ماشینکاری الکتروشیمیایی(ECM)

مشخصه قابل توجه الکترولیز این است که انرژی الکتریکی برای تولید واکنش شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد. بنابراین ، فرآیند ماشینکاری را که بر اساس این اصل استوار است به عنوان ماشینکاری شیمیایی میشناسند.

این فرآیند بر اساس قوانین تجزیه الکتریکی فاراده عمل میکند.

در ECM اختلاف پتانسیل الکتریکی DC کمی (25-5) ولت به دو الکترود یا به عبارت دیگر به کاتد و آندی (آند قطعه کار است و کاتد ابزار) که در الکترولیت قراردارند اعمال میشود انتقال الکترونها بین یونها و الکترودها مدار الکتریکی را کامل میسازد.

فلز به صورت اتم های منفرد از سطح آند جدا می شود و در الکترولیت به صورت یونهای مثبت ظاهر می شود.

در ماشینکاری الکتروشیمیایی فلز جدا شده به صورت هیدروکسیدهای فلزی جامد رسوب می کند.

الکترولیتهای مورد استفاده در ECM حاوی اسیدها یا در حالت کلی تر، نمکهای قلیایی محلول در آب میباشند.

وقتی که الکترولیت با سرعت زیاد در حد فاصل بین دو الکترود حرکت میکند چندین کار را انجام می دهد.

این الکترولیت محصولات واکنش الکتروشیمیایی را رقیق می کند و آنها را از این فاصله خارج می سازد، حرارت را با سرعت بیشتر وبه مقدار زیادتری منتقل می کند و تمرکز یونها را بر روی سطح الکترود محدود می کند تا نرخ های ماشینکاری بیشتری حاصل شود.

ü دبی حجمی الکترولیت بر اساس سرعت جریان الکترولیت ، فاصله بین دو الکترود و سایز قطعه ای که ماشینکاری میشود تعیین می گردد.

خواص الکترولیت (ترکیب،غلظت،مقدارPH،دما و غلظت عناصر خارجی) همراه با شکل ابزار به دلیل اینکه متغیرهای مهمی هستند که شکل قطعه ماشینکاری شده (پروفیل آند) را تعیین می کنند باید دقیقا کنترل شوند.

انتخاب الکترولیت بسیار مهم است. اغلب از کلرید سدیم(نمک معمولی)به عنوان ماده ای که ارزان و به راحتی موجود می باشد استفاده میشود.

انواع الکترولیت:

· کلرو سدیم

· کلرو پتاسیم

· نیترات سدیم

· کلرات سدیم

ü همچنین از الکترولیت های خاص مانند هیدروکسید سدیم و یا اسید سولفوریک نیز می توان برای عملیات ماشین کاری بر روی فلزات خاص استفاده کرد.

شکلی که قراراست در آند ایجاد شود به عوامل زیادی بستگی دارد اما این عوامل را میتوان فقط به چگالی شدت جریان و شکل کاتد محدود کرد.

تئوری فرآیند ماشینکاری HCM :

چنانچه در یک ظرف الکترولیت دو الکترود فلزی غوطه ور شوند ، جریانی الکتریکی بین دو الکترود برقرار می شود که جریان برقرار شده در داخل الکترولیت از طریق مهاجرت فیزیکی یون ها اانجام می گیرد و در حقیقت انتقال الکترون ها بین یون ها و الکترودها یک مدار الکتریکی را کامل می کند و پدیده ی تجزیه و حل فلز که همان الکترود مثبت است را باعث می شود و این حل شدن فلز در داخل الکترولیت ، اساس کار ماشینکاری الکتروشیمیایی است.

افت پتانسیل شدید مابین محل تمرکز یون های مثبت و قطب منفی باعث الکترولیز آب می گردد بطوریکه مولکول های آب الکترون کاتد دریافت کرده و به کار هیدروژن و یون هیدروکسیل تجزیه می شوند:

2H2O + 2e H2 + 2OH

عدم تعادل الکتریکی بین کاتد و آند و عرضه یون های منفی هیدروکسیل اجباراً باعث تشکیل یون های مثبت فلزی در آند می شود و تشکیل این یون باعث حل شدن آند می گردد:

2Fe – 2e Fe..

Fe.. + 2OH (OH)2Fe

ماشین ابزار ECM شامل چهار زیر سیستم اصلی میشود:

1) مولد قدرت

2) سیستم تغذیه و تمیز کردن الکترولیت

3) سیستم ابزار و تغذیه آن

4) قطعه کار و سیستم نگهداری آن

نمای شماتیک ماشین ابزار ECM :

۱- مولد قدرت:

در حین فرآیند ECM یک جریان مستقیم بالا (ممکن است تا 40000 آمپر نیز باشد) و یک اختلاف پتانسیل الکتریکی پایین ( در حدود 5-25ولت ) در حد فاصل بین دو الکترود مطلوب است تا کنون بالاترین چگالی جریان بدست آمده در حدود 20000A/CM2 بوده است. بنابراین جریان متناوب سه فاز به کمک یک رکتیفایر و یک ترانس به یک جریان بالای مستقیم با ولتاژ پایین تبدیل میشود.

