ECM-koneistus, sähkökemiallinen koneistus, hionta

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , PULSSI SÄHKÖKEMIALLINEN TYÖSTÖ (PECM), SÄHKÖKEMIALLINEN HIOMAUS (EKG), HYBRIDIKONEISTUSPROSESSIT.

​

SÄHKÖKEMIALLINEN TYÖSTÖ (ECM) on ei-perinteinen valmistustekniikka, jossa metalli poistetaan sähkökemiallisella prosessilla. ECM on tyypillisesti massatuotantotekniikka, jota käytetään erittäin kovien ja perinteisillä valmistusmenetelmillä vaikeasti työstettävien materiaalien koneistamiseen. Tuotannossa käyttämämme sähkökemialliset työstöjärjestelmät ovat numeerisesti ohjattuja työstökeskuksia, joilla on korkea tuotantonopeus, joustavuus ja täydellinen mittatoleranssien hallinta. Sähkökemiallinen koneistus pystyy leikkaamaan pieniä ja parittoman muotoisia kulmia, monimutkaisia ääriviivoja tai onteloita koviin ja eksoottisiin metalleihin, kuten titaanialuminideihin, Inconel-, Waspaloy- ja runsaasti nikkeliä sisältäviin, koboltti- ja reniumseoksiin. Sekä ulkoisia että sisäisiä geometrioita voidaan työstää. Sähkökemiallisen työstöprosessin muunnelmia käytetään esimerkiksi sorvaukseen, pintakäsittelyyn, uraan, trepaningiin ja profilointiin, joissa elektrodista tulee leikkaustyökalu. Metallinpoistonopeus on vain ioninvaihtonopeuden funktio, eikä siihen vaikuta työkappaleen lujuus, kovuus tai sitkeys. Valitettavasti sähkökemiallisen koneistuksen (ECM) menetelmä rajoittuu sähköä johtaviin materiaaleihin. Toinen tärkeä näkökohta ECM-tekniikan käyttöönotossa on verrata valmistettujen osien mekaanisia ominaisuuksia muilla koneistusmenetelmillä valmistettuihin osiin.

​

ECM poistaa materiaalia sen lisäämisen sijaan, ja siksi sitä kutsutaan joskus "käänteiseksi galvanoimiseksi". Se muistuttaa jollain tapaa sähköpurkauskoneistusta (EDM) siinä mielessä, että suuri virta johdetaan elektrodin ja osan välillä elektrolyyttisen materiaalinpoistoprosessin kautta, jossa on negatiivisesti varautunut elektrodi (katodi), johtava neste (elektrolyytti) ja johtava työkappale (anodi). Elektrolyytti toimii virran kantajana ja on erittäin johtava epäorgaaninen suolaliuos, kuten natriumkloridi, joka on sekoitettu ja liuotettu veteen tai natriumnitraattiin. ECM:n etuna on, ettei työkalu kuluta. ECM-leikkaustyökalua ohjataan haluttua reittiä pitkin työskentelyn lähelle, mutta koskematta kappaleeseen. Toisin kuin EDM, ei kuitenkaan synny kipinöitä. Korkeat metallinpoistonopeudet ja peilipinnan viimeistely ovat mahdollisia ECM:llä ilman lämpö- tai mekaanisen rasituksen siirtymistä osaan. ECM ei aiheuta lämpövaurioita osalle, ja koska työkaluvoimia ei ole, osassa ei ole vääristymiä eikä työkalun kulumista, kuten tyypillisissä koneistusoperaatioissa. Sähkökemiallisessa työstössä syntyy työkalun naaraskuva.

​

ECM-prosessissa katodityökalu siirretään anodityökappaleeseen. Muotoiltu työkalu on yleensä valmistettu kuparista, messingistä, pronssista tai ruostumattomasta teräksestä. Paineinen elektrolyytti pumpataan suurella nopeudella asetetussa lämpötilassa työkalun kanavien kautta leikattavalle alueelle. Syöttönopeus on sama kuin materiaalin "nesteytymisnopeus", ja elektrolyytin liike työkalun ja työkappaleen välissä pesee metalli-ionit pois työkappaleen anodista ennen kuin ne ehtivät pinnoittaa katodityökalulle. Työkalun ja työkappaleen välinen rako vaihtelee välillä 80-800 mikrometriä ja DC-virtalähde alueella 5-25 V ylläpitää virrantiheydet välillä 1,5-8 A/mm2 aktiivista työstettyä pintaa. Kun elektronit ylittävät raon, materiaali työkappaleesta liukenee, kun työkalu muodostaa halutun muodon työkappaleeseen. Elektrolyyttineste kuljettaa pois tämän prosessin aikana muodostuneen metallihydroksidin. Saatavilla on kaupallisia sähkökemiallisia koneita, joiden virtakapasiteetti on 5A - 40 000A. Materiaalin poistonopeus sähkökemiallisessa koneistuksessa voidaan ilmaista seuraavasti:

 

MRR = C x I xn

 

Tässä MRR = mm3/min, I = virta ampeerina, n = virran hyötysuhde, C = materiaalivakio mm3/A-min. Vakio C riippuu puhtaiden materiaalien valenssista. Mitä suurempi valenssi, sitä pienempi on sen arvo. Useimmille metalleille se on 1 ja 2 välillä.

