ECM-обработка, электрохимическая обработка, шлифование

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , ИМПУЛЬСНАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ЭХО), ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ШЛИФОВАНИЕ (ЭХГ), ГИБРИДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ.

​

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ЭХО) это нетрадиционная производственная технология, при которой металл удаляется электрохимическим способом. ECM обычно представляет собой метод массового производства, используемый для обработки чрезвычайно твердых материалов и материалов, которые трудно обрабатывать с использованием традиционных методов производства. Системы электрохимической обработки, которые мы используем для производства, представляют собой обрабатывающие центры с числовым программным управлением с высокой производительностью, гибкостью, идеальным контролем допусков на размеры. Электрохимическая обработка позволяет вырезать небольшие и необычные углы, сложные контуры или полости в твердых и экзотических металлах, таких как алюминиды титана, инконель, васпалой и сплавы с высоким содержанием никеля, кобальта и рения. Возможна обработка как внешней, так и внутренней геометрии. Модификации процесса электрохимической обработки используются для таких операций, как точение, торцовка, долбление, трепанация, профилирование, где электрод становится режущим инструментом. Скорость съема металла зависит только от скорости ионного обмена и не зависит от прочности, твердости или ударной вязкости заготовки. К сожалению, метод электрохимической обработки (ЭХО) ограничен электропроводными материалами. Еще одним важным моментом, который следует учитывать при использовании метода ECM, является сравнение механических свойств изготовленных деталей со свойствами, полученными с помощью других методов обработки.

​

ECM удаляет материал, а не добавляет его, поэтому его иногда называют «обратным гальванопокрытием». В некотором смысле он напоминает электроэрозионную обработку (EDM) в том смысле, что между электродом и деталью проходит сильный ток в процессе удаления электролитического материала, в котором используется отрицательно заряженный электрод (катод), проводящая жидкость (электролит) и токопроводящая заготовка (анод). Электролит действует как носитель тока и представляет собой раствор неорганической соли с высокой проводимостью, такой как хлорид натрия, смешанный и растворенный в воде или нитрате натрия. Преимущество ECM в том, что инструмент не изнашивается. Режущий инструмент ECM направляется по желаемой траектории рядом с заготовкой, но не касаясь детали. Однако, в отличие от EDM, искры не образуются. С помощью ECM возможны высокие скорости съема металла и зеркальное покрытие поверхности, при этом на деталь не передаются термические или механические напряжения. ЭХО не вызывает термического повреждения детали, а поскольку силы инструмента отсутствуют, деталь не деформируется, а инструмент не изнашивается, как это происходит при обычных операциях механической обработки. При электрохимической обработке полученная полость является охватывающей частью инструмента.

​

В процессе ECM катодный инструмент перемещается в анодную заготовку. Фасонный инструмент обычно изготавливается из меди, латуни, бронзы или нержавеющей стали. Электролит под давлением подается с высокой скоростью при заданной температуре через каналы в инструменте в область реза. Скорость подачи такая же, как и скорость «разжижения» материала, а движение электролита в зазоре между инструментом и заготовкой вымывает ионы металла с анода заготовки до того, как они успевают нанести покрытие на катодный инструмент. Зазор между инструментом и заготовкой варьируется в пределах 80-800 микрометров, а источник питания постоянного тока в диапазоне 5-25 В поддерживает плотность тока в пределах 1,5-8 А/мм2 активной обрабатываемой поверхности. По мере того, как электроны пересекают зазор, материал заготовки растворяется, поскольку инструмент придает заготовке желаемую форму. Электролитическая жидкость уносит образующийся при этом гидроксид металла. Доступны коммерческие электрохимические машины с током от 5 до 40 000 А. Скорость съема материала при электрохимической обработке может быть выражена как:

 

МРР = С х I х н

 

Здесь MRR=мм3/мин, I=ток в амперах, n=эффективность по току, C=постоянная материала в мм3/А-мин. Константа C зависит от валентности для чистых материалов. Чем выше валентность, тем ниже ее значение. Для большинства металлов он находится между 1 и 2.

 

Если Ao обозначает однородную площадь поперечного сечения, подвергаемого электрохимической обработке, в мм2, скорость подачи f в мм/мин может быть выражена как:

 

F = МРР / АО

 

Скорость подачи f — это скорость, с которой электрод проникает в заготовку.

