PREDAVANJE-5 Elektrokemijska Obrada

1

11. ELEKTROKEMIJSKA OBRADA 11.1. Uvod u elektrokemijsku obradu

11.2. Principi elektrolize

11.3. Teorija elektrokemijske obrade

11.4. Oprema za elektrokemijsku obradu

11.5. Prednosti ECM procesa

11.6. Nedostaci ECM procesa

11.7. Osnovni princip rada

11.8. Svojstva procesa

11.9. Upravljanje procesom

11.10. Primjena

Kemijska

Ablacija1

Kemijski

reaktivni agens

Okoli

Kemijska

obrada

Mehanika

Erozija

Pneumatski ili

hidrauliki tlak

Obrada

abrazivnim

mlazom

estice velike brzine

Ultrazvuna obrada

Fiziki dodir

Fluid velike

brzine

Obrada

vodenim

mlazom

Mehaniko konturno

bruenje

Vrsta

energije

Osnovni

mehanizam

Neposredni

izvor

energije

Medija

prijenosa

energije

Proces

Termo-elektrina

Smicanje

Rezni alat

Elektro-

kemijsko

bruenje

Kemijsko

nagrizanje Obrada

vruim klorom

Vaporizacija2 Fuzija

Visoki napon Pojaano svjetlo

Zraenje Elektroni

EDM EBM

LBM

Ionizirani

materijal

Vrui plin

IBM PBM 1 ablacija odnoenje 2 vaporizacija pretvaranje vrstog ili tekueg stanja u parno bez kemijske promjene

2

Elektro-kemijska

Pomak iona

Struja velike

jakosti

Elektrolit

Elektro-

kemijska

obrada

2

11.1. Uvod u elektrokemijsku obradu

Postupak elektrokemijske obrade (engl. Electrochemical Machining ECM) je jedan od najuinkovitijih nekonvencionalnih postupaka obrade. Odstranjivanje metala je uzrokovano topljenjem anode uslijed djelovanja Faraday-evog principa elektrolize (1833.). Elektroliza je pojava koja se dogaa kada elektrina struja prolazi izmeu dvije elektrode uronjene u elektrolitsku otopinu. Sustav kojeg ine elektrode i elektrolit je poznat pod nazivom elektrolitska elija. Kemijska reakcija, koja se dogaa na elektrodama, zove se anodna ili katodna reakcija.

3

ECM se koristi za uklanjanje srha na komponentama, ali tono na mjestu gdje treba ukloniti materijal bez mehanikog i toplinskog utjecaja na obradak.

11.1. Uvod u elektrokemijsku obradu

4

Shematski prikaz postupka elektrokemijske obrade

Elektrolitska struja

Konstantni posmak

Zranost 0,1 mm do 1 mm

Alat

Obradak

Elektrolit

Pumpa elektrolita

Izvor istosmjerne struje 5 V do 30 V

3


5

Koliina otopljenog metala prema Faraday-evim zakonima elektrolize se rauna:

1. Koliina otopljene mase (uklonjene obradom) izravno je proporcionalna jakosti struje, vremenu protoka struje i materiji koja se otapa, tj. materijalu obratka.

I jakost struje, A

t vrijeme protoka struje, s

a elektrokemijski ekvivalent, kg/C

2. Elektrokemijski ekvivalenti raznih kemijskih elemenata su izravno proporcionalni atomskim teinama, a obrnuto proporcionalni valentnostima.

A1 atomska teina elementa

v1 valentnost

Itam

2

2

1

121 ::

v

A

v

Aaa


6

Faraday-eva konstanta oznaava koliinu naboja koji otpada na jedinicu mase uz valenciju 1. F = 96489 C Konano, masa metala koji se otapa se rauna:

Qv

At

Fv

Am

96489

11

4


ECM koristi istosmjernu struju visoke gustoe od 0,5 A/mm2 do 5 A/mm2 i niskog napona 5 V do 30 V. Struja obrade prolazi kroz elektrolitsku otopinu koja ispunjava procjep izmeu anode obratka i katode - oblikovanog alata.

Elektrolit prolazi kroz meuelektrodski prostor velikom brzinom, oko 5 m/s, kako bi intenzivirao prijenos mase i naboja kroz podpovrinski sloj blizu anode.

Elektrolit uklanja produkte otapanja, kao to su metalni hirdoksidi, toplinu, mjehurie plina generirane u meuelektrodnom procjepu.

Na slici je prikazano otapanje eljeza u slanoj vodi

kao elektrolitu.

Rezultat elektrolitske disocijacije i otapanja soli je:

7

H2O H+ + OH

NaCl a+ + Cl

Elektrokemijska reakcija za vrijeme elektrokemijske obrade eljeza.

Elektrolit

Katoda

Anoda

Plin

8

Negativnog naboja anioni OH i Cl gibaju se prema anodi, a pozitivno nabijeni kationi H+ i Na+ su usmjereni ka katodi.

