ECM obrábanie, elektrochemické obrábanie, brúsenie

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , PULSNÉ ELEKTROCHEMICKÉ OBRÁBENIE (PECM), ELEKTROCHEMICKÉ BRÚSENIE (EKG), HYBRIDNÉ PROCESY OBRÁBANIA.

​

ELEKTROCHEMICKÉ OBRÁBENIE (ECM) je nekonvenčná výrobná technika, pri ktorej sa kov odstraňuje elektrochemickým procesom. ECM je zvyčajne technika hromadnej výroby, ktorá sa používa na obrábanie extrémne tvrdých materiálov a materiálov, ktoré sa ťažko obrábajú konvenčnými výrobnými metódami. Elektrochemicko-obrábacie systémy, ktoré používame pri výrobe, sú číslicovo riadené obrábacie centrá s vysokou rýchlosťou výroby, flexibilitou, dokonalou kontrolou rozmerových tolerancií. Elektrochemické obrábanie je schopné rezať malé a nepárne tvarované uhly, zložité obrysy alebo dutiny v tvrdých a exotických kovoch, ako sú aluminidy titánu, Inconel, Waspaloy a zliatiny s vysokým obsahom niklu, kobaltu a rénia. Obrábať možno vonkajšiu aj vnútornú geometriu. Modifikácie procesu elektrochemického obrábania sa používajú pri operáciách ako sústruženie, lícovanie, drážkovanie, trepanácia, profilovanie, kde sa elektróda stáva rezným nástrojom. Rýchlosť úberu kovu je len funkciou iónovej výmeny a nie je ovplyvnená pevnosťou, tvrdosťou alebo húževnatosťou obrobku. Bohužiaľ, metóda elektrochemického obrábania (ECM) je obmedzená na elektricky vodivé materiály. Ďalším dôležitým bodom na zváženie nasadenia techniky ECM je porovnanie mechanických vlastností vyrobených dielov s dielmi vyrobenými inými metódami obrábania.

​

ECM odstraňuje materiál namiesto jeho pridávania, a preto sa niekedy označuje ako „reverzné galvanické pokovovanie“. V niektorých ohľadoch sa podobá obrábaniu elektrickým výbojom (EDM) v tom, že medzi elektródou a dielom prechádza vysoký prúd prostredníctvom procesu odstraňovania elektrolytického materiálu, ktorý má záporne nabitú elektródu (katódu), vodivú tekutinu (elektrolyt) a vodivý obrobok (anóda). Elektrolyt pôsobí ako prúdový nosič a je to vysoko vodivý roztok anorganickej soli, ako je chlorid sodný zmiešaný a rozpustený vo vode alebo dusičnane sodnom. Výhodou ECM je, že nedochádza k opotrebovaniu nástroja. Rezný nástroj ECM je vedený pozdĺž požadovanej dráhy blízko obrobku, ale bez dotyku obrobku. Na rozdiel od EDM však nevznikajú žiadne iskry. S ECM sú možné vysoké rýchlosti úberu kovu a zrkadlové povrchové úpravy, pričom sa na diel neprenáša žiadne tepelné alebo mechanické namáhanie. ECM nespôsobuje žiadne tepelné poškodenie dielu a keďže nepôsobia žiadne sily nástroja, nedochádza k deformácii dielu ani k opotrebovaniu nástroja, ako by to bolo v prípade typických obrábacích operácií. Pri elektrochemickom obrábaní je vytvorená dutina nástroja.

​

V procese ECM sa katódový nástroj presunie do anódového obrobku. Tvarovaný nástroj je spravidla vyrobený z medi, mosadze, bronzu alebo nehrdzavejúcej ocele. Elektrolyt pod tlakom sa čerpá vysokou rýchlosťou pri nastavenej teplote cez priechody v nástroji do oblasti, ktorá sa má rezať. Rýchlosť posuvu je rovnaká ako rýchlosť ''skvapalňovania'' materiálu a pohyb elektrolytu v medzere medzi nástrojom a obrobkom odplavuje kovové ióny preč z anódy obrobku skôr, ako majú možnosť naniesť sa na katódový nástroj. Medzera medzi nástrojom a obrobkom sa pohybuje medzi 80-800 mikrometrami a jednosmerné napájanie v rozsahu 5 – 25 V udržuje prúdové hustoty medzi 1,5 – 8 A/mm2 aktívneho obrobeného povrchu. Keď elektróny prekročia medzeru, materiál z obrobku sa rozpustí, pretože nástroj vytvorí požadovaný tvar v obrobku. Elektrolytická kvapalina odvádza hydroxid kovu vytvorený počas tohto procesu. Dostupné sú komerčné elektrochemické stroje s prúdovou kapacitou medzi 5A a 40 000A. Rýchlosť úberu materiálu pri elektrochemickom obrábaní možno vyjadriť ako:

 

MRR = C x I xn

 

Tu MRR = mm3/min, I = prúd v ampéroch, n = prúdová účinnosť, C = materiálová konštanta v mm3/A-min. Konštanta C závisí od valencie pre čisté materiály. Čím je valencia vyššia, tým je jej hodnota nižšia. Pre väčšinu kovov je to medzi 1 a 2.

 

Ak Ao označuje rovnomernú plochu prierezu elektrochemicky opracovanú v mm2, rýchlosť posuvu f v mm/min možno vyjadriť ako:

 

F = MRR / Ao

 

Rýchlosť posuvu f je rýchlosť, ktorou elektróda preniká do obrobku.

