确保航空航天和军用液压系统的精加工(表面处理工艺)方法(一)电化学加工(ECM)

【i专栏】确保航空航天和军用液压系统的精加工(表面处理工艺)方法(一)电化学加工(ECM)

1、引言

在诸如喷气式战斗机襟翼、活动尾翼或导弹发射系统等不容许出现故障的场景中,液压功能至关重要。在这些情况下,任何液压故障都是不可接受的。

随着液压系统变得越来越复杂,部件的公差也变得更加严格,导致许多相交的孔和边缘可能成为潜在的故障点。为了减少人为错误,为关键部件选择最佳的精加工方法至关重要。

一些精加工方法因其众多的优点和可靠性而脱颖而出。这些方法包括电化学加工(ECM)、热能法(TEM)和磨料流加工(AFM)。ECM 利用电和化学过程去除材料,TEM 利用热能进行去毛刺和清洁,AFM 利用加压的磨料介质来平滑表面和边缘。

读完这篇文章后,您将了解这些方法的能力、它们在何处最有效以及它们的优缺点。在深入研究这三项技术之前,解决与毛刺相关的风险非常重要。
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配套教学伺服系统视频见文末

2、毛刺是什么意思

没有人想要毛刺。即使在设计、工艺规划和制造方面付出了巨大努力,也很难始终确保成品零件完全没有毛刺。

毛刺会损害零件的设计完整性,需要额外的工序来修复,造成安全隐患,并导致产品故障。这会导致额外的成本、重新制造、保修索赔、服务问题和召回,更不用说对公司声誉的潜在损害。去除或固定毛刺以防止其从零件上脱落至关重要。毛刺的特征取决于其与工件材料的附着强度,毛刺的锋利程度是安全问题的关键标准。 

3、流体系统中毛刺的影响

它始于部件的组装。液压功能涉及诸如阀芯在衬套(套筒)中的平稳运动和密封。在复杂的孔中安装密封件是一项关键操作。通常,特定的工具有助于正确定位密封件,但如果密封件遇到尖锐的边缘或毛刺,它可能会受损。这种损坏可能在发生泄漏之前未被注意到,这可能在测试阶段很久之后才会发生,例如当飞机在飞行中或火箭应该发射时。 

如今,流体动力处于许多关键领域的核心位置。它存在于一些最具挑战性的任务中——触发、控制、操纵、提升、制动、转向、调节等等。同时,对更高功率、更快响应、更精细控制和紧凑尺寸的需求推动了现代流体动力朝着更高的工作压力、复杂的设计和紧凑的尺寸发展。

航空航天处于这一趋势的最前沿,因为重量是一个关键因素。该行业受到在最小的空间和重量内,装入尽可能多功能的需求所驱动。在大多数航空航天和国防应用中,液压故障可能是毁灭性的,并可能危及生命。

4、ECM是一分钟以内的选择性去毛刺方法
视频先了解一下
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ECM 非常适合航空航天的液压铝制阀块。选择这种处理工艺,意味着您可以决定处理哪些区域。此外,您可以同时处理不同位置的多个区域,并选择要对这些目标区域应用哪种加工、去毛刺、边缘整形、抛光或结构化处理。

电化学加工(ECM)是一种基于外部直流电源,使阳极金属溶解原理运行的减材加工方法。 

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电化学加工(ECM)的关键特征之一是工具(负极-)与工件(正极+)之间没有接触。工具阴极的形状决定了材料去除的形状。电化学加工是一种成像方法。Extrude Hone在不需要加工的地方使用绝缘材料,在进行材料去除过程的区域中保持导电材料的可见。由于使用了阴极,电化学过程没有物理接触,对组件施加的应力为零。几何形状完全受到控制,工具会经历轻微的电磨损,但不会发生机械磨损。阴极是消耗品。

