ECM obdelava, elektrokemična obdelava, brušenje

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , IMPULZNA ELEKTROKEMIJSKA OBDELAVA (PECM), ELEKTROKEMIJSKO BRUSENJE (EKG), HIBRIDNI OBDELAVNI PROCESI.

​

ELEKTROKEMIJSKA OBDELAVA (ECM) je nekonvencionalna proizvodna tehnika, pri kateri se kovina odstrani z elektrokemičnim postopkom. ECM je običajno tehnika množične proizvodnje, ki se uporablja za strojno obdelavo izjemno trdih materialov in materialov, ki jih je težko obdelati z običajnimi proizvodnimi metodami. Elektrokemično-obdelovalni sistemi, ki jih uporabljamo za proizvodnjo, so numerično vodeni obdelovalni centri z visoko produktivnostjo, fleksibilnostjo, popolnim nadzorom dimenzijskih toleranc. Z elektrokemično obdelavo je mogoče rezati majhne kote in nenavadne oblike, zapletene konture ali votline v trdih in eksotičnih kovinah, kot so titanovi aluminidi, Inconel, Waspaloy in zlitine z visoko vsebnostjo niklja, kobalta in renija. Obdelujejo se lahko tako zunanje kot notranje geometrije. Spremembe postopka elektrokemične obdelave se uporabljajo za operacije, kot so struženje, obračanje, rezanje, trepaniranje, profiliranje, kjer elektroda postane rezalno orodje. Hitrost odstranjevanja kovine je samo funkcija hitrosti ionske izmenjave in nanjo ne vplivajo moč, trdota ali žilavost obdelovanca. Na žalost je metoda elektrokemijske obdelave (ECM) omejena na električno prevodne materiale. Druga pomembna točka, ki jo je treba upoštevati pri uporabi tehnike ECM, je primerjava mehanskih lastnosti proizvedenih delov s tistimi, proizvedenimi z drugimi metodami obdelave.

​

ECM odstrani material, namesto da ga doda, zato ga včasih imenujemo "obratna galvanizacija". Na nek način je podoben obdelavi z električnim praznjenjem (EDM), saj med elektrodo in delom teče visok tok skozi postopek odstranjevanja elektrolitskega materiala z negativno nabito elektrodo (katodo), prevodno tekočino (elektrolit) in prevodni obdelovanec (anoda). Elektrolit deluje kot nosilec toka in je zelo prevodna raztopina anorganske soli, kot je natrijev klorid, pomešan in raztopljen v vodi ali natrijevem nitratu. Prednost ECM je, da ni obrabe orodja. Rezalno orodje ECM se vodi po želeni poti blizu dela, vendar brez dotika kosa. Za razliko od EDM pa se iskre ne ustvarjajo. Visoke stopnje odstranjevanja kovine in zrcalne površinske obdelave so možne z ECM, brez toplotnih ali mehanskih obremenitev, ki se prenašajo na del. ECM ne povzroča nobenih toplotnih poškodb dela in ker ni nobenih sil orodja, ni popačenja dela in ni obrabe orodja, kot bi bilo pri tipičnih postopkih obdelave. Pri elektrokemični obdelavi votlina, ki nastane, je ženska parna slika orodja.

​

V postopku ECM se katodno orodje premakne v anodni obdelovanec. Oblikovano orodje je običajno izdelano iz bakra, medenine, brona ali nerjavečega jekla. Elektrolit pod tlakom se črpa z visoko hitrostjo pri nastavljeni temperaturi skozi prehode v orodju na območje, ki ga režete. Hitrost podajanja je enaka hitrosti "utekočinjanja" materiala, gibanje elektrolita v reži orodje-obdelovanec pa izpere kovinske ione stran od anode obdelovanca, preden se lahko nanesejo na katodno orodje. Razdalja med orodjem in obdelovancem se giblje med 80–800 mikrometri in enosmerni napajalnik v območju 5–25 V vzdržuje gostoto toka med 1,5–8 A/mm2 aktivne obdelane površine. Ko elektroni prečkajo režo, se material iz obdelovanca raztopi, saj orodje oblikuje želeno obliko v obdelovancu. Elektrolitska tekočina odnese med tem procesom nastali kovinski hidroksid. Na voljo so komercialni elektrokemični stroji s tokovnimi zmogljivostmi med 5 A in 40.000 A. Hitrost odstranjevanja materiala pri elektrokemični obdelavi se lahko izrazi kot:

 

MRR = C x I xn

 

Tu je MRR=mm3/min, I=tok v amperih, n=tokovni izkoristek, C=konstanta materiala v mm3/A-min. Konstanta C je odvisna od valence za čiste materiale. Višja kot je valenca, nižja je njena vrednost. Za večino kovin je med 1 in 2.

 

Če Ao označuje enotno površino prečnega prereza, ki se elektrokemično obdeluje v mm2, se lahko podajalna hitrost f v mm/min izrazi kot:

 

F = MRR / Ao

 

Hitrost podajanja f je hitrost, s katero elektroda prodira v obdelovanec.

