ECM megmunkálás, elektrokémiai megmunkálás, köszörülés

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , IMPULSUS ELEKTROKÉMIAI MEGMUNKÁLÁS (PECM), ELEKTROKÉMIAI KÖSZÖLÉS (EKG), HIBRID GYÁRTÁSI FOLYAMATOK.

​

ELEKTROKÉMIAI MEGMUNKÁLÁS (ECM) egy nem hagyományos gyártási technika, ahol a fémet elektrokémiai eljárással távolítják el. Az ECM tipikusan egy tömeggyártási technika, amelyet rendkívül kemény és hagyományos gyártási módszerekkel nehezen megmunkálható anyagok megmunkálására használnak. A gyártáshoz használt elektrokémiai-megmunkáló rendszerek numerikus vezérlésű megmunkáló központok, nagy gyártási sebességgel, rugalmassággal, a mérettűrések tökéletes szabályozásával. Az elektrokémiai megmunkálás alkalmas kis és páratlan alakú szögek, bonyolult kontúrok vagy üregek vágására kemény és egzotikus fémekben, például titán-aluminidekben, Inconelben, Waspaloyban és magas nikkel-, kobalt- és réniumötvözetekben. Külső és belső geometriák is megmunkálhatók. Az elektrokémiai megmunkálási folyamat módosításait olyan műveleteknél alkalmazzák, mint az esztergálás, homlokozás, hornyolás, trepanning, profilozás, ahol az elektróda lesz a vágószerszám. A fémeltávolítási sebesség csak az ioncsere sebességének függvénye, és nem befolyásolja a munkadarab szilárdsága, keménysége vagy szívóssága. Sajnos az elektrokémiai megmunkálás (ECM) módszere az elektromosan vezető anyagokra korlátozódik. Az ECM technika alkalmazásának másik fontos szempontja az előállított alkatrészek mechanikai tulajdonságainak összehasonlítása más megmunkálási módszerekkel előállított alkatrészekkel.

​

Az ECM eltávolítja az anyagot ahelyett, hogy hozzáadná, ezért néha "fordított galvanizálásnak" nevezik. Bizonyos tekintetben az elektromos kisüléses megmunkáláshoz (EDM) hasonlít, mivel nagy áramot vezetnek át az elektróda és az alkatrész között egy elektrolitikus anyageltávolítási folyamaton keresztül, amelynek negatív töltésű elektródája (katód), vezető folyadék (elektrolit) és vezetőképes munkadarab (anód). Az elektrolit áramhordozóként működik, és nagy vezetőképességű szervetlen sóoldat, például nátrium-klorid, amelyet vízben vagy nátrium-nitrátban kevernek össze és oldanak fel. Az ECM előnye, hogy nincs szerszámkopás. Az ECM vágószerszámot a kívánt útvonalon vezetik a munka közelében, de anélkül, hogy megérintené a darabot. Az EDM-mel ellentétben azonban nem keletkezik szikra. Az ECM-mel nagy fémeltávolítási sebesség és tükörfelület-megmunkálás érhető el anélkül, hogy az alkatrészre hő- vagy mechanikai igénybevételek hárulnának. Az ECM nem okoz hőkárosodást az alkatrészben, és mivel nincsenek szerszámerők, az alkatrész nem torzul, és nem kopik a szerszám, ahogy az a tipikus megmunkálási műveleteknél történik. Az elektrokémiai megmunkálás során üreg keletkezik a szerszám női illeszkedő képe.

​

Az ECM folyamatban egy katódszerszámot mozgatnak egy anód munkadarabba. A formázott szerszám általában rézből, sárgarézből, bronzból vagy rozsdamentes acélból készül. A túlnyomásos elektrolitot nagy sebességgel, beállított hőmérsékleten pumpálják a szerszámban lévő járatokon keresztül a vágott területre. Az előtolási sebesség megegyezik az anyag „folyósodásának” sebességével, és az elektrolit mozgása a szerszám-munkadarab résben lemossa a fémionokat a munkadarab anódjáról, mielőtt esélyük lenne a katódszerszámra lemezelni. A szerszám és a munkadarab közötti rés 80-800 mikrométer között változik, és az 5-25 V DC tápfeszültség 1,5-8 A/mm2 aktív megmunkált felület között tartja az áramsűrűséget. Ahogy az elektronok áthaladnak a résen, a munkadarabból származó anyag feloldódik, mivel a szerszám a kívánt formát alakítja ki a munkadarabban. Az elektrolitikus folyadék elszállítja a folyamat során keletkezett fém-hidroxidot. Kereskedelmi elektrokémiai gépek állnak rendelkezésre 5A és 40 000 A közötti áramkapacitással. Az elektrokémiai megmunkálás során az anyageltávolítási sebesség a következőképpen fejezhető ki:

 

MRR = C x I xn

 

Itt MRR=mm3/min, I=áram amperben, n=áram hatásfok, C=a anyagállandó mm3/A-min-ben. A C állandó a tiszta anyagok vegyértékétől függ. Minél magasabb a vegyérték, annál alacsonyabb az értéke. A legtöbb fém esetében 1 és 2 között van.

 

Ha Ao az elektrokémiai úton megmunkált egyenletes keresztmetszeti területet jelöli mm2-ben, az f előtolási sebesség mm/perc-ben a következőképpen fejezhető ki:

 

F = MRR/Ao

 

Az f előtolás az a sebesség, amellyel az elektróda behatol a munkadarabba.

