Электрохимическое шлифование: сложности и преимущества метода

Что делает этот метод таким специализированным — и редким?

Один из базовых принципов электрохимического шлифования (ЭХШ) — это разновидность плоского шлифования, но при этом отдельная категория. Это обусловлено некоторыми присущими реалиям электрохимического процесса.

Фактически, один из парадоксов электрохимического шлифования — это ужасный способ делать традиционное плоское шлифование!

Так зачем кто-то использует электрохимический метод? И что делает его таким интересным нишевым направлением?

Удаление материала электрохимическим и абразивным действием

Можно сказать, что процесс электрохимического шлифования — это комбинация плоского шлифования и химии. Процесс «шлифует» металл, используя как электролитическую активность, так и физическое действие заряженного шлифовального круга.

Конкретно, электрохимический метод сочетает легкое абразивное действие с анодным растворением материала в присутствии проводимой жидкости. Фактически, металл разлагается током постоянного тока, текущим между отрицательно заряженным шлифовальным кругом (катодом) и положительно заряженной заготовкой (анодом).

В отличие от многих традиционных методов шлифования, электрохимическое шлифование работает на широком спектре металлов независимо от твердости или прочности материала. Однако оно требует, чтобы обрабатываемый металл был проводящим и электрохимически активным.

Переменные в «рецепте» электрохимического шлифования

Каждый тип металла, который вы можете захотеть шлифовать, имеет свои специфические требования к химии и проводимости. Точность процесса электрохимического шлифования зависит от правильного «рецепта».

Это включает нахождение правильного баланса в четырех ключевых переменных:

• Напряжение — Источник питания постоянного тока с низким напряжением дает меньше электрохимического действия и больше абразивного. Более высокое напряжение дает обратное — больше электрохимического и меньше абразивного действия — но будьте осторожны! Слишком высокое напряжение может вызвать дуговой разряд.
• Поток электролита — Должен быть достаточным потоком для создания электрохимической ячейки и завершения процесса шлифования. Однако слишком большой поток электролита может удалять металл за пределами целевой зоны шлифования.
• Скорость подачи — Как и при низком/высоком напряжении, скорость подачи материала влияет на электрохимическое и абразивное действия. В этом случае более медленная подача приводит к большему электрохимическому действию и меньшей абразивной силе, а более быстрая подача увеличивает абразивное действие.
• Тип круга — Хотя в электрохимическом шлифовании можно использовать разные круги, круг должен быть проводящим. Таким образом, шлифовальный круг похож на традиционные сшитые абразивные круга, но уникален для процесса: круг пропитан большими количествами меди для обеспечения проводимости.

Сравнение с другими методами

Как и с методом электрохимической резки (ECC), иногда используемым для 2-осевого отрезания, при электрохимическом шлифовании есть соотношение, которое нужно контролировать и манипулировать, между материалом, фактически удаляемым абразивно, и эрозией электрохимической реакции.

Это означает, что процесс не подвержен таким проблемам, как забивание круга или его заглаживание. Кроме того, шлифовальный круг имеет более долгую жизнь — до 50 раз дольше — и требует менее частой обточки и правки, чем традиционные абразивные методы шлифования.

Процесс электрохимического шлифования имеет некоторое сходство с шлифованием с ползунчной подачей (creep-feed), в том, что оба подают материал медленнее, чем обычное плоское шлифование. Однако, в то время как creep-feed может использоваться для улучшения чистовой отделки, этот метод был разработан в основном для удаления больших объемов материала за один проход.

В отличие от традиционного механического шлифования, электрохимическое шлифование производит мало или совсем не производит тепла или напряжений, которые могут деформировать нежные компоненты и закалять или повреждать обрабатываемый металл. Метод также обычно более эффективен и рентабелен, чем нетрадиционные процессы, такие как проводная и матричная электроэрозия (EDM).

Но, как мы сказали выше, электрохимическое шлифование — это в первую очередь эрозивный процесс, разлагающий заготовку. Кроме того, удаленный материал остается в проводящем растворе. Поэтому жидкость должна меняться часто, чтобы поддерживать правильную химию и проводимость.

