Usinagem ECM, Usinagem Eletroquímica, Retificação

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , USINAGEM ELETROQUÍMICA PULSADA (PECM), RETIFICAÇÃO ELETROQUÍMICA (ECG), PROCESSOS DE USINAGEM HÍBRIDA.

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USINAGEM ELETROQUÍMICA (ECM) é uma técnica de fabricação não convencional onde o metal é removido por um processo eletroquímico. ECM é tipicamente uma técnica de produção em massa, usada para usinar materiais extremamente duros e materiais difíceis de usinar usando os métodos convencionais de fabricação. Os sistemas de usinagem eletroquímica que usamos para a produção são centros de usinagem controlados numericamente com altas taxas de produção, flexibilidade, controle perfeito das tolerâncias dimensionais. A usinagem eletroquímica é capaz de cortar ângulos pequenos e irregulares, contornos intrincados ou cavidades em metais duros e exóticos, como aluminetos de titânio, Inconel, Waspaloy e ligas de alto teor de níquel, cobalto e rênio. As geometrias externas e internas podem ser usinadas. Modificações do processo de usinagem eletroquímica são usadas para operações como torneamento, faceamento, rasgo, trepanação, perfilamento onde o eletrodo se torna a ferramenta de corte. A taxa de remoção de metal é apenas uma função da taxa de troca iônica e não é afetada pela resistência, dureza ou tenacidade da peça. Infelizmente, o método de usinagem eletroquímica (ECM) é limitado a materiais eletricamente condutores. Outro ponto importante a ser considerado na implantação da técnica ECM é comparar as propriedades mecânicas das peças produzidas com aquelas produzidas por outros métodos de usinagem.

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O ECM remove o material em vez de adicioná-lo e, portanto, às vezes é chamado de "galvanoplastia reversa". Assemelha-se em alguns aspectos à usinagem por descarga elétrica (EDM) em que uma alta corrente é passada entre um eletrodo e a peça, através de um processo de remoção de material eletrolítico com um eletrodo carregado negativamente (cátodo), um fluido condutor (eletrólito) e um peça condutora (ânodo). O eletrólito atua como o transportador de corrente e é uma solução salina inorgânica altamente condutora, como cloreto de sódio, misturada e dissolvida em água ou nitrato de sódio. A vantagem do ECM é que não há desgaste da ferramenta. A ferramenta de corte ECM é guiada ao longo do caminho desejado próximo ao trabalho, mas sem tocar na peça. Ao contrário do EDM, no entanto, nenhuma faísca é criada. Altas taxas de remoção de metal e acabamentos espelhados são possíveis com ECM, sem que tensões térmicas ou mecânicas sejam transferidas para a peça. O ECM não causa nenhum dano térmico à peça e, como não há forças da ferramenta, não há distorção da peça e nem desgaste da ferramenta, como seria o caso das operações de usinagem típicas. Na cavidade de usinagem eletroquímica produzida é a imagem de acoplamento fêmea da ferramenta.

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No processo ECM, uma ferramenta de cátodo é movida para uma peça de trabalho de ânodo. A ferramenta moldada é geralmente feita de cobre, latão, bronze ou aço inoxidável. O eletrólito pressurizado é bombeado em alta taxa a uma temperatura definida através das passagens na ferramenta para a área que está sendo cortada. A taxa de alimentação é a mesma que a taxa de "liquefação" do material, e o movimento do eletrólito no espaço ferramenta-peça lava os íons metálicos para longe do ânodo da peça de trabalho antes que eles tenham a chance de se depositar na ferramenta do cátodo. A folga entre a ferramenta e a peça varia entre 80-800 micrômetros e a fonte de alimentação CC na faixa de 5 – 25 V mantém densidades de corrente entre 1,5 – 8 A/mm2 de superfície usinada ativa. À medida que os elétrons cruzam a lacuna, o material da peça de trabalho é dissolvido, pois a ferramenta forma a forma desejada na peça de trabalho. O fluido eletrolítico leva embora o hidróxido metálico formado durante este processo. Máquinas eletroquímicas comerciais com capacidades de corrente entre 5A e 40.000A estão disponíveis. A taxa de remoção de material na usinagem eletroquímica pode ser expressa como:

 

MRR = C x I xn

 

Aqui MRR=mm3/min, I=corrente em amperes, n=eficiência de corrente, C=a constante do material em mm3/A-min. A constante C depende da valência para materiais puros. Quanto maior a valência, menor é o seu valor. Para a maioria dos metais está entre 1 e 2.

 

Se Ao denota a área da seção transversal uniforme sendo usinada eletroquimicamente em mm2, a taxa de alimentação f em mm/min pode ser expressa como:

 

F = MRR / Ao

 

A taxa de alimentação f é a velocidade com que o eletrodo penetra na peça de trabalho.

