Lavorazioni ECM, Lavorazioni Elettrochimiche, Rettifica

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , LAVORAZIONI ELETTROCHIMICHE PULSATE (PECM), RETTIFICA ELETTROCHIMICA (ECG), PROCESSI DI LAVORAZIONE IBRIDI.

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LAVORAZIONE ELETTROCHIMICA (ECM) è una tecnica di fabbricazione non convenzionale in cui il metallo viene rimosso mediante un processo elettrochimico. L'ECM è in genere una tecnica di produzione di massa, utilizzata per la lavorazione di materiali estremamente duri e materiali difficili da lavorare utilizzando i metodi di produzione convenzionali. I sistemi di lavorazione elettrochimica che utilizziamo per la produzione sono centri di lavoro a controllo numerico con elevati ritmi di produzione, flessibilità, perfetto controllo delle tolleranze dimensionali. La lavorazione elettrochimica è in grado di tagliare angoli piccoli e di forma strana, contorni intricati o cavità in metalli duri ed esotici come alluminuri di titanio, Inconel, Waspaloy e leghe ad alto contenuto di nichel, cobalto e renio. Possono essere lavorate sia geometrie esterne che interne. Le modifiche del processo di lavorazione elettrochimica vengono utilizzate per operazioni come tornitura, sfacciatura, scanalatura, trapanatura, profilatura in cui l'elettrodo diventa l'utensile da taglio. La velocità di rimozione del metallo è solo una funzione del tasso di scambio ionico e non è influenzata dalla resistenza, durezza o tenacità del pezzo. Sfortunatamente il metodo di lavorazione elettrochimica (ECM) è limitato ai materiali elettricamente conduttivi. Un altro punto importante da considerare per l'implementazione della tecnica ECM è confrontare le proprietà meccaniche delle parti prodotte con quelle prodotte con altri metodi di lavorazione.

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L'ECM rimuove il materiale invece di aggiungerlo e quindi viene talvolta definito "galvanica inversa". Assomiglia in qualche modo alla lavorazione a scarica elettrica (EDM) in quanto un'elevata corrente viene fatta passare tra un elettrodo e la parte, attraverso un processo di rimozione del materiale elettrolitico avente un elettrodo caricato negativamente (catodo), un fluido conduttivo (elettrolita) e un pezzo conduttivo (anodo). L'elettrolita funge da vettore di corrente ed è una soluzione salina inorganica altamente conduttiva come il cloruro di sodio miscelato e disciolto in acqua o nitrato di sodio. Il vantaggio dell'ECM è che non c'è usura dell'utensile. L'utensile da taglio ECM viene guidato lungo il percorso desiderato vicino al pezzo ma senza toccare il pezzo. A differenza dell'EDM, tuttavia, non si creano scintille. Con l'ECM sono possibili elevate velocità di rimozione del metallo e finiture della superficie a specchio, senza il trasferimento di sollecitazioni termiche o meccaniche alla parte. L'ECM non provoca alcun danno termico al pezzo e poiché non ci sono forze dell'utensile non c'è distorsione del pezzo e nessuna usura dell'utensile, come sarebbe il caso con le tipiche operazioni di lavorazione. Nella cavità di lavorazione elettrochimica prodotta è l'immagine di accoppiamento femmina dell'utensile.

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Nel processo ECM, uno strumento catodico viene spostato in un pezzo anodico. L'utensile sagomato è generalmente realizzato in rame, ottone, bronzo o acciaio inossidabile. L'elettrolita pressurizzato viene pompato ad alta velocità ad una temperatura prestabilita attraverso i passaggi nell'utensile all'area da tagliare. La velocità di avanzamento è la stessa della velocità di "liquificazione" del materiale e il movimento dell'elettrolita nello spazio tra utensile e pezzo in lavorazione lava via gli ioni metallici dall'anodo del pezzo prima che abbiano la possibilità di placcarsi sull'utensile catodico. Lo spazio tra l'utensile e il pezzo varia tra 80-800 micrometri e l'alimentazione CC nell'intervallo 5 – 25 V mantiene densità di corrente comprese tra 1,5 – 8 A/mm2 di superficie lavorata attiva. Quando gli elettroni attraversano la fessura, il materiale del pezzo si dissolve, poiché l'utensile forma la forma desiderata nel pezzo. Il fluido elettrolitico porta via l'idrossido metallico formatosi durante questo processo. Sono disponibili macchine elettrochimiche commerciali con capacità di corrente comprese tra 5 A e 40.000 A. La velocità di rimozione del materiale nella lavorazione elettrochimica può essere espressa come:

 

MRR = C x I xn

 

Qui MRR=mm3/min, I=corrente in ampere, n=efficienza di corrente, C=a costante materiale in mm3/A-min. La costante C dipende dalla valenza per i materiali puri. Maggiore è la valenza, minore è il suo valore. Per la maggior parte dei metalli è compreso tra 1 e 2.

