ECM-bearbetning, elektrokemisk bearbetning, slipning

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , PULSERAD ELEKTROKEMISK BEARBETNING (PECM), ELEKTROKEMISK SLIPPNING (EKG), HYBRIDBEARBEJDNINGSPROCESSER.

​

ELEKTROKEMISK BEARBETNING (ECM) är en icke-konventionell tillverkningsteknik där metall avlägsnas genom en elektrokemisk process. ECM är vanligtvis en massproduktionsteknik som används för att bearbeta extremt hårda material och material som är svåra att bearbeta med konventionella tillverkningsmetoder. Elektrokemiska bearbetningssystem som vi använder för produktion är numeriskt styrda bearbetningscentra med höga produktionshastigheter, flexibilitet, perfekt kontroll av dimensionstoleranser. Elektrokemisk bearbetning kan skära små och udda formade vinklar, intrikata konturer eller kaviteter i hårda och exotiska metaller som titanaluminider, Inconel, Waspaloy och högnickel-, kobolt- och rheniumlegeringar. Både yttre och inre geometrier kan bearbetas. Modifieringar av den elektrokemiska bearbetningsprocessen används för operationer som svarvning, fasning, slitsning, trepanering, profilering där elektroden blir skärverktyget. Metallavlägsningshastigheten är endast en funktion av jonbyteshastigheten och påverkas inte av arbetsstyckets styrka, hårdhet eller seghet. Tyvärr är metoden för elektrokemisk bearbetning (ECM) begränsad till elektriskt ledande material. En annan viktig punkt att överväga att använda ECM-tekniken är att jämföra de mekaniska egenskaperna hos de producerade delarna med de som produceras med andra bearbetningsmetoder.

​

ECM tar bort material istället för att lägga till det och kallas därför ibland för ''omvänd galvanisering''. Det liknar på vissa sätt elektrisk urladdningsbearbetning (EDM) genom att en hög ström passerar mellan en elektrod och detaljen, genom en elektrolytisk materialavlägsningsprocess med en negativt laddad elektrod (katod), en ledande vätska (elektrolyt) och en ledande arbetsstycke (anod). Elektrolyten fungerar som strömbärare och är en högledande oorganisk saltlösning som natriumklorid blandad och upplöst i vatten eller natriumnitrat. Fördelen med ECM är att det inte finns något verktygsslitage. ECM-skärverktyget styrs längs den önskade banan nära arbetet men utan att röra stycket. Till skillnad från EDM skapas dock inga gnistor. Höga metallborttagningshastigheter och spegelytor är möjliga med ECM, utan att termiska eller mekaniska påfrestningar överförs till delen. ECM orsakar ingen termisk skada på detaljen och eftersom det inte finns några verktygskrafter finns det ingen förvrängning av delen och inget verktygsslitage, vilket skulle vara fallet med typiska bearbetningsoperationer. I elektrokemisk bearbetning produceras kavitet den kvinnliga parningsbilden av verktyget.

​

I ECM-processen flyttas ett katodverktyg in i ett anodarbetsstycke. Det formade verktyget är vanligtvis tillverkat av koppar, mässing, brons eller rostfritt stål. Den trycksatta elektrolyten pumpas med hög hastighet vid en inställd temperatur genom passagerna i verktyget till det område som skärs. Matningshastigheten är densamma som hastigheten för "vätskebildning" av materialet, och elektrolytrörelsen i mellanrummet mellan verktyg och arbetsstycke tvättar bort metalljoner från arbetsstyckets anod innan de har en chans att plåta på katodverktyget. Avståndet mellan verktyget och arbetsstycket varierar mellan 80-800 mikrometer och DC-strömförsörjningen i området 5 – 25 V upprätthåller strömtätheter mellan 1,5 – 8 A/mm2 av den aktiva bearbetade ytan. När elektroner passerar gapet löses material från arbetsstycket, eftersom verktyget bildar den önskade formen i arbetsstycket. Den elektrolytiska vätskan bär bort metallhydroxiden som bildas under denna process. Kommersiella elektrokemiska maskiner med strömkapaciteter mellan 5A och 40 000A finns tillgängliga. Materialavlägsningshastigheten vid elektrokemisk bearbetning kan uttryckas som:

 

MRR = C x I xn

 

Här är MRR=mm3/min, I=ström i ampere, n=strömverkningsgrad, C=en materialkonstant i mm3/A-min. Konstanten C beror på valens för rena material. Ju högre valens, desto lägre är dess värde. För de flesta metaller ligger det mellan 1 och 2.

 

Om Ao anger den enhetliga tvärsnittsarean som bearbetas elektrokemiskt i mm2, kan matningshastigheten f i mm/min uttryckas som:

 

F = MRR / Ao

 

Matningshastighet f är hastigheten som elektroden penetrerar arbetsstycket.