 

No passado, havia problemas de baixa precisão dimensional e resíduos ambientalmente poluentes de operações de usinagem eletroquímica. Estes foram amplamente superados.

 

Algumas das aplicações da usinagem eletroquímica de materiais de alta resistência são:

 

- Operações de Die-Sinking. Die-sinking é usinagem de forjamento – cavidades de matriz.

 

- Perfuração de lâminas de turbina de motor a jato, peças de motor a jato e bicos.

 

- Vários pequenos furos de perfuração. O processo de usinagem eletroquímica deixa uma superfície livre de rebarbas.

 

- As lâminas da turbina a vapor podem ser usinadas dentro de limites estreitos.

 

- Para rebarbação de superfícies. Na rebarbação, o ECM remove as projeções de metal deixadas pelos processos de usinagem e, assim, suaviza as arestas vivas. O processo de usinagem eletroquímica é rápido e muitas vezes mais conveniente do que os métodos convencionais de rebarbação manual ou processos de usinagem não tradicionais.

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USINAGEM ELETROLÍTICA DE TUBO EM FORMA (STEM) é uma versão do processo de usinagem eletroquímica que usamos para fazer furos profundos de pequeno diâmetro. Um tubo de titânio é usado como ferramenta que é revestido com uma resina eletricamente isolante para evitar a remoção de material de outras regiões como as faces laterais do furo e do tubo. Podemos perfurar tamanhos de furos de 0,5 mm com proporções de profundidade/diâmetro de 300:1

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USINAGEM ELETROQUÍMICA PULSADA (PECM): Utilizamos densidades de corrente pulsada muito altas na ordem de 100 A/cm2. Ao usar correntes pulsadas, eliminamos a necessidade de altas taxas de fluxo de eletrólitos, o que impõe limitações para o método ECM na fabricação de moldes e matrizes. A usinagem eletroquímica pulsada melhora a vida em fadiga e elimina a camada de refundição deixada pela técnica de usinagem por descarga elétrica (EDM) nas superfícies do molde e da matriz.

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In  RETIFICAÇÃO ELETROQUÍMICA (ECG)  combinamos a operação de retificação convencional com a usinagem eletroquímica. O rebolo é um cátodo rotativo com partículas abrasivas de diamante ou óxido de alumínio que são ligadas ao metal. As densidades de corrente variam entre 1 e 3 A/mm2. Semelhante à ECM, um eletrólito como o nitrato de sódio flui e a remoção de metal na moagem eletroquímica é dominada pela ação eletrolítica. Menos de 5% de remoção de metal é por ação abrasiva do rebolo. A técnica de ECG é adequada para carbonetos e ligas de alta resistência, mas não é tão adequada para fundição ou fabricação de moldes, porque o triturador pode não acessar facilmente cavidades profundas. A taxa de remoção de material na moagem eletroquímica pode ser expressa como:

 

MRR = GI / dF

 

Aqui MRR está em mm3/min, G é a massa em gramas, I é a corrente em amperes, d é a densidade em g/mm3 e F é a constante de Faraday (96.485 Coulombs/mol). A velocidade de penetração do rebolo na peça de trabalho pode ser expressa como:

 

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

 

Aqui Vs está em mm3/min, E é a tensão da célula em volts, g é a folga entre a roda e a peça de trabalho em mm, Kp é o coeficiente de perda e K é a condutividade do eletrólito. A vantagem do método de retificação eletroquímica sobre a retificação convencional é o menor desgaste do rebolo, pois menos de 5% da remoção do metal é por ação abrasiva do rebolo.

 

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Existem semelhanças entre EDM e ECM:

 

1. A ferramenta e a peça de trabalho são separadas por um espaço muito pequeno sem contato entre elas.

 

2. Tanto a ferramenta quanto o material devem ser condutores de eletricidade.

 

3. Ambas as técnicas requerem alto investimento de capital. Máquinas CNC modernas são usadas

 

4. Ambos os métodos consomem muita energia elétrica.

 

5. Um fluido condutor é usado como meio entre a ferramenta e a peça de trabalho para ECM e um fluido dielétrico para EDM.

 

6. A ferramenta é alimentada continuamente em direção à peça de trabalho para manter um intervalo constante entre elas (o EDM pode incorporar a retirada da ferramenta intermitente ou cíclica, geralmente parcial).

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PROCESSOS DE USINAGEM HÍBRIDOS: Frequentemente tiramos proveito dos benefícios dos processos de usinagem híbridos onde dois ou mais processos diferentes, como ECM, EDM….etc. são usados em combinação. Isso nos dá a oportunidade de superar as deficiências de um processo pelo outro e aproveitar as vantagens de cada processo.