Procesamiento electroquímico

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El procesamiento electroquímico (ECM) es un método de procesamiento de materiales eléctricamente conductores, que consiste en cambiar la forma, el tamaño y (o) la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo debido a la disolución anódica de su material en el electrolito bajo la acción de un electrolito . Actual.

Tipos de procesamiento electroquímico

Copia electroquímica masiva  : mecanizado electroquímico en el que la forma del electrodo de la herramienta se muestra en la pieza de trabajo

Costura  electroquímica: procesamiento electroquímico, en el que el electrodo de la herramienta, al profundizar en la pieza de trabajo, forma un orificio de sección transversal constante.

Flasheo electroquímico de chorro de tinta  - Flasheo electroquímico utilizando un chorro de electrolito formado

Calibración electroquímica  - Tratamiento superficial electroquímico para mejorar su precisión

Torneado  electroquímico: procesamiento electroquímico, con la rotación de la pieza de trabajo y el movimiento de traslación del electrodo-herramienta

Corte electroquímico  : procesamiento electroquímico en el que la pieza de trabajo se corta en pedazos.

Desbarbado electroquímico

Marcado electroquímico

Procesamiento electroquímico de electrodos múltiples: procesamiento  electroquímico realizado por electrodos conectados a un suministro de corriente eléctrica común y que tienen el mismo potencial durante el procesamiento.

Mecanizado electroquímico continuo  - Mecanizado electroquímico con tensión continua aplicada a los electrodos

Procesamiento electroquímico de pulso  : procesamiento electroquímico con suministro de voltaje periódico a los electrodos

Procesamiento electroquímico cíclico  : procesamiento electroquímico, en el que uno de los electrodos se mueve de acuerdo con un diagrama de secuencia dado,

así como otros tipos mixtos de procesamiento electrofisicoquímico (EPCMO), incluido ECHO:

• tratamiento mecánico anódico;
• procesamiento electroquímico de abrasivos ;
• molienda electroquímica ;
• acabado electroquímico (ECD);
• pulido abrasivo electroquímico ;
• tratamiento químico electroerosivo (EECM);
• tratamiento ultrasónico electroquímico, etc.

Esencia física y química del método

El mecanismo de eliminación (disolución, eliminación de metal) durante el procesamiento electroquímico se basa en el proceso de electrólisis . La remoción de metal ocurre de acuerdo con la ley de Faraday , según la cual la cantidad de metal removido es proporcional a la resistencia actual y al tiempo de procesamiento. Uno de los electrodos (pieza de trabajo) está conectado al polo positivo de la fuente de alimentación y es el ánodo , y el segundo (herramienta) está conectado al negativo; este último es el cátodo .

Las características de la electrólisis son la oxidación espacial (disolución) del ánodo y la reducción (deposición) del metal en la superficie del cátodo. En ECM, se utilizan tales electrolitos, cuyos cationes no se depositan durante la electrólisis en la superficie del cátodo. Esto asegura la principal ventaja de ECHO sobre el mecanizado electroerosivo  : la invariancia de la forma del electrodo-herramienta. Para estabilizar los procesos de electrodos durante ECHO y eliminar los productos de disolución (lodos) del espacio entre electrodos, el electrolito se fuerza hacia la zona de trabajo, es decir, se bombea con una cierta presión.

Historia del desarrollo del procesamiento electroquímico (ECM)

