ECM obrada, elektrokemijska obrada, brušenje

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , IMPULSNA ELEKTROKEMIJSKA OBRADA (PECM), ELEKTROKEMIJSKO BRUŠENJE (EKG), HIBRIDNI STROJNI PROCESI.

​

ELEKTROKEMIJSKA OBRADA (ECM)  je nekonvencionalna tehnika proizvodnje u kojoj se metal uklanja elektrokemijskim postupkom. ECM je obično tehnika masovne proizvodnje, koja se koristi za strojnu obradu iznimno tvrdih materijala i materijala koje je teško obraditi uobičajenim proizvodnim metodama. Elektrokemijsko-strojni sustavi koje koristimo za proizvodnju su numerički upravljani obradni centri s visokim stupnjem proizvodnje, fleksibilnošću, savršenom kontrolom dimenzijskih tolerancija. Elektrokemijska obrada može rezati male i neobične kutove, zamršene konture ili šupljine u tvrdim i egzotičnim metalima poput titanovih aluminida, Inconela, Waspaloya i legura s visokim udjelom nikla, kobalta i renija. Mogu se strojno obrađivati i vanjske i unutarnje geometrije. Modifikacije procesa elektrokemijske obrade koriste se za operacije kao što su tokarenje, oblaganje, urezivanje, trepaniranje, profiliranje gdje elektroda postaje alat za rezanje. Stopa uklanjanja metala samo je funkcija brzine ionske izmjene i na nju ne utječe čvrstoća, tvrdoća ili žilavost obratka. Nažalost, metoda elektrokemijske obrade (ECM) ograničena je na električno vodljive materijale. Druga važna točka koju treba razmotriti primjenom ECM tehnike je usporedba mehaničkih svojstava proizvedenih dijelova s onima proizvedenim drugim metodama strojne obrade.

​

ECM uklanja materijal umjesto da ga dodaje i stoga se ponekad naziva "obrnuto galvaniziranje". Na neki način nalikuje obradi električnim pražnjenjem (EDM) u tome što velika struja prolazi između elektrode i dijela, kroz postupak uklanjanja elektrolitičkog materijala koji ima negativno nabijenu elektrodu (katodo), vodljivu tekućinu (elektrolit) i vodljivi obradak (anoda). Elektrolit djeluje kao prijenosnik struje i visoko je vodljiva otopina anorganske soli poput natrijeva klorida pomiješana i otopljena u vodi ili natrijevom nitratu. Prednost ECM-a je u tome što nema trošenja alata. ECM alat za rezanje vodi se duž željene putanje blizu obrade, ali bez dodirivanja komada. Međutim, za razliku od EDM-a, ne stvaraju se iskre. Visoke stope uklanjanja metala i završne obrade površine ogledala mogući su s ECM-om, bez toplinskih ili mehaničkih naprezanja koja se prenose na dio. ECM ne uzrokuje termičko oštećenje dijela i budući da nema sila alata, nema izobličenja dijela niti trošenja alata, kao što bi bio slučaj s tipičnim operacijama strojne obrade. U elektrokemijskoj obradnoj šupljini proizvedena je ženska slika parenja alata.

​

U procesu ECM, katodni alat se pomiče u anodni obradak. Oblikovani alat općenito je izrađen od bakra, mesinga, bronce ili nehrđajućeg čelika. Elektrolit pod tlakom pumpa se velikom brzinom na postavljenoj temperaturi kroz prolaze u alatu do područja koje se reže. Brzina punjenja je ista kao i brzina "ukapljivanja" materijala, a kretanje elektrolita u razmaku između alata i izratka ispire metalne ione s anode izratka prije nego što imaju priliku nanijeti se na katodni alat. Razmak između alata i obratka varira između 80-800 mikrometara, a istosmjerno napajanje u rasponu od 5 – 25 V održava gustoće struje između 1,5 – 8 A/mm2 aktivne strojno obrađene površine. Kako elektroni prelaze prazninu, materijal iz obratka se otapa, dok alat oblikuje željeni oblik u obratku. Elektrolitička tekućina odnosi metalni hidroksid nastao tijekom ovog procesa. Dostupni su komercijalni elektrokemijski strojevi sa strujnim kapacitetom između 5 A i 40 000 A. Brzina uklanjanja materijala u elektrokemijskoj strojnoj obradi može se izraziti kao:

 

MRR = C x I xn

 

Ovdje MRR=mm3/min, I=struja u amperima, n=strujna učinkovitost, C=konstanta materijala u mm3/A-min. Konstanta C ovisi o valenciji za čiste materijale. Što je valencija veća, to je njegova vrijednost manja. Za većinu metala je između 1 i 2.

 

Ako Ao označava ravnomjernu površinu poprečnog presjeka koja se elektrokemijski obrađuje u mm2, brzina dodavanja f u mm/min može se izraziti kao:

 

F = MRR / Ao

 

Brzina posmaka f je brzina kojom elektroda prodire u obradak.