رکتیفایرهای کنترل شده سیلیکونی (SCR) به خاطر عکس العمل سریع در برابر تغیرات به وجود آمده درحین فرآیند و کوچک بودن ، جهت انجام عمل یکسوکنندگی و همچنین تنظیم ولتاژ، مورد استفاده قرار میگیرند.

2- سیستم تغذیه و تمیز کردن الکترولیت:

سیستم تغذیه و تمیزکاری الکترولیت شامل یک پمپ،فیلترها، لوله ها، شیرهای کنترل ، سیم پیچهای گرم کننده یا سرد کننده ، فشارسنجها و مخزن ذخیره میباشد.

دریچه های تغذیه الکترولیت ممکن است در ابزاریا قطعه کار یا فیکسچربا توجه به نوع حرکت مورد نیاز الکترولیت ساخته شوند.

جهت بدست آوردن MRR زیاد و دقت بالا معمولا فاصله بین دو الکترود باید کمتر از 1mm باشد. (0.25 تا 0.76 میلی متر)

جریان آرام الکترولیت باید حفظ گردد و به این منطور باید از هر نوع انسداد این فاصله کم توسط ذراتی که الکترولیت با خود حمل می کند جلوگیری به عمل آید. بنابراین تمیزی الکترولیت ضروری می باشد.

معمولا الکترولیت به کمک فیلترهایی از جنس فولاد زنگ نزن ، مونل یا هر ماده مقاوم در برابر خوردگی تمیز می شود.

جهت عملکرد مناسب ، این فیلترها باید به طور متناوب تمیز گردند.

به منظور بدست آوردن نتایج مطلوب میتوان فیلترها را در لوله تغذیه الکترولیت درست قبل از ظرفی که قطعه کار درآن قرارگرفته است نصب نمود.

3- ابزار و سیستم پیشروی آن:

نظر به اینکه ابزار و فیکسچرها باید برای مدت زمانی طولانی در یک محیط خورنده بکار گرفته شوند ، استفاده از موادی که در برابر خوردگی مقاوم باشند در این محیط ضروری است.

هدایت حرارتی و الکتریکی بالای ابزار نیز از ضروریات اصلی می باشد.

ماشینکاری آسان ابزار نیز به همین اندازه مهم است به این دلیل که دقت ابعادی و پرداخت سطح ابزار بطور مستقیم بر دقت و پرداخت سطح قطعه تاثیر می گذارد.

آلومینیم ، برنج ، برنز ، مس ، کربن ، فولاد زنگ نزن و مونل از موادی هستند که برای این منظور استفاده می شوند.

علاوه براین قسمتهایی از ابزار که عمل ECM در آنجا مورد نیاز نیست باید عایق کاری شوند.

برای مثال ، عدم عایق کاری دیواره های جانبی ابزار قالبسازی باعث ماشینکاری ناخواسته قطعه در نتیجه از بین رفتن دقت قطعه ماشینکاری شده می شود.

برای ساخت فیکسچرها استفاده از مواد غیر خورنده و مواد نارسانای الکتریکی توصیه می شود. همچنین فیکسچرها و ابزار باید به اندازه کافی صلب باشند تا وقتی تحت نیروهای بالای هیدرولیکی قرار می گیرند ، مرتعش یا خم نشوند.

۴- قطعه کار و سیستم نگهداری آن :

با این فرآیند تنها قطعات کاری که از لحاظ الکتریکی رسانا باشند را میتوان ماشینکاری نمود.

خواص شیمیایی جنس آند (قطعه) به مقدار زیادی بر نرخ برداشت ماده (MRR) تاثیر می گذارد.

وسایل نگهدارنده قطعه کار از موادی که از لحاظ الکتریکی نارسانا باشند ساخته می شود و دارای خواص پایداری حرارتی خوب و جذب رطوبت پایین می باشند.

برای مثال پلاستیک های تقویت شده با گرافیت ، پلاستیکها ، پرپلکس و... موادی هستند که برای ساخت وسایل نگهدارنده قطعه کار مورد استفاده قرار می گیرند.

خصوصیات ماشین ECM :

• ماشین کاری مواد سخت

• ماشین کاری سه بعدی

• درآوردن حفره های پیچیده و مشکل

• تولید در ظرفیت بالا

• ماشین کاری بدون حرارت

• ماشینکاری بدون ایجاد تنش فشاری در سطح فلز

• خشن زدایی و پلیسه گیری

• ماشین کاری بدون فرسودگی ابزار

• براده برداری در ظرفیت بالا

• ماشینکاری بدون خش و پلیسه

• پرداخت سطح پس از ماشین کاری (تا 1.6 میکروکتر)

مزایا و محدودیتهای ماشین ابزار ECM :

مزایا:

· این فرآیند میتواند اشکال بسیار پیچیده و منحنی شکل را در یک مرحله ماشینکاری ایجاد نماید.