• 1911 La prioridad de descubrir los métodos de procesamiento electroquímico de metales pertenece a los científicos rusos. El procesamiento electroquímico tiene su origen en el proceso de pulido electroquímico, propuesto en 1911 por el famoso químico ruso E. I. Shpitalsky.
• 1928 Los primeros experimentos de V. N. Gusev sobre la intensificación del procesamiento de piezas de máquinas llevaron al hecho de que ya en 1928 era posible llevar a cabo el procesamiento electroquímico de las camas de grandes máquinas herramienta para corte de metales . Fue entonces cuando V. N. Gusev (en colaboración con L. A. Rozhkov) propuso llevar a cabo el proceso ECHO en espacios estrechos entre electrodos (hasta décimas de milímetro) con bombeo forzado del electrolito (A. S. No. 28384 de 03/ 21/28).
• 1941-1945 V. N. Gusev, sus colegas E. A. Drozd, I. Ya. Bogorad y otros lograron desarrollar un método de procesamiento mecánico de ánodo.
• 1947-1950 Durante estos años se determinaron tres tipos de procesamiento de metales mediante fenómenos electroquímicos: electroquímico dimensional, anódico-mecánico y anódico-abrasivo. En 1948, en el laboratorio de V. N. Gusev, se creó una instalación electroquímica para el procesamiento en un flujo de electrolito, que se utilizó por primera vez para hacer agujeros en acero blindado . Al mismo tiempo, se llevaron a cabo los primeros experimentos sobre el procesamiento de palas de turbina. Unos años más tarde, en nuestro país, por primera vez en la práctica mundial, se llevó a cabo la introducción industrial de las operaciones de conformado electroquímico.
• 1962 Creación de un proceso de desbarbado desarrollado en ENIMS por V. Yu. Veroman, I. A. Baisupov y otros.
• 1963 A. N. Goldobin, Yu. I. Kopteev y otros propusieron un corte de contorno complejo con un electrodo de alambre.
• años 60 En la URSS , se creó una gama de máquinas electroquímicas para el desbarbado, el rectificado de superficies, el procesamiento de doble cara y la perforación de copias, que funcionan con corriente continua . (Catálogo-libro de referencia. Máquinas electrofísicas y electroquímicas. M. 1969)
• 65-68 años En 1965, comenzó a aparecer la revista Electronic Processing of Materials, y desde 1968, Electrophysical and Electrochemical Methods of Processing.
• 70-80 Ahora es posible cambiar a métodos de procesamiento de pulsos y pulsos cíclicos. Durante estos años, los centros científicos para el desarrollo de ECHO estaban operando en la Unión Soviética sobre la base de la ciencia académica, institutos de investigación, instituciones de educación superior, grandes empresas industriales en las ciudades de Moscú, Chisinau, Tula, Leningrado, Ivanovo, Kazan , Kuibyshev, Ereván, Ufa, Novosibirsk, etc. Se llevaron a cabo regularmente conferencias de sucursales, de toda la Unión e internacionales sobre métodos de procesamiento electrofísico y electroquímico. En la Unión Soviética, se crearon e introdujeron en producción máquinas de coser y copiar electroquímicas: 4412, 4412FT, 4420, 4420F4, 4420FT, 4420F11, 4A420 / F11, 4A420 / F3, 4a420 / F3M, 4421, 4421FT, 4432, 4422, 442 , 4A423FTs, 4424, MA4424, AGE-10, AGE-11, AT-80, AT-90, SEP902, SEP902M, SEP902MA, SEP902P, SEP902A, SEKHO-4A, SEKHO-41, E-402, E-460, E -468, EGS-2, EGS-29, ECU-150, ECU-151, ECU-152, ECU-400, ECU-1503, ERO-120, EHS-12M, etc. En 1986, salió un nuevo catálogo en la URSS - libro de referencia "Máquinas electrofísicas y electroquímicas" En la Unión Soviética, se llevaron a cabo profundos estudios sobre la teoría del proceso ECHO ( F. V. Sedykin , Yu. N. Petrov, V. D. Kashcheev, etc.) V. P. Smolentsev, I. I. Moroz, D. Z. Mityashkin, D. T. Vasiliev, L. B. Dmitriev, G. N. Znigerman, V. V. Borodin, G. N. Zaydman , V. A. Shmanev, Yu. V. Golovachev, V. G. Filimoshin, A. K. Zhuravsky, D. Ya. Dlugach, G. A. Alekseev, V. V. Lyubimov, V. F. Orlov, B. I. Chugunov, B. N. Kabanov, Ya. M. Kolotyrkin, A. G. Atanasyants, A. I. Dikusar, G. S. Domente, G. R. Engelhardt y otros Durante este período, se llevó a cabo el desarrollo de máquinas electroquímicas. en muchos países del mundo: EE. UU. (Chem-Form Ex-Cell-0, Cincinnati Milling Co, Anocut Eng), Gran Bretaña (Mechem), Francia (Qualitex), Checoslovaquia (Vuma), Países Bajos (Philips), Japón ( Mitsubishi Electric Co, Hitachi Ltd), Suiza (Chamilles), Alemania (R. Bosch, AEG-ELOTHERM).
• 1986 Se celebró en la ciudad de Tula la última conferencia científica y técnica de la Unión Soviética VI de toda la Unión "Procesamiento dimensional electroquímico de piezas de máquinas". Al mismo tiempo, en un contexto aparentemente favorable, "truenos de un cielo despejado", se escuchó información en el discurso de apertura del presidente Ya. fueron arrastrados por el procesamiento de corriente continua, y los equipos electroquímicos permanecieron voluminosos, consumen mucha energía y, a menudo, ya no cumplía con los mayores requisitos de precisión de modelado.
• 1988 Creación e introducción en producción de una máquina herramienta electroquímica ES-4000 con un área de procesamiento de hasta 40 cm², competitiva en términos de precisión de procesamiento con respecto a las máquinas electroerosivas.
• años 90 Se han puesto en producción cientos de máquinas ES-4000 en Rusia y en el extranjero. El trabajo en las exposiciones internacionales de la serie EMO (Milán, Hannover, París) mostró la ausencia de tales equipos en el mercado.
• 1998 Desarrollo de una nueva máquina electroquímica ES-80 con un área de procesamiento de hasta 80 cm².
• En los años 80 - 90, se desarrollaron esquemas más avanzados de procesamiento pulsado y cíclico pulsado en la pasivación de electrolitos que contienen oxígeno (soluciones acuosas de NaNO 3 , KNO 3 , NaClO 3 , Na 2 SO 4 , etc.), lo que hizo posible para reducir el error de procesamiento hasta 0,02…0,05 mm y la rugosidad hasta Ra 0,2…0,4 µm.