 

V minulosti sa vyskytovali problémy so zlou rozmerovou presnosťou a odpadom z elektrochemického obrábania znečisťujúcim životné prostredie. Tie sú z veľkej časti prekonané.

 

Niektoré z aplikácií elektrochemického obrábania materiálov s vysokou pevnosťou sú:

 

- Die-Sinking operácie. Zápustkové hĺbenie je opracovanie kovania – zápustkových dutín.

 

- Vŕtanie lopatiek turbíny prúdového motora, častí prúdového motora a trysiek.

 

- Vŕtanie viacerých malých otvorov. Proces elektrochemického obrábania zanecháva povrch bez otrepov.

 

- Lopatky parnej turbíny je možné obrábať v obmedzenom rozsahu.

 

- Na odhrotovanie povrchov. Pri odihlovaní ECM odstraňuje kovové výčnelky, ktoré zostali z procesov obrábania, a tak otupuje ostré hrany. Elektrochemický proces obrábania je rýchly a často pohodlnejší ako konvenčné metódy ručného odhrotovania alebo netradičné obrábacie procesy.

​

ELEKTROLYTICKÉ OBRÁBENIE TVAROVÝCH RÚR (STEM) je verzia procesu elektrochemického obrábania, ktorý používame na vŕtanie hlbokých otvorov s malým priemerom. Ako nástroj sa používa titánová trubica, ktorá je potiahnutá elektricky izolačnou živicou, aby sa zabránilo odstraňovaniu materiálu z iných oblastí, ako sú bočné strany otvoru a trubice. Dokážeme vyvŕtať otvory veľkosti 0,5 mm s pomerom hĺbky k priemeru 300:1

​

IMPULZNÉ ELEKTROCHEMICKÉ OBRÁBENIE (PECM): Používame veľmi vysoké pulzné prúdové hustoty rádovo 100 A/cm2. Použitím impulzných prúdov eliminujeme potrebu vysokých prietokov elektrolytu, čo predstavuje obmedzenia pre metódu ECM pri výrobe foriem a foriem. Impulzné elektrochemické obrábanie zlepšuje únavovú životnosť a eliminuje pretavenú vrstvu, ktorú zanecháva technika elektroerozívneho obrábania (EDM) na povrchoch foriem a foriem.

​

In ELEKTROCHEMICKÉ BRÚSENIE (EKG) spájame konvenčnú operáciu brúsenia s elektrochemickým obrábaním. Brúsny kotúč je rotačná katóda s abrazívnymi časticami diamantu alebo oxidu hlinitého, ktoré sú spojené kovom. Prúdové hustoty sa pohybujú medzi 1 a 3 A/mm2. Podobne ako pri ECM, elektrolyt, ako je dusičnan sodný, prúdi a pri odstraňovaní kovu pri elektrochemickom mletí dominuje elektrolytický účinok. Menej ako 5 % úbytku kovu je spôsobené abrazívnym pôsobením kotúča. Technika EKG je vhodná pre karbidy a vysokopevnostné zliatiny, ale nie je až tak vhodná na hĺbenie alebo výrobu foriem, pretože brúska nemusí ľahko vstúpiť do hlbokých dutín. Rýchlosť úberu materiálu pri elektrochemickom brúsení možno vyjadriť ako:

 

MRR = GI / d F

 

Tu je MRR v mm3/min, G je hmotnosť v gramoch, I je prúd v ampéroch, d je hustota vg/mm3 a F je Faradayova konštanta (96 485 Coulombov/mol). Rýchlosť prieniku brúsneho kotúča do obrobku môže byť vyjadrená ako:

 

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

 

Tu je Vs v mm3/min, E je napätie článku vo voltoch, g je medzera medzi kolesom a obrobkom v mm, Kp je stratový koeficient a K je vodivosť elektrolytu. Výhodou elektrochemického spôsobu brúsenia v porovnaní s konvenčným brúsením je menšie opotrebenie kotúča, pretože menej ako 5 % úberu kovu sa uskutočňuje abrazívnym pôsobením kotúča.

 

​

Medzi EDM a ECM sú podobnosti:

 

1. Nástroj a obrobok sú oddelené veľmi malou medzerou bez kontaktu medzi nimi.

 

2. Nástroj aj materiál musia byť vodičmi elektriny.

 

3. Obe techniky vyžadujú vysoké kapitálové investície. Používajú sa moderné CNC stroje

 

4. Obidva spôsoby spotrebúvajú veľa elektrickej energie.

 

5. Vodivá kvapalina sa používa ako médium medzi nástrojom a obrobkom pre ECM a dielektrická kvapalina pre EDM.

 

6. Nástroj sa posúva kontinuálne smerom k obrobku, aby sa medzi nimi udržala konštantná medzera (EDM môže zahŕňať prerušované alebo cyklické, typicky čiastočné, vyťahovanie nástroja).

​

HYBRIDNÉ PROCESY OBRÁBANIA: Často využívame výhody hybridných procesov obrábania, kde sú dva alebo viac rôznych procesov ako ECM, EDM….atď. sa používajú v kombinácii. To nám dáva príležitosť prekonať nedostatky jedného procesu druhým a ťažiť z výhod každého procesu.