· تنها از یک ابزار برای ماشینکاری تعداد زیادی قطعه میتوان استفاده نمود ، بدون اینکه این ابزار شکل و سایز خودش را ازدست بدهد.

· از لحاظ تئوری عمر ابزار در ECM خیلی طولانی است.

· این فرآیند چند مزیت دارد از جمله اینکه توانایی ماشینکاری قطعه کار مسقل از خواص فیزیکی و مکانیکی آن است.

· عدم اعوجاج و تخریب قطعه

· سطوح ماشینکاری شده بدون تنش و پلیسه با پرداخت سطح خوب مقاومت بهتر در برابر خوردگی و دقت بهتر را میتوان با این فرآیند ایجاد نمود.

· این فرآیند دور ریزکمتری ایجاد کرده ، کارکردی اتوماتیک دارد و کل زمان ماشینکاری و هزینه های مربوط به انبارداری را نیز کاهش می دهد.

· عدم ایجاد تنش گرمایی

معایب:

· این روش محدودیتهای خاص خود را دارد و تنها می تواند برای موادی که رسانای الکتریسیته هستند به کار رود.

· علاوه براین دقت قطعات ماشینکاری شده به عواملی مانند طرح ابزار، مقدار کنترل اعمال شده بر فرآیند ، پیچیدگی اشکال تولیدی و .... بستگی دارد.

· ماشینکاری موادی که دارای نقاط سخت ، ذرات ناخالص ، ماسه و پوسته باشند مشکلات اجرایی را ایجاد میکند.

· این روش در بعضی شرایط قادر به تولید اقتصادی تلرانس های ابعادی مطلوب در قطعه کار نیست.

· این فرآیند نمیتواند گوشه ها و لبه های تیز ایجاد کند.

· به منظور غلبه براین مشکل محققان بطور مداوم درگیر بهبود تکنولوژی سیستم و تجهیزات ECM هستند.

خواص مکانیکی قطعات ماشینکاری شده توسط ECM :

آگاهی از تاثیرات ECM بر خواص مکانیکی قطعاتی که توسط این فرآیند ماشینکاری شده اند بسیار اهمیت دارد.

به سختی می توان مدرکی دال بر تردی هیدروژنی قطعات ماشینکاری شده توسط ECM یافت.

دلیل اصلی این مطلب این است که در حالیکه برداشت فلز دراثر تجزیه آندی درآند صورت می گیرد، هیدروژن در کاتد ظاهر می شود.

گزارش شده است که فرآیند مورد بحث تاثیری برشکل پذیری،استحکام تسلیم،استحکام نهایی و میکرو سختی قطعات ماشینکاری شده ندارد.

لایه های سطحی صدمه دیده در حین ماشینکاری قراردادی یا توسط فرآیندهای دیگر را می توان با استفاده از این فرآیند برداشت و به این ترتیب خواص قطعه کار را بهبود بخشد.

با وجود این، برداشت لایه ها به این طریق از سطح قطعه کار استحکام خستگی قطعات ماشینکاری شده را با روشهای قراردادی را کاهش می دهد.

سطوحی که به روش قراردادی ماشینکاری شده اند دارای تنش های پس ماند فشاری هستند که باعث استحکام خستگی بالاتر آنها می شود.

با این حال،استحکام خستگی مورد نیاز را میتوان بعدها دوباره با عملیات مناسب پرداخت مکانیکی دیگری ایجاد نمود.عملیاتهای مکانیکی بعدی در سطح قطعه تنش های فشاری ایجاد می کند . بطوریکه قطعه کار نهایی میتواند خواص خستگی را به گونه ای که قابل مقایسه و یا بهتر از خواص خستگی قطعاتی که به صورت مکانیکی پرداخت شده اند به نمایش بگذارد. پرداخت سطح ایجاد شده توسط ECM ممکن است عامل کاهش خواص خستگی نیز باشد. سطوح تولیدی با ECM عموما خواص سایشی ، اصطکاکی و مقاومت در برابر خوردگی بهتری نسبت به سطوحی که توسط روشهای مکانیکی تولید شده اند دارند.

ماشینکاری الکتروشیمیایی(ECM)

مطالب مشابه :

گزارش کار کارگاه توانایی ماشینکاری

کارگاه توانایی ماشینکاری

ورژن جدید گزارش کار کارگاه توانایی ماشینکاری

نمونه سوالات درس توانایی ماشینکاری

دانلود جزوه اصول توانایی ماشینکاری زرکوب

معرفی رشته ساخت وتولید

ماشینکاری الکتروشیمیایی(ECM)

ماشینکاری الکتروشیمیایی

ماشین کاری فلزات