עיבוד שבבי ECM, עיבוד שבבי אלקטרוכימי, השחזה

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , עיבוד אלקטרוכימי PULSED (PECM), שחיקה אלקטרוכימית (ECG), תהליכי עיבוד היברידיים.

​

עיבוד אלקטרוכימי (ECM) הוא טכניקת ייצור לא קונבנציונלית שבה מתכת מוסרת בתהליך אלקטרוכימי. ECM היא בדרך כלל טכניקת ייצור המוני, המשמשת לעיבוד חומרים קשים במיוחד וחומרים שקשה לעבד אותם בשיטות הייצור הקונבנציונליות. מערכות עיבוד אלקטרוכימיות בהן אנו משתמשים לייצור הן מרכזי עיבוד בשליטה מספרית עם קצבי ייצור גבוהים, גמישות, שליטה מושלמת בסובלנות ממדים. עיבוד שבבי אלקטרוכימי מסוגל לחתוך זוויות קטנות ומשונות, קווי מתאר או חללים מורכבים במתכות קשות ואקזוטיות כמו טיטניום אלומינידים, Inconel, Waspaloy וסגסוגות ניקל, קובלט ורניום גבוהות. ניתן לעבד גיאומטריות חיצוניות ופנימיות כאחד. שינויים בתהליך העיבוד האלקטרוכימי משמשים לפעולות כמו פנייה, פניה, חריצים, עיבוד פרופילים, כאשר האלקטרודה הופכת לכלי החיתוך. קצב הסרת המתכות הוא רק פונקציה של חילופי היונים ואינו מושפע מהחוזק, הקשיות או הקשיחות של חומר העבודה. לרוע המזל, שיטת העיבוד האלקטרוכימי (ECM) מוגבלת לחומרים מוליכים חשמלית. נקודה חשובה נוספת לשקול פריסת טכניקת ה-ECM היא השוואת המאפיינים המכניים של החלקים המיוצרים לאלו המיוצרים בשיטות עיבוד אחרות.

​

ECM מסיר חומר במקום להוסיף אותו ולכן מכונה לפעמים ''ציפוי הפוך''. זה דומה במובנים מסוימים לעיבוד שבבי פריקה חשמלית (EDM) בכך שזרם גבוה מועבר בין אלקטרודה לחלק, דרך תהליך הסרת חומר אלקטרוליטי שיש בו אלקטרודה (קתודה) בעלת מטען שלילי, נוזל מוליך (אלקטרוליט) חומר מוליך (אנודה). האלקטרוליט משמש כנשא הזרם והוא תמיסת מלח אנאורגנית מוליכה גבוהה כמו נתרן כלורי מעורב ומומס במים או נתרן חנקה. היתרון של ECM הוא שאין בלאי כלי עבודה. כלי החיתוך ECM מונחה לאורך השביל הרצוי קרוב לעבודה אך מבלי לגעת ביצירה. בניגוד ל-EDM, לעומת זאת, לא נוצרים ניצוצות. שיעורי הסרת מתכות גבוהים וגימור משטח המראה אפשריים עם ECM, ללא העברת מתחים תרמיים או מכניים לחלק. ECM אינו גורם נזק תרמי לחלק ומכיוון שאין כוחות כלי אין עיוות לחלק ואין בלאי של הכלים, כפי שיהיה במקרה של פעולות עיבוד אופייניות. בעיבוד אלקטרוכימי חלל המיוצר הוא תמונת ההזדווגות הנשית של הכלי.

​

בתהליך ה-ECM, כלי קתודה מועבר לחומר עבודה באנודה. הכלי המעוצב עשוי בדרך כלל מנחושת, פליז, ברונזה או נירוסטה. האלקטרוליט בלחץ נשאב בקצב גבוה בטמפרטורה מוגדרת דרך המעברים בכלי לאזור הנחתך. קצב ההזנה זהה לקצב ה''הנזלה'' של החומר, ותנועת האלקטרוליט במרווח הכלי-חומר שוטף את יוני המתכת מהאנודה של חומר העבודה לפני שיש להם סיכוי לצלוח על כלי הקתודה. הפער בין הכלי לחומר העבודה משתנה בין 80-800 מיקרומטר ואספקת החשמל של DC בטווח 5 – 25 V שומר על צפיפות זרם בין 1.5 – 8 A/mm2 של משטח פעיל במכונה. כאשר אלקטרונים חוצים את הפער, החומר מחומר העבודה מתמוסס, כאשר הכלי יוצר את הצורה הרצויה בחומר העבודה. הנוזל האלקטרוליטי נושא את הידרוקסיד המתכת שנוצר במהלך תהליך זה. מכונות אלקטרוכימיות מסחריות עם קיבולות זרם בין 5A ל-40,000A זמינות. קצב הסרת החומר בעיבוד שבבי אלקטרוכימי יכול להתבטא כך:

 

MRR = C x I xn

 

כאן MRR=mm3/min, I=זרם באמפר, n=יעילות זרם, C=קבוע חומר ב-mm3/A-min. הקבוע C תלוי בערכיות עבור חומרים טהורים. ככל שהערכיות גבוהה יותר, כך הערך שלה נמוך יותר. עבור רוב המתכות הוא נמצא בין 1 ל-2.

 

אם Ao מציין את שטח החתך האחיד המעובד בצורה אלקטרוכימית ב-mm2, ניתן לבטא את קצב ההזנה f ב-mm/min כ:

 

F = MRR / Ao

 

קצב הזנה f הוא המהירות שבה האלקטרודה חודרת לחומר העבודה.

