PRELUCRAREA PRIN ELECTROEROZIUNE1.Principiul procedeului

Electroeroziunea introdus n industrie pentru prelucrarea de precizie mare toate sortimentele de materiale conductoare: metale; aliaje; grafit; ceramice (cermeii); etc.

1.1 Definirea procesului

Definim procesul de electroeroziune ca o decupare de particule material trecerea unei serii succesive de descrcri electrice, separate unele de altele printr-un timp dat. Acestea din urm se mprtie (pulverizeaz) ntre doi poli (electrod sau scula de prelucrare i piesa de prelucrat).

Descrcrile electrice sunt date de ctre un generator de impulsuri

Fig.1 Schema de principiu a procesului de electroeroziune

Prelucrarea prin electroeroziune se efectueaz prin formarea i descrcarea unor scntei electrice ntre doi electrozi pui sub o tensiune electric determinat, cei doi electrozi sunt scufundai ntr-un lichid izolant denumit dielectric (v. fig.1 i 2), la care piesa reprezint polul negativ iar electrodul polul pozitiv. Intre cei doi electrozi trebuie s existe un interstiiu, denumit garda de apropiere (Gap, v. fig.1) , prin care s circule dielectricul i s antrenate reziduurile rezultate n urma prelucrrii (erodri) piesei (v. fig.1 i 2).

Fig.2. Elementele procesului de descrcare dintre cei doi electrozi (pies () i electrod (+)) n prezena dielectricului1.2 Principiul fizic al electroeroziunii

De fiecare dat cnd cei doi electrozi se afl ntr-un mediu dielectric izolant, tensiunea pe care o aplicm ntre cei doi electrozi este suficient pentru crearea unui cmp electric (v. fig.3) superior rigiditii dielectricului lichid.

Fig.3 Schemele prin care ncepe s se orienteze particulele de electrolitSub aciunea cmpului electric, ionii liberi pozitivi i electronii sunt accelerai crend un canal de descrcare care devine conductor, acesta este un punct precis de formarea scnteilor. Acest fenomen antreneaz coliziuni ntre ionii (+) i electroni (-). Atunci se formeaz un canal de plasm (v. fig.3)

Fig.4 Schemele formrii plasmei

Sub efectul ocului, se creeaz o temperatur foarte mare (v. fig.4) ntre cei doi poli i n jur se formeaz bule de gaz care ncep s se mreasc. Pe de alt parte, temperaturile mari ce sunt produse ntre cei doi poli, fac ca s se vaporizeze o parte din materialul piesei, electrodul se uzeaz foarte puin.

Fig.5 Sfritul procesului

In aceast situaie (bule mari de gaz i materialul topit dintre cei doi poli), taie curentul electric. Canalul de plasm dispare odat cu el i scnteile. n dielectricul lichid bulele de gaz fac implozie (explodeaz ctre interior) (v. fig.5) .

Punnd cap la cele spuse, se constat c, forele create s topeasc material de pe cei doi poli sub form de cratere (v. fig.1 la 5). Materia topit se solidific. Ele sunt antrenate sub form de bule de ctre dielectricul lichid, pentru constituirea ce putem spune procesul de achiere prin electroeroziune. 1.3 Corelaia dintre fluxul de curent (U,I) i cldur

Variaia curentului i tensiunii sunt specifice fiecrei etape de desfurare a procesului (v. fig. 6, 7 i 8), [oelheld technologies].

Tensiunea aplicat ntre electrod pies variaz n funcie de timp. Variaia temporal este se desfoar faz cu faz (v. fig.??). La nceput tensiunea crete i genereaz un cmp magnetic ntre electrozi. Datorit efectului dinamic al cmpului i forma suprafeei particulele conductoare se orienteaz, dup cum am vzut n paragraful anterior, iar tensiunea atinge o anumit valoare dup care ncepe s rmn constant un anumit timp n care se formeaz canalul de sarcini pozitive (v. fig.?? mijloc). La un moment dat, particulele ncrcate negativ sunt expulzate de ctre electrodul negativ (piesa). Ele intr n coliziune cu particulele neutre din spaiul dintre electrozi. n acest moment ncepe s scad tensiunea i ncepe creterea intensitii (v. fig.?? dreapta). Spaiul dintre electrozi din particule pozitive i negative. Fenomenul se extinde n avalane dezvoltnd o ionizare prin impact (v. fig.??).

Fig.6 Pe durata ionizrii [oelheld technologies]Aici, noi vedem, ceea ce n realitate nu vedem, cum se deplaseaz particulele ncrcate pozitiv ctre cele ncrcate negativ i invers. Prin zona ionizat trece curentul electric (intensitate crete substanial (v. fig. 7)). In aceast perioad temperatura i presiunea cresc substanial formndu-se bule de vapori (v. fig. 7)

Fig.7 Pe durata topirii i vaporizrii materialelor [oelheld technologies]Din schema de mai jos (v. fig.8), vedem cum la nceput aportul cldurii este redus deoarece curentul este sczut. Numrul de particule ncrcate electric se diminueaz repede i presiunea scade foarte mult, de asemenea i canalul de descrcare. Metalul de baz se supranclzete i se evapor ntr-o explozie i antreneaz metalul de baz. Bulele de vapori se disperseaz, de asemenea particulele de metal n fluidul electrolitic format, n principal, din grafit i gaz (v. fig.8)

Fig.8 Pe durata evacuri materialelor [oelheld technologies]

Privind schemele de mai sus, putem s facem un raport aparent ntre fluxul de curent i cdura din zon. Intr-o schem mrit [] vedem la baza electrodului (suprafaa ncrcat negativ) partea de sus, o parte a canalului de descrcare. Particulele ncrcate electric (n rou) provoac fore vibratorii la nivelul particulelor de metal care corespunde unei temperaturi mari. Atunci cnd viteza (particulelor) este suficient de mare (maroniu) particulele pot intra n vibraie chiar dac nu sunt ncrcate electric. In concluzie particulele de metal pot intra n vibraie chiar dac ele nu sunt ncrcate electric dar se afl la o anumit stare de temperatur datorit efectului termic al particulelor ncrcate electric (rou) din apropierea acestora. Aceast cldur menine canalul de descrcare provocnd formarea craterelor asupra electrodului i creterea temperaturii dielectricului.