Na anodi, Fe se mijenja u Fe++ pri emu gubi dva elektrona.

Fe Fe++ + 2e

Na katodi, reakcija ukljuuje generiranje hidrogen plina i iona hidroksida.

2H2O + 2e H2 + 2(OH)

Kao izlaz ove elektrokemijske reakcije je da eljezo kombinira ione te se dobiva eljezni hidroksid, Fe(OH)2.

Fe + 2H2O Fe(OH)2 + H2 eljezni hidroksid moe dalje reagirati s vodom i kisikom te se dobiva eljezni hidroksid

formule Fe(OH)3.

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 4Fe(OH)3 S ovom metal elektrolit kombinacijom, elektroliza ukljuuje otapanje eljeza s anode i

generiranje hidrogena na katodi (McGeough, 1974).


H2O H+ + OH

NaCl a+ + Cl

5


Glavne komponente sustava za elektrokemijsku obradu su:

sustav za upravljanje posmakom,

sustav opskrbe elektrolitom, (brzina, tlak, temperatura)

pogonska jedinica,

naprava za stezanje obratka.

Potpuno automatizirani stroj za ECM obradu akumulacijske komore injektorskih sapnica

10


ECM postrojenja su u mogunosti obavljati veliki broja operacija, kao to su kopiranje (umnaanje) obradaka te izvedba razliitih skoenja i provrta.

Poluautomatski i potpuno automatizirani strojevi koriste se za vee obrade primjerice u automobilskoj industriji. ECM strojevi, za razliku od konvencionalnih alatnih strojeva, su sastavljeni od nemetalnih materijala, kako bi bili otporni na koroziju.

Stroj za elektrokemijsku obradu mora biti konstrukcijski stabilan kako bi izdrao hidrodinamiki pritisak elektrolita na alat i obradak.

Osim navedenoga, potreban je servo mehanizam koji je zaduen za posmak alata uz konstantan razmak izmeu alata i obratka.

Konstantni posmak

Mjera protoka

Manometar

Izmjenjiva topline

Filtar

Pumpa

Kuite

Izolacija Procjep

Obradak Odstranjiva

taloga

Rezervoar Naprava za

stezanje obratka

Ventilator

Zatita od kratkog spoja

DC Napon 2 V do 30 V

6

11

Napajanje. Opskrba istosmjernom strujom mora osigurati:

Napon od 5 V do 30 V (pulsirajui ili kontinuirani).

Struja od 50 A do 10000 A, s gustoom od 5 A/cm2 do 500 A/cm2

Kontinuirana prilagodba napona uslijed eventualnog pada napona.

Aktiviranje zatite od kratkog spoja u 0,001 s.

Visoki faktor snage, visoka uinkovitost, mala teina i niska cijena.

Elektrolit. Glavne funkcije elektrolita u ECM su:

Stvaranje uvjeta za anodno otapanje materijala obratka.

Provesti struju obrade.

Ukloniti ostatke od elektrokemijske reakcije iz procjepa.

Odvoenje topline generirane pri obradi odvajanjem.

Odravati konstantnu temperaturu u zoni obrade.


12

Stoga, elektrolit mora biti u mogunosti:

Stvoriti uvjete za jednoliko anodno otapanje materijala obratka.

Izbjegavati formiranje pasivnog filma na anodnoj povrini (preporuka su elektroliti koji sadre anione Cl , SO4 , NO3 , ClO3 , i OH).

Ne otapati katodu, oblik katode mora ostati nepromijenjen (koristiti elektrolite kalija i natrija).

Imati visoku elektrinu vodljivost i nisku viskoznost kako bi se smanjio gubitak snage uslijed otpora elektrolita i stvaranja topline te osigurati dobre uvjete toka u jako bliskom procjepu izmeu elektroda.

Biti netoksian i neerozivan prema elementima postrojenja.

Odravati stabilnu pH vrijednost tjekom obrade.

Zadrati vodljivost i viskoznost pri poveanju temperature.

Jeftin i lako dobavljiv.

Najee koriteni elektroliti su: natrijev klorid ( NaCl ), natrijev nitrat ( NaNO3 ) i natrijev hidroksid (NaOH).

Industrijska ECM mjeavine elektrolita zadovoljenje vie zahtjeva


7

Natrijev klorid

Natrijev nitrat

Gustoa struje U

in

kovi

tost

str

uje

, %

13

Odabir elektrolita ovisi o:

materijalu obratka

dimenzijskoj toleranciji izratka

hrapavosti povrine izratka

uinkovitosti obrade


Utjecaj gustoe struje na uinkovitost za razliite elektrolite

14

Nain dobave elektrolita ovisi o:

geometriji obratka

metodi obrade

zahtijevanoj tonosti

kvaliteti obrade

Openiti uvjeti koje mora ispuniti elektrolit:

Temperatura od 22C do 45C

Tlak od 100 kPa do 200 kPa

Brzina 25 m/s do 50 m/s


Alat (-) Alat (-)

Alat (-) Alat (-)

Obradak (+)

Obradak (+)

Okomiti tok Okomiti tok s bonim odvodom

Boni dotok i okomiti odvod

Popreni tok

8

15

Alat

Prikladno projektiranje oblika i veliine alata ovise o:

povrini koju treba obraditi

posminoj brzini alata

naponu

elektrokemijskoj obradivosti materijala

anodnom i katodnom naponu polarizacije

Uz uporabu CAD/CAM tehnologije katode se proizvode uz nie trokove i veu tonost.