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最终的形状精度取决于阴极设计和加工精度。 

电解质溶液(NaCl 或 NaNO3)在工作间隙中处理电荷转移以允许溶解。由此产生的电子电流从工件中释放金属离子。被去除的材料以氢氧化物的形式出现,并通过电解质流从间隙中冲洗出来。然后,必须通过适当的分离装置将其从电解质中去除。Extrude Hone的工艺使用大型腔室压滤机来确保干净的电解液返回到机器中。

ECM 工艺提供的质量和生产率超越了传统能力。  

5、ECM的变化

 

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最常见的迭代是静态 ECM,其中阴极从其待机位置移动到工作位置一次,然后施加电流,且阴极不移动。单个阴极可以包括多个不同几何形状的区域,以同时处理多个位置。当循环结束时,阴极退回到待机位置,以使零件能够被释放。 

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动态电化学加工(Dynamic ECM)中,当阴极移动时电流会施加。通常,阴极连接到单个或双个数控(NC)控制的轴上,以实现复杂、精确的运动。这种方法用于电化学膛线加工(EC Rifling),在腔管内部创建一个螺旋槽,或者在常规钻孔无法到达的壁面后面钻孔。 

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最后,我们来到了 ECM 微观结构的处理过程。假设您需要加工各种内部或外部的图案,例如径向和轴向结构。在这种情况下,您必须以高精度和可重复性来完成它——微观结构有益于压缩机、热泵、制冷、空气轴承或清洁气体应用。ECM 为所有这些变化提供了一种解决方案,以实现生产率的提高和每个零件具有吸引力的成本。

6、ECM工艺步骤

1. 这些部件被装入 ECM 开放式夹具中。然后,夹具的顶部在底部闭合,将部件包围起来。 

2. 电解质开始流动;在施加总电流之前进行短路测试。 
3. 全电流运行,由阴极或阴极组控制。 
4. 毛 刺被去除,边缘被倒圆、成型,并应用结构。 
5. 循环结束,夹具打开。 
6. 该组件被卸载 

7、ECM最佳应用

如前所述,电解加工对于导电材料来说是理想的选择,包括那些难以加工的材料。它在加工目标区域方面表现出色,即使是那些难以触及的区域,也能实现精确控制和高生产率。许多液压元件都符合这些标准。电解加工的平均周期时间通常不到一分钟,对于简单的应用,多个零件可以在多工位夹具中同时加工。 

8、关于后处理的几句话

在电解加工(ECM)之后,通常会有一个包含电解液冲洗和钝化的两步后处理步骤操作。最常见的是简单的浸泡工位,但也有具备诸如超声波等先进清洁功能的多个自动化工位。 

9、电化学加工的优势

●  设计精度 

●  消除应力集中。 
●  增强组件寿命。 
● 工艺效率。 
● 去毛刺精度 
●  提高生产力。 
●  质量和可重复性。 

10、ECM案例研究:航空航天阀块

让我们关注一个航空航天阀块,确切地说是来自达索航空的一个,用于猎鹰喷气式飞机。在一个三步工艺流程中,5 分钟内处理了 248 个(没错,没有错别字,二百四十八个)区域。ECM 技术允许设计复杂的夹具;在这种情况下,每步一个先进的夹具。机器可以是单工位、双工位或三工位,这取决于您想要如何组织生产。该限制将是当前可用的限制,这取决于要处理的总表面。请记住,例如,相交孔表面是一个椭圆形环,有助于限制表面。

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未完待续,敬请关注…

【i专栏】确保航空航天和军用液压系统的精加工(表面处理工艺)方法

(一)电化学加工(ECM)

(二)热能法(TEM)

(三)磨料流加工(AFM)

原文作者:Bruno Boutantin

编译整理:静液压

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原文始发于微信公众号(iHydrostatics静液压):【i专栏】确保航空航天和军用液压系统的精加工(表面处理工艺)方法(一)电化学加工(ECM)

原创文章,作者:iHydrostatics静液压,如若转载,请注明出处:https://www.ihydrostatics.com

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