Fig. 9 Materialele rezultate ca deeuri n urma eroziunii []

n final se obin cratere de diferite forme n funcie de parametrii U [V], I [A] i t[ s]

Fig.10 Forme de cratere obinute dup un ciclu de prelucrare []:

cratere cu o cavitate central i margini uor rsfrnte (stnga sus); cratere centru ridicat (centru); detaliu pentru aspectul suprafeei supuse eroziuni (dreapta)

Fig.11 Aspectul a dou cratere pentru dou materiale diferite,

pentru oel i ceramic[]1.3.1 Polaritatea

O explicaie referitoare la polaritate este imperios necesar. Atunci cnd se schimb particulele ncrcate negativ (bleau) i pozitive (roii) apare un flux de curent n canalul de descrcare Particulele produse atunci de cldur face ca metalul s se topeasc. Cu o durat de impuls foarte scurt, se creeaz multe particule ncrcate negativ n micare spre polul pozitiv. Multe din aceste particule vor lovii cu certitudine electrodul, plus o cantitate importanta de cldur ce se degaj. Trebuie notat c particulele ncrcate pozitiv produc mult cldur la aceeai vitez de impact masa particulelor devine ridicat. La sfritul eroziunii uzura electrodului este mai mic ceea ce face ca cea mai mare cantitate de cldur s se distribuie ctre piesa de prelucrat. Din aceast raiune impulsurile de curent sunt scurte, scula electrod este ncrcat negativ. Din contr , atunci cnd impulsurile sunt lungi, tind s devin pozitive, ceea ce duc la o polaritate pozitiv

Durata impulsurilor, care provoac schimbarea polaritii, depinde de un anumit numr de factori care sunt legai ntre ei prin caracteristicile fizice ale piesei i electrodului. Atunci cnd prelucrm oeluri cu electrozi din cupru, durata impulsurilor este de aproximativ 5 (s) microsecunde (v.fig.10).

Fig12 Schema de erodare a electrozilor n funcie durata impulsurilor []1.3.2 Timpul de prelucrare

Ca n toate cazurile de prelucrare, timpul i precizia joac un rol esenial pentru electroeroziune. Timpul de prelucrare depinde de volumul de metal prelevat dup pies atunci cnd intensitatea de eroziune este dat prin volumul prelevat VW. Ea este msurat n mm3/min sau n oli3/or. n afar de ali factori legai de uzur, precizia depinde in principal de scula electrod. Raia indicat prin aceste valori este dat n procente i indic volumul de material erodat de pe electrod comparativ cu volumul prelevat de pe pies. (v. fig.13)

Fig.13 Schema intensitii eroziunii []1.4 Starea suprafeelor prelucrate

n urma prelucrrii prin scntei, se provoac fenomene termice. n urma descrcrilor temperatura poate avea valori cuprinse ntre 8000 i 12000C. Fenomenul de descrcri la temperaturi nalte are urmri asupra structurii materialului din zona prelucrat. O analiz metalografic pe o seciune normal la suprafaa prelucrat ne indic c avem:

O zon alb eterogen constituit dintr-un amestec de soluii solide bogat n carbon care provine o parte din oel iar cealalt parte din descompunerea hidrocarburilor ce formeaz dielectricul, sub efectul cldurii realizate n timpul procesului de prelucrare.

O zon intermediar aflat ntre zona alb i metalul care nu a ndurat efectul ocului termic. Acest strat nu s-a topit dar a atins temperaturi mari dup care s-a rcit rapid. n funcie de temperatura local se produce un tratament termic de clire pentru oelurile susceptibile n acest sens.

Fig.14 Schema straturilor influenate termic

Fig.15 Imagini ale structurii ZAT []:zona acoperit cu un strat alb cu defecte sub form de cratere i structur grosolan n ZAT de tip Witmannstaten (stg. sus); zona acoperit cu un strat alb gros discontinuu, cu structur fin de tratament n ZAT (dr. sus); zona acoperit cu un strat alb gros continuu cu structur de tratament n ZAT (stg. jos); zona acoperit cu un strat alb gros cu crpturi pn la nivelul metalului de baz, cu urme de fulgi de hidrogen

Fig.16 Temperaturile dezvoltate pe normala la suprafaa

prelucrat pentru patru zone distincte []

Fig. 17 Variaia duritii ntr-o seciune normal la suprafaa prelucratCa i n cazul prelucrrilor convenionale, rezultatele obinute prin electroeroziune nu conduc la o suprafa perfect plat. Netezimea suprafeei este legat de rugozitate sub form de cratere. Aceasta este tipic pentru electroeroziune i aceast caracteristic trebuie cunoscut, ea este important mai ales atunci cnd trebuie s o ajustm.

Unitile de msur i parametrii sunt msurai n Rmax i Ra. Pentru Rmax, este dat de adncimea asperitii maxime indicat la msurtoare (v.fig.18).

Fig.18 Schemele rugozitilor Rmax (Rt) i Ra []n Frana i Germania aceast valoare este dat prin Rt, n USA prin Hmax. Acest parametru indic faptul c, suprafaa mai trebuie rectificat sau rodat.

Ra desemneaz indicele de rugozitate medie aritmetic care este totdeauna foarte important atunci cnd se execut ajustajele dintre piese. Aceast valoare este indicat cu CLA n Marea Britanie i AA n SUA (v. fig. ?)

1.4 Utilizarea curbelor tehnologice []1.4.1 Terminologia legat de curbele tehnologice

Trebuie s avem n vedere cteva cuvinte ce se refer la utilizarea acestor curbe:

CHe definete regimul de degroare;

CHf definete regimul final (starea final a suprafeei prelucrate);

Uzura volumetric a electrodului n funcie de materialul prelucrat (prelevat);

Respectarea condiiilor impuse electrodului pentru a nu depii densitatea de curent; Suprafaa frontal (Sf) se refer la suprafaa frontal a electrodului, n cm2;

Prelevarea de material volumul de material ndeprtat n funcie de timp, n mm3/min;

Supradimensionarea radial (SDR) valoarea n microni sau n mm care permit definirea mrimii unui electrod.

Fig.9 Diagramele de putere i regimurile de prelucrare

1.4.2 Descrierea curbelor

Curbele tehnologice sunt compuse din diferite curbe i grafice ce permit determinarea:

Uzurilor;

Regimului de degroare maxim;

Regimurile de prelucrare;

Valorile Gap-urilor i supradimensionarea electrozilor;

Regimurile de schimbare a electrozilor.

Puterea la degroare este definit de suprafaa frontal maxim a electrodului i de densitatea de curent admisibil.

Cupru max. 15 amperi/cm2;

Grafitul max. 10 amperi/cm2.

Dac aceste valori sunt depite, materialul este distrus printr-o nclzire local foarte mare.

Exemplu:

Un electrod din Cu care are dimensiunile 5x65 mm d o suprafa frontal de 325 mm2 sau 3,25 cm2. Densitatea de curent maxim pentru Cu este de 15 A/cm2. Ceea ce d un curent de 3,25x15 = 48,75 A. Se adopt 48A.1.4.3 Definirea puterii maximeIn partea de sus a diagramelor de regimuri (v. fig. 9) este un tabel n care sunt nscrise puterea P i nivelul intensitii I (A).Nivelul intensitii P

Niveaux dintensit P

Intensity level

Stromstufe123456789 101112131415

Curentul de vrf I(A)

Courant de pointe

Peak curent

Spizenstrom11,52346812162432

486496128

Folosind exemplul anterior 48A corespunde P12. Cu aceste valori se selecteaz curba de putere pentru regimul de degroare (v. fig. 9). 1.4.4 Regimurile de prelucrareTabelul ne permite s definim regimurile de prelucrare cu ajutorul a doi parametrii fundamentali P (puterea) A (n timpul impulsului). In acelai timp, se poate estima uzura n %, prelevarea de material n mm3/min i calitatea suprafeei prelucrate n CH sau Ra.

