電解加工

電気化学加工（ECM ）は、電気化学プロセスによって金属を除去する方法です。通常、大量生産や、非常に硬い材料や従来の方法では加工が難しい材料の加工に使用されます。 ^{[1]その使用は}導電性材料に限定されています。ECMは、チタンアルミナイド、インコネル、ワスパロイ、高ニッケル、コバルト、レニウム合金などの硬くて珍しい金属に、小さな角度や奇妙な形の角度、複雑な輪郭や空洞を切削できます。 ^[2]外部形状と内部形状の両方を加工できます。

ECM プロセスでは、負に帯電した (陰極) 切削工具を正に帯電した (陽極) ワークピースに進めます。加圧された電解液が、設定温度で、陽極材料の「液化」速度に等しい送り速度で、切削される領域に注入されます。工具とワークピースの間の隙間は、80～800 マイクロメートル (0.003～0.030 インチ) の範囲で変化します。^[1]電子が工具とワークピースの間の隙間を通過すると、工具がワークピースに目的の形状を形成するときに、ワークピースの材料が溶解します。電解液は、プロセス中に形成された金属水酸化物を運び去ります。 ^[2]

ECM は、材料を追加するのではなく除去するという点で、「逆電気めっき」と呼ばれることがよくあります。 ^{[2]陰極工具、電解液、陽極ワークピースを含む電解材料除去プロセスによって、}電極と部品の間に高電流が流れるという点で、放電加工(EDM)と概念が似ていますが、ECM では工具の摩耗はありません。^{[1] ECM 切削工具は、ワークピースに触れることなく、ワークピースに近い目的のパスに沿って誘導されます。ただし、EDM とは異なり、火花は発生しません。ECM では、}熱または機械的な応力が部品に伝わることなく、高い金属除去率が可能で、鏡面仕上げを実現できます。

電気化学加工という技術的な方法は、1911年にロシアの化学者E.シュピタルスキーが提案した電解研磨法に由来する。^[3] 1929年にはW.グセフが実験的なECM法を開発したが、アノカットエンジニアリング社が商業的な法を確立したのは1959年のことだった。BRラザレンコとJIラザレンコも、金属除去に電気分解を使用することを提案したとされている。^[2] 1960年代と1970年代には、特にガスタービン産業で多くの研究が行われた。同時期にEDMが台頭したことで、西側諸国でのECM研究は鈍化したが、鉄のカーテンの向こう側では研究が続けられた。当初の問題であった寸法精度の低さと環境を汚染する廃棄物は、現在でもニッチな技術のままであるが、ほぼ克服されている。

ECM プロセスは、機械加工が難しい材料で表面仕上げの良好なタービンブレードなどの複雑な形状を製造するために最も広く使用されています。また、バリ取りプロセスとしても広く効果的に使用されています。^[2]バリ取りでは、ECM は機械加工プロセスで残った金属突起を取り除き、鋭いエッジを鈍らせます。このプロセスは、従来の手作業によるバリ取り方法や非伝統的な機械加工プロセスよりも高速で便利な場合が多いです。^[1]

• 凹面工具を使用することで、複雑な凹面曲率部品を簡単に製造できます。
• 工具の摩耗はゼロで、同じ工具を無限の数の部品の製造に使用できます。^[4]
• 高い表面品質を実現できます。
• 工具とワーク材料は直接接触しないため、力や残留応力は発生しません。^[5]
• 表面仕上げは優れています。
• 発生する熱が少なくなります。

• 塩水（または酸性）電解液は工具、ワークピース、機器に腐食の危険をもたらします。 ^[2]
• 電気伝導性のある材料のみ加工可能です。
• 高い比エネルギー消費量。^[6]
• 柔らかい素材には使用できません。

必要な電流は、望ましい材料除去速度に比例し、mm/分単位の除去速度は平方mmあたりのアンペア数に比例します。

一般的な電流は、1 平方 mm あたり 0.1 アンペアから 5 アンペアの範囲です。したがって、1 x 1 mm のツールで低速カットを行う小さなプランジカットの場合、必要な電流は 0.1 アンペアのみです。

ただし、より広い領域でより高い送り速度を実現するには、他の機械加工プロセスと同様に、より多くの電流が必要になります。つまり、より多くの材料をより速く除去するには、より多くの電力が必要になります。

したがって、100×100 mm の領域で 1 平方ミリメートルあたり 4 アンペアの電流密度が必要な場合は、40,000 アンペア (および大量の冷却剤/電解液) が必要になります。

ECMマシンには垂直型と水平型があります。作業要件に応じて、これらのマシンはさまざまなサイズで構築されます。垂直マシンは、ベース、コラム、テーブル、スピンドルヘッドで構成されています。スピンドルヘッドには、ツールを自動的に前進させ、カソード（ツール）とワークピースの間のギャップを制御するサーボ機構があります。^[1]

最大6軸のCNCマシンが利用可能である。^[2]

電極材料としては銅がよく使われます。また、加工しやすく、導電性があり、腐食しないため、真鍮、グラファイト、銅タングステンもよく使われます。^[1]

ECM の非常に基本的なアプリケーションには次のものがあります。

• 型彫り作業
• ジェットエンジンのタービンブレードの掘削
• 複数穴あけ
• 狭い範囲での蒸気タービンブレードの加工
• 微細加工
• プロファイリングと輪郭形成
• ライフリングバレル

• ツールとワークピースは非常に小さな隙間で分離されており、その間に接触は発生しません。
• ツールと材料は両方とも電気を通すものでなければなりません。
• 多額の資本投資が必要です。
• システムは多くの電力を消費します。
• ツールとワークピースの間の媒体として流体が使用されます (ECM の場合は導電性、EDM の場合は誘電体)。
• ツールはワークピースに向かって連続的に送られ、ワークピースとツールピース間のギャップを一定に保ちます (ECM には、断続的または周期的な、通常は部分的なツールの引き抜きが組み込まれる場合があります)。

• 電気化学研削 (ECG) は電気化学加工 (ECM) に似ていますが、ワークピースの輪郭のような形状の工具の代わりに、輪郭のある導電性研削ホイールを使用します。

• 電気機械モデリング

• 詳細な説明
• ECMの電気化学