 

В прошлом существовали проблемы с низкой точностью размеров и загрязняющими окружающую среду отходами от операций электрохимической обработки. Они в значительной степени были преодолены.

 

Некоторые области применения электрохимической обработки высокопрочных материалов:

 

- Пробивные операции. Штамповка – это обработка поковок – полостей штампов.

 

- Сверление лопаток турбин реактивных двигателей, деталей реактивных двигателей и сопел.

 

- Сверление нескольких мелких отверстий. Процесс электрохимической обработки оставляет поверхность без заусенцев.

 

- Лопатки паровой турбины могут быть обработаны в узких пределах.

 

- Для снятия заусенцев с поверхностей. При удалении заусенцев ECM удаляет металлические выступы, оставшиеся после обработки, и таким образом притупляет острые кромки. Процесс электрохимической обработки является быстрым и часто более удобным, чем обычные методы удаления заусенцев вручную или нетрадиционные процессы обработки.

​

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПРОФИЛЬНЫХ ТРУБ (STEM) это вариант процесса электрохимической обработки, который мы используем для сверления глубоких отверстий малого диаметра. В качестве инструмента используется титановая трубка, покрытая электроизолирующей смолой для предотвращения удаления материала из других областей, таких как боковые поверхности отверстия и трубки. Мы можем сверлить отверстия размером 0,5 мм с отношением глубины к диаметру 300:1.

​

ИМПУЛЬСНАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (PECM): Мы используем очень высокие плотности импульсного тока порядка 100 А/см2. Используя импульсные токи, мы устраняем необходимость в высоких скоростях потока электролита, что накладывает ограничения на метод ЭХО при изготовлении пресс-форм и штампов. Импульсная электрохимическая обработка повышает усталостную долговечность и устраняет слой повторного литья, оставленный методом электроэрозионной обработки (EDM) на поверхностях пресс-форм и штампов.

​

In ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ШЛИФОВАНИЕ (ЭХГ) мы сочетаем обычную операцию шлифования с электрохимической обработкой. Шлифовальный круг представляет собой вращающийся катод с абразивными частицами алмаза или оксида алюминия, которые связаны металлом. Диапазон плотности тока составляет от 1 до 3 А/мм2. Подобно ECM, электролит, такой как нитрат натрия, течет, и при удалении металла при электрохимическом измельчении преобладает электролитическое действие. Менее 5% съема металла приходится на абразивное воздействие круга. Техника ECG хорошо подходит для карбидов и высокопрочных сплавов, но не очень подходит для штамповки или изготовления пресс-форм, потому что шлифовальный станок не может легко получить доступ к глубоким полостям. Скорость съема материала при электрохимическом измельчении можно выразить как:

 

МРР = GI / d F

 

Здесь MRR выражается в мм3/мин, G — масса в граммах, I — сила тока в амперах, d — плотность в г/мм3, а F — постоянная Фарадея (96 485 кулонов/моль). Скорость проникновения шлифовального круга в заготовку можно выразить как:

 

Vs = (G/dF) x (E/g Kp) x K

 

Здесь Vs — в мм3/мин, E — напряжение на элементе в вольтах, g — зазор между колесом и деталью в мм, Kp — коэффициент потерь, а K — проводимость электролита. Преимущество метода электрохимического шлифования по сравнению с обычным шлифованием заключается в меньшем износе круга, поскольку менее 5% съема металла приходится на абразивное воздействие круга.

 

​

Между EDM и ECM есть сходство:

 

1. Инструмент и заготовка разделены очень маленьким зазором без контакта между ними.

 

2. И инструмент, и материал должны быть проводниками электричества.

 

3. Оба метода требуют больших капиталовложений. Используются современные станки с ЧПУ.

 

4. Оба метода потребляют много электроэнергии.

 

5. В качестве среды между инструментом и заготовкой для ЭХО используется токопроводящая жидкость, а для электроэрозионной – диэлектрическая жидкость.

 

6. Инструмент непрерывно подается к заготовке для поддержания постоянного зазора между ними (ЭДО может включать прерывистое или циклическое, обычно частичное, извлечение инструмента).

​

ГИБРИДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ: Мы часто пользуемся преимуществами гибридных процессов обработки, когда используются два или более разных процесса, таких как ECM, EDM и т. д. используются в комбинации. Это дает нам возможность преодолеть недостатки одного процесса с помощью другого и извлечь выгоду из преимуществ каждого процесса.