埃馬克高精密電解加工（PECM）技術(shù)

埃馬克公司供稿

航空、汽車等行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，需要越來越多的難加工材料，以及制造更多具有特別復(fù)雜幾何形狀的新零部件。而埃馬克（EMAG）的高精密電解加工（PECM）技術(shù)在對(duì)難加工材料制成的復(fù)雜零部件進(jìn)行加工時(shí)擁有巨大的優(yōu)勢。

關(guān)注高難度的加工要求

在這種背景下，生產(chǎn)計(jì)劃人員必須努力尋找新的創(chuàng)新性加工工藝。同時(shí)人們經(jīng)常會(huì)問：那些機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的新技術(shù)能否應(yīng)對(duì)不斷增長的生產(chǎn)需求？對(duì)于這一問題，埃馬克集團(tuán)旗下的一家電解加工（ECM）技術(shù)公司EMAG ECM GmbH給出了一個(gè)特殊的答案。埃馬克的專家們利用他們稱之為PECM的技術(shù)（“P”代表“精密”），進(jìn)一步改進(jìn)了該工藝（見圖1）。他們從一開始就特別關(guān)注加工復(fù)雜零部件過程中所需的高難度任務(wù)。正如EMAG ECM技術(shù)銷售主管理查德·凱勒所說：“在加工高強(qiáng)度合金時(shí)，許多用戶至今仍依賴高速銑削和電火花放電加工。但是這項(xiàng)技術(shù)有自己的劣勢，比如工具磨損非常大，而且產(chǎn)生高溫對(duì)材料造成不良影響。在PECM中則不會(huì)存在這些問題，即使出現(xiàn)這些現(xiàn)象，所造成的影響也是微不足道的。事實(shí)上，這正是該項(xiàng)工藝的特殊優(yōu)勢所在。”

圖1 適用于高難度二維和三維結(jié)構(gòu)工件的模塊化、可擴(kuò)展加工概念的PECM

高質(zhì)量的工藝

該項(xiàng)工藝具有出眾的優(yōu)勢：加工高強(qiáng)度合金（又被稱為“超級(jí)合金”）以及其他難加工材料時(shí)，工具基本上沒有明顯的磨損。產(chǎn)品表面質(zhì)量非常好：沒有毛刺，也沒有材料結(jié)構(gòu)損害。這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？首先，EMC工藝在清除材料的過程中，動(dòng)作非常柔和。工件作為陽極，工具作為陰極，在這兩極之間有電解液，電解液可以將金屬離子從工件上剝離。由于工具的陰極形狀代表了所期望的工件形狀，因此僅在需要清除的地方清除材料即可。通過這種技術(shù)，可以在非接觸式、不受熱效應(yīng)影響的情況下加工出曲面、環(huán)形通道、凹槽或腔室等形狀，并且能夠確保最高的精確度。

更高的效率

凱勒先生說：“這項(xiàng)工藝使我們能夠生產(chǎn)最為精致和復(fù)雜的零部件。我們已經(jīng)有意識(shí)地將ECM發(fā)展為PECM，以確保我們能夠在越來越小的部件上實(shí)現(xiàn)更高精度的圖像，同時(shí)使表面質(zhì)量更趨完美。”該技術(shù)有兩個(gè)要素最為關(guān)鍵：電解液通過工件的工作間隙，以及電解液自身流動(dòng)的方向。凱勒解釋道：“一方面，要保證確實(shí)存在間隙，在PECM中，該間隙特別小；另一方面，要確保脈沖在加工間隙最小的時(shí)候放電。”——電解液的進(jìn)給率與機(jī)械振動(dòng)相疊加，這就保證了可以高效且精確地清除材料。

在精密數(shù)控電解工藝的幫助下，對(duì)于許多高強(qiáng)度材料制成的零部件來說，使用更短、更為有效的工藝鏈進(jìn)行加工是非常理想的。一些傳統(tǒng)工藝將不再需要，例如銑削工藝之后的去除毛刺操作，因?yàn)镻ECM工藝不僅可以實(shí)現(xiàn)精微成形加工而且也不會(huì)留下毛刺。如前所述，使用PECM，幾乎無需為工具磨損操心。這意味著跟需要經(jīng)常更換工具的銑削工藝相比，這種工藝的機(jī)器停機(jī)時(shí)間大大縮短，整個(gè)工藝也更穩(wěn)定，更不容易出錯(cuò)。對(duì)于PECM來說，其優(yōu)勢還有更重要的一點(diǎn)：表面粗糙度。凱勒先生肯定地說：“我們可以實(shí)現(xiàn)Ra=0.3μm的表面粗糙度值（依材料而定），這是令人驚訝的極佳粗糙度值。”

市場潛力巨大

圖2 加工整體葉盤過程中EMAG PO 900 BF上的加工區(qū)域

技術(shù)銷售主管是如何評(píng)估該工藝的市場潛力的呢？凱勒先生這樣總結(jié)說：“我相信利用這項(xiàng)工藝，我們可以為客戶提供卓越的附加值。例如，在競爭異常激烈的燃油噴射技術(shù)方面，分包商一直在尋找一種方案來提升生產(chǎn)率，從而提高他們的市場地位，這正是我們能夠提供的。該工藝在實(shí)現(xiàn)完美的表面粗糙度、極短的復(fù)位時(shí)間以及最低的工具磨損方面都具備極佳的表現(xiàn)，而這些優(yōu)勢將會(huì)成為今后發(fā)展的趨勢”。事實(shí)上，埃馬克專家完全可針對(duì)特定的客戶需求提供完整的PECM和ECM方案。相關(guān)的電脈沖與機(jī)械振動(dòng)復(fù)合加工技術(shù)和專利電源技術(shù)正是為實(shí)現(xiàn)這一目的而研發(fā)出來的。對(duì)于零部件自身尺寸來說，這些工藝的應(yīng)用幾乎不受限制。即使是1000mm以下直徑的工件，通過埃馬克的精密數(shù)控多軸聯(lián)動(dòng)電解加工機(jī)床以及成熟的工藝也能以極高的加工效率在極短的加工周期內(nèi)加工完成，這就確保了該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)也可以應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等環(huán)境要求難度高的部件的制造，可以部分或完全取代五軸高速銑削及五軸乃至七軸電火花加工工藝來進(jìn)行擴(kuò)壓器及整體葉盤復(fù)雜翼面葉片、單個(gè)葉片或者盤片分離的供裝配葉片的盤榫槽加工（見圖2）等。