Electrochemical contactless machining – process characteristics, directions of development and practical applications

Abstract

Electrochemical machining was, is and will be widely applied in industry, because of its advantages: high metal removal, good surface layer quality without tool wear. The first applications took place in case of sinking, where detail shape is obtained as electrode-tool shape reproduction in a workpiece. The results of the process mainly depend on optimal electrolyte flow and are limited by temperature and hydrogen concentration increase. Because of these problems the pulse ECM process was worked out. In PECM process limitations of temperature and hydrogen concentration were overcome, accuracy increased, however metal removal rate was significantly decreased. The next way of overcoming process limitations was the advanced kinematic (milling) and simple cylindrical electrode tool shape introduction. Here the shape of a workpiece is obtained as a result of electrode-tool trajectory reproduction and problem of electrode-tool correction doesn’t exist. Practical applications of this way of ECM machining in case of macro details were rather limited to surface smoothing because o low metal removal rate. This way of machining is widely applied in case of micro-details (D< 1mm) manufacturing. Here ECM wire cutting operation have their applications. In the paper will be presented: general problems of ECM process modeling and technological process designing. Examples of ECM process practical applications will be also presented.

Obróbka elektrochemiczna bezstykowa (ECM) jest i będzie coraz szerzej stosowana w przemyśle z uwagi na jej zalety, takie jak duża wydajność obróbki oraz brak zużycia narzędzia. Pierwsze zastosowania ECM obejmowały operacje drążenia, w których kształt przedmiotu obrabianego uzyskuje się jako odwzorowanie kształtu elektrody roboczej w materiale obrabianym. Wyniki procesu zależą głównie od optymalnych warunków przepływu elektrolitu i są ograniczone przez wzrost temperatury elektrolitu oraz koncentracji objętościowej wodoru. Aby zlikwidować te ograniczenia, opracowano proces impulsowej obróbki elektrochemicznej (PECM), w którym zlikwidowano ograniczenia wynikające z przyrostu temperatury i koncentracji objętościowej wodoru, niestety kosztem istotnego zmniejszenia wydajności obróbki. Drugim sposobem usunięcia ograniczeń procesu drążenia było wprowadzenie operacji frezowania i zastosowanie uniwersalnej cylindrycznej elektrody roboczej. Tutaj kształt przedmiotu otrzymuje się w wyniku odwzorowania trajektorii uniwersalnej elektrody roboczej, a ze względu na małe wymiary problem korekcji elektrody roboczej nie istnieje. Praktyczne zastosowania obróbki ECM uniwersalną elektrodą w przypadku obróbki makroelementów jest ograniczone ze względu na małą wydajność do operacji wygładzania. Ten sposób obróbki jest szeroko stosowany w obróbce mikroelementów (D< 1mm). Zastosowanie znalazły tutaj również operacje mikro-wycinania z zastosowaniem elektrody drutowej. W artykule omówione zostaną podstawowe problemy modelowania procesu ECM oraz projektowania procesu technologicznego. Przedstawione zostaną również przykłady zastosowań praktycznych.