ماشینکاری ECM، ماشینکاری الکتروشیمیایی، سنگزنی

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) ، ماشینکاری الکتروشیمیایی پالسی (PECM)، آسیاب الکتروشیمیایی (ECG)، فرآیندهای ماشینکاری هیبریدی.

​

ماشینکاری الکتروشیمیایی (ECM) یک تکنیک ساخت غیر متعارف است که در آن فلز با یک فرآیند الکتروشیمیایی حذف می شود. ECM به طور معمول یک تکنیک تولید انبوه است که برای ماشینکاری مواد و مواد بسیار سخت که ماشینکاری با استفاده از روش‌های تولید مرسوم دشوار است، استفاده می‌شود. سیستم‌های ماشین‌کاری الکتروشیمیایی که ما برای تولید استفاده می‌کنیم، مراکز ماشینکاری با کنترل عددی با نرخ تولید بالا، انعطاف‌پذیری، کنترل کامل تلورانس‌های ابعادی هستند. ماشینکاری الکتروشیمیایی قادر به برش زوایای کوچک و عجیب و غریب، خطوط یا حفره های پیچیده در فلزات سخت و عجیب و غریب مانند آلومینیدهای تیتانیوم، Inconel، Waspaloy و آلیاژهای نیکل، کبالت و رنیم بالا است. هر دو هندسه خارجی و داخلی را می توان ماشین کاری کرد. اصلاحات فرآیند ماشینکاری الکتروشیمیایی برای عملیاتی مانند چرخش، روکش، شکاف، تراپنینگ، پروفیل سازی که در آن الکترود به ابزار برش تبدیل می شود، استفاده می شود. سرعت حذف فلز تنها تابعی از نرخ تبادل یونی است و تحت تأثیر استحکام، سختی یا چقرمگی قطعه کار قرار نمی گیرد. متأسفانه روش ماشینکاری الکتروشیمیایی (ECM) محدود به مواد رسانای الکتریکی است. نکته مهم دیگری که باید در استفاده از تکنیک ECM در نظر گرفت، مقایسه خواص مکانیکی قطعات تولید شده با آنهایی است که توسط سایر روش‌های ماشینکاری تولید می‌شوند.

​

ECM به جای اضافه کردن مواد، مواد را حذف می کند و به همین دلیل گاهی اوقات به عنوان "آبکاری معکوس" نامیده می شود. از برخی جهات شبیه ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) است که جریان بالایی بین الکترود و قطعه از طریق فرآیند حذف مواد الکترولیتی که دارای یک الکترود (کاتد)، یک سیال رسانا (الکترولیت) با بار منفی است، عبور می‌کند. قطعه کار رسانا (آند). الکترولیت به عنوان حامل جریان عمل می کند و یک محلول نمک معدنی بسیار رسانا مانند کلرید سدیم است که در آب یا نیترات سدیم مخلوط و حل شده است. مزیت ECM عدم سایش ابزار است. ابزار برش ECM در مسیر مورد نظر نزدیک به کار اما بدون دست زدن به قطعه هدایت می شود. اما برخلاف EDM هیچ جرقه ای ایجاد نمی شود. نرخ بالای حذف فلز و پرداخت سطح آینه با ECM امکان پذیر است، بدون اینکه تنش حرارتی یا مکانیکی به قطعه منتقل شود. ECM هیچ گونه آسیب حرارتی به قطعه وارد نمی کند و از آنجایی که هیچ نیروی ابزار وجود ندارد، هیچ اعوجاج و ساییدگی در قطعه ایجاد نمی شود، همانطور که در عملیات ماشینکاری معمولی وجود دارد. در حفره ماشینکاری الکتروشیمیایی تولید شده تصویر جفت گیری ماده از ابزار است.