Электрохимическое шлифование может достичь чистовой отделки 16 Ra микродюйм. Однако процесс дает матовое покрытие, а не высокоглянцевое, как при абразивном шлифовании. Это потому, что нет смазывания металла, как при обычном шлифовании.

Это может быть преимуществом или недостатком в зависимости от применения. Например, при стекло-металлическом герметизировании смазывание — желательная характеристика — на самом деле, это вся суть. Поэтому электрохимическое шлифование никогда не использовалось бы для этого применения.

Применения процесса электрохимического шлифования

Если заготовку можно перемещать, электрохимическое шлифование можно использовать для получения различных плоских поверхностей. Например, для отрасли медицинских приборов процесс используется для создания таких изделий, как:

• Иглы с множеством фасок
• Стилеты
• Трокары
• Ланцеты

Однако процесс требует много оснастки вместе с правильным «рецептом» для химии каждого металла и его специфической проводимости. Это добавляет время (и стоимость) в процесс.

Насколько быстро процесс завершается, также зависит от диаметра и толщины стенки детали, а также от таких факторов, как сложность конечной конфигурации и то, насколько края могут требовать скругления.

Кроме того, есть еще один парадокс, если вы пытаетесь сделать что-то острое — будь то угол с минимальным или нулевым радиусом, или реальный режущий лезвие. И это в том, что по своим химическим и физическим свойствам любой процесс электрохимической обработки удаляет любой острый кончик на металле.

Комбинация электричества, притягиваемого к нему, и химии, действующей на самый тонкий диаметр, буквально скругляет любой острый угол на конечном кончике металла.

Интересное обходное решение в процессе электрохимического шлифования — создать легкий заусенец, а затем электроэрозионно его убрать, оставив максимально острый кончик. Этот шаг должен выполняться как второстепенный процесс, чтобы не убрать признак острого угла.

Сложность растет

Теперь мы видим, что процесс электрохимического шлифования — это на самом деле комбинация трех вещей: плоского шлифования, химии и оснастки. И эти три неразрывно переплетены.

Нет никакой хорошей причины использовать станок для электрохимического шлифования только для его аспекта плоского шлифования. Например, вы никогда не использовали бы его для достижения чистовой отделки и параллелизма на блоке металла, так как электрохимический процесс просто изъест блок.

Наверное, единственная причина сделать это — потому что вы могли бы удалить больше материала, используя электрохимическое действие как ускоритель. Однако по разным причинам шлифование с ползунчной подачей (creep-feed) было бы гораздо более экономным способом достичь того же эффекта.

Фактически, одним из недостатков электрохимического шлифования является его самая сложность. Очень сложно объединить все его требования:

• Механическое действие сложного плоского шлифования и подвижной оснастки
• Рецепт идеальной химии и правильного тока, напряжения и ампер — рецепт, который отличается для каждого металла
• Врожденная эрозия процесса на самом оборудовании

Кроме того, процесс не высоко автоматизирован, поэтому он не высокоэффективен. Например, он обычно требует нескольких операторов или, возможно, в наши дни роботов для загрузки и выгрузки картриджей, чтобы процесс продолжал двигаться.

Однако одним из преимуществ электрохимического шлифования является то, что если вы можете манипулировать деталью с помощью движущейся автоматизированной оснастки на столе плоского шлифовального станка, вы можете сделать некоторые интересные вещи.

И результаты действительно уникальны для электрохимического шлифования.

Какой у вас лучший выбор?

Процесс электрохимического шлифования — это высокоспециализированный метод, занимающий очень маленькую нишу в механической обработке. Фактически, процесс практикуется очень небольшим количеством компаний и имеет ограниченные применения.

Однако ваш производственный партнер может работать с вами, чтобы помочь определить, какой метод — будь то электрохимический или какой-то другой процесс — является лучшим выбором для вашего применения точного шлифования.