التصنيع الكهروكيميائي

التصنيع الكهروكيميائي ( ECM ) هو أسلوب لإزالة المعادن عبر عملية كهروكيميائية . يُستخدم عادةً في الإنتاج الضخم ولتشكيل المواد شديدة الصلابة ، أو المواد التي يصعب تشكيلها بالطرق التقليدية. ^{[ 1 ]} يقتصر استخدامه على المواد الموصلة للكهرباء . يمكن لتقنية ECM قطع الزوايا الصغيرة أو غير المنتظمة، والخطوط المعقدة، أو التجاويف في المعادن الصلبة والنادرة، مثل ألومينيدات التيتانيوم ، والإنكونيل ، والواسبالوي ، وسبائك النيكل والكوبالت والرينيوم عالية التركيز . ^{[ 2 ]} يمكن تشكيل كل من الأشكال الهندسية الخارجية والداخلية.

في عملية التصنيع الكهروكيميائي، تُدفع أداة قطع سالبة الشحنة ( كاثود ) داخل قطعة عمل موجبة الشحنة ( أنود ). يُحقن محلول إلكتروليتي مضغوط عند درجة حرارة محددة في منطقة القطع، بمعدل تغذية يساوي معدل تسييل مادة الأنود. تتراوح المسافة بين الأداة وقطعة العمل بين 80 و800 ميكرومتر (0.003-0.030 بوصة) ^{[ 1 ].} عند عبور الإلكترونات هذه المسافة، تذوب مادة من قطعة العمل ، بينما تُشكّل الأداة الشكل المطلوب فيها. يحمل المحلول الإلكتروليتي هيدروكسيد المعدن المتكون خلال العملية. ^{[ 2 ]}

غالبًا ما يُوصف التصنيع الكهروكيميائي (ECM) بأنه " طلاء كهربائي عكسي "، حيث يُزيل المادة بدلًا من إضافتها. ^{[ 2 ]} وهو مشابه في مفهومه للتصنيع بالتفريغ الكهربائي (EDM) من حيث تمرير تيار كهربائي عالٍ بين قطب كهربائي والقطعة المراد تصنيعها، من خلال عملية إزالة إلكتروليتية للمادة تتضمن أداة كاثودية، وسائل إلكتروليتي، وقطعة عمل أنودية؛ إلا أنه في التصنيع الكهروكيميائي لا يحدث تآكل للأداة . ^{[ 1 ]} تُوجَّه أداة القطع في التصنيع الكهروكيميائي على طول المسار المطلوب بالقرب من قطعة العمل دون ملامستها. وعلى عكس التصنيع بالتفريغ الكهربائي، لا تتولد شرارات. يُمكن تحقيق معدلات إزالة عالية للمعادن باستخدام التصنيع الكهروكيميائي، دون نقل أي إجهادات حرارية أو ميكانيكية إلى القطعة، كما يُمكن الحصول على أسطح مصقولة كسطح المرآة.

نشأت المعالجة الكهروكيميائية، كطريقة تكنولوجية، من عملية التلميع الإلكتروليتي التي قدمها الكيميائي الروسي إي. شبيتالسكي عام 1911. ^{[ 3 ]} وفي عام 1929، طوّر دبليو. جوسيف عملية تجريبية للمعالجة الكهروكيميائية، إلا أن شركة أنوكوت الهندسية لم تُنشئ عملية تجارية إلا عام 1959. ويُنسب الفضل أيضًا إلى بي. آر. وجيه. آي. لازارينكو في اقتراح استخدام التحليل الكهربائي لإزالة المعادن. ^{[ 2 ]} أُجريت أبحاث مكثفة في الستينيات والسبعينيات، لا سيما في صناعة التوربينات الغازية. وقد أدى ظهور تقنية التفريغ الكهربائي في الفترة نفسها إلى تباطؤ أبحاث المعالجة الكهروكيميائية في الغرب، على الرغم من استمرار العمل خلف الستار الحديدي . وقد تم التغلب إلى حد كبير على المشاكل الأصلية المتمثلة في ضعف دقة الأبعاد والنفايات الملوثة للبيئة، على الرغم من أن هذه العملية لا تزال تقنية متخصصة.