​

در فرآیند ECM، یک ابزار کاتدی به داخل قطعه کار آند منتقل می‌شود. این ابزار به طور کلی از مس، برنج، برنز یا فولاد ضد زنگ ساخته شده است. الکترولیت تحت فشار با سرعت بالایی در دمای تعیین شده از طریق گذرگاه های ابزار به ناحیه در حال برش پمپ می شود. نرخ تغذیه برابر با سرعت "مایع شدن" ماده است و حرکت الکترولیت در شکاف ابزار-قطعه کار، یون های فلزی را قبل از اینکه فرصتی برای پلیت شدن روی ابزار کاتد داشته باشند، از آند قطعه کار دور می کند. فاصله بین ابزار و قطعه کار بین 80-800 میکرومتر متغیر است و منبع تغذیه DC در محدوده 5 تا 25 ولت چگالی جریان را بین 1.5 تا 8 A/mm2 سطح ماشینکاری شده فعال حفظ می کند. همانطور که الکترون ها از شکاف عبور می کنند، مواد حاصل از قطعه کار حل می شود، زیرا ابزار شکل مورد نظر را در قطعه کار ایجاد می کند. سیال الکترولیتی، هیدروکسید فلزی را که در طی این فرآیند تشکیل شده است، می برد. ماشین های الکتروشیمیایی تجاری با ظرفیت جریان بین 5 تا 40000 آمپر در دسترس هستند. سرعت حذف مواد در ماشینکاری الکتروشیمیایی را می توان به صورت زیر بیان کرد:

 

MRR = C x I xn

 

در اینجا MRR=mm3/min، I=جریان بر حسب آمپر، n=بازده جریان، C=ثابت ماده در mm3/A-min. ثابت C به ظرفیت مواد خالص بستگی دارد. هر چه ظرفیت بالاتر باشد، مقدار آن کمتر است. برای اکثر فلزات بین 1 و 2 است.

 

اگر Ao سطح مقطع یکنواختی را که به صورت الکتروشیمیایی ماشینکاری می‌شود در mm2 نشان می‌دهد، نرخ تغذیه f بر حسب mm/min را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

 

F = MRR / Ao

 

نرخ تغذیه f سرعتی است که الکترود در قطعه کار نفوذ می کند.

 

در گذشته مشکلات مربوط به دقت ابعاد ضعیف و زباله های آلوده کننده محیط زیست ناشی از عملیات ماشینکاری الکتروشیمیایی وجود داشت. اینها تا حد زیادی برطرف شده است.

 

برخی از کاربردهای ماشینکاری الکتروشیمیایی مواد با مقاومت بالا عبارتند از:

 

- عملیات Die-Sinking. دای سینک ماشینکاری آهنگری – حفره های قالب است.

 

- حفاری پره های توربین موتور جت، قطعات و نازل های موتور جت.

 

- حفاری چند سوراخ کوچک فرآیند ماشینکاری الکتروشیمیایی سطحی بدون سوراخ باقی می گذارد.

 

- پره های توربین بخار را می توان در محدوده های نزدیک ماشین کاری کرد.

 

- برای پاک کردن سطوح در سوراخ‌زدایی، ECM برآمدگی‌های فلزی باقی مانده از فرآیندهای ماشین‌کاری را حذف می‌کند و بنابراین لبه‌های تیز را کدر می‌کند. فرآیند ماشین‌کاری الکتروشیمیایی سریع و اغلب راحت‌تر از روش‌های مرسوم سنگ‌زدایی با دست یا فرآیندهای ماشین‌کاری غیر سنتی است.

​

ماشینکاری الکترولیتی لوله شکل (STEM) نسخه ای از فرآیند ماشینکاری الکتروشیمیایی است که ما برای حفاری سوراخ های عمیق با قطر کوچک استفاده می کنیم. از لوله تیتانیومی به عنوان ابزاری استفاده می شود که با یک رزین عایق الکتریکی پوشانده می شود تا از حذف مواد از مناطق دیگر مانند وجه های جانبی سوراخ و لوله جلوگیری کند. ما می توانیم سوراخ هایی به اندازه 0.5 میلی متر با نسبت عمق به قطر 300:1 سوراخ کنیم.