Materijal koji se koristi za ECM alate trebaju biti elektriki vodljivi i imati dobru obradivost. Materijali za izradu elektroda su: bakar, mesing, nehrajui elik, titan.

Izolacija alata kontrolira proces elektrolize. Izolacija se na alat nanosi tehnikom premazivanja ili uranjanja.

Dobra izolacija treba osigurati visoku elektrinu osjetljivost, jednolikost, glatkoa, otpornost na toplinu, kemijsku otpornost na elektrolit, nisku apsorpciju vode, otpornost na troenje na mjestu stezanja.

Materijali za izolaciju alata su: Teflon, retan, fenol, epoksi smole i premazi na bazi praha


16

Prednosti ECM

Prednosti elektrokemijskog postupka obrade su sljedee:

mogunost obrade trodimenzionalnih povrina sloenih kontura u jednom zahvatu, bez obzira na tvrdou i vrstou materijala,

velika brzina odstranjivanja materijala u usporedbi s ostalim nekonvencionalnim postupcima obrade,

nema troenja alata,

nema toplinskih deformacija,

visoka kvaliteta povrinske obrade ( Ra = 0,1 m do 1,2 m ) uz maksimalnu brzinu odstranjivanja materijala,

nema srhova i zaostalih naprezanja.

11.5. Prednosti ECM

9

17

Nedostaci ECM

Nedostaci koritenja elektrokemijskog postupka obrade jesu sljedei:

nije mogua obrada materijala koji nisu elektrino vodljivi,

nemogunost obrade otrih kutova ili vanjskih bridova s radijusom manjim od 0,2 mm,

oprema je podlona koroziji i hri,

otpor obratka prema zamoru materijala je nakon elektrokemijske obrade smanjen za 10-25 %,

brzina odstranjivanja materijala je mala u odnosu na konvencionalne postupke obrade,

velika potronja energije, naroito u usporedbi s konvencionalnim postupcima obrade,

obraeni dijelovi se moraju odmah nakon zavretka postupka oistiti i nauljiti,

opasnost od eksplozije u sluaju loeg skladitenja vodika generiranog u toku obrade.

11.6. Nedostaci ECM

Konstantan posmak f

obradak

alat

18


10

19


20

Uinkovitost struje je definirana kao omjer promatrane koliine otopljenog metala i teorijske koliine predviene Faraday-evom jednadbom u istim uvjetima elektrokemijske ekvivalencije i gustoe struje.

Loe vrijednosti uinkovitosti struje mogu nastati zbog:

1. Odabira loe valentnosti

2. Neaktivnosti anodnih povrina

3. Krupnozrnate strukture materijala obratka

4. Pojave plina na anodnoj povrini


11

21


Vrijeme obrade, t

iri

na

razm

aka,

h

Ravnoteni razmak, he

Vrijeme obrade, t

iri

na

razm

aka,

h

Poetni razmak, h0

22


Vrijeme obrade, t

iri

na

razm

aka

, y

Ravnoteni razmak, ye

12

23

Elektrokemijska obrada (ECM) uglavnom se

zasniva na elektrokemijskoj disoluciji (ECD).

ECD se dogaa pri gibanju iona izmeu

katode alata (-) i anode obratka (+).

11.8. Svojstva procesa

ECM

ECD faza

ioni

Alat (-)

Obradak

Elektrolit

24

11.8.1. Koliina odvojenog materijala

13

25


26

Za bolje rezultate ECM, veu tonost i bolju kvalitetu obraene povrine, potrebno je

paljivo odabrati kemijski sastav elektrolita i gustou struje.

Za slitine se koristi viekomponentni elektrolit, a odabir je prema najzastupljenijem

elementu u slitini.


Obradak

Vo

lum

en

od

voje

no

g m

ater

ijala

x

10-2

cm

3 /m

in

Teorijski volumen odvojenog materijala pri ECM slitina uz 100% uinkovitost struje i gustou od 1,53 A/mm2

14

27

Koncentracija elektrolita je bitan faktor koji

odreuje stabilnost procjepa i kontrolira struju

obrade.

Volumen odvojenog materijala i obradivost

mogu biti poboljani zagrijavanjem elektrolita

jer se na taj nain poboljava specifina

vodljivost elektrolita. Maksimalna temperatura

elektrolita je od 60C do 70C.