 

Jos Ao tarkoittaa sähkökemiallisesti työstettyä tasaista poikkileikkausalaa yksikössä mm2, syöttönopeus f yksikössä mm/min voidaan ilmaista seuraavasti:

 

F = MRR/Ao

 

Syöttönopeus f on nopeus, jolla elektrodi tunkeutuu työkappaleeseen.

 

Aiemmin oli ongelmia huonon mittatarkkuuden ja ympäristöä saastuttavien jätteiden kanssa sähkökemiallisesta työstyksestä. Näistä on pääosin selvitty.

 

Jotkut erittäin lujien materiaalien sähkökemiallisen työstön sovelluksista ovat:

 

- Uppoamisoperaatiot. Uppoaminen on taontaa – meistionteloiden koneistamista.

 

- Suihkumoottorin turbiinin siipien, suihkumoottorin osien ja suuttimien poraus.

 

- Useiden pienten reikien poraus. Sähkökemiallinen työstö jättää jäysteetön pinnan.

 

- Höyryturbiinien siivet voidaan työstää tiukoissa rajoissa.

 

- Pintojen purseenpoistoon. Jäysteenpoistossa ECM poistaa koneistusprosesseista jääneet metalliulokkeet ja siten tylsyttää terävät reunat. Sähkökemiallinen työstöprosessi on nopea ja usein kätevämpi kuin tavanomaiset menetelmät jäysteenpoistoon käsin tai ei-perinteiset koneistusprosessit.

​

SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MASINING (STEM) on versio sähkökemiallisesta työstöprosessista, jota käytämme halkaisijaltaan pienten syvien reikien poraamiseen. Titaaniputkea käytetään työkaluna, joka on päällystetty sähköä eristävällä hartsilla materiaalin poistumisen estämiseksi muilta alueilta, kuten reiän ja putken sivupinnoilta. Voimme porata 0,5 mm:n reikiä syvyys-halkaisijasuhteilla 300:1

​

PULSSI SÄHKÖKEMIALLINEN TYÖSTÖ (PECM): Käytämme erittäin suuria pulssivirtatiheyksiä, luokkaa 100 A/cm2. Pulssivirtojen avulla eliminoimme suurten elektrolyytin virtausnopeuksien tarpeen, mikä rajoittaa ECM-menetelmää muottien ja muottien valmistuksessa. Pulssimainen sähkökemiallinen työstö pidentää väsymisikää ja eliminoi sähköpurkauskoneistuksen (EDM) jättämän uudelleenvalukerroksen muottien ja muotin pinnoilla.

​

In SÄHKÖKEMIALLINEN HIOMAUS (EKG) Yhdistämme tavanomaisen työstön sähkökemialliseen hiontaan. Hiomalaikka on pyörivä katodi, jossa on hankaavia timantti- tai alumiinioksidihiukkasia, jotka on sidottu metalliin. Virran tiheydet vaihtelevat välillä 1 - 3 A/mm2. ECM:n tapaan elektrolyytti, kuten natriumnitraatti, virtaa ja metallin poistoa sähkökemiallisessa jauhamisessa hallitsee elektrolyyttinen vaikutus. Alle 5 % metallin poistosta tapahtuu pyörän hankaavalla vaikutuksella. EKG-tekniikka soveltuu hyvin kovametallien ja vahvojen metalliseosten käsittelyyn, mutta ei niinkään uppoamiseen tai muotin valmistukseen, koska hiomakone ei ehkä pääse helposti käsiksi syviin onteloihin. Materiaalin poistonopeus sähkökemiallisessa hionnassa voidaan ilmaista seuraavasti:

 

MRR = GI / d F

 

Tässä MRR on mm3/min, G on massa grammoina, I on virta ampeereina, d on tiheys g/mm3 ja F on Faradayn vakio (96 485 Coulombs/mol). Hiomalaikan tunkeutumisnopeus työkappaleeseen voidaan ilmaista seuraavasti:

 

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

 

Tässä Vs on mm3/min, E on kennojännite voltteina, g on pyörän ja työkappaleen välinen rako mm, Kp on häviökerroin ja K on elektrolyytin johtavuus. Sähkökemiallisen hiontamenetelmän etuna tavanomaiseen hiontaan verrattuna on pienempi pyörän kuluminen, koska alle 5 % metallin poistosta tapahtuu laikan hankaavalla vaikutuksella.

 

​

EDM:n ja ECM:n välillä on yhtäläisyyksiä:

 

1. Työkalu ja työkappale erotetaan toisistaan erittäin pienellä rakolla ilman, että niiden välillä on kosketusta.

 

2. Sekä työkalun että materiaalin on johdettava sähköä.

 

3. Molemmat tekniikat vaativat suuria pääomasijoituksia. Käytössä ovat nykyaikaiset CNC-koneet

 

4. Molemmat menetelmät kuluttavat paljon sähköä.

 

5. Johtavaa nestettä käytetään väliaineena työkalun ja työkappaleen välillä ECM:ssä ja dielektristä nestettä EDM:ssä.

 

6. Työkalua syötetään jatkuvasti kohti työkappaletta, jotta niiden välillä säilyy tasainen rako (EDM voi sisältää jaksoittaisen tai syklisen, tyypillisesti osittaisen työkalun vetäytymisen).

​

HYBRIDITYÖSTÖPROSESSIT: Hyödynnämme usein hybridityöstöprosessien etuja, joissa kaksi tai useampia eri prosessia, kuten ECM, EDM jne. käytetään yhdistelmänä. Tämä antaa meille mahdollisuuden voittaa yhden prosessin puutteet toisella ja hyötyä kunkin prosessin eduista.