Parametri tehnologici trebuie alei n zona de izo-uzur (albastru, rou i galben v. fig. 9).O curb de putere este un ansamblu de regimuri de aceeai intensitate P cu variaiile n timp a impulsurilor A. Aceste curbe sunt aparent cresctoare cu uzura i diminuarea timpului de impuls. Asociind fiecare cuplu P/A, un numr de 3 cifre indicm regimul disponibil din tabelul tehnologic (primele dou cifre corespund valorilor Charmilles CH i a 3-ia cifr d clasa de uzur.

Dup ce obinem regimul maxim de degroare (CHe), putem alege regimurile conform prioritilor: vitez; uzur sczut; calitatea suprafeelor pe care le a-i fixat. 1.4.5 Valorile Gap-urilor i dimensiunea maxim a electrozilor

Fig.10 Grzile de apropiere (Gap) pentru prelucrarea prin ptrundereDeterminarea valorilor Gap-urilor i a dimensiunilor maxime a electrozilor se efectueaz automat atunci cnd folosim un Program Expert. Acesta, nu poate fi aplicat n toate cazurile de cuple cupru/oel sau grafit/oel.

Ca regul general, pentru fiecare regim corespunde o valoare a Gap ului (v. fig. 10). n acest scop sunt definite Gap urile pentru toate regimurile i dimensiunile maxime ale electrozilor.

Pentru dimensiunile maxime ale electrozilor (v. fig. 11) se alege pe curba roie Ebauche scurit moy i valoarea CHe. Dac valoarea este egal cu 45 dimensiunea maxim (pe raz) a electrodului este cu 0,7 mai mic dect a alezajului.

Dac avem de prelucrat un alezaj 20 cota electrodului va fi calculat, astfel:

el = 2x0,7 = 20 2 x 0,7 = 18,6 mm.

La prelucrarea orbital Gap ul se determin pe zona denumit Plantaire i cea denumit Plantaire final. Gap urile mai pot fi date tabelar (v. fig. 12).

Fig.11 Diagramele Gap urilor i a dimensiunilor maxime a electrozilor din Cu []

Fig. 12 Tabel cu valorile Gap urilor radiale i regimurile aferente []1.4.6 Generatorul de impulsuriEste elementul esenial pentru instalaiile de electroeroziune. El transform curentul alternativ de la reeaua de alimentare n impulsuri sub form rectangular (v.fig.13) n raport cu tensiunea i timpul de acionare a impulsului reprezentate prin diagrame. Printr-o serie de mecanisme de cuplare, la dimensiunile rectangulare i distana dintre ele pot fi adaptate fiecror condiii de lucru.

Fig.13 Generator de impulsuri []Dup cum se constat (v. fig.14) aceste impulsuri (reprezentate grafic) sunt nlnuite n funcie de tensiunea curentului i durata de gol (de tensiune nul).

Fig.14 Corelaia dintre impulsuri i timpul de gol n % []Generatorul trebuie s aib posibilitatea de a regla independent mrimea impulsurilor de curent i a timpului de meninere a acestora. Trebuie s fie reglai independent timpii de gol dintre impulsuri, el se d de obicei n procente. Toi timpi sunt de ordinul milionimilor de secund (microsecund [s]). De exemplu, dac intervalul de timp dintre impulsuri este de 25 s pentru durata impulsurilor de 100 s raportul t = 2x(100/25)X100 = 80% . De aici rezult c intre dou impulsuri de 80% avem un timp de gol de 20%

1.4.7 Uzura electrozilor

Intensitatea erodrii pentru o prelucrare de electroeroziune cu un curent mic nu este foarte important, invers, un curent semnificativ de mare conduce la o intensitate a eroziunii ridicat. n acelai timp, procentajul volumic al uzurii electrodului este proporional volumul de material dislocat din pies Vw cu ajutorul electrodului din Cu. Este o diferen de uzur dintre electrozii din cupru (cuivre, fr. v. fig. 15) i cei din grafit (graphite, fr. v. fig. 15) la prelucrarea otelului (acier, fr. v. fig. 15). Cu ct creste intensitatea curentului pn la un anumit nivel uzura se mrete, la un moment dat ea rmne constant (v. fig. 15)

Fig.15 Corelaia dintre volumul de prelucrat i mrimea

impulsurilor curentului pentru oel []

Fig.16 Corelaia dintre volumul de prelucrat i mrimea

timpului de aplicat impulsurilor de mrime constant pentru oel []

Fig.17 Variaia calitii n funcie de mrimea timpului impulsului tp

i intensitatea curentului ie

Fig.18 Variaia calitii suprafeelor de amplitudinea curentului i timpul de meninere a curentului

Fig.19 Scheme de generare a cavitilor cu ajutorul electrozilor masivi profilai:

- schema de prelucrare a unei piese prismatice; - schema de prelucrare a unei biele; - schema de prelucrare a unui alezaj interior.

Mainile de electroeroziune sunt la ora actual conduse numeric (CNC). n aceast situaie mainile sunt construite n acest sens. Pentru deplasarea sniilor portscul se folosesc dou tipuri de mecanisme de transformare:

1. Mecanismul clasic urub piuli (v. fig.20);2. Mecanismul cu culis (v. fig.20).

Orice sistem de prelucrare condus numeric trebuie s conin urmtoarele subsisteme:

Subsistemul de acionare format din motoare electrice rotative legate la mecanismul urub piuli (v.fig.21) sau cu motor liniar (v.fig.21). Avantajul motorului liniar const n faptul c elimin o parte dintre forele de inerie datorate mecanismului de transformare urub piuli, precum i erorile introduse de aceste mecanisme; Subsistemul de detectare a GAP (v.fig.21, v.fig.21) legat la

Comanda numeric (CNC) care conduce procesul de electroeroziune (v.fig.21, v.fig.21) cu ajutorul programului pies introdus de ctre programatorul de proces;

La sistemele de prelucrare clasice CNC comanda numeric conduce procesul de prelucrare prin intermediul unui procesor care leag grupul motor traductor de un variator de turaii comandat numeric (v.fig.21); La mainile din generaia nou conceptul s-a schimbat radical astfel, firma SODICK a construit un sistem integrat prin care motorul liniar (elementul de execuie) este supravegheat de ctre un controler (controlor) de axe.

Sculele sunt electrozii care sunt confecionai din materiale cu conductivitate electric foarte bun din aliaje de cupru sau din grafit

Fig.21 Schemele simplificate ale sistemelor de prelucrare clasice cu conducere numeric i a noilor sisteme de prelucrare 2.Prelucrarea prin electroeroziune cu fir a semifabricatelor /pieselorPrelucrarea cu fir este un caz particular al prelucrrii cu electrod masiv. Electrodul de aceast dat este un fir de aliaj de cupru care trebuie s fie foarte flexibil i s asigure o rigiditate transversal atunci cnd este supus la ntindere.

