Механічна обробка ECM, електрохімічна обробка, шліфування

Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , ІМПУЛЬСНА ЕЛЕКТРОХІМІЧНА ОБРОБКА (PECM), ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ШЛІФУВАННЯ (ECG), ГІБРИДНІ ПРОЦЕСИ ОБРОБКИ.

​

ЕЛЕКТРОХІМІЧНА ОБРОБКА (ECM)  — це нетрадиційна техніка виробництва, при якій метал видаляється за допомогою електрохімічного процесу. ECM, як правило, є технікою масового виробництва, яка використовується для обробки надзвичайно твердих матеріалів і матеріалів, які важко обробити за допомогою звичайних методів виробництва. Системи електрохімічної обробки, які ми використовуємо для виробництва, є обробними центрами з числовим програмним керуванням з високою продуктивністю, гнучкістю, ідеальним контролем допусків на розміри. Електрохімічна обробка дає змогу вирізати малі та дивні кути, складні контури або порожнини в твердих та екзотичних металах, таких як алюмініди титану, інконель, васпалой та сплави з високим вмістом нікелю, кобальту та ренію. Обробляти можна як зовнішню, так і внутрішню геометрію. Модифікації процесу електрохімічної обробки використовуються для таких операцій, як точіння, облицювання, різання, трепанування, профілювання, де електрод стає різальним інструментом. Швидкість видалення металу є лише функцією швидкості іонного обміну і не залежить від міцності, твердості чи в’язкості заготовки. На жаль, метод електрохімічної обробки (ECM) обмежений електропровідними матеріалами. Ще один важливий момент, який слід розглянути при застосуванні техніки ECM, — це порівняння механічних властивостей виготовлених деталей із тими, що виготовлені іншими методами обробки.

​

ECM видаляє матеріал, а не додає його, тому його іноді називають «зворотним гальванічним покриттям». Це певним чином нагадує електроерозійну обробку (EDM), оскільки великий струм пропускається між електродом і деталлю через процес видалення електролітичного матеріалу, який має негативно заряджений електрод (катод), провідну рідину (електроліт) і електропровідна заготовка (анод). Електроліт діє як носій струму і є розчином неорганічної солі з високою провідністю, наприклад хлориду натрію, змішаного та розчиненого у воді або нітраті натрію. Перевагою ECM є відсутність зносу інструменту. Ріжучий інструмент ECM спрямовується вздовж потрібної траєкторії поблизу робочого місця, але не торкаючись деталі. Однак, на відміну від EDM, іскри не утворюються. Висока швидкість видалення металу та дзеркальна поверхня можлива за допомогою ECM без термічних чи механічних навантажень на деталь. ECM не спричиняє будь-якого термічного пошкодження деталі, і оскільки інструмент не впливає на деталь, немає деформації деталі та зносу інструменту, як це було б у випадку звичайних операцій механічної обробки. При електрохімічній обробці порожнини утворюється жіноче сполучення зображення інструменту.

​

У процесі ECM катодний інструмент переміщується в анодну заготовку. Фасонний інструмент зазвичай виготовляється з міді, латуні, бронзи або нержавіючої сталі. Електроліт під тиском подається з високою швидкістю при заданій температурі через канали в інструменті до ділянки, що ріжеться. Швидкість подачі така ж, як швидкість «зрідження» матеріалу, а рух електроліту в зазорі між інструментом і деталлю вимиває іони металу з анода деталі, перш ніж вони зможуть потрапити на катодний інструмент. Зазор між інструментом і деталлю коливається в межах 80-800 мікрометрів, а джерело живлення постійного струму в діапазоні 5-25 В підтримує щільність струму в межах 1,5-8 А/мм2 активної обробленої поверхні. Коли електрони перетинають щілину, матеріал із заготовки розчиняється, оскільки інструмент формує бажану форму заготовки. Електролітична рідина виносить гідроксид металу, що утворюється під час цього процесу. Доступні комерційні електрохімічні машини з потужністю струму від 5 А до 40 000 А. Швидкість видалення матеріалу при електрохімічній обробці можна виразити як:

 

MRR = C x I xn

 

Тут MRR = мм3/хв, I = сила струму в амперах, n = ефективність за струмом, C = константа матеріалу в мм3 / А-хв. Константа C залежить від валентності для чистих матеріалів. Чим вища валентність, тим менше її значення. Для більшості металів він знаходиться між 1 і 2.

 

Якщо Ao позначає рівномірну площу поперечного перерізу, що підлягає електрохімічній обробці в мм2, швидкість подачі f у мм/хв може бути виражена як:

 

F = MRR / Ao

 

Швидкість подачі f — це швидкість, з якою електрод проникає в заготовку.

