Электрохимическое шлифование (ECG): принцип работы и преимущества

Что такое электрохимическое шлифование (ECG)?

Электрохимическое шлифование — процесс удаления электрически проводимого материала шлифованием отрицательно заряженным абразивным шлифовальным кругом, электролитической жидкостью и положительно заряженной заготовкой.

Удаленный с заготовки материал остается в электролите. Электрохимическое шлифование похоже на электрохимическую обработку, но использует круг вместо инструмента, повторяющего контур заготовки.

ECG — гибридный процесс, сочетающий электрохимическую обработку и шлифование. Электрохимическая обработка — электролитическая операция, где заготовка становится анодом, а режущий инструмент (в случае ECG — шлифовальный круг) становится катодом.

Когда постоянный ток течет между анодом и катодом, возникает реакция, похожая на электролиз, но вместо переноса материала с анода на катод, материал удаляется с анода и смывается электролитом.

ECG развивает электрохимическую обработку дальше, механически резая металл шлифовальным кругом и одновременно растворяя материал электрохимически. «Теория в том, что можно снизить твердость материала и частично разложить его во время шлифования, так что шлифовальный круг режет с гораздо меньшей силой.

В некотором смысле ECG похоже на обычное шлифование — некоторые правила те же. Например, программирование и наладка работают так же. Удержание заготовки также похоже, отличие только в том, что приспособления для ECG должны быть из коррозионно-устойчивого материала и обеспечивать электрический контакт с заготовкой.

Характеристики процесса

• Круги и заготовка электрически проводимы.
• Круги служат для многих шлифований — обычно 90% металла удаляется электролизом, 10% — абразивным кругом.
• Способно производить гладкие кромки без заусенцев, вызванных механическим шлифованием.
• Не выделяет заметного тепла, деформирующего заготовку.
• Разлагает заготовку и оседает в электролитическом растворе. Наиболее частые электролиты: хлорид натрий и нитрат натрий концентрацией 2 фунта на галлон.

Ближе к ECG (электрохимическому шлифованию)

По сравнению с электрохимической обработкой, электрохимическое шлифование относительно похоже. По сути, комбинация электрохимического процесса и шлифования для удаления металла. Также называют «анодной обработкой» или «электролитическим шлифованием».

В процессе роль катода играет шлифовальный круг, роль анода — заготовка. Можно использовать ряд электролитов: нитрат натрий, хлорат натрий, гидроксид натрий, карбонат натрий и др.

Круговая металлическая пластина служит шлифовальным кругом и состоит из абразивных частиц: алмазная пыль, оксид алюминия, карбид бора, карбид кремния.

Когда между шлифовальным кругом и заготовкой прокачивается электролитическая жидкость, происходит реакция. Эта реакция между заготовкой и электролитом удаляет большую часть металла.

Абразивный материал круга фактически удаляет с заготовки менее 5% нежелательного материала. Круг имеет скорость вращения 1200–2000 м/мин.

Зачем использовать электрохимическое шлифование?

ECG предлагает несколько привлекательных особенностей:

• Широкая диапазон обработки и высокая адаптивность
• Хорошая экономичность и малый износ шлифовального круга
• Отличное качество обработки
• Высокая производительность

Выбор электролита

Важным фактором, влияющим на качество и производительность электрохимического шлифования, является электролит. Причина: анодная электрохимическая реакция напрямую зависит от электролита.

Безвредность для человека и отсутствие коррозии оборудования — важные требования к электролиту. Рассмотрите пять требований при выборе. Электролит должен:

• Иметь богатое сырье, низкую цену, хороший экономический эффект. Не должен легко расходоваться при обработке.
• Не быть вредным для человека.
• Не создавать пыль на приспособлениях и станках.
• Для высокой производительности обладать хорошей проводимостью.
• Обеспечивать хорошую шероховатость и размерную точность.

Оборудование для электрохимического шлифования

Можно использовать профессиональный электрохимический станок или, с помощью токарного или обычного шлифовального станка, модифицированный станок.

Для электрохимического шлифования нужен регулируемый источник постоянного тока. Дополнительно: центрифугальные насосы, фильтры, устройства принудительной вентиляции или нейтрализации, трубы, сопла и др.

Точность (Tolerance)

Этот вид шлифования используется, потому что может формировать очень твердые металлы и, будучи химическим восстановительным процессом, круг служит дольше обычного шлифовального круга.

У этого типа шлифования разные типы кругов, поэтому можно формировать металлы как угодно.

Дает более гладкую, без заусенцев поверхность и вызывает меньше остаточных напряжений, чем другие методы шлифования.

Применение электрохимического шлифования

Электрохимическое шлифование часто используется для твердых материалов, где обычная обработка сложна и затратна по времени, например нержавеющая сталь и экзотические металлы. Для материалов твердостью выше 65 HRC ECG может дать скорость удаления материала в 10 раз выше обычной обработки.

Так как ECG включает мало абразивного износа, часто используется для процессов, где поверхность детали должна быть свободна от заусенцев, царапин и остаточных напряжений. Благодаря этим свойствам у ECG ряд полезных применений:

• Шлифование лопаток турбин
• Шлифование сотовых металлов для аэрокосмических применений
• Заточка подшибочных игл
• Обработка режущих пластин из твердых сплавов
• Удаление поверхностных дефектов деталей, где нежелательны избыточное удаление материала и остаточные напряжения (перепрофилирование зубчатых колес локомотивов)
• Удаление усталостных трещин с подводных стальных конструкций. В этом случае морская вода выступает электролитом. Алмазные частицы в круге удаляют не проводящие органические вещества (водоросли) перед началом ECG.

Преимущества электрохимического шлифования

Ключевое преимущество — минимальный износ шлифовального круга. Большинство материала удаляется электрохимической реакцией между катодом и анодом.

Абразивное шлифование происходит только при удалении пленки, образующейся на поверхности заготовки. Еще одно преимущество — возможность обработки твердых материалов.

Твердые материалы создают трудности для других типов обработки из-за износа инструмента. Может удивить, что ECG может удалять материал с твердой поверхности с минимальным износом.

Так как большинство материала удаляется электрохимическими реакциями, заготовка не испытывает тепловых повреждений, как при обычном шлифовании.

Недостатки электрохимического шлифования

У ECG есть недостатки. Система состоит из анода-заготовки и катода-шлифовального круга. Для создания этих условий и заготовка, и круг должны быть проводящими.

Это ограничивает типы материалов заготовок, подходящих для ECG. Другой недостаток — применимо только к плоскому шлифованию. Невозможно применить ECG к заготовкам с полостями из-за неспособности круга удалить осажденную пленку внутри полости.

Еще один недостаток — электролитическая жидкость может вызывать коррозию на поверхностях заготовки и круга. Наконец, ECG сложнее традиционных методов обработки. Требует более опытного персонала, что ведет к более высоким производственным затратам.