2.1 Elementele de principiu ale procesului de prelucrare cu fir

Electrodul este un fir ncrcat cu sarcin electric pozitiv (+) iar semifabricatul este legat la polul negativ (-) (v. fig.22). Desigur toate celelalte elemente care descriu fenomenul fizic au fost descrise n prima parte a lucrrii. Pentru evitarea reducerii diametrului srmei n timpul descrcrilor electrice i a fenomenelor fizice produse pe durata lucrului srmei i se aplic o micare de translaie prin interstiiul format (v. fig.23)

Fig.22 Schema principiului fizic al descrcrilor electrice dintre electrod i semifabricat

Fig.23 Schema de antrenare a firului cu ajutorul rolelor de antrenare

Fig.24 Schema operaiei prelucrare a unui alezaj

cu conicitate n partea inferioar n dou faze

Fig.25 Schema operaiei prelucrare a unui alezaj

cu conicitate n partea inferioar n dou faze

Fig.26 Schema de principiu al mainii de prelucrare cu fir

Dup cum se vede din fig.26 maina este dotat cu dou role de antrenare care pot fi motoarea sau conduse dup sensul de deplasare al firului n jos sau n sus (v. fig.26) ghidate de dou ghiduri unul superior (sus) i altul inferior (jos) atunci cnd dorim s generm suprafee nclinate se monteaz i filiere de deviere firului (v. fig.24, fig.25).

Utilajul mai conine i un circuit pentru dielectric din ap deionizat. Acesta este format dintr-un filtru i o pomp (v. fig.26)

Mainile cu comand numeric au o structur constructiv foarte complex (v. fig.27). O astfel de main conine (v. fig.27):

Un bloc CNC mpreun cu generatorul de curent (ne specificat pe desen); Dou sisteme de deplasare al rolelor:

Pentru rola inferioar deplasrile se efectueaz n planul XY prin intermediu a dou snii suprapuse acionate de motoarele rotative Mx i My;

Pentru rola superioar deplasrile se efectueaz n planul UV prin intermediu a dou snii suprapuse acionate de motoarele rotative Mu i Mv;

Circuitul dielectricului se realizeaz printr-un grup hidraulic din dou circuite unul pentru filtrare iar cellalt pentru refulare n conducta de alimentare cu dielectric.Lucrul la o astfel de main are itinerariul:

1. Realizarea proiectului pies de biroul CPAC (CAD);

2. Realizarea programului pies de biroul FAC (CAM);

3. Transmiterea programului pies la CNC pentru a fi executat.

Fig.27 Schema constructiv a unei maini CNC de prelucrare cu fir.2.2 Produse obinute prin electroeroziune Forme complexe de dimensiunii mici prelucrate cu fir (v. fig.28);

Cochile pentru turnarea aluminiului sub presiune (v. fig.29); tane i matrie complexe (v. fig.30);

Plci tietoare pentru tane (v. fig.31);

Piese electronice (v. fig.32)

Fig.28 Piese prelucrate cu fir

Fig.29 Cochile prelucrate cu electrozi profilai din grafit prin metoda copierii

Fig.30 Elemente a le tanelor i matrielor complexe

Fig.31 Plac tietoare pentru tanare

Fig.32 Diferite piese electronicePrelucrarea electrochimic [] (PEC)

(ECM)

1. Principiul procedeului

1.1 Legile generale ale electrolizei

ntr-o celul electrolitic (v. fig.1) sunt permise reacii diverse care explic eliminarea metalului de pe anod din cauz c se creeaz o diferen de potenial ntre cei doi electrozi. Aceast prelevare de metal se realizeaz prin producerea succesiv de atom dup atom conform cu legea lui Faraday care stipuleaz:

Cantitatea de metal prelevat sau depus este proporional cantitatea de curent;

Cantitile elementelor metalice prelevate sau depuse, pentru aceeai cantitate de curent, sunt proporionale cu valena gram a lor.

Aceasta ne d masa prelevat M pentru un element de mas atomic A i valena n pentru un timp t i intensitatea curentului I:

()

unde:

F (=96 500 C) este constanta lui Faraday;

randamentul electrolizei care poate calcula cu o formul extins pentru un aliaj:

()

unde x procentajul componentelor m din aliaj.

Masa prelevat devine:

()

Dac introducem constanta de aliaj, astfel:

()

atunci se obine pentru M:

()Rezult c, masa dislocat depinde de produsul dintre intensitate i timp, dar nu de starea de tratament a materialului.

Fig1 Schema unei celule electrolitice []

Legea lui Faraday fixeaz cantitatea maxim de material dislocat n funcie de urmtoarele valori fizice:

Timp;

Masa atomic;

Valena metalului;

Intensitatea curentului.

Dar aceast lege nu fixeaz densitatea de curent, viteza de dizolvare de la anod care trebuie compensat prin viteza de avans a catodului pentru a se putea prelucra n mod stabilizat ().

Pentru obinerea acestor condiii, utilizm ecuaiile legii lui Ohm:

intensitatea curentului (I) = tensiunea (U)/rezistena (R);

rezistena (R) =dintre electrozi (ye) rezistivitatea (e)/suprafaa (S).

densitatea de curent (J):

()

n practic, densitatea curentului este cuprins ntre 20 i 300 A/cm2, aceasta fiind limitat prin pasivizarea electrodului, a vitezei de disoluie (dizolvare) a anodului (v. fig.2) i viteza vs a catodului care se ia ntre 0,5 i 5 mm/min. Aceast vitez de avans este apreciat cu:

Pentru ilustrarea acestei ecuaii, dm dou exemple:

pentru prelucrarea fierului, cu o densitate de curent de 160 A/cm2, un electrolit cu conductivitatea 0,2-1cm-1 i o tensiune de dizolvare (disoluie) (U U) de 10V, obinem:

Fig.2 Curbele vitezelor de dizolvare (disoluie) anodice pentru cteva materiale [] distana dintre electrozi

viteza de avans pentru prelucrare:

dac considerm c aceasta este o valoare teoretic de disoluie a NCK20TA un aliaj ce conine 62%Ni, 20%Cr i 18%Co, cromul este hexavalent (sub form de ioni crometalici), Ni i Co bivaleni, atunci se obine:

NI: x = 62 A = 59 n = 2

Co: x = 18 A = 59 n = 2

Cr: x = 20 A = 52 n = 6

m = 8,3 g/cm3 i =1

un volum de dizolvare de 1,54x10-3/Amin, atunci pentru fier volumul este de 2,23x10-3cm2 /A min. Diferena dintre rata de prelevare a materialului este dat de Cr care are valena cea mai mare

1.2 Alegerea electrolitului

Pentru celulele ECM anodul este piesa de prelucrat (metalul dizolvat) i catodul nedizovabil este scula ntre care circul electrolitul (v. fig. 3)

Fig. 3 Gap ntre electrozi aflai n plane paralele cu o tensiune constant []Rolul fundamental al electrolitului este de asigurarea trecerii curentului pentru realizarea disoluiei anodului pe durata prelucrrii. Natura disoluiei trebuie s nu produc produse insolubile susceptibile de pasivizarea anodului (cuc izolant). Reaciile de la catod (electrodul scul) nu pot fi neglijate. Trebuie evitate depunerile metalice care altereaz forma electrodului n dauna micorrii preciziei de prelucrare.

