ECM加工、電気化学加工、研削

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) 、パルス電気化学加工（PECM）、電気化学研磨（ECG）、ハイブリッド加工プロセス。

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ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM) は、電気化学プロセスによって金属を除去する従来とは異なる製造技術です。 ECM は通常、大量生産技術であり、従来の製造方法では機械加工が困難な非常に硬い材料や材料を機械加工するために使用されます。当社が生産に使用する電解加工システムは、高い生産率、柔軟性、寸法公差の完全な制御を備えた数値制御マシニング センターです。電解加工は、チタン アルミニド、インコネル、ワスパロイ、高ニッケル、コバルト、レニウム合金などの硬くてエキゾチックな金属に、小さくて奇妙な形の角度、複雑な輪郭または空洞を切削することができます。外部形状と内部形状の両方を機械加工できます。電解加工プロセスの修正は、電極が切削工具になる旋削、面取り、スロット加工、トレパニング、プロファイリングなどの操作に使用されます。金属除去率はイオン交換率の関数にすぎず、ワークピースの強度、硬度、靭性の影響を受けません。残念ながら、電解加工 (ECM) の方法は導電性材料に限定されています。 ECM 技術の導入を検討するもう 1 つの重要なポイントは、製造された部品の機械的特性を他の機械加工方法で製造された部品と比較することです。

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ECM は材料を追加する代わりに除去するため、「逆電気めっき」と呼ばれることがあります。負に帯電した電極 (カソード)、導電性流体 (電解質)、および導電性ワークピース（陽極）。電解質は電流キャリアとして機能し、水または硝酸ナトリウムに混合および溶解された塩化ナトリウムのような導電性の高い無機塩溶液です。 ECM の利点は、工具の摩耗がないことです。 ECM 切削工具は、加工物に触れることなく、加工物に近い目的の経路に沿って誘導されます。ただし、EDM とは異なり、火花は発生しません。 ECM を使用すると、部品に熱的または機械的ストレスがかかることなく、高い金属除去率と鏡面仕上げが可能です。 ECM は部品に熱による損傷を引き起こすことはありません。工具の力がないため、典型的な機械加工操作の場合のように、部品の歪みや工具の摩耗はありません。電解機械加工では、工具のメス嵌合イメージが生成されます。

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ECM プロセスでは、陰極ツールが陽極ワークピースに移動します。成形工具は、一般に銅、真鍮、青銅、またはステンレス鋼でできています。加圧された電解液は、ツール内の通路を通って設定温度で切断される領域に高速で送り込まれます。供給速度は、材料の「液化」速度と同じであり、ツールとワークピースのギャップでの電解液の移動により、金属イオンがワークピースのアノードから洗い流されてから、金属イオンがカソード ツールにメッキされます。ツールとワークピースの間のギャップは 80 ～ 800 マイクロメートルの間で変化し、5 ～ 25 V の範囲の DC 電源は、アクティブな加工面の 1.5 ～ 8 A/mm2 の電流密度を維持します。電子がギャップを横切ると、ツールがワークピースに目的の形状を形成するため、ワークピースの材料が溶解します。電解液は、このプロセス中に形成された金属水酸化物を運び去ります。 5A ～ 40,000A の電流容量を持つ商用電気化学機械が利用可能です。電解加工における材料除去率は、次のように表すことができます。

 

MRR = C×I×n

 

ここで、MRR=mm3/分、I=アンペア単位の電流、n=電流効率、C=mm3/A-分単位の材料定数です。定数 C は、純粋な物質の原子価に依存します。価数が高いほど、その値は低くなります。ほとんどの金属では、1 と 2 の間です。

 

Ao が電気化学的に加工された均一な断面積を mm2 で表す場合、送り速度 f (mm/min) は次のように表すことができます。

 

F = MRR / Ao

 

送り速度 f は、電極がワークピースを貫通する速度です。

 

過去には、寸法精度が低く、電解加工作業からの廃棄物が環境を汚染するという問題がありました。これらはおおむね克服されています。

 

