Obróbka ECM, obróbka elektrochemiczna, szlifowanie

Niektóre z cennych NIEKONWENCJONALNA PRODUKCJA processes oferty AGS-TECH Inc to ELEKTROTECHNICZNIE , IMPULSOWA OBRÓBKA ELEKTROCHEMICZNA (PECM), SZLIFOWANIE ELEKTROCHEMICZNE (ECG), PROCESY OBRÓBKI HYBRYDOWEJ.

​

OBRÓBKA ELEKTROCHEMICZNA (ECM) to niekonwencjonalna technika wytwarzania, w której metal jest usuwany w procesie elektrochemicznym. ECM jest zazwyczaj techniką produkcji masowej, stosowaną do obróbki bardzo twardych materiałów i materiałów, które są trudne do obróbki przy użyciu konwencjonalnych metod produkcyjnych. Stosowane przez nas do produkcji elektrochemiczne systemy obróbki to centra obróbcze sterowane numerycznie, charakteryzujące się dużą wydajnością, elastycznością, doskonałą kontrolą tolerancji wymiarowych. Obróbka elektrochemiczna umożliwia cięcie małych i nieparzystych kątów, skomplikowanych konturów lub wgłębień w twardych i egzotycznych metalach, takich jak glinki tytanu, Inconel, Waspaloy oraz stopy o wysokiej zawartości niklu, kobaltu i renu. Obrabiane mogą być zarówno geometrie zewnętrzne, jak i wewnętrzne. Modyfikacje procesu obróbki elektrochemicznej są wykorzystywane do operacji takich jak toczenie, planowanie, dłutowanie, trepanowanie, profilowanie, gdzie elektroda staje się narzędziem skrawającym. Szybkość usuwania metalu jest jedynie funkcją szybkości wymiany jonów i nie ma na nią wpływu wytrzymałość, twardość ani wiązkość obrabianego przedmiotu. Niestety metoda obróbki elektrochemicznej (ECM) ogranicza się do materiałów przewodzących prąd elektryczny. Innym ważnym punktem do rozważenia przy zastosowaniu techniki ECM jest porównanie właściwości mechanicznych wytwarzanych części z tymi wytwarzanymi innymi metodami obróbki.

​

ECM usuwa materiał zamiast go dodawać i dlatego jest czasami określany jako „odwrócona galwanizacja”. Pod pewnymi względami przypomina obróbkę wyładowaniami elektrycznymi (EDM), ponieważ między elektrodą a częścią przepływa wysoki prąd w procesie usuwania materiału elektrolitycznego, w którym znajduje się elektroda naładowana ujemnie (katoda), płyn przewodzący (elektrolit) i przewodzący przedmiot (anoda). Elektrolit działa jako nośnik prądu i jest wysoce przewodzącym nieorganicznym roztworem soli, takim jak chlorek sodu zmieszany i rozpuszczony w wodzie lub azotanie sodu. Zaletą ECM jest brak zużycia narzędzi. Narzędzie tnące ECM jest prowadzone po pożądanej ścieżce blisko przedmiotu, ale bez dotykania elementu. Jednak w przeciwieństwie do EDM nie powstają żadne iskry. Wysoka wydajność usuwania metalu i lustrzane wykończenie powierzchni są możliwe dzięki ECM, bez przenoszenia naprężeń termicznych lub mechanicznych na część. ECM nie powoduje żadnych uszkodzeń termicznych części, a ponieważ nie występują siły narzędzia, nie występuje odkształcenie części ani zużycie narzędzia, jak miałoby to miejsce w przypadku typowych operacji obróbkowych. W obróbce elektrochemicznej powstaje wnęka żeńska, współpracująca z narzędziem.

​

W procesie ECM narzędzie katodowe jest wprowadzane do przedmiotu anodowego. Kształtowane narzędzie jest zazwyczaj wykonane z miedzi, mosiądzu, brązu lub stali nierdzewnej. Elektrolit pod ciśnieniem jest pompowany z dużą szybkością w ustalonej temperaturze przez kanały w narzędziu do obszaru cięcia. Szybkość posuwu jest taka sama jak szybkość „rozpływania się” materiału, a ruch elektrolitu w szczelinie narzędzie-przedmiot zmywa jony metalu z anody przedmiotu, zanim będą miały szansę nałożyć się na narzędzie katodowe. Odstęp pomiędzy narzędziem a przedmiotem obrabianym waha się w granicach 80-800 mikrometrów, a zasilanie DC w zakresie 5 – 25 V utrzymuje gęstość prądu w zakresie 1,5 – 8 A/mm2 aktywnej obrabianej powierzchni. Gdy elektrony przekraczają szczelinę, materiał z przedmiotu obrabianego jest rozpuszczany, ponieważ narzędzie tworzy pożądany kształt w przedmiocie obrabianym. Płyn elektrolityczny usuwa wodorotlenek metalu powstały podczas tego procesu. Dostępne są komercyjne maszyny elektrochemiczne o wydajności prądowej od 5A do 40 000A. Szybkość usuwania materiału w obróbce elektrochemicznej można wyrazić jako:

 

MRR = C x I xn

 

Tutaj MRR=mm3/min, I=prąd w amperach, n=wydajność prądowa, C=stała materiałowa w mm3/A-min. Stała C zależy od wartościowości czystych materiałów. Im wyższa wartościowość, tym niższa jej wartość. Dla większości metali wynosi od 1 do 2.

