Mecanizado ECM, mecanizado electroquímico, rectificado

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , MECANIZADO ELECTROQUÍMICO PULSADO (PECM), TRITURADO ELECTROQUÍMICO (ECG), PROCESOS DE MECANIZADO HÍBRIDO.

​

MECANIZADO ELECTROQUÍMICO (ECM) é unha técnica de fabricación non convencional na que se elimina o metal mediante un proceso electroquímico. ECM é normalmente unha técnica de produción en masa, utilizada para mecanizar materiais extremadamente duros e materiais que son difíciles de mecanizar mediante os métodos de fabricación convencionais. Os sistemas de mecanizado electroquímico que utilizamos para a produción son centros de mecanizado de control numérico con altas taxas de produción, flexibilidade, perfecto control das tolerancias dimensionais. O mecanizado electroquímico é capaz de cortar ángulos pequenos e de formas estrañas, contornos complicados ou cavidades en metais duros e exóticos como aluminuros de titanio, Inconel, Waspaloy e aliaxes de alto níquel, cobalto e renio. Pódense mecanizar tanto xeometrías externas como internas. As modificacións do proceso de mecanizado electroquímico utilízanse para operacións como torneado, fresado, ranurado, trepanado, perfilado onde o electrodo convértese na ferramenta de corte. A taxa de eliminación de metal é só unha función da taxa de cambio iónico e non se ve afectada pola resistencia, dureza ou tenacidade da peza de traballo. Desafortunadamente, o método de mecanizado electroquímico (ECM) está limitado a materiais eléctricamente condutores. Outro punto importante a considerar ao despregar a técnica ECM é comparar as propiedades mecánicas das pezas producidas coas producidas por outros métodos de mecanizado.

​

O ECM elimina o material en lugar de engadilo e, polo tanto, ás veces denomínase "galvanización inversa". Parécese nalgúns aspectos ao mecanizado de descarga eléctrica (EDM) en que se fai pasar unha alta corrente entre un eléctrodo e a peza, a través dun proceso de eliminación de material electrolítico que ten un electrodo cargado negativamente (cátodo), un fluído condutor (electrólito) e un peza condutora (ánodo). O electrólito actúa como portador de corrente e é unha solución salina inorgánica altamente condutora como o cloruro de sodio mesturado e disolto en auga ou nitrato de sodio. A vantaxe do ECM é que non hai desgaste da ferramenta. A ferramenta de corte ECM é guiada polo camiño desexado preto da obra pero sen tocar a peza. A diferenza do EDM, non obstante, non se crean faíscas. Con ECM son posibles altas taxas de eliminación de metal e acabados de superficie de espello, sen que se transfiran tensións térmicas ou mecánicas á peza. O ECM non causa ningún dano térmico na peza e ao non haber forzas da ferramenta non hai deformación da peza nin desgaste da ferramenta, como sería o caso das operacións típicas de mecanizado. No mecanizado electroquímico a cavidade producida é a imaxe de acoplamento feminino da ferramenta.

​

No proceso ECM, unha ferramenta de cátodo móvese nunha peza de ánodo. A ferramenta en forma xeralmente está feita de cobre, latón, bronce ou aceiro inoxidable. O electrólito presurizado é bombeado a un ritmo elevado a unha temperatura establecida a través dos pasaxes da ferramenta ata a zona que se está a cortar. A taxa de avance é a mesma que a taxa de "licuación" do material, e o movemento do electrólito no espazo entre a ferramenta e a peza de traballo lava os ións metálicos lonxe do ánodo da peza antes de que teñan a posibilidade de colocarse na ferramenta do cátodo. A brecha entre a ferramenta e a peza varía entre 80-800 micrómetros e a fonte de alimentación de CC no rango de 5 a 25 V mantén densidades de corrente entre 1,5 e 8 A/mm2 de superficie mecanizada activa. A medida que os electróns atravesan a brecha, o material da peza de traballo disólvese, xa que a ferramenta forma a forma desexada na peza de traballo. O fluído electrolítico leva o hidróxido metálico formado durante este proceso. Dispoñibles máquinas electroquímicas comerciais con capacidades de corrente entre 5 A e 40.000 A. A taxa de eliminación de material no mecanizado electroquímico pódese expresar como:

 

MRR = C x I xn

 

Aquí MRR=mm3/min, I=intensidade en amperes, n=eficiencia de corrente, C=a constante do material en mm3/A-min. A constante C depende da valencia dos materiais puros. Canto maior sexa a valencia, menor será o seu valor. Para a maioría dos metais está entre 1 e 2.

 

Se Ao indica a área da sección transversal uniforme que se está a mecanizar electroquímicamente en mm2, a velocidade de avance f en mm/min pódese expresar como:

 

F = MRR / Ao

 

A velocidade de avance f é a velocidade coa que o electrodo penetra na peza de traballo.