 

У минулому існували проблеми низької точності розмірів і забруднення навколишнього середовища відходів від операцій електрохімічної обробки. Ці проблеми в основному подолано.

 

Деякі із застосувань електрохімічної обробки високоміцних матеріалів:

 

- Операції поглинання штампу. Штампування – це механічна обробка ковки – порожнини матриці.

 

- Свердління турбінних лопаток реактивного двигуна, деталей і сопел реактивного двигуна.

 

- Свердління кількох невеликих отворів. Процес електрохімічної обробки залишає поверхню без задирок.

 

- Лопатки парової турбіни можна обробити в близьких межах.

 

- Для зняття задирок з поверхонь. Під час видалення задирок ECM видаляє металеві виступи, що залишилися від процесів обробки, і таким чином притуплює гострі краї. Процес електрохімічної обробки є швидким і часто більш зручним, ніж звичайні методи зняття задирок вручну або нетрадиційні процеси обробки.

​

ЕЛЕКТРОЛІТИЧНА ОБРОБКА ФІЛЬМОВАНИХ ТРУБ (STEM) це версія процесу електрохімічної обробки, яку ми використовуємо для свердління глибоких отворів малого діаметра. Як інструмент використовується титанова трубка, яка покрита електроізоляційною смолою, щоб запобігти видаленню матеріалу з інших областей, таких як бічні поверхні отвору та трубки. Ми можемо свердлити отвори розміром 0,5 мм із співвідношенням глибини до діаметра 300:1

​

ІМПУЛЬСНА ЕЛЕКТРОХІМІЧНА ОБРОБКА (PECM): Ми використовуємо дуже високі імпульсні щільності струму порядку 100 А/см2. Використовуючи імпульсні струми, ми усуваємо потребу у високій швидкості потоку електроліту, що створює обмеження для методу ECM у виготовленні форм і матриць. Імпульсна електрохімічна обробка покращує довговічність і усуває шар повторного лиття, залишений методом електроерозійної обробки (EDM) на поверхнях форми та матриці.

​

У ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ШЛІФУВАННЯ (ЕКГ) ми поєднуємо звичайну операцію шліфування з електрохімічною механічною обробкою. Шліфувальний круг являє собою катод, що обертається, з абразивними частинками алмазу або оксиду алюмінію, скріпленими металом. Щільність струму коливається від 1 до 3 А/мм2. Подібно до ECM, такий електроліт, як нітрат натрію, тече, а видалення металу під час електрохімічного подрібнення відбувається переважно під впливом електролітичної дії. Менше 5% видалення металу відбувається за рахунок абразивної дії круга. Техніка ЕКГ добре підходить для карбідів і високоміцних сплавів, але не дуже підходить для опускання матриці або виготовлення прес-форм, оскільки шліфувальна машина може не легко отримати доступ до глибоких порожнин. Швидкість видалення матеріалу при електрохімічному шліфуванні можна виразити як:

 

MRR = GI / d F

 

Тут MRR у мм3/хв, G — маса в грамах, I — сила струму в амперах, d — густина в г/мм3, а F — постійна Фарадея (96 485 кулонів/моль). Швидкість проникнення шліфувального круга в заготовку можна виразити так:

 

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

 

Тут Vs — у мм3/хв, E — напруга елемента у вольтах, g — зазор між диском і деталлю в мм, Kp — коефіцієнт втрат, а K — електропровідність електроліту. Перевага електрохімічного методу шліфування перед звичайним шліфуванням полягає в меншому зносі круга, оскільки менше 5% видалення металу відбувається за рахунок абразивної дії круга.

 

​

Між EDM і ECM є схожість:

 

1. Інструмент і деталь розділені дуже маленьким проміжком без контакту між ними.

 

2. І інструмент, і матеріал повинні бути провідниками електрики.

 

3. Обидва способи потребують великих капіталовкладень. Використовуються сучасні верстати з ЧПК

 

4. Обидва методи споживають багато електроенергії.

 

5. Провідна рідина використовується як середовище між інструментом і заготовкою для ECM і діелектрична рідина для EDM.

 

6. Інструмент безперервно подається до заготовки, щоб підтримувати постійний зазор між ними (EDM може включати періодичне або циклічне, як правило, часткове, вилучення інструменту).

​

ГІБРИДНІ ПРОЦЕСИ ОБРОБКИ: ми часто користуємося перевагами гібридних процесів обробки, коли два або більше різних процесів, таких як ECM, EDM.... тощо. використовуються в комбінації. Це дає нам можливість подолати недоліки одного процесу за допомогою іншого та скористатися перевагами кожного процесу.