​

ماشینکاری الکتروشیمیایی پالسی (PECM): ما از چگالی جریان پالسی بسیار بالا در حد 100 A/cm2 استفاده می کنیم. با استفاده از جریان های پالسی، نیاز به نرخ جریان الکترولیت بالا را که محدودیت هایی را برای روش ECM در ساخت قالب و قالب ایجاد می کند، حذف می کنیم. ماشین‌کاری الکتروشیمیایی پالسی عمر خستگی را بهبود می‌بخشد و لایه‌های ریخته‌شده مجدد به جای مانده از تکنیک ماشین‌کاری تخلیه الکتریکی (EDM) روی سطوح قالب و قالب را حذف می‌کند.

​

In سابزنی الکتروشیمیایی (ECG) ما عملیات آسیاب معمولی را با ماشینکاری الکتروشیمیایی ترکیب می کنیم. چرخ سنگ زنی یک کاتد دوار با ذرات ساینده الماس یا اکسید آلومینیوم است که به فلز متصل شده اند. چگالی جریان بین 1 تا 3 A/mm2 است. مشابه ECM، یک الکترولیت مانند نیترات سدیم جریان می یابد و حذف فلز در آسیاب الکتروشیمیایی تحت تأثیر عمل الکترولیتی قرار می گیرد. کمتر از 5 درصد از حذف فلز توسط عمل سایشی چرخ است. تکنیک ECG برای کاربیدها و آلیاژهای با استحکام بالا مناسب است، اما برای دای سینک کردن یا ساخت قالب چندان مناسب نیست زیرا ممکن است آسیاب به راحتی به حفره های عمیق دسترسی نداشته باشد. سرعت حذف مواد در آسیاب الکتروشیمیایی را می توان به صورت زیر بیان کرد:

 

MRR = GI / D F

 

در اینجا MRR بر حسب mm3/min، G جرم بر حسب گرم، I جریان بر حسب آمپر، d چگالی بر حسب g/mm3 و F ثابت فارادی (96485 کولن بر مول) است. سرعت نفوذ چرخ سنگ زنی به قطعه کار را می توان به صورت زیر بیان کرد:

 

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

 

در اینجا Vs بر حسب mm3/min، E ولتاژ سلول بر حسب ولت، g شکاف چرخ به قطعه کار بر حسب میلی متر، Kp ضریب تلفات و K هدایت الکترولیت است. مزیت روش سنگ زنی الکتروشیمیایی نسبت به سنگ زنی معمولی، سایش کمتر چرخ است زیرا کمتر از 5 درصد حذف فلز توسط عمل سایشی چرخ صورت می گیرد.

 

​

شباهت هایی بین EDM و ECM وجود دارد:

 

1. ابزار و قطعه کار با یک شکاف بسیار کوچک بدون تماس بین آنها از هم جدا می شوند.

 

2. ابزار و مواد هر دو باید رسانای الکتریسیته باشند.

 

3. هر دو تکنیک نیاز به سرمایه گذاری بالایی دارند. دستگاه های CNC مدرن استفاده می شود

 

4. هر دو روش انرژی الکتریکی زیادی مصرف می کنند.

 

5. یک سیال رسانا به عنوان واسطه بین ابزار و قطعه کار برای ECM و یک سیال دی الکتریک برای EDM استفاده می شود.

 

6. ابزار به طور مداوم به سمت قطعه کار تغذیه می شود تا یک شکاف ثابت بین آنها حفظ شود (EDM ممکن است شامل خروج متناوب یا چرخه ای، معمولاً جزئی، ابزار باشد).

​

فرآیندهای ماشینکاری هیبریدی: ما اغلب از مزایای فرآیندهای ماشینکاری ترکیبی استفاده می کنیم که در آن دو یا چند فرآیند مختلف مانند ECM، EDM... و غیره. به صورت ترکیبی استفاده می شوند. این به ما این فرصت را می دهد که بر کاستی های یک فرآیند توسط دیگری غلبه کنیم و از مزایای هر فرآیند بهره مند شویم.