Prelucrare ECM, Prelucrare electrochimică, slefuire

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , PRELUCRARE ELECTROCHIMICĂ PULSATĂ (PECM), ȘLEFIRE ELECTROCHIMICĂ (ECG), PROCESE DE PRELUCRARE HIBRIDĂ.

​

PRELUCRARE ELECTROCHIMICĂ (ECM) este o tehnică de fabricație neconvențională în care metalul este îndepărtat printr-un proces electrochimic. ECM este de obicei o tehnică de producție în masă, utilizată pentru prelucrarea materialelor extrem de dure și a materialelor dificil de prelucrat folosind metodele convenționale de fabricație. Sistemele de prelucrare electrochimică pe care le folosim pentru producție sunt centre de prelucrare cu control numeric cu rate de producție ridicate, flexibilitate, control perfect al toleranțelor dimensionale. Prelucrarea electrochimică este capabilă să decupeze unghiuri mici și ciudate, contururi complicate sau cavități în metale dure și exotice, cum ar fi aluminuri de titan, Inconel, Waspaloy și aliaje cu conținut ridicat de nichel, cobalt și reniu. Atât geometriile exterioare, cât și cele interioare pot fi prelucrate. Modificările procesului de prelucrare electrochimică sunt utilizate pentru operații precum strunjirea, fațarea, crestarea, trepanarea, profilarea unde electrodul devine unealta de tăiere. Rata de îndepărtare a metalului este doar o funcție a ratei de schimb ionic și nu este afectată de rezistența, duritatea sau tenacitatea piesei de prelucrat. Din păcate, metoda de prelucrare electrochimică (ECM) este limitată la materiale conductoare electric. Un alt punct important de luat în considerare la implementarea tehnicii ECM este compararea proprietăților mecanice ale pieselor produse cu cele produse prin alte metode de prelucrare.

​

ECM îndepărtează materialul în loc să îl adauge și, prin urmare, este uneori denumit „placare electromagnetică inversă”. Seamănă în unele privințe cu prelucrarea cu descărcare electrică (EDM) prin aceea că un curent mare este trecut între un electrod și piesă, printr-un proces de îndepărtare a materialului electrolitic având un electrod încărcat negativ (catod), un fluid conductiv (electrolit) și un piesa de prelucrat conductoare (anod). Electrolitul acționează ca purtător de curent și este o soluție de sare anorganică foarte conductivă, cum ar fi clorura de sodiu amestecată și dizolvată în apă sau azotat de sodiu. Avantajul ECM este că nu există nicio uzură a sculei. Instrumentul de tăiere ECM este ghidat pe traseul dorit aproape de lucru, dar fără a atinge piesa. Spre deosebire de EDM, însă, nu se creează scântei. Cu ECM sunt posibile rate mari de îndepărtare a metalelor și finisări ale suprafețelor în oglindă, fără a fi transferate solicitări termice sau mecanice asupra piesei. ECM nu provoacă daune termice piesei și, deoarece nu există forțe de sculă, nu există nicio distorsiune a piesei și nicio uzură a sculei, așa cum ar fi cazul operațiilor de prelucrare tipice. În prelucrarea electrochimică, cavitatea produsă este imaginea feminină de împerechere a sculei.

​

În procesul ECM, un instrument catodic este mutat într-o piesă de prelucrat anod. Instrumentul modelat este în general realizat din cupru, alamă, bronz sau oțel inoxidabil. Electrolitul sub presiune este pompat cu o viteză mare la o temperatură stabilită prin canalele din sculă către zona de tăiat. Viteza de avans este aceeași cu rata de „lichefiere” a materialului, iar mișcarea electrolitului în spațiul sculă-piesa de prelucrat spăla ionii metalici de pe anodul piesei de prelucrat înainte ca aceștia să aibă șansa de a se placa pe unealta catodică. Distanța dintre sculă și piesa de prelucrat variază între 80-800 micrometri și sursa de curent continuu în intervalul 5 – 25 V menține densitățile de curent între 1,5 – 8 A/mm2 de suprafață prelucrată activă. Pe măsură ce electronii traversează spațiul, materialul din piesa de prelucrat este dizolvat, deoarece unealta formează forma dorită în piesa de prelucrat. Fluidul electrolitic transportă hidroxidul metalic format în timpul acestui proces. Sunt disponibile mașini electrochimice comerciale cu capacități de curent între 5A și 40.000A. Rata de îndepărtare a materialului în prelucrarea electrochimică poate fi exprimată astfel:

 

MRR = C x I xn

 

Aici MRR=mm3/min, I=curent în amperi, n=eficiența curentului, C=o constantă a materialului în mm3/A-min. Constanta C depinde de valența materialelor pure. Cu cât valența este mai mare, cu atât valoarea acesteia este mai mică. Pentru majoritatea metalelor este între 1 și 2.

 

Dacă Ao desemnează aria secțiunii transversale uniforme care este prelucrată electrochimic în mm2, viteza de avans f în mm/min poate fi exprimată astfel:

 

F = MRR / Ao

 

Viteza de avans f este viteza cu care electrodul pătrunde în piesa de prelucrat.

