Elektrochemické obrábění - Electrochemical machining

Elektrochemické obrábění (ECM) je metoda odstraňování kovu pomocí elektrochemické proces. Obvykle se používá pro hromadnou výrobu a používá se k opracování extrémně tvrdých materiálů nebo materiálů, které se obtížně obrábějí pomocí konvenčních metod.[1] Jeho použití je omezeno na elektricky vodivý materiály. ECM může řezat malé nebo liché úhly, složité obrysy nebo dutiny tvrdý a exotické kovy, jako např titanové aluminidy, Inconel, Waspaloy a vysoko nikl, kobalt, a rhenium slitiny.[2] Lze obrobit vnější i vnitřní geometrii.

ECM je často charakterizován jako „reverzní galvanické pokovování ", protože místo přidání materiálu odebere materiál."[2] Koncept je podobný konceptu obrábění elektrickým výbojem (EDM) tím, že mezi elektrodou a částí prochází vysoký proud skrz elektrolytický proces odstraňování materiálu se záporně nabitou elektrodou (katoda ), vodivá kapalina (elektrolyt ) a vodivý obrobek (anoda ); v ECM však nedochází k opotřebení nástroje.[1] Řezný nástroj ECM je veden po požadované dráze v blízkosti práce, ale bez dotyku kusu. Na rozdíl od EDM však nevznikají žádné jiskry. S ECM jsou možné vysoké rychlosti úběru kovu, aniž by se na součást přenášelo tepelné nebo mechanické namáhání, a lze dosáhnout povrchových úprav zrcadla.

V procesu ECM se katoda (nástroj) posune do anody (obrobku). Stlačený elektrolyt se vstřikuje při nastavené teplotě do řezané oblasti. Rychlost posuvu je stejná jako rychlost „zkapalnění“ materiálu. Mezera mezi nástrojem a obrobkem se pohybuje v rozmezí 80–800 mikrometrů (0,003–0,030 palce).[1] Jak elektrony procházejí mezerou, materiál z obrobku se rozpustí, protože nástroj vytváří v obrobku požadovaný tvar. Elektrolytická tekutina odvádí hydroxid kovu vytvořený při tomto procesu.[2]

Elektrochemické obrábění jako technologická metoda pocházelo z procesu elektrolytického leštění, který již v roce 1911 nabídl ruský chemik E. Shpitalsky.[3]

Již v roce 1929 vyvinul W.Gussef experimentální proces ECM, ačkoli to byl rok 1959, než společnost Anocut Engineering Company zavedla komerční proces. B.R. a J.I. Lazarenko je také připočítán s návrhem použití elektrolýzy pro odstraňování kovů.[2]

Mnoho výzkumu bylo provedeno v 60. a 70. letech, zejména v průmyslu s plynovými turbínami. Nárůst EDM ve stejném období zpomalil výzkum ECM na západě, i když práce pokračovaly i nadále Železná opona. Původní problémy se špatnou rozměrovou přesností a odpady znečišťujícími životní prostředí byly do značné míry překonány, ačkoli tento proces zůstává technikou.

Proces ECM se nejčastěji používá k výrobě komplikovaných tvarů, jako jsou turbína nože s dobrou povrchovou úpravou z obtížně obrobitelných materiálů. Je také široce a efektivně používán jako odhrotování proces.[2]

Při odstraňování otřepů odstraní ECM kovové výčnělky, které zbyly z procesu obrábění, a tak otupí ostré hrany. Tento proces je rychlý a často pohodlnější než konvenční metody odjehlování ručním nebo netradičním obráběním.[1]

Princip elektrochemického obrábění (ECM) 1 Čerpadlo 2 Anoda (obrobek) 3 Katoda (nástroj) pohyblivá ve všech směrech 4 Elektrický proud 5 Elektrolyt 6 Elektrony 7 Hydroxid kovu

Výhody

  1. Složité konkávní zakřivené komponenty lze snadno vyrobit pomocí konkávních nástrojů.
  2. Opotřebení nástroje je nulové, stejný nástroj lze použít k výrobě nekonečného počtu součástí.
  3. Žádný přímý kontakt mezi nástrojem a pracovním materiálem, takže nevznikají žádné síly a zbytková napětí.
  4. Vyrobený povrch je vynikající.
  5. Vytváří se méně tepla.