 

No pasado houbo problemas de escasa precisión dimensional e residuos contaminantes para o medio ambiente das operacións de mecanizado electroquímico. Estes foron en gran parte superados.

 

Algunhas das aplicacións do mecanizado electroquímico de materiais de alta resistencia son:

 

- Operacións de afundimento. O afundimento é o mecanizado de cavidades de forxa.

 

- Perforación de palas de turbina, pezas de motores a reacción e toberas.

 

- Perforación de pequenos buratos múltiples. O proceso de mecanizado electroquímico deixa unha superficie sen rebabas.

 

- As palas das turbinas de vapor pódense mecanizar dentro de límites próximos.

 

- Para desbarbado de superficies. No desbarbado, o ECM elimina as proxeccións metálicas que quedan dos procesos de mecanizado e, así, embota os bordos afiados. O proceso de mecanizado electroquímico é rápido e moitas veces máis cómodo que os métodos convencionais de desbarbado manual ou procesos de mecanizado non tradicionais.

​

MECANIZADO ELECTROLÍTICO DE TUBO CON FORMA (TAO) é unha versión do proceso de mecanizado electroquímico que usamos para perforar buratos profundos de pequeno diámetro. Utilízase un tubo de titanio como ferramenta que está revestido cunha resina illante eléctrica para evitar a eliminación de material doutras rexións como as caras laterais do burato e do tubo. Podemos perforar orificios de 0,5 mm con relacións de profundidade a diámetro de 300:1

​

MECANIZADO ELECTROQUÍMICO PULSADO (PECM): Utilizamos densidades de corrente pulsada moi elevadas da orde de 100 A/cm2. Ao usar correntes pulsadas eliminamos a necesidade de altas taxas de fluxo de electrólitos, o que supón limitacións para o método ECM na fabricación de moldes e matrices. O mecanizado electroquímico pulsado mellora a vida á fatiga e elimina a capa de refundición que deixa a técnica de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) nas superficies de moldes e matrices.

​

En TRITURADO ELECTROQUÍMICO (ECG) combinamos a operación de rectificado convencional co mecanizado electroquímico. A moa é un cátodo xiratorio con partículas abrasivas de diamante ou óxido de aluminio que están unidas ao metal. As densidades de corrente oscilan entre 1 e 3 A/mm2. Similar ao ECM, un electrólito como o nitrato de sodio flúe e a eliminación de metal na moenda electroquímica está dominada pola acción electrolítica. Menos do 5% da eliminación de metal é por acción abrasiva da roda. A técnica de ECG é moi adecuada para carburos e aliaxes de alta resistencia, pero non tanto para afundir matrices ou facer moldes porque a moedora pode non acceder facilmente ás cavidades profundas. A taxa de eliminación de material na moenda electroquímica pódese expresar como:

 

MRR = GI/d F

 

Aquí MRR está en mm3/min, G é a masa en gramos, I é a corrente en amperios, d é a densidade en g/mm3 e F é a constante de Faraday (96.485 Coulombs/mol). A velocidade de penetración da moa na peza de traballo pódese expresar como:

 

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

 

Aquí Vs está en mm3/min, E é a tensión da cela en voltios, g é a distancia entre a roda e a peza en mm, Kp é o coeficiente de perda e K é a condutividade do electrólito. A vantaxe do método de moenda electroquímica sobre a moenda convencional é un menor desgaste da roda porque menos do 5% da eliminación de metal é por acción abrasiva da roda.

 

​

Hai semellanzas entre EDM e ECM:

 

1. A ferramenta e a peza están separadas por un espazo moi pequeno sen contacto entre elas.

 

2. Tanto a ferramenta como o material deben ser condutores da electricidade.

 

3. Ambas técnicas necesitan un alto investimento de capital. Utilízanse modernas máquinas CNC

 

4. Ambos métodos consomen moita enerxía eléctrica.

 

5. Utilízase un fluído condutor como medio entre a ferramenta e a peza de traballo para ECM e un fluído dieléctrico para EDM.

 

6. A ferramenta aliméntase continuamente cara á peza para manter un espazo constante entre elas (a electroerosión pode incorporar retirada da ferramenta intermitente ou cíclica, normalmente parcial).

​

PROCESOS DE MECANIZADO HÍBRIDO: Adoitamos aproveitar as vantaxes dos procesos de mecanizado híbrido onde hai dous ou máis procesos diferentes como ECM, EDM….etc. úsanse en combinación. Isto dános a oportunidade de superar as deficiencias dun proceso por outro, e beneficiarnos das vantaxes de cada proceso.