A principios del siglo XXI, hay un mayor interés en la conformación electroquímica. Las empresas aparecen tanto en Rusia como en el extranjero para desarrollar nuevos equipos. En relación con el surgimiento de industrias de alta tecnología (instrumentación de precisión, medicina y equipos médicos, construcción de motores de aeronaves, etc.), nuevos grupos de materiales duros y de alta resistencia (incluidos los nanoestructurados), la complicación de la forma de piezas y el endurecimiento de los requisitos para la calidad de la capa superficial, existe la necesidad de nuevas tecnologías de procesamiento electrofísico y electroquímico. La respuesta a esta demanda de progreso técnico fue la aparición en 1998-2011 de toda una gama de nuevos métodos para ECHO bipolar de microsegundos utilizando un electrodo vibratorio, propuestos por el equipo de autores de ESM LLC (Ufa, Rusia). Una característica de estos métodos es que se llevan a cabo en espacios entre electrodos ultrapequeños (3 ... 10 μm) utilizando grupos de pulsos de corriente de alta densidad (del orden de 10² ... 10 4 A / cm²). Con su implementación, se puede lograr proporcionar pequeños errores (0.001..0.005 mm) de procesamiento, crear macro y microrrelieves regulares en las superficies de las piezas en el rango de micras y submicras, y obtener superficies ópticamente lisas (Ra 0.1.. 0,01 µm) . Y todo esto con un rendimiento significativamente mayor (en comparación con las tecnologías de la competencia) en las operaciones de acabado.

1989-2003 producción de máquinas en serie ES-4000, ES-80.