Nevýhody

The solný (nebo kyselé ) elektrolyt představuje riziko koroze na nástroj, obrobek a zařízení.[2]

Obrobit lze pouze elektricky vodivé materiály. Vysoká specifická spotřeba energie.

Nelze jej použít pro měkký materiál.

Zapojené proudy

Potřebný proud je úměrný požadovanému rychlost úběru materiálu a rychlost úběru v mm / minutu je úměrná ampérům na čtvereční mm.

Typické proudy se pohybují od 0,1 ampéru na čtvereční mm do 5 ampérů na čtvereční mm. Pro malý ponorný řez nástroje 1 o 1 mm s pomalým řezem by tedy bylo zapotřebí pouze 0,1 A.

Pro vyšší rychlost posuvu na větší ploše by se však použil větší proud, stejně jako jakýkoli proces obrábění - rychlejší odebírání více materiálu vyžaduje více energie.

Pokud by tedy byla požadována hustota proudu 4 ampéry na čtvereční milimetr na ploše 100 × 100 mm, trvalo by to 40 000 ampérů (a hodně chladicí kapaliny / elektrolytu).

Nastavení a vybavení

Stroj ET 3000 ECM od společnosti INDEC z Ruska
ET3000.png

Stroje ECM se dodávají ve vertikálním i horizontálním typu. V závislosti na pracovních požadavcích jsou tyto stroje také vyráběny v mnoha různých velikostech. Vertikální stroj se skládá ze základny, sloupu, stolu a hlavy vřetena. Hlava vřetena má servo-mechanismus, který automaticky posouvá nástroj a řídí mezeru mezi katodou (nástrojem) a obrobkem.[1]

K dispozici jsou CNC stroje až se šesti osami.[2]

Jako materiál elektrody se často používá měď. Mosaz, grafit a měď-wolfram se také často používají, protože jsou snadno obrobitelné, jsou to vodivé materiály a nebudou korodovat.[1]

Aplikace

Mezi velmi základní aplikace ECM patří:

  • Operace potopení
  • Vrtací lopatky turbínového tryskového motoru
  • Vrtání více otvorů
  • Obrábění lopatek parní turbíny v těsných mezích
  • Mikroobrábění
  • Profilování a konturování

Podobnosti mezi EDM a ECM

  • Nástroj a obrobek jsou odděleny velmi malou mezerou, tj. Nedochází k žádnému kontaktu mezi nimi.
  • Nástroj i materiál musí být vodiči elektřiny.
  • Vyžaduje vysoké kapitálové investice.
  • Systémy spotřebovávají hodně energie.
  • Jako médium mezi nástrojem a obrobkem se používá kapalina (vodivá pro ECM a dielektrická pro EDM).
  • Nástroj je přiváděn kontinuálně směrem k obrobku, aby se mezi nimi udržovala konstantní mezera (ECM může zahrnovat přerušované nebo cyklické, obvykle částečné vyjmutí nástroje).

Rozdíl mezi ECM a EKG

  • Elektrochemické broušení (ECG) je podobné elektrochemickému obrábění (ECM), ale místo nástroje ve tvaru obrysu obrobku používá tvarovaný vodivý brusný kotouč.

Viz také

Poznámky

  1. ^ A b C d E F Todd, H. Robert; Allen, K. Dell; Alting, Leo (1994), Manufacturing Processes Reference Guide (1st ed.), Industrial Press Inc., str. 198–199, ISBN  0-8311-3049-0.
  2. ^ A b C d E F G Valenti, Michael, "Making the Cut." Strojírenství, Americká společnost strojních inženýrů, 2001. http://www.memagazine.org/backissues/membersonly/nov01/features/makcut/makcut.html Archivováno 2010-07-05 na Wayback Machine přístup 2/23/2010
  3. ^ http://electrochemicalmachining.com/technology/process-history

externí odkazy