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

• Autorzy: Ruszaj Adam

Warianty tytułu

PL

Elektrochemiczna obróbka bezstykowa - charakterystyka procesu, kierunki rozwoju oraz praktyczne zastosowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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.

PL

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.

Słowa kluczowe

EN

electrochemical machining; electrochemical dissolution; hydrodynamic conditions; turbines of aircrafts; engines; micro technologies

PL

obróbka elektrochemiczna; roztwarzanie elektrochemiczne; warunki hydrodynamiczne; turbiny silników lotniczych; mikrotechnologie

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Akademii Nauk Stosowanych w Nowym Sączu
• Czasopismo: Journal of Engineering, Energy and Informatics
• Rocznik: 2021
• Tom: No. 1
• Strony: 69--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., fot., rys., wzory

Twórcy

autor

Ruszaj Adam

• State University of Applied Sciences in Nowy Sącz, Institute of Technology, 33-300 Nowy Sącz, Zamenhoffa 1A street

Bibliografia

• Bhattacharyya, B., Munda, J., Malapati, M. (2004). Advancement in electrochemical micro-machining. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 44(15), 1577-1589.
• Choi, S.H., Kim, B.H. Shin, H.S. Chung, D.K., Chu, C.N. (2013). Analysis of electrochemical behoviors of WC-Co Alloy for micro ECM. Journal of Material Processing Technology, 213(4), 621-630.
• Davydov, A.D., Kozak, J. (1990). Vysokoskorostnoe elektrochimiczeskoje formoobrazovanie. Moskva: Izd. Nauka.
• Dong, Z.D. et al. (2016). Cathode design investigation based on iterative correction of predicted profile errors in electrochemical machining of compressor blades. Chinese Journal of Aeronautics, 41(4), 5-22.
• Hindua, S., Pattavanitch, J. Experimental and numerical investigations in elektro-chemical milling. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 12, 79-89.
• Klocke, F. et al. (2014). Turbomachinery component manufacture by application of electrochemical, electro-physical and photonic processes. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 63, 703-726.
• Klocke, F., Zeis, M., Klink, A., Veselovac, D. (2013). Experimental Research on the Elektrochemical Machining of Modern Titanium and Nickel - Based Alloys for Aero Engine Components. Procedia CIRP, 6, 369-373.
• Kozak, J. (1975). Kształtowanie powierzchni obróbką elektrochemiczną - bezstykową (ECM). Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, Seria: Mechanika, 41.
• Kozak, J. (2018). Mathematical Modeling of Advanced Manufacturing Processes. Scientific Library of the Institute of Aviation, 56.
• Niu, S., Qu N., Fu S., Fang X., Li., H. (2017). Investigation of inner jet electrochemical milling of nickel based Alloy GH4169/Inconel 718. International Journal of Manufacturing Technology, 93, 2123-2132.
• Oczoś, K.E., Liubimov, V. (2003). Struktura geometryczna powierzchni. Rzeszów: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej.
• Paczkowski, T. (2012). Symulacja komputerowa obróbki elektrochemicznej powierzchni krzywoliniowych elektrodą roboczą o złożonym ruchu translacyjnym (Computer simulation of electrochemical machining curvilinear surfaces using electrode tool with complex movement). Bydgoszcz: Bydgoszcz University.
• Ruszaj, A. (1999). Niekonwencjonalne metody wytwarzania elementów maszyn i narzędzi (Unconventional methods of machine parts and to ols manufacturing). Kraków: Instytut Obróbki Skrawaniem.
• Ruszaj, A. (2016). Some aspects of electrochemical machining accuracy improvement. Proceedings INSECT 2016: International Symposium on Electrochemical Machining Technology VUB Vrije Universiteit Brussel. Faculty of Engineering.
• Ruszaj, A., Czekaj, J., Miller, T., Skoczypiec, S. (2005). Electrochemical Finishing Surfaces After Rough Milling. International Journal for Manufacturing Science and Technology, 7(2), 21-26.
• Ruszaj, A., Czekaj, J., Skoczypiec, S., Chuchro, M. (2005). Some aspects of surface electrochemical microfinishing. Proceedings of The 19th International Conference CAPE, Australia.
• Ruszaj, A., Skoczypiec, S., Józef Gawlik, J. (2016). Special Equipment and Industrial Applications of Electrochemical Machining Process. Management and Production Engineering Review, 7(2), 33-41.
• Ruszaj, A., Zybura, M., Żurek, R., Skrabalak, G. (2003). Some aspects of the electrochemical machining process supported by electrode ultrasonic vibration optimization. Proc. Instn. Mech. Engrs., 217, Part B:J. Engineering Manufacture, 1365-1371.
• Schulze, H.-P., Ruszaj, A., Gmelin, T., Kozak, J., Karbowski, K., Borkenhagen, D., Leone, M., Skoczypiec, S. (2010). Study of the Process Accuracy of the Electrochemical Micro Machining using Ultra Nanosecond and Short Microsecond Pulses. Proceedings of the 16th International Symposium on Electromachining.
• Skoczypiec, S., Grabowski, M., Ruszaj, A. (2012). Research on Unconventional Methods of Cylindrical Micro-Parts Shaping. Key Engineering Materials, 504-506, 1225-1230.
• Skoczypiec, S., Ruszaj, A. (2005). Discussion of Cavitation Phenomena Influence On Electrochemical Machining Process. International Journal for Manufacturing Science and Technology, 7(2), 27-32.
• Skoczypiec, S., Ruszaj, A., Lipiec, P. (2010). Research on electrochemical dissolution localization in case of micro machining with ultra-short pulses. Proceedings of the 16th International Symposium on Electromachining 2010, 319-322.
• Tang, L. Gan, W.M. (2014). Utilization of flow field simulations for cathode design in electrochemical machining of aerospace engine blisks channels. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 72, 1759-1766.
• Wijers, J. (2014). Upgrading to PEM. µMikroniek - Professional Journal on Precision Engineering, 54(3), 48-53.
• Xianghe, Z., Xiaolong, F., Yongbin, Z., Pengfei, Z., Di Z. (2016). In situ fabrication of ribbed wire electrodes for wire electrochemical micro-machining. International Journal Electrochem. Sci., 11, 2335-2344.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).