Cirkulacija i nadopunjavanje elektrolita se

preporuuju za poveanje napona pranjenja i

odravanje pH faktora na umjerenoj razini od 4

do 10. Elektroliti koji se koriste u praksi mogu

se primijeniti pri naponu do 20 V.


Obradak

Ind

eks

re

lati

vne

ob

rad

ivo

sti,

%

Relativna obradivost za razliite materijale pri konstantnoj gustoi struje

Cir

kon

ij

Tita

nij

Nik

al

Alu

min

ij

Nis

ko u

glji

ni

elik

el

ik

Ne

hr

aju

i

elik

Vo

lfra

m

Mo

libd

en

28

Tonost izraenih strojnih dijelova ovisi o gustoi struje, koja ovisi o:

1. Vrsti materijala obratka i napona

2. Posmaku i udaljenosti izmeu obratka i alata ukljuujui pasivizaciju

3. Svojstvima elektrolita kao to su brzina, pH faktor, temperatura, koncentracija, tlak i tip.

11.8.2. Preciznost ECM

Tonost, kvaliteta povrine,

obradivost

Gustoa struje

Materijal, Veliina zrna

Poveanje procjepa,

Pojava plina, Pasivizacija

irina procjepa

Posmak

Napon

Elektrolit

Vrsta

Temperatura

Koncentracija

pH

Brzina

Uinkovitost

Tlak

15

29

Odstupanja u kvaliteti obraene povrine mogu nastati zbog karakteristika obratka i uvjeta obrade. Nepravilnosti u kristalima, kao to su upljine, dislokacije i grnice zrna, razliite kristalne reetke i orijentacija te na lokalnoj razini razliit kemijski sastav slitine proizvode nepravilnu raspodjelu gustoe struje, ostavljajui mikroskopske vrhove i udubljenja koji ine hrapavost obraene povrine.

Razlike u obradivosti dvaju kemijskih

elemenata utjecat e na promjenjivu

udaljenost obratka i alata

poveanje povrinske hrapavosti.

S poveanjem posmine brzine smanjuje se

hrapavost obraene povrine.

11.8.3. Hrapavost obraene povrine

Mehanizam stvaranja povrinske hrapavosti kod ECM obrade

Ud

alje

no

st iz

me

u a

lata

i o

bra

taka

fmin fmax

Posmak

Alat (-)

30

Neki metali ak mogu biti i polirani ako je gustoa struje velika, a elektrolit otopina soli.


Utjecaj toplinske obrade na povrinsku hrapavosti kod elinih obradaka

Gustoa struje, A/mm2

0,45 ugljini elik

Hra

pav

ost

ob

ra

en

e p

ovr

in

e, R

a [

m

]

areni

16

31

Opi zakljuci u svezi ECM i kvalitete obraene povrine su:

1. Veliko zrno uzrokuje veu hrapavost nego sitnije zrno

2. Neotopive ukljuine kao to je grafit u lijevanom eljezu poveavaju hrapavost i uzrokuju probleme pri obradi

3. Varijacije u kemijskom sastavu obratka uzrokuju razlike u lokalnoj koliini odvojenog materijala

4. Precipitati intermetalnih spojeva izlueni na granicama zrna takoer stvaraju probleme pri obradi.

Povrinska hrapavost kod nepasiviziranih elektroda se moe poveati:

1. Reduciranjem koncentracije elektrolita

2. Poveanjem temperature elektrolita.

Kod neaktivnih elektroda redukcija koncentracije i poveanje temperature elektrolita dovode do formiranja zatitnog sloja koji poveava hrapavost povrine.

Daljnje poveavanje gustoe struje dovodi do pucanja ovog sloja tako da se smanjuje postotak prekrivene povrine pa je hrapavost manja.


32

Tijekom ECM odabrani parametri obrade moraju biti konstantni jer oni imaju izravan utjecaj na tonost procesa i povrinsku hrapavost.

Na dimenzijsku tonost i kvalitetu obraene povrine utjeu:

1. Napon izmeu obratka i alata (dimenzijska tonost).

2. Gustoa struje, koja je pod utjecajem posmine brzine, napona u procjepu, materijala obratka i uvjetima elektrolita ukljuujui vrstu, koncentraciju, temperaturu, tlak, razinu pH vrijednosti i vodljivost (hrapavost).

Tijekom ECM, parametri obrade koji utjeu na visoku tonost procesa ujedno osiguravaju i manju hrapavost povrine te veu produktivnost obrade. Stoga se preporua visoka gustoa struje.

Pri tome treba obratiti pozornost na zagrijavanje elektrolita, kljuanje i poveanje mogunosti iskrenja.