 

În trecut, au existat probleme de precizie dimensională slabă și deșeuri poluante pentru mediu din operațiunile de prelucrare electrochimică. Acestea au fost în mare parte depășite.

 

Unele dintre aplicațiile prelucrării electrochimice a materialelor de înaltă rezistență sunt:

 

- Operațiuni de scufundare a matrițelor. Scufundarea matriței este prelucrarea de forjare – cavități ale matriței.

 

- Forarea palelor de turbină a unui motor cu reacție, a pieselor și a duzelor pentru motorul cu reacție.

 

- Găurire cu mai multe găuri mici. Procesul de prelucrare electrochimică lasă o suprafață fără bavuri.

 

- Paletele turbinei cu abur pot fi prelucrate în limite apropiate.

 

- Pentru debavurarea suprafetelor. La debavurare, ECM îndepărtează proeminențele metalice rămase din procesele de prelucrare și astfel tocește marginile ascuțite. Procesul de prelucrare electrochimică este rapid și adesea mai convenabil decât metodele convenționale de debavurare manuală sau procesele de prelucrare netradiționale.

​

PRELUCRARE ELECTROLITICĂ CU TUV FORMAT (STEM) este o versiune a procesului de prelucrare electrochimică pe care o folosim pentru găurirea găurilor adânci cu diametru mic. Un tub de titan este folosit ca instrument care este acoperit cu o rășină izolatoare electric pentru a preveni îndepărtarea materialului din alte regiuni, cum ar fi fețele laterale ale găurii și tubului. Putem găuri dimensiuni de găuri de 0,5 mm cu un raport adâncime-diametru de 300:1

​

PRELUCRARE ELECTROCHIMICĂ PULSATĂ (PECM): Folosim densități de curent pulsat foarte mari, de ordinul a 100 A/cm2. Prin utilizarea curenților pulsați, eliminăm nevoia de debite mari de electroliți, ceea ce reprezintă limitări pentru metoda ECM în fabricarea matrițelor și matrițelor. Prelucrarea electrochimică în impulsuri îmbunătățește durata de viață la oboseală și elimină stratul de turnare lăsat de tehnica de prelucrare prin descărcare electrică (EDM) pe suprafețele matriței și matriței.

​

In ELECTROCHEMICAL GRINDING (ECG) combinăm operația de șlefuire convențională cu prelucrarea electrochimică. Discul de șlefuit este un catod rotativ cu particule abrazive de diamant sau oxid de aluminiu care sunt legate de metal. Densitățile de curent variază între 1 și 3 A/mm2. Similar cu ECM, un electrolit cum ar fi nitratul de sodiu curge și îndepărtarea metalului în măcinarea electrochimică este dominată de acțiunea electrolitică. Mai puțin de 5% din îndepărtarea metalului se face prin acțiunea abrazivă a roții. Tehnica ECG este potrivită pentru carburi și aliaje de înaltă rezistență, dar nu prea se potrivește pentru scufundarea matrițelor sau fabricarea matrițelor, deoarece polizorul nu poate accesa cu ușurință cavitățile adânci. Rata de îndepărtare a materialului în măcinarea electrochimică poate fi exprimată astfel:

 

MRR = GI / d F

 

Aici MRR este în mm3/min, G este masa în grame, I este curentul în amperi, d este densitatea în g/mm3 și F este constanta lui Faraday (96.485 Coulombs/mol). Viteza de penetrare a discului de rectificat în piesa de prelucrat poate fi exprimată astfel:

 

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

 

Aici Vs este în mm3/min, E este tensiunea celulei în volți, g este distanța dintre roată și piesa de prelucrat în mm, Kp este coeficientul de pierdere și K este conductivitatea electrolitului. Avantajul metodei de șlefuire electrochimică față de șlefuirea convențională este o uzură mai mică a roții, deoarece mai puțin de 5% din îndepărtarea metalului se face prin acțiunea abrazivă a roții.

 

​

Există asemănări între EDM și ECM:

 

1. Scula și piesa de prelucrat sunt separate printr-un spațiu foarte mic, fără contact între ele.

 

2. Atât unealta, cât și materialul trebuie să fie conductori de electricitate.

 

3. Ambele tehnici necesită investiții mari de capital. Sunt folosite mașini CNC moderne

 

4. Ambele metode consumă multă energie electrică.

 

5. Un fluid conductiv este utilizat ca mediu între unealtă și piesa de lucru pentru ECM și un fluid dielectric pentru EDM.

 

6. Scula este alimentată continuu către piesa de prelucrat pentru a menține un spațiu constant între ele (EDM poate include retragerea sculei intermitentă sau ciclică, de obicei parțială).

​

PROCESE DE PRELUCRARE HIBRIDĂ: Profităm frecvent de avantajele proceselor de prelucrare hibridă în care două sau mai multe procese diferite, cum ar fi ECM, EDM... etc. sunt utilizate în combinație. Acest lucru ne oferă posibilitatea de a depăși neajunsurile unui proces prin celălalt și de a beneficia de avantajele fiecărui proces.