 

Se Ao indica l'area della sezione trasversale uniforme che viene lavorata elettrochimicamente in mm2, la velocità di avanzamento f in mm/min può essere espressa come:

 

F = MRR / Ao

 

La velocità di avanzamento f è la velocità con cui l'elettrodo penetra nel pezzo.

 

In passato c'erano problemi di scarsa precisione dimensionale e scarti inquinanti per l'ambiente da lavorazioni elettrochimiche. Questi sono stati ampiamente superati.

 

Alcune delle applicazioni della lavorazione elettrochimica di materiali ad alta resistenza sono:

 

- Operazioni di affondamento. L'affondamento è la lavorazione della forgiatura: cavità degli stampi.

 

- Foratura di pale di turbine di motori a reazione, parti di motori a reazione e ugelli.

 

- Foratura multipla di piccoli fori. Il processo di lavorazione elettrochimica lascia una superficie priva di bave.

 

- Le pale delle turbine a vapore possono essere lavorate entro limiti ravvicinati.

 

- Per la sbavatura delle superfici. Nella sbavatura, l'ECM rimuove le sporgenze metalliche lasciate dai processi di lavorazione e quindi smussa gli spigoli vivi. Il processo di lavorazione elettrochimica è veloce e spesso più conveniente rispetto ai metodi convenzionali di sbavatura manuale o ai processi di lavorazione non tradizionali.

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LA LAVORAZIONE ELETTROLITICA A TUBO SAGOMATO (STELO) è una versione del processo di lavorazione elettrochimica che utilizziamo per eseguire fori profondi di piccolo diametro. Come strumento viene utilizzato un tubo di titanio rivestito con una resina elettricamente isolante per impedire la rimozione di materiale da altre regioni come le facce laterali del foro e del tubo. Siamo in grado di eseguire fori di dimensioni di 0,5 mm con rapporti profondità/diametro di 300:1

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LAVORAZIONE ELETTROCHIMICA PULSATA (PECM): Utilizziamo densità di corrente pulsata molto elevate nell'ordine di 100 A/cm2. Utilizzando le correnti pulsate eliminiamo la necessità di elevate portate di elettrolita, che pone limitazioni per il metodo ECM nella fabbricazione di stampi e matrici. La lavorazione elettrochimica pulsata migliora la vita a fatica ed elimina lo strato di rifusione lasciato dalla tecnica di elettroerosione (EDM) sulle superfici di stampi e matrici.

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In RETTIFICA ELETTROCHIMICA (ECG) combiniamo l'operazione di rettifica convenzionale con la lavorazione elettrochimica. La mola è un catodo rotante con particelle abrasive di diamante o ossido di alluminio legate con metallo. Le densità di corrente sono comprese tra 1 e 3 A/mm2. Simile all'ECM, un elettrolita come il nitrato di sodio scorre e la rimozione del metallo nella macinazione elettrochimica è dominata dall'azione elettrolitica. Meno del 5% della rimozione del metallo avviene per azione abrasiva della ruota. La tecnica ECG è adatta per carburi e leghe ad alta resistenza, ma non così adatta per l'affondamento o la costruzione di stampi perché la smerigliatrice potrebbe non accedere facilmente alle cavità profonde. La velocità di rimozione del materiale nella rettifica elettrochimica può essere espressa come:

 

MRR = GI / d F

 

Qui MRR è in mm3/min, G è la massa in grammi, I è la corrente in ampere, d è la densità in g/mm3 e F è la costante di Faraday (96.485 Coulomb/mole). La velocità di penetrazione della mola nel pezzo può essere espressa come:

 

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

 

Qui Vs è in mm3/min, E è la tensione della cella in volt, g è la distanza tra la ruota e il pezzo in mm, Kp è il coefficiente di perdita e K è la conduttività dell'elettrolita. Il vantaggio del metodo di rettifica elettrochimica rispetto alla rettifica convenzionale è una minore usura della mola perché meno del 5% della rimozione del metallo è dovuto all'azione abrasiva della mola.

 

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Ci sono somiglianze tra EDM ed ECM:

 

1. L'utensile e il pezzo sono separati da uno spazio molto piccolo senza un contatto tra di loro.

 

2. Sia l'utensile che il materiale devono essere conduttori di elettricità.

 

3. Entrambe le tecniche richiedono un investimento di capitale elevato. Vengono utilizzate moderne macchine a controllo numerico

 

4. Entrambi i metodi consumano molta energia elettrica.

 

5. Un fluido conduttivo viene utilizzato come mezzo tra l'utensile e il pezzo da lavorare per l'ECM e un fluido dielettrico per l'EDM.

 

6. L'utensile viene alimentato continuamente verso il pezzo in lavorazione per mantenere uno spazio costante tra di essi (l'EDM può incorporare un ritiro utensile intermittente o ciclico, tipicamente parziale).

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PROCESSI DI LAVORAZIONE IBRIDI: sfruttiamo spesso i vantaggi dei processi di lavorazione ibridi in cui due o più processi diversi come ECM, EDM….ecc. sono usati in combinazione. Questo ci dà l'opportunità di superare le carenze di un processo rispetto all'altro e di beneficiare dei vantaggi di ciascun processo.