EMAG ECM 的 电解加工: 电解电极取代钻头和铣刀:ECM 作为切削加工的替代方法

12/14/2021 - 王慧

电动机和混合动力发动机中的许多部件,例如转子支架,也受益于电解加工。

电解加工 (ECM) 是一种用于去除毛刺的成熟技术。但事实上,ECM 的用途更广。EMAG ECM 公司希望使用这种工艺技术取代传统的钻孔、拉削甚至铣削加工。毕竟,与切削加工相比,这种工艺技术具有大量的优势。


“行业结构转变正在如火如荼地进行,这同时也对制造业产生深远的影响。”位于德国霍巴赫的 EMAG ECM 公司销售经理 Franz Groß 对此深信不疑。从长远来看,由于电动汽车的不断推广,所需部件的总数将持续减少。另外,未来的部件在外观上也会与当前有所不同。同时,对于材料、形状、复杂性和精确度的要求也越来越高。由此就产生了例如多种基于流体自然化设计的优化部件。

应对这些挑战的一种方法就是电解加工 ECM。在目前为止,这种工艺技术已在众多领域内为传统切削加工提供完美补充,甚至完全取代传统加工方法——在确保质量的同时保证经济性。Groß 说:“与切削加工生产过程相比,刀具磨损要小得多,而且工件本身也不会受到任何机械应力或热应力的影响。”

刀具主要采用普通不锈钢 1.4301 (X5CrNi18-10) 或 1.4303 (X5CrNi18-10) 制成。这种刀具一方面特别耐腐蚀,另一方面也可以轻松加工并且不需要淬火处理。根据工件的材料,表面光洁度甚至可达到 Ra 0.5 微米或者更好。这样就能采用非接触式方法以最高精度加工轮廓、环形通道、沟槽以及环形槽等。“借助巧妙的刀具形状(电极),可以很好地加工难以接触的位置,甚至可在工件内部加工出复杂形状。”Groß 解释说。

以电解为基础

ECM 电解加工利用的是电解这一种电化学过程。Franz Groß 对这一过程是如何工作的作出解释:“刀具(电极)和工件都浸在电解液中。在刀具(电极)和工件上均施加有恒定或脉冲电流的直流电压。刀具构成阴极,并靠近作为阳极的工件。由此产生的放电会使工件上的材料溶解,并被电解液带走。”

在每一次执行进给行程之前,都会有新鲜电解液流入。这可以通过闭路系统中的电解液管理来保证。高性能过滤器可从电解液中滤除从工件上去除的材料衍生的氢氧化物,然后将新鲜干净的电解液重新送回工艺流程中。Groß 说:“根据要求,电解液管理系统可作为集成在单机中的一个组成部分提供,也可以作为一套含多个 ECM 模块的中控供给独立组件提供。”另外,公司还提供多种过滤选项供选择,比如可更换滤芯、厢式压滤机以及反冲式精微过滤装置。系统还会自动调节电解液,确保电解液的 pH 值始终保持在中性范围内。“电解液应该平均每年更换一次。”ECM 专家建议说。

有关 ECM 工艺技术的详细说明及视频,请见:https://www.EMAG.com/technologies/ecm-electro-chemical-machining.html

 

材料硬度没有影响

根据加工目的可以区分多种不同的工艺技术:去毛刺和倒棱适合使用静止的电极进行加工。而采用移动式阴极时,刀具(电极)以恒定进给率接近工件,这与机械钻孔和拉削类似。精密电解加工 (PECM) 则可用于三维形状加工,此时的刀具(电极)形状是待制造工件的反面镜像形状。“在 PECM 工艺中,电极振动并叠加电脉冲构成电与机械的复合加工,从而确保在更小的加工间隙下(工件与电极之间的加工间隙)进行电解加工达到更精确的精度”,Groß 说。

Franz Groß 补充说:“虽然刀具(电极)与工件从不接触,但我们在电解拉削时实现最高每分钟 4 mm 的进给率;对于非常精细的工件,进给率则保持在 0.2 mm。”这不受材料的影响,“唯一的前提条件就是电导率。”与切削加工不同的是,材料硬度对于工艺以及工艺持续时间几乎没有任何影响。“由此也可以省略某些工艺步骤,工件可以在热后进行电解加工。”

能满足各种需要的机床

埃马克的 CI 和 CS 系统非常适合去毛刺和钻孔加工。CI 代表 Comfort Integrated,是一款配备集成电解液管理系统的机床。Groß 说:“两个 CI 模块也可以组合成一个 CI Duo,两者共享集成电解液管理系统;如此不仅可以简单地扩展生产能力,而且能轻松帮助客户入门 ECM 工艺技术。”CS 是连接在中央电解液管理系统上的标准款型。

Premium Integrated (PI) 是用于 PECM 工艺技术的模块化机床平台,可替代机械拉削和切削加工。它以具备相应紧凑尺寸的 CI 机床为基础。“包含电解液管理以及电气技术装置的整体机床安装在可使用叉车进行运输的底架上,并且只需要 5.5 平方米的占地面积”,Groß 解释说。

采用模块结构的加工区可容纳两个不同的模块:配备振荡器的 PECM 模块或 ECM 成型沉降模块。两者都可用于同步加工多个相同的工件。这里也有一个标准型号 (PS) 可用于共享中央电解液管理系统的多台机床。

这些机床采用广受欢迎的西门子控制器 Simatik S7-1500 和 Sinumerik 840D sl 进行控制,这两种控制系统的编程方法完全相同。Franz Groß 说:“如果要加工一种新的工件,只需要调出系统中存储的、合适的类型程序并输入相应的参数即可。”

ECM 工艺技术优势一览

  • 刀具磨损小(阴极),适合于批量生产
  • 表面光洁度可达到 Ra 0.05 微米
  • 加工精确度高
  • 工件不会受到热力和机械应力的负面影响,因此不会改变材料属性
  • 硬度、韧性和磁性不会改变
  • 可以进行小型薄壁件加工而不变形
  • 重复精度极高
  • 简单高效的制造工艺,无需去毛刺或抛光等返修工作
  • 在一道工序中完成粗加工/精加工/抛光
  • 可以加工超硬合金
  • 可同时加工宏观和微观结构

 

关于 EMAG ECM
位于德国霍巴赫的 EMAG ECM GmbH(埃马克电化学加工有限公司)是埃马克集团旗下一家致力于电化学加工的技术公司。该公司的业务侧重点之一就是切削加工过程中的去毛刺。在生产规划过程中常常会忽略这一道工序,因此会影响整套系统的经济性。埃马克则填补了这一方面的空白,并可提供出自一手的包含去毛刺工序在内的整体切削加工过程。
另外,EMAG ECM 还对这一工艺技术进行持续研发,使其现在甚至可以替代传统的钻孔、拉削和切削加工。该公司提供适合极硬材料的以及无残留物加工战略工件的解决方案。比如与传统切削加工相比,ECM 机床可以更高效地利用电解加工生产整体叶盘等发动机部件。公司的电解加工产品和服务范围广泛,从咨询、研发和原型生产,一直到完整的解决方案。

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