17

33

Odgovarajue upravljanje ECM-om poboljava kvalitetu proizvoda i procesa u pogledu:

1. Nestabilnosti ECM, nastale uslijed promjena u udaljenosti izmeu obratka i alata, su: nastajanje plina, zagrijavanje, pasivizacija i druge reakcije na elektrodama.

2. Kod obrade velikih obradaka, stvarno vrijeme obrade ini veliki postotak ukupnog vremena proizvodnje. Svako poboljanje u performansama obrade moe znaajno doprinijeti smanjenju vremena proizvodnje.

3. Troak dodatne opreme za upravljanje je neznatan u odnosu na sveukupne trokove proizvodnje koji sadravaju i troak elektrine energije, elektrolita i jedinice za filtriranje.

4. Porast radnih sati bez prisustva ovjeka podie uinkovitost ECM strojeva i otvara mogunosti za integraciju procesa u CAD/CAM sustav.

5. Iskrenje moe uzrokovati nepopravljive tete na sloenim i skupim obratcima. Ovaj rizik se poveava s poveanjem brzine obrade i u uskoj je vezi s udaljenosti izmeu elektroda. Primjena odgovarajueg sustava kontrole moe znaajno pridonijeti smanjenju rizika.


34

ECM se primjenjuje u razliitim operacijama kao to su:

izrada skoenja,

zaobljenja,

upljina

uklanjanje srha.

Mogunost obrade slitina visoke vrstoe i tvrdog elika dovodi do mnogih ekonomski povoljnih postupaka gdje su drugi procesi nepraktini.

11.10. Primjena ECM

18

35

Primjena u mikroobradi.

Dostava elektrolita je kroz sapnicu, gibanje obratka i impuls struje proizvode mikronske pukotine.

11.10. Primjena ECM

Sapnica

Mlaz elektrolita

Gibanje obratka

Pulsirajui napon

36

11.10. Primjena ECM

Mikrostruktura Opis Komad je izraen u 4 tanka sloja debljine 60, 45, 30 i 15 m. Dimenzije okomitih dijelova su 1,5 mm x 7 mm. Primjena Demonstracija ECM mogunosti. Nain izrade ECM je poznat po tonosti obrade u eonom procjepu. U ovom primjeru je pokazana i mogunost preciznosti erozije u bonom procjepu, pomou posebno konstruiranog alata minimiziranje koninosti. Prednosti ECM Tijekom obrade nema zona utjecaja topline kao ni mehanikih sila. To je razlog zbog kojeg je ECM jedina tehnologija koja je u mogunosti obraditi ovako tanke stijenke bez promjene strukture materijala. Uporaba bilo koje druge tehnologije npr. lasera bi dovela do zapaljenja materijala ili bi sile deformirale obradak primjerice kod glodanja - mikroglodanja.

19

37

11.10. Primjena ECM

Lopatica turbine Opis Lopaticu turbine karakterizira sloeni trodimenzionalni oblik, uske tolerancije kutova. Materijal je titanij ili slitine na bazi nikla, kao npr. inconel. Primjena Lopatice turbine su elementi u parnim i plinskim turbinama. Ako su izraene iz jednog dijela zovu se Blisc (bladed disc). Nain izrade Lopatice su teko izvedive zbog sloenog oblika. Kod konvencionalnih obrada potrebne su specijalne tehnike petoosne obrade. Kod ECM sloena geometrija je dobivena uz pomo posebno konstruirane elektrode, velika investicija koja se isplati zbog ekstremne ponovljivosti. Prednosti ECM Uz primjenu ECM, trodimenzionalno sloeni elementi od titanija ili inconela mogu biti obraeni za manje od 5 minuta u visokoj kvaliteti obrade i jako uskim tolerranicjama.

38

11.10. Primjena ECM

Zupanik Opis Zupanici ili spojke s posebno dizajniranim zubima koriste se kao reduktori ili multiplikatori frekvencije vrtnje ili u nekim funkcijama indeksiranja. Primjena Ugrauju se u mjenjakoj kutiji ili kao specijalne spojke. Nain izrade Zupanici se izrauju pomou alata s inverznim zubima i obrada je u aksijalnom smjeru. Izrauju se svi zubi u jednom aksijalnom gibanju. Usklaenost ovakvih dijelova je vrlo kritina. Prednosti ECM Izrada u jednom hodu s velikom ponovljivosti i velikom brzinom obrade.

20

39

11.10. Primjena ECM

Medicinski mikropinovi

Opis Mikro pinovi s velikim omjerom visine (duljina / promjer) su problematini za izradu. Konstrukcija je posebna zbog gustoe pinova 4000 pinova po jednom cm2. Promjer pinova je 60 m do 70 m a visina oko 500 m. Primjena Ovi dijelovi se koriste u neurokirurgiji, a slina tehnologija je razvijena i u filmskoj industriji. Nain izrade Mali dijelovi (< 10cm2) proizvode se pomou specijalno konstruiranih elektroda, a vei dijelovi zahtijevaju precizne alate i komore za ispiranje kako bi se dobila jednolina struktura. Prednosti ECM Koritenjem ECM ovi dijelovi mogu biti proizvedeni u jednom koraku s velikom tonou, obrada u jednoj osi. Mogunost obrade razliitih materijala. Alternativa je mikroglodanje. Obrada povrine manje od 10 cm2 uz primjenu ECM traje do 20 minuta.

