Что такое электрохимическая обработка?

Что такое электрохимическая обработка?

Электрохимическая обработка — это метод обработки путем пропускания электрического тока через заготовку в электролитическом растворе, чтобы вызвать химическую реакцию.

Его также называют ECM. Когда электрический ток протекает между электродом (отрицательным электродом) и заготовкой (положительным электродом), металл заготовки на положительном электроде превращается в ионы металла, которые растворяются в электролитическом растворе.

Растворенные ионы металла также производят другие продукты (шлам и т. д.) в электролите. На аноде образуется водородный газ. Используя эту серию электрохимических реакций, можно перенести форму электрода на заготовку, обрабатывая инструментальный электрод очень близко к поверхности заготовки.

Электролитическая обработка используется для обработки деталей, которые трудно поддаются обработке, таких как лопатки турбин в авиационных двигателях, и таких деталей, как детали автомобильных двигателей, где заусенцы нежелательны.

Применение электрохимической обработки

1. Обычная электрохимическая обработка (ECM)

• Детали самолетов (нержавеющая сталь, суперсплавы на основе никеля, титановые сплавы)
• Постобработка металлических аддитивных компонентов
• Медицинские имплантаты, включая ортопедические и некоторые сердечно-сосудистые устройства
• Обработка форм для мяты
• Детали для автомобильных двигателей (высокоуглеродистая хромистая сталь)
• Детали для дизельных насосов
• Производство полупроводников и MEMUS
• Высоконагрузочные конические и волновые зубчатые передачи

2. Прецизионная электрохимическая обработка с использованием импульсного источника питания (PECM)

• Детали самолетов (нержавеющая сталь, суперсплавы на основе никеля, титановые сплавы)
• Медицинские детали
• Обработка форм для мяты
• Детали для автомобильных двигателей (высокоуглеродистая хромистая сталь)
• Детали для дизельных насосов
• Производство полупроводников и MEMUS

Принцип электрохимической обработки

Электрохимическая обработка может выполняться двумя способами в зависимости от точности процесса.

1. Обычная электрохимическая обработка (ECM)

Это метод электрохимической обработки, при котором металл заготовки является положительным электродом, а электрод инструмента — отрицательным электродом, а расстояние между электродами поддерживается на очень близком расстоянии (обычно от 0,02 до 0,7 мм) в электролитическом растворе. Скорость обработки чрезвычайно высока, занимая всего несколько 10 секунд.

Этот процесс можно применять к твердым металлам, которые в прошлом было трудно обрабатывать. Кроме того, сложные формы и отверстия, которые было трудно вырезать, можно обрабатывать с высокой точностью.

2. Прецизионная электрохимическая обработка с использованием импульсного источника питания (PECM)

Прецизионная электрохимическая обработка (PECM), которая сочетает промывочное действие электрода-инструмента с импульсным источником питания, нашла практическое применение для еще более высокой точности обработки.

В этом методе электрод или заготовка вибрируют вверх и вниз с высокой скоростью, когда электрод приближается к заготовке, и продукты, такие как шлам, выбрасываются с высокой скоростью, а свежий электролитический раствор постоянно подается. В этом процессе расстояние между заготовкой и электродом точно контролируется на уровне нескольких десятков микрон с помощью импульсного источника питания.

Характеристики электрохимической обработки

1. Можно обрабатывать сложные формы

Электрохимическая обработка позволяет обрабатывать сложные контуры и полости, которые трудно получить с помощью других методов обработки, например, тонкостенные элементы или поверхности с нижней оболочкой.

2. Высокая скорость обработки

Труднообрабатываемые материалы можно обрабатывать гораздо быстрее, чем с помощью других методов обработки. Кроме того, настройка инструмента позволяет PECM добавлять площадь поверхности инструмента и обрабатывать несколько элементов параллельно таким образом, что обычная обработка не может достичь.

3. Бесконтактная обработка

Преимущество бесконтактной обработки заключается в том, что она не создает механического или термического напряжения на заготовке, что позволяет производить обработку с жесткими допусками в областях, чувствительных к термической деформации или вибрации инструмента, например, тонких стенок.

4. Зеркальная полировка и выборочная полировка поверхности

Поскольку электрохимическая обработка представляет собой процесс химической реакции, можно добиться зеркальной отделки поверхности до менее 0,5 мкм Ra и даже до 0,1 мкм Ra. Кроме того, на компонентах, которым может потребоваться различное качество поверхности в разных областях, PECM обеспечивает выборочную отделку в одном единственном процессе обработки.

5. Возможность обработки твердых и хрупких материалов

Можно обрабатывать хрупкие материалы, которые трудно поддаются обработке. Хрупкие материалы — это твердые и хрупкие материалы, такие как цементированный карбид.

• Некоторые электропроводящие керамики, включая SiC
• Некоторые композиты с металлической матрицей (MMC), включающие керамику, можно обрабатывать
• Монокристаллический кремний (только если он высоколегирован)
• Цирконий

Другая информация об электрохимической обработке

1. Недостатки электрохимической обработки

Недостатком электрохимической обработки является то, что электролитический раствор, используемый для электрохимической обработки, трудно поддерживать однородностью, поэтому точность обработки нестабильна. Также трудно определить расстояние между заготовкой и электродом, и, кроме того, оборудование необходимо обрабатывать для обеспечения коррозионной стойкости. Кроме того, продукт может быть токсичным.

Кроме того, по сравнению с другими традиционными процессами, PECM имеет более высокие затраты на NRE, поскольку разработка идеального катода (инструмента) является сложной инженерной задачей и, следовательно, требует нескольких итераций проектирования и тестирования деталей. Однако эти высокие первоначальные инвестиции перевешиваются, если проект требует больших объемов деталей.

2. Электролит в электрохимической обработке

Электрохимическая обработка выполняется с использованием электролитического раствора, который не только проводит электричество, но и охлаждает заготовку. Кроме того, электролитическая жидкость выполняет функцию промывочного агента, который удаляет отходы из заготовки. Если количество электролита слишком мало, готовое изделие может отличаться, а слишком большое количество электролита может вызвать обесцвечивание. Необходимо поддерживать соответствующее количество жидкости для обработки.

Используются три типа электролитических растворов: нейтральный солевой раствор, кислотный раствор и щелочной раствор.

Нейтральный солевой раствор
Это наиболее часто используемый электролит. Он имеет более низкую проводимость, чем щелочные растворы, но менее едкий и может использоваться для большинства металлических материалов. Обычно используется электролит на основе хлорида натрия. Такая точность электрохимической обработки может возникать из-за того, что трудно достичь равномерной концентрации в растворе.

В некоторых случаях в качестве электролита используют хлорат натрия или нитрат натрия. Однако, хотя точность обработки улучшается, эффективность тока снижается, что приводит к увеличению потребления энергии.

Раствор кислоты
Растворы кислоты — это электролиты, которые требуют осторожного обращения и используются в особых случаях. Он имеет относительно высокую проводимость, но он очень едкий, и проводимость снижается при длительном использовании.

Раствор щелочи
Щелочной раствор — это раствор для электрохимической обработки твердого сплава. Он используется для обработки вольфрама и молибдена. Для твердых сплавов он обеспечивает более высокое качество отделки, чем нейтральные солевые растворы.

Он не используется для обычных металлов, поскольку во время обработки образуются нерастворимые продукты, препятствующие вымыванию заготовки.

Ссылки
https://www.voxelinnovations.com/post/pecm-and-next-gen-manufacturing
https://www.voxelinnovations.com/post/ecm-surface-quality
https://ssw-americas.com/electrochemistry-as-machining-pecm-and-its-applications/