Урок 6.7РезатьГлава 6 · Резка и нетрадиционная механическая обработка

Электрохимическая обработка (ECM)

Электролиз растворяет металл по форме инструмента

Электрохимическая обработка (ECM) удаляет металл, растворяя его атом за атомом электрическим током и солёной водой. Это работает как гальваническое покрытие наоборот: фасонный инструмент никогда не касается детали, не изнашивается и не оставляет ни теплового повреждения, ни заусенцев. Производители реактивных двигателей используют её, чтобы формировать лопатки из прочных никелевых сплавов.

Фото: Alkanchik, CC BY 3.0, через Wikimedia Commons

Электрохимическая обработка · ячейка ECM и крупный план зазораЦифры в кружках соответствуют шагам ниже; полоса внизу увеличивает зазор под кончиком инструмента.

Как это работает

Собрать цепь. Источник постоянного тока делает заготовку анодом (положительной стороной), а фасонный инструмент — катодом (отрицательной стороной). Он работает при низком напряжении, обычно 5–25 В, но при тысячах ампер.
Закрыть зазор. Инструмент, обычно медный, латунный или из нержавеющей стали, подводят к детали на расстояние нескольких десятых миллиметра. Они никогда не соприкасаются.
Прокачать электролит. Электролит (жидкость, проводящая электричество), обычно хлорид или нитрат натрия в воде, быстро прокачивают через инструмент и по зазору.
Растворить металл. Ток течёт через электролит, и атомы на поверхности заготовки уходят в виде ионов металла (электрически заряженных атомов). На инструменте образуются пузырьки водорода, а он сам не изнашивается.
Подавать и копировать. Инструмент равномерно продвигается. Металл растворяется быстрее всего там, где зазор уже всего, поэтому выступы исчезают, и деталь принимает форму инструмента в обратном виде.
Промыть и отфильтровать. Поток уносит растворённый металл в виде шлама (гидроксида металла), а также газ и тепло. Электролит фильтруют, охлаждают и используют повторно.

Ключевые факты

Материалы: Любой электропроводящий металл, особенно трудно обрабатываемые сплавы: никелевые суперсплавы, титан, кобальтовые сплавы, закалённая сталь. Твёрдость не имеет значения.
Типичные детали: Лопатки турбин и блиски (цельные диски с лопатками), нарезы стволов, глубокие охлаждающие отверстия, снятие заусенцев в поперечных внутренних отверстиях корпусов клапанов и форсунок
Размер детали: От поперечных отверстий шириной около миллиметра до деталей двигателей в несколько сотен миллиметров
Точность: Обычно около ±0,05 мм; импульсная ECM (PECM) может держать около ±0,01 мм
Качество поверхности: Гладкая и часто блестящая, без заусенцев, трещин и слоя с тепловыми повреждениями; шероховатость Ra (средняя высота неровностей) обычно 0,1–2 мкм, почти зеркальная при PECM
Подходящая партия: От средних до больших объёмов дорогих деталей: инструмент не изнашивается, но его разработка требует проб и ошибок
Стоимость оснастки и оборудования: Высокая: станки часто стоят несколько сотен тысяч долларов и более, плюс специальные инструменты и большая система обращения с электролитом
Скорость: Задаётся током: примерно 2 см³ стали растворяется в минуту на каждые 1 000 А; инструмент обычно продвигается на долю миллиметра — несколько миллиметров в минуту

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Инструмент не изнашивается: одним инструментом можно сделать тысячи деталей
Режет любой металл, каким бы твёрдым он ни был, без тепловых повреждений
Нет усилия резания и нет заусенцев; гладкие поверхности без напряжений
Быстро на сложных 3D-формах из прочных сплавов

Ограничения

Работает только с электропроводящими металлами
Дорогие станки и медленная разработка инструмента методом проб и ошибок
Острые внутренние углы и мелкие детали трудны: зазор их скругляет
Большие объёмы электролита и металлического шлама, которые нужно фильтровать и безопасно утилизировать

Где применяется

АвиацияЛопатки турбин и блиски из никелевых и титановых сплавов; охлаждающие отверстия
Оборонная промышленностьНарезы (спиральные канавки) внутри стволов
АвтомобилестроениеСнятие заусенцев в поперечных отверстиях форсунок, корпусов клапанов и деталей трансмиссий
ЭнергетикаЛопатки газовых и паровых турбин
Изготовление инструментаПолости ковочных штампов из закалённой стали

Как узнать процесс

Гладкие, часто блестящие или сатиновые поверхности без следов инструмента, без заусенцев и без тепловой побежалости.
Кромки и внутренние углы слегка скруглены, никогда не острые как бритва.
Сложные изогнутые формы, например профили лопаток, из очень твёрдых сплавов, без видимых следов обработки.
Поперечные отверстия внутри детали с аккуратно скруглёнными краями без заусенцев.

Сравните с

Электроэрозионная прошивка6.6тоже копирует фасонный инструмент в твёрдом металле, но плавит его искрами; медленнее, электрод изнашивается, и остаётся тонкая переплавленная корка.Гальваническое покрытие11.5та же химия наоборот: деталь — катод, и металл не удаляется, а осаждается.Химическое фрезерование6.8тоже растворяет металл, но травильной ванной и масками, а не электрическим током и фасонным инструментом.

Смотрите

Piyush Singh · Анимированный обзор цепи, зазора и потока

MTDCNC · Настоящие станки ECM и готовые детали вблизи

EMAG · Как работают промышленные станки ECM и импульсной ECM

CamcraftInc · ECM в производственном цехе, делающем прецизионные детали

Смотреть реальные фото

Википедия: электрохимическая обработка — принципиальная схема, история и применение
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

ECM растворяет металл током и солёной водой; инструмент не касается детали и не изнашивается.
Деталь копирует инструмент, потому что металл растворяется быстрее всего там, где зазор уже всего.
Подходит для прочных сплавов и больших объёмов; ищите гладкие поверхности без заусенцев и мягко скруглённые кромки.