Densitile de curent utilizate (20 la 350 A/cm2 conduce la electrolii care dau:

o conductivitate electric puternic (v. fig. 4); o viscozitate sczut pentru a avea o curgere uniform la presiune joas;

o capacitate termic masic mare i o conductivitate termic bun, pentru evacuarea caloriilor produse prin efectul Joule, o form care s evite deriva termic care conduce la pierderea stabilitii vitezei de prelucrare datorit schimbrii conductivitii electrolitului;

o temperatur nalt de fierbere pentru evitarea riscului de vaporizare;

eliminarea riscului de toxicitate la rece i n cursul prelucrrii.

Electrolitul este o soluie format din constitueni bazici sau acizi n ap. Pentru baze concentraia este de 50 pentru 300 g/L i pentru acizi 1 la 2 N care determin conductivitatea electric prin fixarea tensiunii i a vitezei de avans. Cele mai recomandate baze sunt pe baz de cloruri, nitrat sau nitrat de sodiu pentru toate materialele prelucrate ECM: oeluri, aliaje pe baz de nichel, de cobalt sau titan, cupru, aluminiu, etc. Soluiile apoase acide tari, se pot folosii la presiuni joase.

Pentru guri mici ( < 4 mm) i adncime mare (L/ >20) este recomandat folosirea acidului sulfuric sau a acidului clorhidric pentru a mpiedica formarea de precipitaiilor, care poate genera evacuare local a electrolitului n spaiul dintre electrozi provocnd deplasarea electrodului scul. Utilizarea electrozilor acizi necesit precauiuni particulare pentru evitarea depunerilor catodice de ioni metalici. Pentru toate diametrele mai mari de 4 mm, soluiile neutre sau bazice sunt preferate.

Fig. 4 Variaia conductivitii electrice la 20C n funcie de diveri electrolii []:

1 acid sulfuric; 2 acid nitric i sulfuric; 3 potasiu; 4 clorura de potasiu; 5 sod; 6 clorur de sodiu.

1.3 Distana dintre electrozi

(Gap = garda de apropiere dintre electrozi)

Este important s cunoatem, pentru viteza de avans a sculei vs dat i o tensiune U aplicat, evoluia distanei dintre electrozi sau Gap. Dac vom supune conductivitatea electric a electrozilor mult superioar a celei electrolitului, putem considera c suprafeele formeaz o fereastr cu distribuii echipoteniale i conductivitatea electrolitului e constant n Gap. Suma potenialelor electrozilor i supratensiunea U este mic n raport cu tensiunea aplicat U, legea lui Ohm poate fi aplicat tensiunii (U U), aceasta permite scrierea ecuaiei difereniale a sistemului folosind legile lui Ohm i Faraday prin care se evalueaz apropierea electrodului dy pentru un timp dt (v. fig.5.a):

cu

Pentru un catod fixat (vs = 0), ceea ce este cazul prelucrrii statice ecuaia are soluia:

cu y0 Gap pentru t = 0 (v. fig 5.b)

Gap crete proporional cu rdcina ptrat a timpului.

Fig.5 Legtura dintre materialul dislocat i avansul catodului a

i variaia Gap n raport cu timpul []Dac avansul este uniform (vs 0), i vom ine Gap = constant, rezult dy/dt = 0, viteza de avans a sculei compenseaz viteza de regresie a piesei i caracterizeaz prelucrarea dinamic n toate variantele.

Pentru analiz, lum ca unitate de distan intervalul de echilibru ye i ca unitate de timp necesar pentru trecere:

i

ecuaia devine:

Soluia pentru condiiile iniiale y = y0 i t = 0, putem spune c y = 0 i t = 0, atunci:

ntotdeauna y este mai mare ca zero, dac y = 0 atunci avem contact ntre cei doi electrozi cu apariia scurtcircuitului

Se constat c (v. fig. 6) timpul atrage atenia pentru echilibrarea Gap n funcie de valoarea y0 i tinde asimptotic spre valoarea de echilibru y = 1.

Sistemul ECM are la baz un proces de autoreglare dac tensiunea i viteza de avans rmn constante.

Fig.6 Evoluia Gap pentru o vitez de avans constant

n funcie de diferenele de ecart dintre electrozi []1.4 Natura curgerii electrolituluiEste necesar pentru definirea presiunii electrolitului care s asigure o vitez de curgere constant i suficient pentru evitarea transferului de ioni disociai dintr-un electrod la cellalt.

Tipul curgerii este definit de numrul lui Reynolds:

()

unde:

ve este viteza electrolitului prin canalul dintre electrozi;

e densitatea electrolitului;

e vscozitatea dinamic a electrolitului;

D diametrul hidraulic mediu pentru o fant de lrgime (D = 2 ).

Pentru satisfacerea celor artate anterior (suprapresiunea de pasivizare a electrozilor, etc.), este necesar o curgere turbulent, deci numrul lui Reynolds s fie mai mare de 3000.Presiunea necesar pentru nvingerea forelor de inerie i frecarea de perei sunt date de expresiile lui Bernoulli i Blasius. Aceste expresii nu sunt riguroase i nu in cont de rugozitatea pereilor electrozilor. Rugozitatea medie Ra a electrozilor este mai mic de 0,8 m.

1.5 Tensiunea de alimentare pentru electrozi

Alegerea tensiunii de alimentare U de la bornele generatorului se face pe un criteriu tehnic i un criteriu economic.

Criteriu tehnic

Tensiunea adoptat este suficient pentru asigurarea dislocrii tuturor constituenilor aliajului (v. fig. 7). Aceasta implic ca, curbele de polarizaie fie compatibile cu fiecare element n parte. Densitatea de curent este de asemenea influenat de tensiune care definete Gap (v. fig. 8)

Fig.7 Tensiunea de dislocare n raport cu tensiunea de alimentare []

Fig. 8 Variaia Gap n funcie de tensiunea de alimentare pentru o vitez de avans dat [] Criteriul economic

Pentru abordarea acestui parametru, lum un exemplu de disoluie anodic a fierului care are valena 2, pentru care furnizeaz 2 electroni pentru un atom de metal dislocat. Sarcina electric a unui electron este de 1,610-19C i un atom gram de fier (56 grame 7 cm3) conine 61023atomi; atunci, pentru dislocarea a 56 grame de fier, 192000 C (sau A/s).Considernd criteriul economic pentru dislocarea celor 56 grame de fier pe o main care dispune de un generator 5000A permite o suprafa de prelucrare (intensitate maxim/densitate de curent pe cm2), noi avem o resurs de 90 kW sub 18V, sunt aproximativ 1,5 kW/g, i de 30 kW sub 6V, avem 0,5 kW/g.

ntr-un calcul al preului de revenire, trebuie s lum n considerare puterea absorbit prin circularea i regularizarea temperaturii electrolitului.

Dac puterea consumat pentru un echivalent de material dat, apare necesitatea de prelucrare pe baz de tensiune, intensitatea este determinat de densitatea de curent, de Gap, nclzirea electrolitului, etc.

1.6 Evaluarea temperaturii n electrolit

ntr-o celul electrolitic, rezistena ohmic poate fi exprimat, pentru o seciune dat s (cm2), prin relaia:

de unde intensitatea curentului care traverseaz electrolitul ia valoarea:

Neglijnd cldura rezultat prin efectul Joule Lentz, creterea temperaturii electrolitului dintr-un element electrolitic cuprins ntre electrozi pentru o lungime parcurs x este dat:

C reprezint capacitatea termic a electrolitului.