高強度材料の電解加工の用途には次のようなものがあります。

 

- 型彫り操作。型彫りとは、鍛造加工、つまり金型キャビティです。

 

- ジェット エンジンのタービン ブレード、ジェット エンジンの部品、ノズルの穴あけ。

 

- 複数の小さな穴あけ。電解加工プロセスにより、バリのない表面が得られます。

 

- 蒸気タービンブレードは、限界内で機械加工できます。

 

・表面のバリ取り用。バリ取りでは、ECM は機械加工プロセスから残った金属突起を取り除き、鋭利なエッジを鈍らせます。電解加工プロセスは、手や非伝統的な機械加工プロセスによるバリ取りの従来の方法よりも高速で、多くの場合便利です。

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SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) は、当社が小径の深い穴をあけるために使用する電解加工プロセスのバージョンです。チタンチューブは、電気絶縁樹脂でコーティングされたツールとして使用され、穴やチューブの側面などの他の領域からの材料の除去を防ぎます。深さ対直径の比率 300:1 で 0.5 mm の穴サイズをドリルできます。

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パルス電気化学加工 (PECM): 100 A/cm2 程度の非常に高いパルス電流密度を使用します。パルス電流を使用することにより、金型および金型の製造における ECM 法に制限を課す高電解液流量の必要性を排除します。パルス電解加工は、疲労寿命を改善し、放電加工 (EDM) 技術によってモールドとダイの表面に残された再鋳造層を排除します。

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In ELECTROCHEMICAL GRINDING (ECG) 従来の研削作業と電解加工を組み合わせています。砥石は、金属結合したダイヤモンドまたは酸化アルミニウムの研磨粒子を備えた回転カソードです。電流密度の範囲は 1 ～ 3 A/mm2 です。 ECM と同様に、硝酸ナトリウムなどの電解液が流れ、電気化学的研削における金属除去は電解作用によって支配されます。ホイールの研磨作用による金属除去は 5% 未満です。 ECG 技術は超硬合金や高強度合金に適していますが、グラインダーが深いキャビティに簡単にアクセスできないため、型彫りや金型製作にはあまり適していません。電解研磨における材料除去率は、次のように表すことができます。

 

MRR = GI / dF

 

ここで、MRR は mm3/分、G は質量 (グラム)、I は電流 (アンペア)、d は密度 (g/mm3)、F はファラデー定数 (96,485 クーロン/モル) です。砥石が工作物に食い込む速度は、次のように表すことができます。

 

Vs = (G / d F) × (E / g Kp) × K

 

ここで、Vs は mm3/min 単位、E はボルト単位のセル電圧、g はホイールからワークピースへのギャップ (mm)、Kp は損失係数、K は電解質の導電率です。従来の研削に対する電気化学的研削法の利点は、砥石の摩耗作用による金属除去が 5% 未満であるため、砥石の摩耗が少ないことです。

 

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EDM と ECM には類似点があります。

 

1. ツールとワークピースは、それらの間に接触することなく、非常に小さなギャップで分離されています。

 

2. ツールと材料の両方が電気の伝導体でなければなりません。

 

3. どちらの手法も多額の設備投資が必要です。最新のCNCマシンが使用されています

 

4. どちらの方法も大量の電力を消費します。

 

5. 導電性流体は、ECM の場合はツールとワークピースの間の媒体として使用され、EDM の場合は誘電性流体が使用されます。

 

6. ツールはワークピースに向かって連続的に供給され、ワークピース間の一定のギャップが維持されます (EDM では、断続的または周期的な、通常は部分的なツールの引き抜きが組み込まれている場合があります)。

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ハイブリッド加工プロセス: 私たちは、ECM、EDM などの 2 つ以上の異なるプロセスであるハイブリッド加工プロセスの利点を頻繁に利用しています。組み合わせて使用されます。これにより、あるプロセスの欠点を別のプロセスで克服し、各プロセスの利点を活用する機会が得られます。