 

Jeżeli Ao oznacza jednorodną powierzchnię przekroju obrabianego elektrochemicznie w mm2, posuw f w mm/min można wyrazić jako:

 

F = MRR / Ao

 

Prędkość posuwu f to prędkość, z jaką elektroda wnika w obrabiany przedmiot.

 

W przeszłości występowały problemy ze słabą dokładnością wymiarową i zanieczyszczającymi środowisko odpadami z operacji obróbki elektrochemicznej. Zostały one w dużej mierze przezwyciężone.

 

Niektóre z zastosowań obróbki elektrochemicznej materiałów o wysokiej wytrzymałości to:

 

- Operacje sztancowania. Sztancowanie to obróbka skrawaniem – wnęki matrycy.

 

- Wiercenie łopatek turbin silników odrzutowych, części silników odrzutowych i dysz.

 

- Wiercenie wielu małych otworów. Obróbka elektrochemiczna pozostawia powierzchnię bez zadziorów.

 

- Łopatki turbiny parowej mogą być obrabiane w wąskich granicach.

 

- Do gratowania powierzchni. Podczas gratowania ECM usuwa wystające elementy metalowe pozostałe po procesach obróbki, co powoduje tępienie ostrych krawędzi. Obróbka elektrochemiczna jest szybka i często wygodniejsza niż konwencjonalne metody ręcznego gratowania lub nietradycyjne procesy obróbki.

​

OBRÓBKA ELEKTROLITYCZNA RURY KSZTAŁTOWANEJ (STEM) to wersja procesu elektrochemicznego, którego używamy do wiercenia głębokich otworów o małych średnicach. Jako narzędzie stosuje się rurkę tytanową, która jest pokryta żywicą izolującą elektrycznie, aby zapobiec usuwaniu materiału z innych obszarów, takich jak powierzchnie boczne otworu i rury. Możemy wiercić otwory o rozmiarach 0,5 mm ze stosunkiem głębokości do średnicy 300:1

​

OBRÓBKA ELEKTROCHEMICZNA IMPULSOWA (PECM): Stosujemy bardzo wysokie gęstości prądu impulsowego rzędu 100 A/cm2. Stosując prądy pulsacyjne eliminujemy potrzebę wysokich prędkości przepływu elektrolitu, co stanowi ograniczenia dla metody ECM w produkcji form i matryc. Impulsowa obróbka elektrochemiczna poprawia trwałość zmęczeniową i eliminuje warstwę przetopu pozostawioną przez technikę obróbki wyładowaniami elektrycznymi (EDM) na powierzchniach formy i matrycy.

​

In SZLIFOWANIE ELEKTROCHEMICZNE (EKG) łączymy konwencjonalną operację szlifowania z obróbką elektrochemiczną. Ściernica jest obrotową katodą z cząstkami ściernymi diamentu lub tlenku glinu, które są związane metalem. Gęstości prądu wahają się od 1 do 3 A/mm2. Podobnie jak w ECM, elektrolit taki jak azotan sodu przepływa, a usuwanie metalu podczas szlifowania elektrochemicznego jest zdominowane przez działanie elektrolityczne. Mniej niż 5% usuwania metalu jest efektem ścierania ściernicy. Technika EKG dobrze nadaje się do węglików i stopów o wysokiej wytrzymałości, ale nie nadaje się tak bardzo do toczenia matrycowego lub wykonywania form, ponieważ szlifierka może nie mieć łatwego dostępu do głębokich wnęk. Szybkość usuwania materiału w szlifowaniu elektrochemicznym można wyrazić jako:

 

MRR = GI / d F

 

Tutaj MRR jest wyrażone w mm3/min, G to masa w gramach, I to prąd w amperach, d to gęstość w g/mm3, a F to stała Faradaya (96 485 Coulombów/mol). Szybkość wnikania ściernicy w przedmiot obrabiany można wyrazić jako:

 

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

 

Tutaj Vs jest wyrażone w mm3/min, E to napięcie ogniwa w woltach, g to odstęp między kołem a przedmiotem w mm, Kp to współczynnik stratności, a K to przewodność elektrolitu. Zaletą metody szlifowania elektrochemicznego nad szlifowaniem konwencjonalnym jest mniejsze zużycie ściernicy, ponieważ mniej niż 5% usuwanego metalu jest wynikiem działania ściernego ściernicy.

 

​

Istnieją podobieństwa między EDM i ECM:

 

1. Narzędzie i obrabiany przedmiot są oddzielone bardzo małą szczeliną bez kontaktu między nimi.

 

2. Zarówno narzędzie, jak i materiał muszą być przewodnikami elektryczności.

 

3. Obie techniki wymagają dużych inwestycji kapitałowych. Stosowane są nowoczesne maszyny CNC

 

4. Obie metody zużywają dużo energii elektrycznej.

 

5. Płyn przewodzący jest używany jako medium między narzędziem a przedmiotem obrabianym w przypadku ECM, a płyn dielektryczny w przypadku EDM.

 

6. Narzędzie jest podawane w sposób ciągły w kierunku przedmiotu obrabianego, aby utrzymać stałą szczelinę między nimi (EDM może obejmować przerywane lub cykliczne, zazwyczaj częściowe, wycofywanie narzędzia).

​

HYBRYDOWE PROCESY OBRÓBKI: Często korzystamy z zalet hybrydowych procesów obróbki, w których dwa lub więcej różnych procesów, takich jak ECM, EDM… itd. są używane w połączeniu. Daje nam to możliwość pokonania niedociągnięć jednego procesu przez drugi i czerpania korzyści z zalet każdego procesu.