheder, fleksibilitet, perfekt kontrol af dimensionstolerancer. Elektrokemisk bearbejdning er i stand til at skære små og ulige vinkler, indviklede konturer eller hulrum i hårde og eksotiske metaller som titaniumaluminider, Inconel, Waspaloy og høj nikkel, kobolt og rhenium legeringer. Både udvendige og indvendige geometrier kan bearbejdes. Modifikationer af den elektrokemiske bearbejdningsproces bruges til operationer som drejning, beklædning, slidsning, trepanering, profilering, hvor elektroden bliver skæreværktøjet. Metalfjernelseshastigheden er kun en funktion af ionbytningshastigheden og påvirkes ikke af emnets styrke, hårdhed eller sejhed. Desværre er metoden til elektrokemisk bearbejdning (ECM) begrænset til elektrisk ledende materialer. Et andet vigtigt punkt at overveje at implementere ECM-teknikken er at sammenligne de mekaniske egenskaber af de producerede dele med dem, der produceres ved andre bearbejdningsmetoder.

​

ECM fjerner materiale i stedet for at tilføje det og bliver derfor nogle gange omtalt som ''omvendt galvanisering''. Det ligner på nogle måder elektrisk udladningsbearbejdning (EDM) ved, at en høj strøm ledes mellem en elektrode og delen gennem en elektrolytisk materialefjernelsesproces med en negativt ladet elektrode (katode), en ledende væske (elektrolyt) og en ledende emne (anode). Elektrolytten fungerer som strømbærer og er en stærkt ledende uorganisk saltopløsning som natriumchlorid blandet og opløst i vand eller natriumnitrat. Fordelen ved ECM er, at der ikke er noget slid på værktøjet. ECM skæreværktøjet føres langs den ønskede bane tæt på arbejdet, men uden at røre emnet. I modsætning til EDM skabes der dog ingen gnister. Høje metalfjernelseshastigheder og spejloverfladefinisher er mulige med ECM, uden at der overføres termiske eller mekaniske belastninger til delen. ECM forårsager ingen termisk skade på delen, og da der ikke er nogen værktøjskræfter, er der ingen forvrængning af delen og intet værktøjsslid, som det ville være tilfældet med typiske bearbejdningsoperationer. Ved elektrokemisk bearbejdning er hulrummet produceret det kvindelige parringsbillede af værktøjet.

​

I ECM-processen flyttes et katodeværktøj ind i et anodeemne. Det formede værktøj er generelt lavet af kobber, messing, bronze eller rustfrit stål. Den tryksatte elektrolyt pumpes med høj hastighed ved en indstillet temperatur gennem passagerne i værktøjet til det område, der skæres. Tilspændingshastigheden er den samme som hastigheden for ''væskedannelse'' af materialet, og elektrolytbevægelsen i mellemrummet mellem værktøj og emne vasker metalioner væk fra emneanoden, før de har en chance for at udplade på katodeværktøjet. Afstanden mellem værktøjet og emnet varierer mellem 80-800 mikrometer, og DC-strømforsyningen i området 5 – 25 V opretholder strømtætheder mellem 1,5 – 8 A/mm2 af den aktive bearbejdede overflade. Når elektroner krydser mellemrummet, opløses materiale fra emnet, da værktøjet danner den ønskede form i emnet. Den elektrolytiske væske bortfører metalhydroxidet, der dannes under denne proces. Kommercielle elektrokemiske maskiner med strømkapaciteter mellem 5A og 40.000A er tilgængelige. Materialefjernelseshastigheden ved elektrokemisk bearbejdning kan udtrykkes som:

 

MRR = C x I xn

 

Her er MRR=mm3/min, I=strøm i ampere, n=strømeffektivitet, C=en materialekonstant i mm3/A-min. Konstanten C afhænger af valens for rene materialer. Jo højere valens, jo lavere er dens værdi. For de fleste metaller er det mellem 1 og 2.

 

Hvis Ao angiver det ensartede tværsnitsareal, der elektrokemisk bearbejdes i mm2, kan tilspændingshastigheden f i mm/min udtrykkes som:

 

F = MRR / Ao

 

Tilspændingshastighed f er den hastighed, elektroden trænger ind i emnet.

 

Tidligere var der problemer med dårlig dimensionsnøjagtighed og miljøforurenende affald fra elektrokemiske bearbejdningsoperationer. Disse er stort set blevet overvundet.

