Mecanizado electroquímico (ECM):principio de funcionamiento, equipo, ventajas y desventajas con la aplicación

Mecanizado electroquímico (ECM) es un proceso de mecanizado en el que se utiliza un proceso electroquímico para eliminar materiales de la pieza de trabajo. En el proceso, la pieza de trabajo se toma como ánodo y la herramienta como cátodo. La pieza de trabajo y la herramienta de dos electrodos se sumergen en un electrolito (como NaCl). Cuando se aplica voltaje a través de los dos electrodos, comienza la eliminación de material de la pieza de trabajo. La pieza de trabajo y la herramienta se colocan muy cerca una de la otra sin tocarse. En ECM, la eliminación de material se lleva a cabo a nivel atómico, por lo que produce una superficie con acabado de espejo.

• Este proceso se utiliza para mecanizar solo materiales conductores.

Principio de funcionamiento

El funcionamiento de ECM es opuesto al proceso de recubrimiento o deposición electroquímico o galvánico.

Durante el proceso de mecanizado electroquímico, las reacciones tienen lugar en los electrodos, es decir, en el ánodo (pieza de trabajo) y el cátodo (herramienta) y dentro del electrolito.

Tomemos un ejemplo de mecanizado de acero con bajo contenido de carbono que se compone principalmente de aleaciones ferrosas (Fe). Por lo general, utilizamos una solución de sal neutra de cloruro de sodio (NaCl) como electrolito para mecanizar aleaciones ferrosas. La disociación iónica de NaCl y agua tiene lugar en el electrolito como se muestra a continuación.

A medida que se aplica la diferencia de potencial a través del electrodo, el movimiento de iones comienza entre la herramienta y la w/p. Los iones positivos se mueven hacia la herramienta (cátodo) y los iones negativos se mueven hacia la pieza de trabajo.

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En el cátodo, los iones de hidrógeno toman electrones y se convierten en gas de hidrógeno.

De la misma forma los átomos de hierro salen del ánodo (p/p) como iones Fe++.

Dentro del electrolito, los iones de sodio se combinan con los iones de hidroxilo y forman hidróxido de sodio y los iones ferrosos se combinan con los iones de cloruro y forman cloruro ferroso. También los iones de hierro se combinan con los iones de hidroxilo y forman hidróxido de hierro.

En el electrolito, el FeCl2 y el Fe(OH)2 se producen y se precipitan en forma de lodo y se sedimentan. De esta forma, el material se elimina de la pieza de trabajo como lodo.

Las diversas reacciones que tienen lugar en el proceso de mecanizado electroquímico se muestran en la siguiente figura.

El sistema ECM tiene los siguientes módulos o equipos principales de ECM

1. Fuente de alimentación
2. Sistema de filtración y suministro de electrolitos
3. Sistema de alimentación de herramientas
4. Tanque de trabajo

Trabajo de Mecanizado Electroquímico

• Primero, la pieza de trabajo se ensambla en el accesorio y la herramienta se acerca a la pieza de trabajo. La herramienta y la pieza de trabajo se sumergen en un electrolito adecuado.
• Después de eso, se aplica una diferencia de potencial entre el w/p (ánodo) y la herramienta (cátodo). Comienza la eliminación de material. El material se elimina de la misma manera que hemos discutido anteriormente en el principio de funcionamiento.
• El sistema de alimentación de herramientas hace avanzar la herramienta hacia el w/p y siempre mantiene el espacio requerido entre ellos. El material de la w/p sale como iones positivos y se combina con los iones presentes en el electrolito y precipita como lodo. El gas hidrógeno se libera en el cátodo durante el proceso de mecanizado.
• Dado que la disociación del material del w/p tiene lugar a nivel atómico, proporciona un excelente acabado superficial.
• El lodo del tanque se extrae y se separa del electrolito. El electrolito después de la filtración se transporta nuevamente al tanque para el proceso ECM.

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Aplicación

• El proceso ECM se utiliza para la operación de hundimiento, perfilado y contorneado, taladrado, rectificado, trepanado y micromecanizado.
• Se utiliza para mecanizar álabes de turbinas de vapor dentro de límites cerrados.

Ventajas

• Desgaste insignificante de la herramienta.
• Las piezas con curvaturas complejas y cóncavas se pueden producir fácilmente mediante el uso de herramientas convexas y cóncavas.
• No se producen fuerzas ni tensiones residuales porque no hay contacto directo entre la herramienta y la pieza de trabajo.
• Se produce un excelente acabado superficial.
• Se genera menos calor.

Desventajas

• El riesgo de corrosión para la herramienta, el agua y el equipo aumenta en el caso de electrolitos salinos y ácidos.
• El mecanizado electroquímico es capaz de mecanizar materiales eléctricamente conductores únicamente.
• Alto consumo de energía.
• Alto costo de inversión inicial.

Parámetro de proceso

S.no	Parámetros	Valores
1.	Fuente de alimentación
	Tipo	Corriente Directa
	Voltaje	2 a 35 V
	Actual	50 a 40,000 A
	Densidad de corriente	0.1 A/mm2 a 5 A/mm2
2.	Electrolito
	Material	NaCl y NaNO3
	Temperatura	20 oC a 50 oC
	Caudal	20 lpm/100 A de corriente
	Presión	0.5 a 20 bar
	Dilución	100 g/l a 500 g/l
3.	Espacio de trabajo	0.1 mm a 2 mm
4.	Sobrecorte	0.2 mm a 3 mm
5.	Velocidad de alimentación	0.5 mm/min a 15 mm/min
6.	Material del electrodo	Cobre, latón y bronce
7.	Rugosidad superficial (Ra)	0.2 a 1.5 μm