 

V preteklosti so bile težave s slabo dimenzijsko natančnostjo in odpadki, ki so onesnaževali okolje pri postopkih elektrokemične obdelave. Te so bile v veliki meri presežene.

 

Nekatere od aplikacij elektrokemične obdelave materialov visoke trdnosti so:

 

- Utopne operacije. Ugrezanje je strojna obdelava kovanja – votline.

 

- Vrtanje lopatic turbine reaktivnega motorja, delov in šob reaktivnega motorja.

 

- Vrtanje več majhnih lukenj. Postopek elektrokemične obdelave pušča površino brez robov.

 

- Lopatice parne turbine je mogoče strojno obdelati v majhnih mejah.

 

- Za razigljevanje površin. Pri razigljevanju ECM odstrani kovinske izbokline, ki so ostale po obdelovalnih procesih, in tako zaduši ostre robove. Postopek elektrokemične obdelave je hiter in pogosto bolj priročen od običajnih metod ročnega odstranjevanja robov ali netradicionalnih postopkov obdelave.

​

ELEKTROLITNA OBDELAVA Z OBLIKOVANO CEVJO (STEM) je različica postopka elektrokemične obdelave, ki jo uporabljamo za vrtanje globokih lukenj majhnega premera. Kot orodje se uporablja titanova cev, ki je prevlečena z električno izolacijsko smolo, da se prepreči odstranjevanje materiala iz drugih območij, kot so stranske ploskve luknje in cevi. Izvrtamo lahko luknje velikosti 0,5 mm z razmerjem med globino in premerom 300:1

​

IMPULZNA ELEKTROKEMIJSKA OBDELAVA (PECM): Uporabljamo zelo visoke gostote impulznega toka v velikosti 100 A/cm2. Z uporabo impulznih tokov odpravimo potrebo po visokih stopnjah pretoka elektrolita, ki predstavljajo omejitve za metodo ECM pri izdelavi kalupov in kalupov. Impulzna elektrokemična obdelava izboljša življenjsko dobo ob utrujanju in odstrani plast prelivanja, ki jo pusti tehnika obdelave z električnim praznjenjem (EDM) na površinah kalupov in matrice.

​

In ELEKTROKEMIČNO BRUŠENJE (EKG) združujemo običajno operacijo brušenja z elektrokemično obdelavo. Brus je vrteča se katoda z abrazivnimi delci diamanta ali aluminijevega oksida, ki so povezani s kovino. Gostota toka se giblje med 1 in 3 A/mm2. Podobno kot pri ECM, elektrolit, kot je natrijev nitrat, teče in pri odstranjevanju kovine pri elektrokemičnem mletju prevladuje elektrolitsko delovanje. Manj kot 5 % kovine je odstranjeno z abrazivnim delovanjem kolesa. Tehnika EKG je zelo primerna za karbide in zlitine visoke trdnosti, ni pa toliko primerna za ugrezanje matrice ali izdelavo kalupov, ker brusilnik morda ne bo zlahka dosegel globokih votlin. Hitrost odvzema materiala pri elektrokemičnem mletju se lahko izrazi kot:

 

MRR = GI / d F

 

Tukaj je MRR v mm3/min, G je masa v gramih, I je tok v amperih, d je gostota v g/mm3 in F je Faradayeva konstanta (96.485 Coulombs/mol). Hitrost prodiranja brusa v obdelovanec lahko izrazimo kot:

 

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

 

Tukaj je Vs v mm3/min, E je napetost celice v voltih, g je reža med kolesom in obdelovancem v mm, Kp je koeficient izgube in K je prevodnost elektrolita. Prednost elektrokemične metode brušenja pred običajnim brušenjem je manjša obraba koluta, ker manj kot 5 % kovine odstranimo z abrazivnim delovanjem koluta.

 

​

Obstajajo podobnosti med EDM in ECM:

 

1. Orodje in obdelovanec sta ločena z zelo majhno režo brez stika med njima.

 

2. Tako orodje kot material morata biti prevodnika električnega toka.

 

3. Obe tehniki zahtevata visoke kapitalske naložbe. Uporabljajo se sodobni CNC stroji

 

4. Oba načina porabita veliko električne energije.

 

5. Prevodna tekočina se uporablja kot medij med orodjem in obdelovancem za ECM in dielektrična tekočina za EDM.

 

6. Orodje se neprekinjeno podaja proti obdelovancu, da se ohrani stalna vrzel med njima (EDM lahko vključuje občasno ali ciklično, običajno delno, umikanje orodja).

​

HIBRIDNI STROJNI PROCESI: Pogosto izkoriščamo prednosti hibridnih obdelovalnih procesov, kjer sta dva ali več različnih procesov, kot sta ECM, EDM… itd. se uporabljajo v kombinaciji. To nam daje priložnost, da premagamo pomanjkljivosti enega postopka z drugim in izkoristimo prednosti vsakega procesa.