Mecanizado electroquímico - Electrochemical machining
El mecanizado electroquímico ( ECM ) es un método para eliminar metal mediante un proceso electroquímico . Normalmente se utiliza para la producción en masa y se utiliza para trabajar materiales extremadamente duros o materiales que son difíciles de mecanizar con métodos convencionales. Su uso está limitado a materiales conductores de electricidad . ECM puede cortar ángulos pequeños o de forma irregular, contornos intrincados o cavidades en metales duros y exóticos, como aluminuros de titanio , Inconel , Waspaloy y aleaciones con alto contenido de níquel , cobalto y renio . Se pueden mecanizar geometrías tanto externas como internas.
El ECM se caracteriza a menudo como " galvanoplastia inversa ", ya que elimina material en lugar de agregarlo. Es similar en concepto al mecanizado por descarga eléctrica (EDM) en que se pasa una alta corriente entre un electrodo y la pieza, a través de un proceso de eliminación de material electrolítico que tiene un electrodo cargado negativamente ( cátodo ), un fluido conductor ( electrolito ) y un pieza de trabajo conductora ( ánodo ); sin embargo, en el ECM no hay desgaste de la herramienta. La herramienta de corte ECM se guía por el camino deseado cerca del trabajo pero sin tocar la pieza. Sin embargo, a diferencia del EDM, no se generan chispas. Son posibles altas tasas de remoción de metal con ECM, sin que se transfieran tensiones térmicas o mecánicas a la pieza, y se pueden lograr acabados de superficie de espejo.
En el proceso de ECM, se avanza un cátodo (herramienta) en un ánodo (pieza de trabajo). El electrolito presurizado se inyecta a una temperatura establecida en el área que se corta. La velocidad de alimentación es la misma que la velocidad de "licuación" del material. El espacio entre la herramienta y la pieza de trabajo varía entre 80 y 800 micrómetros (0,003 a 0,030 pulg.). A medida que los electrones cruzan el espacio, el material de la pieza de trabajo se disuelve, ya que la herramienta forma la forma deseada en la pieza de trabajo. El fluido electrolítico arrastra el hidróxido metálico formado en el proceso.
El mecanizado electroquímico, como método tecnológico, se originó a partir del proceso de pulido electrolítico ofrecido ya en 1911 por un químico ruso E.Shpitalsky.
Ya en 1929, W. Gussef desarrolló un proceso ECM experimental, aunque fue en 1959 antes de que Anocut Engineering Company estableciera un proceso comercial. BR y JI Lazarenko también tienen el mérito de proponer el uso de electrólisis para la eliminación de metales.
Se realizaron muchas investigaciones en las décadas de 1960 y 1970, particularmente en la industria de las turbinas de gas. El auge de la electroerosión en el mismo período ralentizó la investigación de ECM en el oeste, aunque el trabajo continuó detrás del Telón de Acero . Los problemas originales de escasa precisión dimensional y residuos contaminantes del medio ambiente se han superado en gran medida, aunque el proceso sigue siendo una técnica de nicho.
El proceso ECM se usa más ampliamente para producir formas complicadas, como álabes de turbina con buen acabado superficial en materiales difíciles de mecanizar. También se utiliza amplia y eficazmente como proceso de desbarbado .
En el desbarbado, ECM elimina las proyecciones de metal que quedan del proceso de mecanizado y, por lo tanto, desafila los bordes afilados. Este proceso es rápido y, a menudo, más conveniente que los métodos convencionales de desbarbado manual o procesos de mecanizado no tradicionales.
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Ventajas
- Los componentes complejos de curvatura cóncava se pueden producir fácilmente mediante el uso de herramientas cóncavas.
- El desgaste de la herramienta es cero, la misma herramienta se puede utilizar para producir un número infinito de componentes.
- No hay contacto directo entre la herramienta y el material de trabajo, por lo que no hay fuerzas ni tensiones residuales.
- El acabado superficial producido es excelente.
- Se genera menos calor.
Desventajas
El electrolito salino (o ácido ) presenta el riesgo de corrosión de la herramienta, la pieza de trabajo y el equipo.
Solo se pueden mecanizar materiales conductores de electricidad. Alto consumo energético específico.
No se puede utilizar para material blando.
Corrientes involucradas
La corriente necesaria es proporcional a la tasa deseada de remoción de material , y la tasa de remoción en mm / minuto es proporcional a los amperios por mm cuadrado.
Las corrientes típicas oscilan entre 0,1 amperios por mm cuadrado y 5 amperios por mm cuadrado. Por lo tanto, para un pequeño corte por inmersión de una herramienta de 1 por 1 mm con un corte lento, solo se necesitarían 0,1 amperios.
Sin embargo, para una velocidad de alimentación más alta en un área más grande, se usaría más corriente, al igual que cualquier proceso de mecanizado: eliminar más material más rápido requiere más potencia.
Por lo tanto, si se deseara una densidad de corriente de 4 amperios por milímetro cuadrado en un área de 100 x 100 mm, se necesitarían 40.000 amperios (y mucho refrigerante / electrolito).
Montaje y equipamiento
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Las máquinas ECM vienen en tipos verticales y horizontales. Dependiendo de los requisitos de trabajo, estas máquinas también se fabrican en muchos tamaños diferentes. La máquina vertical consta de una base, columna, mesa y cabezal de husillo. El cabezal del husillo tiene un servo-mecanismo que automáticamente hace avanzar la herramienta y controla el espacio entre el cátodo (herramienta) y la pieza de trabajo.
Hay disponibles máquinas CNC de hasta seis ejes.
El cobre se utiliza a menudo como material de electrodo. El latón, el grafito y el cobre-tungsteno también se utilizan a menudo porque se mecanizan fácilmente, son materiales conductores y no se corroen.
Aplicaciones
Algunas de las aplicaciones muy básicas de ECM incluyen:
- Operaciones de hundimiento
- Perforación de álabes de turbina de motor a reacción
- Perforación de múltiples orificios
- Mecanizado de álabes de turbina de vapor dentro de límites estrechos
- Micro mecanizado
- Perfilado y contorneado
- Barril estriado
Similitudes entre EDM y ECM
- La herramienta y la pieza de trabajo están separadas por un espacio muy pequeño, es decir, no se hace contacto entre ellas.
- Tanto la herramienta como el material deben ser conductores de electricidad.
- Necesita una gran inversión de capital.
- Los sistemas consumen mucha energía.
- Se utiliza un fluido como medio entre la herramienta y la pieza de trabajo (conductor para ECM y dieléctrico para EDM).
- La herramienta se alimenta continuamente hacia la pieza de trabajo para mantener un espacio constante entre ellas (el ECM puede incorporar un retiro de herramienta intermitente o cíclico, típicamente parcial).
Diferencia entre ECM y ECG
- El rectificado electroquímico (ECG) es similar al mecanizado electroquímico (ECM) pero utiliza una muela abrasiva conductora contorneada en lugar de una herramienta con la forma del contorno de la pieza de trabajo.