 

U prošlosti su postojali problemi niske točnosti dimenzija i otpada koji je zagađivao okoliš od operacija elektrokemijske strojne obrade. Oni su uglavnom prevladani.

 

Neke od primjena elektrokemijske obrade materijala visoke čvrstoće su:

 

- Operacije utapanja kalupa. Udubljenje je strojna obrada kovanja – šupljine kalupa.

 

- Bušenje lopatica turbine mlaznog motora, dijelova i mlaznica mlaznog motora.

 

- Bušenje više malih rupa. Proces elektrokemijske obrade ostavlja površinu bez srha.

 

- Lopatice parne turbine mogu se strojno obraditi unutar bliskih granica.

 

- Za skidanje ivica s površina. Kod skidanja ivica, ECM uklanja metalne izbočine preostale od procesa obrade i tako otupljuje oštre rubove. Proces elektrokemijske obrade brz je i često praktičniji od konvencionalnih metoda ručnog skidanja ivica ili netradicionalnih procesa obrade.

​

ELEKTROLITIČKA OBRADA S OBLIKOM CIJEVI (STEM) je verzija procesa elektrokemijske obrade koju koristimo za bušenje dubokih rupa malog promjera. Titanijska cijev se koristi kao alat koji je obložen elektroizolacijskom smolom kako bi se spriječilo uklanjanje materijala s drugih područja poput bočnih stranica otvora i cijevi. Možemo izbušiti rupe veličine 0,5 mm s omjerom dubine i promjera od 300:1

​

IMPULSNA ELEKTROKEMIJSKA OBRADA (PECM): Koristimo vrlo visoke gustoće impulsne struje reda veličine 100 A/cm2. Korištenjem impulsnih struja eliminiramo potrebu za velikim protokom elektrolita što predstavlja ograničenja za ECM metodu u proizvodnji kalupa i kalupa. Pulsna elektrokemijska obrada poboljšava otpornost na zamor i eliminira preliveni sloj koji je ostavio tehnika obrade električnim pražnjenjem (EDM) na površinama kalupa i kalupa.

​

U ELEKTROKEMIJSKO BRUŠENJE (EKG) kombiniramo konvencionalnu operaciju brušenja s elektrokemijskom strojnom obradom. Brusni kotač je rotirajuća katoda s abrazivnim česticama dijamanta ili aluminijevog oksida koje su vezane metalom. Gustoće struje kreću se između 1 i 3 A/mm2. Slično ECM-u, elektrolit kao što je natrijev nitrat teče, a uklanjanjem metala u elektrokemijskom mljevenju dominira elektrolitičko djelovanje. Manje od 5% uklanjanja metala je abrazivnim djelovanjem kotača. ECG tehnika je prikladna za karbide i legure visoke čvrstoće, ali nije toliko prikladna za utapanje kalupa ili izradu kalupa jer brusilica možda neće lako pristupiti dubokim šupljinama. Brzina uklanjanja materijala kod elektrokemijskog mljevenja može se izraziti kao:

 

MRR = GI / d F

 

Ovdje je MRR u mm3/min, G je masa u gramima, I je struja u amperima, d je gustoća u g/mm3 i F je Faradayeva konstanta (96,485 kulona/molu). Brzina prodiranja brusne ploče u obradak može se izraziti kao:

 

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

 

Ovdje je Vs u mm3/min, E je napon ćelije u voltima, g je razmak kotača od obratka u mm, Kp je koeficijent gubitka i K je vodljivost elektrolita. Prednost elektrokemijske metode brušenja u odnosu na konvencionalno brušenje je manje trošenje ploče jer se manje od 5% metala uklanja abrazivnim djelovanjem ploče.

 

​

Postoje sličnosti između EDM i ECM:

 

1. Alat i obradak su odvojeni vrlo malim razmakom bez kontakta između njih.

 

2. I alat i materijal moraju biti vodiči električne struje.

 

3. Obje tehnike zahtijevaju velika kapitalna ulaganja. Koriste se moderni CNC strojevi

 

4. Obje metode troše puno električne energije.

 

5. Vodljivi fluid se koristi kao medij između alata i obratka za ECM i dielektrični fluid za EDM.

 

6. Alat se kontinuirano dovodi prema izratku kako bi se održao konstantan razmak između njih (EDM može uključivati isprekidano ili cikličko, obično djelomično, povlačenje alata).

​

HIBRIDNI PROCESI STROJNE OBRADE: Često iskorištavamo prednosti hibridnih procesa strojne obrade gdje postoje dva ili više različitih procesa kao što su ECM, EDM….itd. koriste se u kombinaciji. To nam daje priliku da prevladamo nedostatke jednog procesa drugim i iskoristimo prednosti svakog procesa.