 

Nogle af anvendelserne af elektrokemisk bearbejdning af højstyrkematerialer er:

 

- Sænkeoperationer. Die-sink er maskinbearbejdning smedning - form hulrum.

 

- Boring af en jetmotor turbineblade, jet-motor dele og dyser.

 

- Boring af flere små huller. Den elektrokemiske bearbejdningsproces efterlader en gratfri overflade.

 

- Dampturbines vinger kan bearbejdes inden for tætte grænser.

 

- Til afgratning af overflader. Ved afgratning fjerner ECM metalfremspring, der er tilbage fra bearbejdningsprocesserne, og sløver dermed skarpe kanter. Elektrokemisk bearbejdningsproces er hurtig og ofte mere bekvem end de konventionelle metoder til afgratning i hånden eller ikke-traditionelle bearbejdningsprocesser.

​

ELEKTROLYTISK BEARBEJDNING MED FORMET RØR (STEM) er en version af den elektrokemiske bearbejdningsproces, vi bruger til at bore dybe huller med lille diameter. Et titaniumrør bruges som værktøj, der er belagt med en elektrisk isolerende harpiks for at forhindre fjernelse af materiale fra andre områder, såsom hullets og rørets sideflader. Vi kan bore hulstørrelser på 0,5 mm med dybde-til-diameter-forhold på 300:1

​

PULSED ELEKTROKEMISK BEARBEJNING (PECM): Vi bruger meget høje pulserede strømtætheder i størrelsesordenen 100 A/cm2. Ved at bruge pulserende strømme eliminerer vi behovet for høje elektrolytstrømningshastigheder, hvilket udgør begrænsninger for ECM-metoden i form- og formfremstilling. Pulserende elektrokemisk bearbejdning forbedrer udmattelseslevetiden og eliminerer det omstøbte lag efterladt af den elektriske udladningsbearbejdningsteknik (EDM) på form- og matriceoverflader.

​

In ELEKTROKEMISK SLIBNING (EKG)  kombinerer vi den konventionelle slibeoperation med elektrokemisk bearbejdning. Slibeskiven er en roterende katode med slibende partikler af diamant- eller aluminiumoxid, der er metalbundet. Strømtæthederne ligger mellem 1 og 3 A/mm2. I lighed med ECM flyder en elektrolyt såsom natriumnitrat, og metalfjernelsen i elektrokemisk slibning domineres af den elektrolytiske virkning. Mindre end 5 % af metalfjernelsen sker ved slibende virkning af hjulet. EKG-teknikken er velegnet til karbider og højstyrkelegeringer, men passer ikke så meget til sænkning eller formfremstilling, fordi kværnen måske ikke let får adgang til dybe hulrum. Materialefjernelseshastigheden ved elektrokemisk slibning kan udtrykkes som:

 

MRR = GI / d F

 

Her er MRR i mm3/min, G er masse i gram, I er strøm i ampere, d er tæthed i g/mm3 og F er Faradays konstant (96.485 Coulombs/mol). Hastigheden af penetration af slibeskiven i emnet kan udtrykkes som:

 

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

 

Her er Vs i mm3/min, E er cellespænding i volt, g er hul mellem hjul og emne i mm, Kp er tabskoefficient og K er elektrolytledningsevne. Fordelen ved den elektrokemiske slibemetode frem for konventionel slibning er mindre skiveslid, fordi mindre end 5% af metalfjernelsen sker ved slibende virkning af skiven.

 

​

Der er ligheder mellem EDM og ECM:

 

1. Værktøjet og emnet er adskilt af et meget lille mellemrum uden kontakt imellem dem.

 

2. Både værktøj og materiale skal være ledere af elektricitet.

 

3. Begge teknikker kræver høj kapitalinvestering. Der anvendes moderne CNC-maskiner

 

4. Begge metoder bruger masser af elektrisk strøm.

 

5. En ledende væske bruges som medium mellem værktøjet og arbejdsemnet til ECM og en dielektrisk væske til EDM.

 

6. Værktøjet føres kontinuerligt mod arbejdsemnet for at opretholde et konstant mellemrum mellem dem (EDM kan inkorporere intermitterende eller cyklisk, typisk delvis, værktøjsudtrækning).

​

HYBRIDBEARBEJNINGSPROCESSER: Vi drager ofte fordel af fordelene ved hybridbearbejdningsprocesser, hvor to eller flere forskellige processer såsom ECM, EDM….osv. bruges i kombination. Dette giver os mulighed for at overvinde manglerne ved den ene proces ved den anden og drage fordel af hver proces.