Atunci gradientul de temperatur este:

cu

Pentru o concentraie dat (de exemplu fig. 9), conductivitatea electrolitului variaz liniar cu temperatura :

Fig. 9 Conductibilitatea clorurii de sodiu

n funcie de concentraie i temperatur []cu coeficientul de temperatur a conductivitii:

indicele 0 corespunde caracteristicilor electrolitului nainte de introducerea sa n zona de prelucrare.

Evaluarea temperaturii, se pleac de la variaia d/dx = Be, devine:

sau densitatea de curent n punctul x (v. fig.10) d:

Fig. 10 Elementele curgerii i temperaturii

n timpul prelucrrii []Dup aceast ecuaie, densitatea de curent crete exponenial pe msur ce se ndeprteaz de punctul de intrare a electrolitului (v. fig. 10). Gradul de prelevare variaz identic pe model, atunci cnd Gap ye nu este uniform. De exemplu, pentru electrolitul NaCl, = 0,02 pentru 1C i o evoluie a temperaturii 0 = 50C, Gap este multiplu de 2 ntre intrare i ieire, aceasta sunt deprtrile Gap. Bulele de hidrogen ca dimensiune, repartiie,, modific conductivitatea electrolitului i caracterul prelevrii de metal face dificil determinarea unor relaii matematice. Variaia Gap antreneaz corecii ale formei catodului pentru aceleai valori n momentul concepiei

2.Determinarea elementelor catodului

2.1 Definirea tipului de curgere i izolarea sculei

Aplicarea legilor lui Ohm i Faraday pun n eviden un parametru foarte important Gap latera,izolarea corpului catodului pe anumite pri neactive. In sfrit, n cazul ptrunderii cu un electrod cilindric, Gap ia o form parabolic (v. fig.11.a) pe lateral.

Fig.11 Influena izolrii electrodului asupra formei pereilor piesei []

Izolarea conduce obinerea unor perei paraleli cu axa de ptrundere (v. fig.11.b) i o influen asupra distribuiei curentului pe suprafaa piesei de prelucrat. In sfrit, o densitate de curent n afara zonei prelucrate nu este de dorit, cnd el provoac un atac selectiv aprnd fenomenele de coroziune, picturi de metal ndeprtate sub form de gruni etc. (v. fig. 12). 0 densitate mare de curent este meninut la nivelul activ al sculei, acesta diminundu-se asimptotic pe partea lateral a sculei (v. fig. 12).

Fig.12 Distribuia potenialului de curent la prelucrarea cu scula electrod cilindric []Potenialul n punctul A corespunde tensiunii de disoluie unde toi componenii aliajului sunt prelucrai. De aici mai departe potenialul scade conform legii lui Ohm iar unii constitueni sunt atacai selectiv. In punctul B nu se mai produce nici un atac asupra nici unuia dintre componeni. n zona AB se produce un atac selectiv, de aceea este necesar izolarea lateral a electrodului (v. fig.13)

Fig. 13 Efectul curenilor parazii, cu sau fr izolaie []Sunt mai multe moduri de prelucrare, deoarece sunt mai multe moduri de curgere a electrolitului. Forma clasic de prelucrare folosete un catod cu un canal interior (v. fig. 14) prin care se introduce electrolitul. Este necesar ca profilarea electrodului s se fac astfel nct s se evite turbulenele pe suprafaa activ a acestuia . Pentru atingerea acestui scop trebuie s reducem Gap lateral printr-o izolare corect amplasat, iar curgerea electrolitului s fie indirect (v. fig. 15). Aceasta este util atunci cnd dorim s avem o temperatur care s varieze ntre anumite limite pentru a nu ieii piesa din limitele de toleran impus.

In acest caz este posibil eliminarea striaiilor produse prin ruperea filmului de electrolit cnd folosim un circuit invers (v. fig. 15). Vom plasa zona de lucru pe faa frontal sub carcasa de izolare unde electrolitul este inut sub presiune.

Nu este totdeauna posibil s efectum trimiterea electrolitului prin canale special realizate pentru atingerea scopului descris mai sus. Se poate fora electrolitul s treac printre doi catozi scul (v. fig. 16) ntre care se gsete piesa de prelucrat.

Fig.14 Schema de prelucrare clasic folosind curgerea direct []

Fig.15 Schema de prelucrare mbuntit folosind curgerea indirect []

In toate cazurile, trebuie s eliminm curenii parazii pentru evitarea picturilor de pe suprafeele atacate ale piesei (v. fig. 12 i 13). Aceasta impune izolarea lateral a electrozilor pn la civa mm de zona de prelucrare.

Pentru a face o alegere a tipului de curgere trebuie s inem cont de avantajele i dezavantajele fiecruia:

Curgerea direct (v. fig.14) se caracterizeaz prin alimentarea cu electrolit prin interiorul catodului i favorizeaz starea suprafeei frontale n detrimentul prelucrrii laterale. Acest tip de alimentare creeaz n dreptul ieirilor uor defecte (praguri) de dimensiuni dependente de lrgimea fantelor de alimentare cu electrolit (v. fig. 14);

Curgerea indirect (v. fig.14) alimentarea cu electrolit se face prin exteriorul catodului ceea ce favorizeaz starea suprafeelor laterale. Pentru acest de curgere fiecare defect este dependent de defectul precedent existent.

Fig.16 Exemplu de curgere tangenial [] Curgerea tangenial (v. fig.16) const n a realiza un circuit circular a electrolitului ntre doi electrozi care trebuie astfel plasai nct s se realizeze cotele impuse. In acest tip de circulaie, suprafaa prelucrat este lipsit de defecte provocate de circulaia electrolitului dar lungimea electrozilor genereaz variaii ale Gap foarte importante.

n toate cazurile, o calibrare a seciunilor de intrare i ieire s se fac omogenizarea filmul de electrolit dintre electrozi.

2.2 Definirea formei catodului

Forma catodului este dat de forma desenul de execuie diminuat cu Gap , dar dup cum am artat la paragraful 1.3 aceast form nu poate fi obinut n cotele impuse dac nu se cunoate cu precizie Gap i dac nu se face o analiz a curgerii electrolitului, a liniilor de curent ale cmpului electric este fcut ntr-o manier nct s se ngrdeasc varierea unor parametrii. O lege simplificat const aplicarea cosinusurilor care dau rezultate acceptabile dac aproximm c liniile de curent sunt paralele unele cu altele i conductivitatea electrolitului este constant.

Aceast lege permite definirea unei Gap pentru un punct dat pe profil n raport cu Gap frontal ye pe cosinusul i normal pe direcia de prelucrare.