40

11.10. Primjena ECM

Cijev za zavojnu (vijanu) pumpu

Opis Element predstavlja dio zavojnice sa sloenom unutranjom geometrijom. Primjena Ova vrsta cijevi koristi se za razliite primjene kao to su pumpe i motori u razliitim granama industrije. Nain izrade Cijev promjera koji je jednak duljini moe se izraditi standardnim tehnologijama. Ako je duljina vea od promjera cijevi standardne tehnologije nisu primjenjive, jedan od naina je ECM. Prednosti ECM Visoka kvaliteta obraene povrine i uske tolerancije dimenzija i oblika.

21

41

11.10. Primjena ECM

Rotor turbine

Opis Rotor turbine, promjera 25 mm, sastoji se od zakrivljenih lopatica na prstenu. Sloena konstrukcija obino se realizira konvencionalnim postupcima uz manju pouzdanost. Primjena Dio pumpe. Nain izrade Uporabom elektrode sa zakrivljenim utorima mogue je izraditi ovaj dio, u jednom koraku, u trajanju od 12 minuta. Prednosti ECM Sve lopatice mogu biti izvedene u jednom koraku, pozicionirane su vrlo precizno primjenjujui elektrodu odgovarajueg oblika.

42

11.10. Primjena ECM

Gorivne elije

Opis Ploica veliine 90 mm x 90 mm, s prikazanom mreom linija, obostrano obraena. Primjena Predstavljene ploice se koriste za formiranje gorivnih elija. Konstruirane su tako da je ravnomjerna raspodjela reaktanta do svake elije. Razliitim oblicima postie se poveanje reaktivne povrine. Nain izrade Pomou ECM ploice se obrauju u 2 koraka s obje strane. Prednosti ECM ECM je prikladan za proizvodnju tankih i sloenih oblika.

22

43

11.10. Primjena ECM

Turbo punja

Opis Na prstenu s mlaznicama su pozicionirane lopatice. Prsteni mogu biti od 20 mm do 300 mm. Lopatice imaju visoku kvalitetu povrine te uske tolerancije oblika i veliina. Primjena Predstavljeni prsten s mlaznicama i lopaticama koristi se kao turbopunja u automobilima i kamionima. Nain izrade Posebna tehnologija izrade prstena s mlaznicama, a potom ECM obrada lopatica. Prednosti ECM Poloaj i preciznost lopatica su od velike vanosti. Uporabom ECM tehnologije poloaj lopatica je odreen ve u fazi izrade alata. Kvaliteta obraene povrine je veoma bitna pa se primjenjuje elektrokemijsko poliranje, kao zavrna obrada (nekoliko ms) nakon ECM u jednom stezanju obratka. Ukupno vrijeme izrade je manje od 4 minute.

44

11.10. Primjena ECM

Izmjenjiva topline

Opis Izmjenjiva topline je veliine 30 mm x 30 mm. Konstrukciju karakteriziraju fini detalji sloenog oblika. Primjena Ova struktura se moe koristiti u ekstremnim uvjetima, visokog tlaka i visoke temperature. Nain izrade Izrada u jednom koraku i u jednoj osi. Detalji su konstruirani u alatu i korpiraju se na obradak pomou ECM tehnologije. Prednosti ECM Izrada sloenih detalja je omoguena ECM u trajanju od 4 do 5 minuta od materijala velike tvrdoe. Nema zone utjecaja topline niti troenja alata.

23

45

11.10. Primjena ECM

Kalup za proizvodnju lijekova

Opis Kalup se koristi u farmaceutskoj industriji. Primjena Kalup na slici ima jako velike zahtjeve u pogledu kvalitete povrine. Koristi se u uvjetima visokog tlaka. Nain izrade Kalup je izraen u jednom koraku s obradom u samo jednoj osi pomou odgovarajue oblikovanog alata. Prednosti ECM Izrada sloenih detalja je omoguena ECM u trajanju od 4 do 5 minuta od materijala velike tvrdoe. Nema zone utjecaja topline niti troenja alata. Dimenzije kalupa 19 mm, hrapavost Ra < 0.02 m, udubljenje visine 2 mm, ECM vrijeme izrade

24

47

Elektrokemijsko buenje proizvodi promjere od 1 mm do 20 mm, uz posmak od 1 mm/min do 5 mm/min.