 

Tidigare fanns det problem med dålig dimensionsnoggrannhet och miljöförorenande avfall från elektrokemiska bearbetningsoperationer. Dessa har till stor del övervunnits.

 

Några av tillämpningarna för elektrokemisk bearbetning av höghållfasta material är:

 

- Sänkningsoperationer. Sänkning är bearbetning av smide – formhålrum.

 

- Borrning av en jetmotors turbinblad, jetmotordelar och munstycken.

 

- Flera små hål borrning. Den elektrokemiska bearbetningsprocessen lämnar en gradfri yta.

 

- Ångturbinblad kan bearbetas inom nära gränser.

 

- För gradning av ytor. Vid gradning tar ECM bort metallutsprång som finns kvar från bearbetningsprocesserna och dämpar så skarpa kanter. Den elektrokemiska bearbetningen är snabb och ofta mer bekväm än de konventionella metoderna för avgradning för hand eller icke-traditionella bearbetningsprocesser.

​

ELEKTROLYTISK BEARBETNING MED FORMAT RÖR (STEM) är en version av elektrokemisk bearbetningsprocess som vi använder för att borra djupa hål med liten diameter. Ett titanrör används som verktyg som är belagt med ett elektriskt isolerande harts för att förhindra avlägsnande av material från andra regioner som hålets och rörets sidoytor. Vi kan borra hålstorlekar på 0,5 mm med förhållanden mellan djup och diameter på 300:1

​

PULSED ELEKTROKEMISKA BEARBEJNING (PECM): Vi använder mycket höga pulserade strömtätheter i storleksordningen 100 A/cm2. Genom att använda pulsade strömmar eliminerar vi behovet av höga elektrolytflöden, vilket innebär begränsningar för ECM-metoden i form- och formtillverkning. Pulsad elektrokemisk bearbetning förbättrar utmattningslivslängden och eliminerar det omgjutna skiktet som lämnats av den elektriska urladdningsbearbetningstekniken (EDM) på form- och formytor.

​

In ELEKTROKEMISK SLIPPNING (EKG)  kombinerar vi den konventionella slipoperationen med elektrokemisk bearbetning. Slipskivan är en roterande katod med slipande partiklar av diamant- eller aluminiumoxid som är metallbundna. Strömtätheterna varierar mellan 1 och 3 A/mm2. I likhet med ECM strömmar en elektrolyt såsom natriumnitrat och metallavlägsnandet vid elektrokemisk slipning domineras av den elektrolytiska verkan. Mindre än 5 % av metallborttagningen sker genom nötande verkan av hjulet. EKG-tekniken är väl lämpad för karbider och höghållfasta legeringar, men passar inte så mycket för sänkning eller formtillverkning eftersom kvarnen kanske inte lätt kommer åt djupa håligheter. Materialavlägsningshastigheten vid elektrokemisk slipning kan uttryckas som:

 

MRR = GI / d F

 

Här är MRR i mm3/min, G är massa i gram, I är ström i ampere, d är densitet i g/mm3 och F är Faradays konstant (96 485 Coulombs/mol). Hastigheten för penetration av slipskivan i arbetsstycket kan uttryckas som:

 

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

 

Här är Vs i mm3/min, E är cellspänningen i volt, g är gapet mellan hjul och arbetsstycke i mm, Kp är förlustkoefficient och K är elektrolytens konduktivitet. Fördelen med den elektrokemiska slipmetoden jämfört med konventionell slipning är mindre skivslitage eftersom mindre än 5 % av metallavlägsnandet sker genom slipverkan av skivan.

 

​

Det finns likheter mellan EDM och ECM:

 

1. Verktyget och arbetsstycket är åtskilda av ett mycket litet gap utan kontakt mellan dem.

 

2. Både verktyg och material måste vara ledare av elektricitet.

 

3. Båda teknikerna kräver höga kapitalinvesteringar. Moderna CNC-maskiner används

 

4. Båda metoderna förbrukar mycket el.

 

5. En ledande vätska används som medium mellan verktyget och arbetsstycket för ECM och en dielektrisk vätska för EDM.

 

6. Verktyget matas kontinuerligt mot arbetsstycket för att upprätthålla ett konstant gap mellan dem (EDM kan innehålla intermittent eller cykliskt, typiskt partiellt, verktygsutdragning).

​

HYBRIDBEVERKNINGSPROCESSER: Vi drar ofta nytta av fördelarna med hybridbearbetningsprocesser där två eller flera olika processer som ECM, EDM...etc. används i kombination. Detta ger oss möjlighet att övervinna bristerna i en process genom den andra och dra nytta av fördelarna med varje process.