ECM maskinering, elektrokjemisk maskinering, sliping

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , PULSERT ELEKTROKJEMISK MASKINERING (PECM), ELEKTROKJEMISK SLIPING (EKG), HYBRID MASKINERINGSPROSESSER.

​

ELEKTROKJEMISK MASKINERING (ECM) er en ikke-konvensjonell produksjonsteknikk der metall fjernes ved en elektrokjemisk prosess. ECM er typisk en masseproduksjonsteknikk som brukes til å bearbeide ekstremt harde materialer og materialer som er vanskelige å bearbeide ved bruk av konvensjonelle produksjonsmetoder. Elektrokjemiske maskineringssystemer vi bruker til produksjon er numerisk styrte maskineringssentre med høye produksjonshastigheter, fleksibilitet, perfekt kontroll over dimensjonstoleranser. Elektrokjemisk maskinering er i stand til å kutte små og odde vinkler, intrikate konturer eller hulrom i harde og eksotiske metaller som titaniumaluminider, Inconel, Waspaloy og legeringer med høyt nikkel, kobolt og rhenium. Både ytre og indre geometrier kan bearbeides. Modifikasjoner av den elektrokjemiske bearbeidingsprosessen brukes til operasjoner som dreiing, fronting, slisse, trepanering, profilering hvor elektroden blir skjæreverktøyet. Metallfjerningshastigheten er bare en funksjon av ionebyttehastigheten og påvirkes ikke av arbeidsstykkets styrke, hardhet eller seighet. Dessverre er metoden for elektrokjemisk maskinering (ECM) begrenset til elektrisk ledende materialer. Et annet viktig poeng å vurdere å ta i bruk ECM-teknikken er å sammenligne de mekaniske egenskapene til de produserte delene med de som produseres ved andre maskineringsmetoder.

​

ECM fjerner materiale i stedet for å legge det til og blir derfor noen ganger referert til som ''omvendt galvanisering''. Den ligner på noen måter elektrisk utladningsmaskinering (EDM) ved at en høy strøm sendes mellom en elektrode og delen, gjennom en elektrolytisk materialefjerningsprosess som har en negativt ladet elektrode (katode), en ledende væske (elektrolytt) og en ledende arbeidsstykke (anode). Elektrolytten fungerer som strømbærer og er en svært ledende uorganisk saltløsning som natriumklorid blandet og oppløst i vann eller natriumnitrat. Fordelen med ECM er at det ikke er verktøyslitasje. ECM-skjæreverktøyet føres langs ønsket bane nær verket, men uten å berøre stykket. I motsetning til EDM opprettes det imidlertid ingen gnister. Høye metallfjerningsgrader og speiloverflater er mulig med ECM, uten at termiske eller mekaniske påkjenninger overføres til delen. ECM forårsaker ingen termisk skade på delen, og siden det ikke er noen verktøykrefter, er det ingen forvrengning av delen og ingen verktøyslitasje, slik tilfellet vil være med typiske maskineringsoperasjoner. Ved elektrokjemisk bearbeiding er hulrom produsert det kvinnelige parringsbildet av verktøyet.

​

I ECM-prosessen flyttes et katodeverktøy inn i et anodearbeidsstykke. Det formede verktøyet er vanligvis laget av kobber, messing, bronse eller rustfritt stål. Den trykksatte elektrolytten pumpes med høy hastighet ved en innstilt temperatur gjennom passasjene i verktøyet til området som kuttes. Matehastigheten er den samme som hastigheten for "flytendegjøring" av materialet, og elektrolyttbevegelsen i verktøy-arbeidsstykke-gapet vasker metallioner bort fra arbeidsstykke-anoden før de har en sjanse til å plate på katodeverktøyet. Avstanden mellom verktøyet og arbeidsstykket varierer mellom 80-800 mikrometer og likestrømforsyningen i området 5 – 25 V opprettholder strømtettheter mellom 1,5 – 8 A/mm2 av den aktive maskinerte overflaten. Når elektroner krysser gapet, løses materiale fra arbeidsstykket opp, ettersom verktøyet danner ønsket form i arbeidsstykket. Den elektrolytiske væsken frakter bort metallhydroksidet som dannes under denne prosessen. Kommersielle elektrokjemiske maskiner med strømkapasiteter mellom 5A og 40 000A er tilgjengelige. Materialfjerningshastigheten ved elektrokjemisk maskinering kan uttrykkes som:

 

MRR = C x I xn

 

Her MRR=mm3/min, I=strøm i ampere, n=strømeffektivitet, C=en materialkonstant i mm3/A-min. Konstanten C avhenger av valens for rene materialer. Jo høyere valens, jo lavere er verdien. For de fleste metaller er det mellom 1 og 2.

 

Hvis Ao angir det jevne tverrsnittsarealet som blir elektrokjemisk maskinert i mm2, kan matehastigheten f i mm/min uttrykkes som:

 

F = MRR / Ao

 

Matehastighet f er hastigheten elektroden penetrerer arbeidsstykket.