Cijevna elektroda se koristi kao katodni alat. Elektrolit prolazi kroz sredinu alata i izlazi kroz kroz boni procjep, koji je nastao izmeu zidova alata i provrta. Obrada se izvodi pri visokoj gustoi struje na eonom meuelektrodnom prostoru izmeu eone povrine alata i obratka. Proizvedeni provrt ima vei promjer nego to je promjer alata zbog veliine podrezivanja Cd .

Cd=dw - dt

12.1. Openito o ECDR

Manje podrezivanje Vee podrezivanje

Izolacija

Elektrolit

Posmak

Obradak (+)

Sredinje ispupenje

Alat

Boni procjep

Boni procjep

Izolacija

Elektrolit Elektrolit

Tlana komora

Obradak (+)

48

Poveanje tlaka u meuelektrodnom prostoru poveava vodljivost elektrolita, koja

poboljava proces otapanja uslijed poveanja gustoe struje.

Visoki tlak smanjuje veliinu mjehuria hidrogena, to podie vodljivost elektrolita.

Glavni nedostatak ovog procesa, osim skupog alata, je poveanje hidraulikog tlaka.

Uslijed poveanja tlaka elektrolita dolazi do eliminacije neravnina na obraenoj povrini.

Elektrolit kao to je natrijev nitrat - NaNO3 proizvodi manje podrezivanje, to poboljava

tonost. Protok elektrolita ima utjecaj na podrezivanje.

Uporaba okruglog alata tijekom obrade moe poboljati krunost, jer je protok

elektrolita homogen u okomitom procjepu.

Struja obrade poveava se linearno s poveanjem posmine brzine.

Iskrenje se pojavljuje pri kritinim posminim brzinama, tj. ako je brzina alata vea od

brzine anodnog otapanja. Pod ovakvim uvjetima smanjuje se eoni procjep do kritine

vrijednosti pojave iskri pa moe doi do oteenja i alata i obratka.

12.1. Openito o ECDR

25

49

Zbog prisutnosti elektrinog polja, elektrolit koji je esto sumporna kiselina, uzrokuje otapanje anodne povrine, tj. uklanjanje materijala obratka. Nakon to su se metalni ioni otopili u elektrolitu, protjecanjem elektrolita bivaju uklonjeni.

13. Elektrolitika obrada pomou oblikovane cijevi STEM

Alat je cilindar elektriki vodljiv s izolacijskim premazom s vanjske strane. Alat uranja u obradak odgovarajuom posminom brzinom. Uz prisustvo napona u procjepu dobiva se provrt oblikovan prema obliku alata. Ovo je ustvari modificirana ECM obrada koja koristi kiseli elektrolit. Mogunost izrade provrta promjera od 0,76 mm do 1,62 mm, a omjer dubina/promjer je i do 180/1 kod elektriki provodljivih materijala.

Izolacija

Elektrolit

Obradak (+)

Titanijeva cijev (-)

50

Nemogunost primjene ECM na duboke provrte zbog neotopljenih precipitata koji obstruiraju protjecanje elektrolita.

Obradni sustav je identian ECM-u. Mora biti otporan na kiseline i periodiku promjenu polariteta struje. Katodni alat titanij s izolacijskim premazom.

Radni napon je od 8 V do 14 V DC, a struja obrade je oko 600 A.

PARAMETRI PROCESA

Elektrolit

Tip Sumporna, duina i klorovodina kiselina

Koncentracija 10 % do 25 % u vodi

Temperatura 38C (sumporna kiselina), 21C ostalo

Tlak 275 kPa do 500 kPa

Napon

Radni hod 8 V do 14 V

Povratni hod (0,1 do 1) od napona radnog hoda

Vrijeme Radni hod 5 s do 7 s, povratni hod 25 do 77 ms

Posmak 0,75 mm/min do 3 mm/min


26

51

Mogunosti procesa:

Veliina provrta: 0,5 mm do 6 mm s omjerom 150:1 (dubina/promjer)

Tolerancije provrta: promjer 0,5 mm 0,050 mm

promjer 1,5 mm 0,075 mm

promjer 60 mm 0,100 mm

dubina provrta 0,050 mm

Budui da proces koristi kisele elektrolite, mogue je obraivati obratke od nehrajueg elika ili drugih korozivnootpornih materijala koji se koriste za izradu elemenata kao to su:

Kanali za hlaenje lopatica turbina

Sapnice za goriva

Bilo koji provrt gdje EDM obrada nije poeljna

Poetne provrte za EDM

Izradu provrta korozivnootpornih materijala koji imaju lou obradivost pri konvencionalnim postupcima

Izradu provrta za prolaz ulja u leajevima gdje EDM uzrokuje pukotine


52

Izrada turbulatora

(Turbulator se koristi za poveanje prijenosa topline u provrtima za hlaenje motora).