2003 Las máquinas perforadoras electroquímicas SFE-4000M y SFE-8000M se lanzan a la producción en masa

• 2008—2012 Gama de máquinas copiadoras y cosedoras electroquímicas de precisión: ET500, ET1000, ET3000, ET6000-3D (máquina de tres coordenadas)
• 2010: Sistemas ET-ECO para tecnología electroquímica respetuosa con el medio ambiente para todo tipo de máquinas electroquímicas
• 2011—2012 Máquinas electroquímicas especiales SET8000-2D y SET6000-3D para procesar álabes y blisks de motores de aviones
• 2014 Producción en serie de máquinas cosedoras de copias electroquímicas SFE-5000M
• 2017 Producción en serie de máquinas perforadoras electroquímicas SFE-12000M con un área de procesamiento de hasta 120 cm2.

Máquina electroquímica

Las instalaciones tecnológicas para la implementación del proceso ECM, por lo general, están altamente especializadas para un proceso tecnológico específico, debido a la baja productividad (en comparación con otros métodos de conformado: mecanizado, mecanizado electroerosivo ) y la complejidad del proceso. Sin embargo, ECHO tiene una serie de propiedades tecnológicas únicas (la constancia de la forma del electrodo de procesamiento, el procesamiento de aleaciones conductoras duras y quebradizas, cuyo procesamiento por métodos mecánicos de corte y rectificado es imposible, o baja productividad, el mínimo La carga en la pieza de trabajo permite procesar piezas caladas de paredes delgadas, la ausencia de una capa modificada en la pieza después del procesamiento (fusión, endurecimiento, endurecimiento por calor) de la capa superficial, la posibilidad de suministrar el cuerpo ejecutivo (electrodo) para endurecer. para alcanzar cavidades y agujeros de piezas) que permiten procesar piezas que no son factibles por otros métodos de procesamiento conocidos.

Las máquinas electroquímicas son ampliamente utilizadas en la industria de la aviación. Las instalaciones para la obtención de la superficie de trabajo de la pluma de pala de los motores turborreactores (máquinas de palas) son habituales, estas máquinas permiten obtener productos acabados con un mínimo uso de acabados, operaciones de cerrajería, que requieren mucho tiempo y personal altamente cualificado. Es por estos motivos que la mayoría de las instalaciones electroquímicas especializadas son únicas y se fabrican en un solo número.

Sin embargo, también son comunes las máquinas electroquímicas universales que se producen en masa, por regla general, se trata de máquinas de cosido por copia que permiten procesar una amplia gama de piezas mediante copia directa. Estas máquinas tienen una coordenada Z (que realiza la conformación), a veces están equipadas con coordenadas adicionales (X e Y) para establecer y basar la posición relativa del electrodo y la superficie de la pieza de trabajo en la pieza de trabajo. Estas máquinas son ampliamente utilizadas en la industria de herramientas para el procesamiento de troqueles, punzones y otros elementos tecnológicos de formación de aleaciones duras.

Literatura

• Manual de métodos de procesamiento electroquímicos y electrofísicos//G. L. Amitan, I. A. Baysupov, Yu. M. Baron y otros; Bajo total edición V. A. Volosatova.-L .: Ingeniería mecánica. L, 1988.-719s.: il. ISBN 5-217-00267-0
• Zhitnikov V.P., Zaitsev A.N. Procesamiento dimensional electroquímico de pulso.-M.: Mashinostroenie, 2008- 413p. ISBN 978-5-217-03423-9
• GOST 25330-82 Tratamiento electroquímico. Términos y definiciones
• Procesamiento electroquímico de metales  / A. D. Davydov // Gran Enciclopedia Rusa  : [en 35 volúmenes]  / cap. edición Yu. S. Osipov . - M.  : Gran Enciclopedia Rusa, 2004-2017.

Enlaces

• [bse.sci-lib.com/article126201.html Métodos de procesamiento electrofísicos y electroquímicos] - artículo de la Gran Enciclopedia Soviética

Notas