 

בעבר היו בעיות של דיוק מימד לקוי ופסולת מזהמת סביבה מפעולות עיבוד אלקטרוכימי. על אלה התגברו במידה רבה.

 

חלק מהיישומים של עיבוד אלקטרוכימי של חומרים בעלי חוזק גבוה הם:

 

- פעולות טביעה. שקיעה היא עיבוד חישול - חללי מתות.

 

- קידוח להבי טורבינה של מנוע סילון, חלקי מנועי סילון וחירים.

 

- קידוח חורים קטנים מרובים. תהליך העיבוד האלקטרוכימי מותיר משטח נטול קוצים.

 

- להבי טורבינת קיטור ניתנים לעיבוד בגבולות קרובים.

 

- לשחרור משטחים. בשחרור בור, ECM מסיר בלטות מתכת שנותרו מתהליכי העיבוד וכך מקהה קצוות חדים. תהליך העיבוד האלקטרוכימי מהיר ולעיתים נוח יותר מהשיטות הקונבנציונליות של פירוק בור ביד או תהליכי עיבוד לא מסורתיים.

​

עיבוד אלקטרוליטי של SHAPED-TUBE (STEM) הוא גרסה של תהליך עיבוד אלקטרוכימי שאנו משתמשים בו לקידוח חורים עמוקים בקוטר קטן. צינור טיטניום משמש ככלי המצופה בשרף מבודד חשמלי כדי למנוע הסרה של חומר מאזורים אחרים כמו הפנים הצדדיות של החור והצינור. אנחנו יכולים לקדוח גדלי חורים של 0.5 מ"מ עם יחסי עומק לקוטר של 300:1

​

עיבוד אלקטרוכימי PULSED (PECM): אנו משתמשים בצפיפות זרם pulsed גבוהה מאוד בסדר גודל של 100 A/cm2. על ידי שימוש בזרמים פולסים אנו מבטלים את הצורך בקצבי זרימת אלקטרוליטים גבוהים, מה שמציב מגבלות לשיטת ה-ECM בייצור תבניות ותבנית. עיבוד אלקטרוכימי פועם משפר את חיי העייפות ומבטל את השכבה המחודשת שהותירה טכניקת עיבוד הפריקה החשמלית (EDM) על משטחי עובש ותבנית.

​

In ELCTROCHEMICAL GRINDING (ECG) אנו משלבים את פעולת השחזה הקונבנציונלית עם עיבוד אלקטרוכימי. גלגל השחזה הוא קתודה מסתובבת עם חלקיקים שוחקים של תחמוצת יהלום או אלומיניום המחוברים למתכת. צפיפות הזרם נעה בין 1 ל-3 A/mm2. בדומה ל-ECM, אלקטרוליט כמו סודיום חנקתי זורם והסרת המתכות בטחינה אלקטרוכימית נשלטת על ידי הפעולה האלקטרוליטית. פחות מ-5% מהסרת המתכת היא על ידי פעולה שוחקת של הגלגל. טכניקת ה-ECG מתאימה היטב עבור קרבידים וסגסוגות בעלות חוזק גבוה, אך לא כל כך מתאימה לשקיעת מתיחה או לייצור עובש מכיוון שהמטחנה עשויה לא לגשת בקלות לחללים עמוקים. קצב הסרת החומר בטחינה אלקטרוכימית יכול להתבטא כך:

 

MRR = GI / d F

 

כאן MRR הוא ב-mm3/min, G הוא מסה בגרמים, I הוא זרם באמפר, d הוא צפיפות ב-g/mm3 ו-F הוא הקבוע של פאראדיי (96,485 קולומבים/מול). מהירות החדירה של גלגל השחזה לתוך חומר העבודה יכולה להתבטא כך:

 

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

 

כאן Vs הוא ב-mm3/min, E הוא מתח התא בוולט, g הוא מרווח גלגל לחומר ב-mm, Kp הוא מקדם הפסד ו-K הוא מוליכות אלקטרוליט. היתרון של שיטת ההשחזה האלקטרוכימית על פני השחזה הקונבנציונלית הוא פחות בלאי גלגלים מכיוון שפחות מ-5% מהסרת המתכת היא על ידי פעולה שוחקת של הגלגל.

 

​

יש קווי דמיון בין EDM ל-ECM:

 

1. הכלי וחומר העבודה מופרדים על ידי מרווח קטן מאוד ללא מגע ביניהם.

 

2. גם הכלי וגם החומר חייבים להיות מוליכים של חשמל.

 

3. שתי הטכניקות מצריכות השקעת הון גבוהה. נעשה שימוש במכונות CNC מודרניות

 

4. שתי השיטות צורכות המון חשמל.

 

5. נוזל מוליך משמש כתווך בין הכלי לחלק העבודה עבור ECM ונוזל דיאלקטרי עבור EDM.

 

6. הכלי מוזן ברציפות לכיוון חומר העבודה כדי לשמור על מרווח קבוע ביניהם (EDM עשוי לשלב נסיגת כלי לסירוגין או מחזורית, בדרך כלל חלקית).

​

תהליכי עיבוד היברידיים: לעתים קרובות אנו מנצלים את היתרונות של תהליכי עיבוד היברידיים שבהם שניים או יותר תהליכים שונים כגון ECM, EDM... וכו'. משמשים בשילוב. זה נותן לנו את ההזדמנות להתגבר על החסרונות של תהליך אחד על ידי השני, ולהפיק תועלת מהיתרונות של כל תהליך.