Fig. 17 Evoluia Gap n funcie de forma catodului []

2.3 Calitatea suprafeelor

Obinerea unei caliti bune are avantaje pentru ECM. Acestea depind de:

curgerea electrolitului este uniform. Curgerea turbulent (Re > 3000) este preferat curgerii laminare care nu provoac formarea drelor sau a rizurilor pe pies;

natura electrolitului poate provoca o disoluie preferenial pentru unele faze ale aliajului sau mbinarea grunilor. In cazul materialelor neomogene, elementele care au un potenial de disoluie mai mic, n funcie de natura lor, structur sau tensiuni interne sunt dizolvate mai rapid; din contr, un grunte din de material un potenial superior al electrodului in configuraia materialului este supus unei viteze de disoluie mai mic cea ce conduce la formarea unor protuberane pe suprafa. Aceste consideraii arat c, dac diferena de potenial sau/i densitatea de curent crete, aceast variaie local a potenialului de disoluie are un efect mai mic.

densitatea de curent, nu explic, din cele artate anterior, obinerea unei caliti bune a suprafeelor pentru materialele foarte omogene. Dac, se execut o microgeometrie superficial exist puncte de disoluie prefereniale, ele sunt plasate n locurile unde pasivizarea este foarte important i diminuarea densitii de curent; cu titlu de informare, variaia rugozitii luat n funcie de densitatea de curent explic cele discutate la acest punct (v. fig.18).

Fig. 18 Rugozitatea (pe lungimea de referin l = 103 m)

n funcie de densitatea de curent pentru dou oeluri []2.4 RandamentulTeoretic prin legea lui Faraday materialul obinut este proporional cu, curentul aplicat. n realitate, energia necesar este legat de randamentul de disoluie care depinde de electrolitul folosit i natura metalului prelucrat; cel mai favorabil caz ar fi s avem un randament de 100%, dar nu atinge dect 80% n condiiile operatorii inadecvate.

3.Diferenele dintre procedeele ECM

Sunt aplicaii din care rezult mai multe procedee particulare de prelucrare a materialelor conductoare de electricitate, independent de caracteristicile mecanice, notnd duritatea i reproducerea uoar a formelor complexe care odat realizate toate pe un catod (exemplu de modificri dimensionale)

3.1 Prelucrarea prismaticSe aplic in mod curent la fabricarea sculelor de matriat, ambutisat, de amprentare, la turnare sau n industria de prelucrare a plasticelor, etc.

Printre prelucrrile de prismatice prelucrarea de form (v. fig. 19.a), broarea (v. fig. 19.b) pentru care viteza de avans a catodului va (va = vs/cos, este unghiul pantei sculei) este foarte mare care asigur o vitez e disoluie identic pentru mai multe procedee printre care i decuparea de precizie (v. fig. 19.c).

Fig. 19 Exemple de prelucrri prismatice []3.2 Gurirea

Din numrul de metode de gurire cu electrolii avem pe cei acizi pentru diametre mai mici de 3 mm cu un raport mare ntre lungimea gurilor i diametrul acestora (50 la 200) dezvoltate mai ales n industria aeronautic, dar metoda poate fi folosit i n alte industrii.

3.2.1 Shaped Tube Electrolytic Machining (STEM)

Metoda folosete un tub din titan la exterior cu o rin rezistent chimic i depus prin electroforez. Partea activ de prelucrare rmne metalic. Catodul este

plasat ntr-un ghidaj pentru a se controla poziia i direcia. Electrolitul este introdus la presiune mic (viteza electrolitului este mic)prin interiorul tubului (v. tab. 1); un potenial constant de 6 la 15 V se aplic catodului pe durata prelucrrii. Pe parcursul unei durate polaritatea electrozilor este inversat (U < 7V n timp de 0,3 la 1s) pentru curirea (splarea) sculei de eventualele depuneri la catod datorit vitezei mici de deplasare a electrolitului. La gurire folosim o vitez constant de 0,5 la 5 mm/min cu un Gap cuprins 0,7 i 0,15 mm.

Procedeul STEM poate fi utilizat pentru guriri simultane avnd axele concurente pn la 17 i un raport lungime de 200 chiar i mai mult.3.2.2 Capillary Drilling (CD)

Contrar STEM, Capillary Drilling (v. tab.1), apeleaz de asemenea la ElektroChemisches Feinbohren (ECF) sau Gurire Electrochimic Fin (GEF), folosete un tub capilar din sticl (sau alt izolant), dou fire fine de aur sau de platin pe interior care servesc drept conductori electrici. Distana dintre cei doi conductori este foarte mare pentru STEM, rezistena n tubul electrolitic este foarte important i necesit tensiuni continue de 60 la 300 V.

3.2.3 Electro Stream Drilling (ESD)

Este o tehnic (v. tab. 1) similar cu Capillary Drilling n care se utilizeaz un tub din sticl subire la extremitatea sa n vederea ghidrii fluxului de electrolit. Distana dintre cei doi conductori este foarte mare n raport cu procedeul precedent, rezistena tubului electrolitic este foarte important i necesit tensiuni continue de 200 la 700 V. 3.2.4 Electro Jet (EJ)

In aceast tehnic (v. tab. 1), ghidul jetului de electrolit este suprimat; presiunea jetului este asigurat de coeziunea jetului. Acest procedeu este limitat inferior pentru diametre realizabile prin gurire electrochimic. Tensiunea de lucru necesar prelucrrii este cuprins ntre 800 i 1200 V.

3.3 Prelucrarea static

Dac, viteza de prelucrare este nul se spune c prelucrarea este static (v. fig. 20) si este folosit pentru prelucrarea marginilor, pentru prelucrarea semifabricatelor turnate sau matriate, la debavurare, la executarea unor canale de mic adncime n alezaje.

Fig.20 Prelucrare static: exemplu debavurarea marginilor []

Fig. 21 Rectificarea electrochimic []3.4 Rectificarea electrochimic

Rectificarea electrochimic (v. fig. 21), sau Electro Chemical Grinding (ECG), este o form de ECM care implic un catod un disc cruia i se imprim o micare de rotaie cu sau fr abraziv.

3.5 Polizarea electrochimic

Este prima aplicaie industrial dintre procedeele de prelucrare electrolitic; n sfrit, aceast tehnic este foarte mult utilizat n studiul structurilor metalografice pentru pregtirea eantioanelor (fr electrodul scul). Se execut polizarea pieselor dup prelucrarea prin electroeroziune pentru ameliorarea strii suprafeelor, dar trebuie s avem n vedere zonele afectate termic (ZAT).

3.6 Strunjirea electrochimic

Aceast aplicaie ECM este foarte puin dezvoltat ea se aplic mai ales n industria aerospaial i exist dou versiuni de prelucrare strunjire convenional (cu axa piesei vertical. Strunjirea electrochimic provine din prelucrrile prismatice prin adugarea micrii de rotaie a piesei (v. fig. 22)

Fig.22 Schema unei strunjiri electrochimice

cu axa piesei vertical []4. Construcia mainilor de prelucrat prin electrochimie

Mainile sunt concepute n jurul datelor teoretice pornind de la fenomenele de disoluie anodic (v. fig. 23, 24 i 25) i se ncheie cu definirea preciziei de funcionarei mainii.