27

53

PREDNOSTI NEDOSTACI

Omjer dubina / promjer i do 300 / 1 Proces je ogranien na iskljuivo korozivno postojane materijale

Mogua izrada i do 200 provrta odjednom Stvara se opasan otpad

Mogunost izrade neparalelnih provrta Kod rukovanja kiselinama potrebni su posebni uvjeti za radno mjesto i okruenje

Mogunost izrade uvrta Potrebni su sloeni obradni sustavi

Na obraenoj povrini nema metalurkih promjena

Mala brzina pri izradi pojedinanih provrta

Mogunost izrade provrta i utora sloenog oblika


54

Electrostream (ES), kapilarno buenje, je posebna inaica ECM tehnike koja se koristi za proizvodnju finih provrta koje su preduboki da bi se proizveli ECM ili premali da bi se proizvodili STEM tehnikom. Katodni alat je staklena sapnica promjera 0,025 mm do 0,50 mm, koja je manja nego zahtijevani promjer. Razlika je u alatu, STEM koristi prevueni titanij kao katodni alat.

14. Buenje strujom elektrona, kapilarno buenje - ES

Struja obrade se provodi kroz elektrolit pomou ice od platine koja se nalazi unutar staklene sapnice. Kao elektrolit koristi se otopina sumporne, duine ili klorovodine kiseline (ovisno o materijalu obratka) u koncentraciji od 12 % do 20 %.

Tlak elektrolita je od 275 kPa do 400 kPa.

Za vrijeme obrade struja elektrolita je negativnog naboja i nastrujava anodni obradak.

Obradak (+)

Elektrolit

Staklena sapnica

Platinska ica (-)

28

55

Mogunosti izrade provrta 0,127 mm do 1,27 mm na lopaticama turbina, s omjerom dubina / promjer i do 50 / 1.

Mogunost izrade rashladnih provrta pod kutom od 45 u odnosu na povrinu lopatice, promjera 0,8 mm.

Posmina brzina 0,75 mm/min do 2,5 mm/min, ovisi o materijalu obratka.

Obradak (+)

Kiseli elektrolit

Staklena cijev

Obradak (+)

Cijevi sapnice pod kutom

Ploa za voenje

Cjevovod

Metalna elektroda (-)

Izrada provrta pod kutom Izrada provrta na teko dostupnim mjestima


56

PREDNOSTI NEDOSTACI

Visok omjer dubina / promjer Proces je ogranien na iskljuivo korozivno postojane materijale

Mogua izrada vie provrta istovremeno Mala brzina pri izradi pojedinanih provrta

Mogunost izrade slijepih i provrta koji se presijecaju

Kod rukovanja kiselinama potrebni su posebni uvjeti za radno mjesto i okruenje

Mogunost izrade provrta bez srha Stvara se opasan otpad

Na obraenoj povrini nema metalurkih promjena

Mogu se obraivati tvrdi metali


29

57

15. Elektrokemijsko buenje mlazom - ECJD

Koristi se za provrte omjera dubina / promjer do 12 / 1.

Proces ne zahtijeva ulazak alata kao kod ES buenja, nisu potrebni krhki alati.

Mlaz razrijeene kiseline elektrolita uzrokuje otapanje te je potreban prostor za izlaz elektrolita, u obliku spreja.

Primijenjeni napon je od 400 V do 800 V.

Proizvedeni promjer dubina / promjer ovisi o snazi elektrolitskog mlaza, tj. o promjeru sapnice.

Provrti su blago konini.

Beskonine rupe mogue je obraditi samo

ES kapilarnim buenjem.

Anodni obradak

(+)

Mlaz elektrolita

Sapnica (-)

Elektrolit (raspreni)

Pranjenje

58

16. Elektrokemijsko uklanjanje srha - ECDB

Kod konvencionalne izrade provrta pojavljuju se potrebe za provrtima koji se presijecaju. Na takvim mjestima redovito nastaje srh koji mora biti uklonjen. Primjer za to je tijelo hidraulinog ventila.

U elektrokemijskom uklanjanju srha ( ECDB ), anodni obradak je stegnut u blizini katodne elektrode. Elektrolit je usmjeren, pod tlakom, u procjep izmeu katodnog alata i anodnog srha. Primjenom struje, srh se otapa formirajui kontrolirani radijus. Budui da je procjep izmeu srha i elektrode minimalan, srh je uklonjen pri velikoj gustoi struje. ECDB stoga mijenja dimenzije obratka zbog otapanja srha.

Srh

Neizolirano podruje

Izolacija

Elektrolit

Elektrolit

Posmak alata

Obradak (+)

Srh

30

59

Mehanizam uklanjanja srha

Brzina uklanjanja srha je od 400 mm/min do 500 mm/min.

Uporaba rotirajue elektrode poboljava proces.

Smjer rotacije je suprotan poveanju turbulencije elektrolita.

16. Elektrokemijsko uklanjanje srha - ECDB

Elektrolit Elektrolit

Obradak (+)

Alat (-)

Utori za cirkulaciju elektrolita

Rotacija + posmak

Documents

PREDAVANJE-5 Elektrokemijska Obrada