تُستخدم عملية التصنيع الكهروكيميائي (ECM) على نطاق واسع لإنتاج أشكال معقدة، مثل شفرات التوربينات ، ذات سطح نهائي جيد في المواد التي يصعب تشكيلها. كما تُستخدم هذه العملية بكفاءة عالية لإزالة النتوءات . ^{[ 2 ]} في عملية إزالة النتوءات، تزيل عملية التصنيع الكهروكيميائي (ECM) الزوائد المعدنية المتبقية من عملية التشغيل، مما يُخفف من حدة الحواف. تتميز هذه العملية بالسرعة، وغالبًا ما تكون أكثر ملاءمة من الطرق التقليدية لإزالة النتوءات يدويًا أو باستخدام عمليات تشغيل غير تقليدية. ^{[ 1 ]}

• يمكن إنتاج مكونات الانحناء المقعر المعقدة بسهولة باستخدام الأدوات المقعرة.
• لا يوجد تآكل للأداة ، ويمكن استخدام نفس الأداة لإنتاج عدد لا نهائي من المكونات. ^{[ 4 ]}
• يمكن تحقيق جودة سطح عالية.
• لا يوجد اتصال مباشر بين الأداة ومادة العمل، لذلك لا توجد قوى أو إجهادات متبقية. ^{[ 5 ]}
• التشطيب السطحي الناتج ممتاز.
• يتم توليد حرارة أقل.

• يشكل المحلول الملحي (أو الحمضي ) خطر تآكل الأدوات وقطع العمل والمعدات. ^{[ 2 ]}
• لا يمكن تشكيل سوى المواد الموصلة للكهرباء.
• استهلاك عالٍ للطاقة النوعية. ^{[ 6 ]}
• لا يمكن استخدامه مع المواد اللينة.

يتناسب التيار المطلوب مع معدل إزالة المواد المطلوب ، ويتناسب معدل الإزالة بالمليمتر/دقيقة مع الأمبير لكل مليمتر مربع.

تتراوح التيارات النموذجية من 0.1 أمبير لكل مليمتر مربع إلى 5 أمبير لكل مليمتر مربع. وبالتالي، لإجراء قطع غاطس صغير باستخدام  أداة قياسها 1 × 1 مليمتر وبسرعة قطع بطيئة، يكفي 0.1 أمبير فقط.

ومع ذلك، من أجل معدل تغذية أعلى على مساحة أكبر، سيتم استخدام تيار أكبر، تمامًا مثل أي عملية تشغيل - إزالة المزيد من المواد بشكل أسرع تتطلب المزيد من الطاقة.

وبالتالي، إذا كانت الكثافة التيار المطلوب 4 أمبير لكل مليمتر مربع على  مساحة 100 × 100 مم، فسيتطلب ذلك 40000 أمبير (وكمية كبيرة من سائل التبريد/الإلكتروليت).

تتوفر آلات التصنيع الكهروكيميائي (ECM) بنوعين: رأسي وأفقي. وتُصنع هذه الآلات بأحجام مختلفة حسب متطلبات العمل. تتكون الآلة الرأسية من قاعدة وعمود وطاولة ورأس مغزل. يحتوي رأس المغزل على آلية مؤازرة تُحرك الأداة تلقائيًا وتتحكم في الفجوة بين الكاثود (الأداة) وقطعة العمل. ^{[ 1 ]}

تتوفر آلات CNC بستة محاور كحد أقصى. ^{[ 2 ]}

يُستخدم النحاس غالبًا كمادة للأقطاب الكهربائية. كما يُستخدم النحاس الأصفر والجرافيت والنحاس والتنغستن بكثرة نظرًا لسهولة تشكيلها، وكونها مواد موصلة، وعدم قابليتها للتآكل. ^{[ 1 ]}

• الموت غرقا
• حفر شفرات توربينات محرك الطائرة النفاثة
• حفر ثقوب متعددة
• تشكيل شفرات التوربينات البخارية
• التصنيع الدقيق
• تحديد ملامح الوجه ورسم الخطوط الخارجية
• التخريش

• لا يحدث أي تلامس بين الأداة وقطعة العمل: تفصل بينهما فجوة صغيرة.
• يجب أن تكون كل من الأداة وقطعة العمل موصلة للكهرباء.
• يتم استخدام سائل كوسيط بين الأداة وقطعة العمل (موصل للكهرباء في عملية التصنيع الكهروكيميائي وعازل للكهرباء).
• يتم تغذية الأداة باستمرار باتجاه قطعة العمل للحفاظ على فجوة ثابتة بينهما (قد تتضمن عملية التصنيع الكهروكيميائي سحب الأداة بشكل متقطع أو دوري، وعادة ما يكون جزئيًا).

• إن عملية الطحن الكهروكيميائي (ECG) تشبه عملية التصنيع الكهروكيميائي (ECM) ولكنها تستخدم عجلة طحن موصلة ذات شكل محدد بدلاً من أداة مصممة على شكل محيط قطعة العمل.

• النمذجة الكهروميكانيكية

• وصف تفصيلي
• الكيمياء الكهربائية للمصفوفة خارج الخلية