4.1 Batiul

Trebuie s asigure distana cuprins dintre piesa de prelucrat, catodul necesar, presiunea mare (25 bari) i debitul de electrolit. Aceast presiune creeaz reaciuni mari n batiu, de aceea trebuie ca acesta s fie conceput i realizat cu o rigiditate mare astfel nct deformaiile s nu influeneze precizia prelucrrii impus (deformaiile s fie neglijabile). Portelectrodul/portelectrozii trebuie s fie orientaii orizontal sau vertical. Pentru anumite prelucrri particulare se impune poziia orizontal pentru maini verticale.

Batiul este supus coroziunii deaceea trebuie protejat cu vopsele speciale, elastomeri etc. S se asigure un sistem de etanare foarte fiabil pentru a se evita nfiltraiile de electrolit n interiorul batiului unde sunt plasate diferite mecanisme. Incinta de lucru trebuie prevzut cu un sistem de aspirare a vaporilor, n principal a vaporilor de hidrogen de rezultai n urma procesului de electroliz. Elementele de racordare s fie accesibile pentru curentul electric, diferite fluide (electrolit, aer comprimat), dispozitive de control (circuitul de curent electric, presiune/debit pentru electrolit, pasivizarea catozilor etc.).

4.2 Generatorul de curent

Curentul electric folosit la prelucrare este furnizat de un generator condus cu o tensiune continu (cel mai bun este curentul continuu) reglabil continuu cu o tensiune cuprins ntre 7 i 25 V cu o meninere perfect stabil la 1% n raport cu valoarea consemnat. In general constructorii de generatoare prezint o gam larg de astfel de produse care produc cureni cuprini ntre 500 i 40 000 A. In generatoarele de tensiune trebuie pulsaiile curentului trebuie s fie diminuate de ctre constructori pentru a nu nclzii electrolitul care s creasc pe suprafaa prelucrat pentru ca viteza s fie redus.

In generator sunt ncorporate sisteme de supraveghere electronic a procesului, astfel:

Detectarea curentului n circuitul de lucru pe toat perioada prelucrrii cu un Gap, arcul de pasivizare, turbulena realizat n circuitul electrolitului;

Dispozitive de stingerea arcului, a curentului pe circuit a se evita orice pericol, de incendiu.

4.3 Sistemul de conducere al mainii

Viteza de avans a catodului regleaz Gap care intervine de o manier preponderent asupra reproductibilitii procesului i preciziei de prelucrare. Valoarea sa este modulat n funcie de natura materialului, compoziia electrolitului, tensiunea utilizat sau tipul de prelucrare. Sistemul de antrenare al port-catodului prezint o vast plaje de variaie de viteze (0,1 la 40 mm/min) cu o for de avans de la 5 103 la 250 103 N pentru diferite tipuri de maini. Sunt tipuri de maini care funcioneaz ntr-o gam mare de puteri ala generatorului de curent. Stabilitatea vitezei de prelucrare trebuie s fie cuprins ntr-un interval sub 1% care este o sarcin important pentru a nu conduce la schimbarea presiunii electrolitului sau fora pe suprafaa de prelucrat.

O main ECM este considerat ca un centru de prelucrare, cu conducere numeric. Acest din urm aspect este dat de ciclul de prelucrare:

Orientarea pe poziie a catodului cu vitez mare i supravegherea coliziunilor mai ales a electrozilor;

Punerea n circulaie a a electrolitului, cu un control continuu al temperaturii minime i a pH;

Meninerea sub tensiune a generatorului la valoarea programat;

Declanarea imediat a avansului catodului la viteza programat cu o oprire precis precizat de precizia de prelucrare i evitarea incidentelor de prelucrare;

Oprirea avansului catodului;

Oprirea generatorului de curent;

Rentoarcerea la poziia iniial a catodului;

Oprirea circulaiei electrolitului

In alt ordine, conducerea numeric asigur precizia tuturor parametrilor de prelucrare (pH, conductivitate,temperatura electrolitului, avansul capului port-catod, debitul i/sau presiunea etc. toate n timpul ciclului de prelucrare.

4.3 Circuitul electrolitului

Poate fi separat sau ncorporat n main, el este compus dintr-o unitate destinat circulaiei electrolitului i o unitate de filtrare a electrolitului pentru epurarea acestuia de reziduurile rezultate n urma disoluiei.

Unitatea de circulaie a electrolitului

Dup vzut (pct. 1.4) trebuie ca s asigurm un film de electrolit omogen ntre zonele active ale electrozilor. Electrolitul circul cu vitez mare, ceea ce implic un debit mare la o presiune mare. Acest debit este variabil n funcie de amprenta de realizat. n general, debitul este cuprins ntre 250 L/min( la instalaiile 3000 A) i 1500 L/min (la instalaiile de 20 000 A) sub presiune de 10 la 25 bar. Capacitatea bazinului de electrolit variaz ntre 2 i 10 m3.

Am artat c (pct. 1.6) temperatura trebuie meninut constant, ceea ce impune o reglare la o toleran de 1C.. Pentru aceasta, noi avem, pe de o parte, elemente de rcire pentru ca s se menin electrolitul la fel ca la nceputul prelucrrii (30 la 40C) iar pe de alt parte eliminarea caloriilor produse de ECM prin efectul Joule Lentz, circuitul pompei de refulare, etc.

Unitatea de filtrare a electrolitului

O unitate de limpezirea electrolitului este necesar pentru eliminarea corpurilor solide de dimensiuni superioare Gap/2 introduse accidental ntre elementele active (electrozi), de asemenea constitueni dizolvai i evacuai sub form de hidroxizi rezultai n urma prelucrri. Pot fi amplasate sisteme diferite pentru eliminarea acestor particule pentru a menine o conductibilitate stabil.

Dintre metodele de eliminare a impuritilor, amintim:

Decantarea: hidroxizii avnd o mas specific apropiat electrolitului, decantarea acestuia se face lent, ceea ce face ca s folosim o cantitate mare de electrolit;

Centrifugarea: este o metod foarte bun, foarte rapid dar necesit o centrifug naintea pompei de refulare a electrolitului;

Filtrarea: electrolitul este obligat s treac prin filtre, metoda este bun dar limiteaz debitul de electrolit; aceast metod este rezervat instalaiilor de putere mic pentru care Gap este mic. Pentru electroliii acizi, folosii la gurirea adnc, nici un fel de filtrare nu poate fi aplicat. Eliminarea materialului dislocat se face prin nlocuirea parial a electrolitului uzat cu o cantitate de electrolit nou.

Este evident c aceste metode nu nltur complet reziduurile, dar scade semnificativ proporia de hidroxizi astfel nct s ndeplineasc condiiile de prelucrare (mrimea particulelor s fie mai mic dect Gap/2).

5. Avantajele i dezavantaje procedeului

Principalele avantaje ale ECM, sunt:

Se pot prelucra toate materialele conductoare de curent (oeluri obinuite i inoxidabile, aliaje refractare pe baz de nichel sau cobalt, aliaje pe baz de titan, materiale sinterizate etc.), care sunt prelucrate metalurgic;

Prelucrarea suprafeelor cu vitez de ptrundere destul de important ce permite finisarea suprafeelor fr perturbaii metalurgice;

Absena operaiilor de degroare;

Reproducerea formelor complexe;

Gurirea cu raportul adncime/diametru foarte mare (