 

Tidligere var det problemer med dårlig dimensjonsnøyaktighet og miljøforurensende avfall fra elektrokjemiske maskineringsoperasjoner. Disse er i stor grad overvunnet.

 

Noen av bruksområdene for elektrokjemisk bearbeiding av høyfaste materialer er:

 

- Dyse-operasjoner. Die-senking er maskinell smiing – dysehulrom.

 

- Boring av en jetmotor turbinblader, jetmotordeler og dyser.

 

- Boring av flere små hull. Den elektrokjemiske bearbeidingsprosessen etterlater en gradfri overflate.

 

- Dampturbinblader kan maskineres innenfor nære grenser.

 

- For avgrading av overflater. Ved avgrading fjerner ECM metallfremspring som er igjen fra maskineringsprosessene og sløver skarpe kanter. Elektrokjemisk maskineringsprosess er rask og ofte mer praktisk enn de konvensjonelle metodene for avgrading for hånd eller utradisjonelle maskineringsprosesser.

​

ELEKTROLYTISK MASKINERING AV FORMET RØR (STEM) er en versjon av elektrokjemisk maskineringsprosess vi bruker for å bore dype hull med liten diameter. Et titanrør brukes som verktøy som er belagt med en elektrisk isolerende harpiks for å forhindre fjerning av materiale fra andre regioner som sideflatene til hullet og røret. Vi kan bore hullstørrelser på 0,5 mm med dybde-til-diameter-forhold på 300:1

​

PULSERT ELEKTROKJEMISK MASKINERING (PECM): Vi bruker svært høye pulserte strømtettheter i størrelsesorden 100 A/cm2. Ved å bruke pulserende strømmer eliminerer vi behovet for høye elektrolyttstrømningshastigheter som utgjør begrensninger for ECM-metoden i form- og formfabrikasjon. Pulserende elektrokjemisk bearbeiding forbedrer utmattelseslevetiden og eliminerer det omstøpte laget som etterlates av den elektriske utladningsmaskineringsteknikken (EDM) på form- og formoverflater.

​

In ELEKTROKJEMISK SLIPING (EKG)  kombinerer vi den konvensjonelle slipeoperasjonen med elektrokjemisk maskinering. Slipeskiven er en roterende katode med slipende partikler av diamant- eller aluminiumoksid som er metallbundet. Strømtetthetene varierer mellom 1 og 3 A/mm2. I likhet med ECM, strømmer en elektrolytt som natriumnitrat og metallfjerning ved elektrokjemisk sliping dominert av den elektrolytiske virkningen. Mindre enn 5 % av metallfjerningen skjer ved slipende virkning av hjulet. EKG-teknikken er godt egnet for karbider og høyfaste legeringer, men passer ikke så mye for senking eller formfremstilling fordi kvernen kanskje ikke lett får tilgang til dype hulrom. Materialfjerningshastigheten ved elektrokjemisk sliping kan uttrykkes som:

 

MRR = GI / d F

 

Her er MRR i mm3/min, G er masse i gram, I er strøm i ampere, d er tetthet i g/mm3 og F er Faradays konstant (96 485 Coulombs/mol). Hastigheten for penetrering av slipeskiven i arbeidsstykket kan uttrykkes som:

 

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

 

Her er Vs i mm3/min, E er cellespenning i volt, g er hjul til arbeidsstykke gap i mm, Kp er tapskoeffisient og K er elektrolyttledningsevne. Fordelen med den elektrokjemiske slipemetoden fremfor konvensjonell sliping er mindre hjulslitasje fordi mindre enn 5 % av metallfjerningen skjer ved slipende virkning av skiven.

 

​

Det er likheter mellom EDM og ECM:

 

1. Verktøyet og arbeidsstykket er atskilt med et veldig lite gap uten kontakt mellom dem.

 

2. Både verktøy og materiale skal være strømledere.

 

3. Begge teknikkene krever høy kapitalinvestering. Moderne CNC-maskiner brukes

 

4. Begge metodene bruker mye elektrisk kraft.

 

5. En ledende væske brukes som medium mellom verktøyet og arbeidsstykket for ECM og en dielektrisk væske for EDM.

 

6. Verktøyet mates kontinuerlig mot arbeidsstykket for å opprettholde et konstant gap mellom dem (EDM kan inkludere intermitterende eller syklisk, typisk delvis, verktøyuttak).

​

HYBRIDE MASKINERINGSPROSESSER: Vi drar ofte nytte av fordelene med hybride maskineringsprosesser der to eller flere forskjellige prosesser som ECM, EDM….osv. brukes i kombinasjon. Dette gir oss muligheten til å overvinne manglene ved en prosess ved hjelp av den andre, og dra nytte av fordelene ved hver prosess.