 

A múltban problémák merültek fel a rossz méretpontosság és az elektrokémiai megmunkálási műveletekből származó környezetszennyező hulladék miatt. Ezeket nagyrészt sikerült leküzdeni.

 

A nagy szilárdságú anyagok elektrokémiai megmunkálásának néhány alkalmazása a következő:

 

- Süllyesztési műveletek. A süllyesztés a kovácsolás – matricaüregek megmunkálása.

 

- Sugárhajtómű turbinalapátok, sugárhajtómű-alkatrészek és fúvókák fúrása.

 

- Több kis lyuk fúrása. Az elektrokémiai megmunkálási folyamat sorjamentes felületet hagy maga után.

 

- A gőzturbina lapátjai szűk határok között megmunkálhatók.

 

- Felületek sorjázására. A sorjázás során az ECM eltávolítja a megmunkálási folyamatokból visszamaradt fémkiemelkedéseket, és így tompítja az éles éleket. Az elektrokémiai megmunkálási folyamat gyors és gyakran kényelmesebb, mint a hagyományos kézi vagy nem hagyományos megmunkálási eljárások.

​

FORMÁLT CSŐ ELEKTROLITUS MEGMUNKÁLÁS (STEM) az elektrokémiai megmunkálási eljárás egyik változata, amelyet kis átmérőjű mély lyukak fúrására használunk. Szerszámként titán csövet használnak, amelyet elektromosan szigetelő gyantával vonnak be, hogy megakadályozzák az anyag eltávolítását más területekről, például a lyuk és a cső oldalsó felületeiről. 0,5 mm-es furatokat tudunk fúrni 300:1 mélység-átmérő aránnyal.

​

IMULZÁCIÓS ELEKTROKÉMIAI MEGMUNKÁLÁS (PECM): Nagyon nagy, 100 A/cm2 nagyságrendű impulzus áramsűrűséget alkalmazunk. Az impulzusáramok használatával kiküszöböljük a nagy elektrolit áramlási sebességek szükségességét, ami korlátozza az ECM módszert a szerszámok és szerszámok gyártásában. Az impulzusos elektrokémiai megmunkálás növeli a kifáradási élettartamot, és kiküszöböli az elektromos kisülési megmunkálási (EDM) technika által hagyott újraöntött réteget a forma- és szerszámfelületeken.

​

Az In ELEKTROKÉMIAI CSISZOLÁS (EKG) a hagyományos csiszolási műveletet elektrokémiai gépi megmunkálással kombináljuk. A csiszolókorong egy forgó katód, amely fémhez kötött gyémánt- vagy alumínium-oxid csiszolószemcséket tartalmaz. Az áramsűrűség 1 és 3 A/mm2 között van. Az ECM-hez hasonlóan egy elektrolit, például nátrium-nitrát áramlik, és az elektrokémiai őrlés során a fémeltávolítást az elektrolitikus hatás uralja. A fémeltávolítás kevesebb mint 5%-a a kerék koptató hatásával történik. Az EKG-technika kiválóan alkalmas keményfémekhez és nagy szilárdságú ötvözetekhez, de nem annyira alkalmas süllyesztésre vagy öntőformák készítésére, mert előfordulhat, hogy a daráló nem fér hozzá könnyen a mély üregekhez. Az elektrokémiai őrlésnél az anyageltávolítási sebesség a következőképpen fejezhető ki:

 

MRR = GI / d F

 

Itt az MRR mm3/perc, G a tömeg grammban, I az áramerősség amperben, d a sűrűség g/mm3-ben, F pedig a Faraday-állandó (96 485 Coulomb/mol). A csiszolókorongnak a munkadarabba való behatolási sebessége a következőképpen fejezhető ki:

 

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

 

Itt Vs mm3/perc-ben, E a cellafeszültség voltban, g a kerék és a munkadarab közötti rés mm-ben, Kp a veszteségi együttható és K az elektrolit vezetőképessége. Az elektrokémiai köszörülési módszer előnye a hagyományos köszörüléssel szemben, hogy kisebb a korongkopás, mivel a fémeltávolítás kevesebb mint 5%-a történik a korong koptató hatásával.

 

​

Vannak hasonlóságok az EDM és az ECM között:

 

1. A szerszámot és a munkadarabot egy nagyon kis rés választja el egymástól anélkül, hogy érintkezés lenne közöttük.

 

2. Mind a szerszámnak, mind az anyagnak elektromos vezetőnek kell lennie.

 

3. Mindkét technika nagy tőkebefektetést igényel. Modern CNC gépeket használnak

 

4. Mindkét módszer sok elektromos energiát fogyaszt.

 

5. Az ECM-hez vezetőképes folyadékot használnak közegként a szerszám és a munkadarab között, az EDM-hez pedig dielektromos folyadékot.

 

6. A szerszámot folyamatosan adagoljuk a munkadarab felé, hogy állandó rés maradjon közöttük (az EDM szakaszos vagy ciklikus, jellemzően részleges szerszámkivonást tartalmazhat).

​

HIBRID MEGMUNKÁLÁSI FOLYAMATOK: Gyakran kihasználjuk a hibrid megmunkálási folyamatok előnyeit, ahol két vagy több különböző folyamat, például ECM, EDM stb. kombinációban használják. Ez lehetőséget ad arra, hogy az egyik folyamat hiányosságait a másikkal küszöböljük ki, és élvezzük az egyes folyamatok előnyeit.