Micromecanizado - mecanizado electroquímico

1. Introducción al mecanizado electroquímico.

Las reacciones químicas que implican la ganancia o pérdida de electrones que se producen en la superficie del cátodo y el ánodo se conocen como reacciones electroquímicas. El método de utilización de estas reacciones electroquímicas para el mecanizado se denomina mecanizado electroquímico (MEC). Basándose en los principios del mecanizado electroquímico, la tecnología puede dividirse en dos categorías: la fabricación sustractiva basada en el principio de disolución anódica, que incluye el mecanizado electroquímico, el pulido electroquímico y el desbarbado electroquímico; y la fabricación aditiva basada en el principio de deposición catódica, que incluye el electroconformado, la galvanoplastia y el electrocepillado. Comparado con el mecanizado por descarga eléctrica (EDM), el mecanizado electroquímico ofrece ventajas como una mayor velocidad de arranque de material, ausencia de zona afectada por el calor, acabado superficial liso y ausencia de desgaste de la herramienta.

En una reacción química, cuando un metal entra en contacto con su solución salina, suele producirse un intercambio de electrones, en el que el metal dona electrones a los iones de la solución y gana electrones de ésta. Cuando este intercambio de electrones alcanza el equilibrio, se forma una fina doble capa en la superficie del metal. La superficie de un metal químicamente activo lleva una carga negativa, mientras que la solución lleva una carga positiva, y la superficie de un metal menos reactivo lleva una carga positiva mientras que la solución lleva una carga negativa. La presencia de la doble capa crea una diferencia de potencial entre el metal y su solución salina. Esta diferencia de potencial, que se genera debido al equilibrio entre la disolución y la deposición del metal en la solución salina, se denomina potencial de electrodo de equilibrio. Cuando un metal se sumerge en otro electrolito, también se forma una doble capa y una diferencia de potencial. Si dos electrodos metálicos están conectados por un conductor, los electrones fluirán a través del conductor, creando una célula primaria. Los electrones fluyen del electrodo de hierro al electrodo de cobre, y este flujo de electrones es extremadamente lento. La tecnología de mecanizado electroquímico utiliza este principio de flujo de electrones.

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Como se muestra en la figura 1.1, durante el proceso de mecanizado se aplica un campo eléctrico externo para acelerar el flujo de electrones, aumentando así la velocidad de las reacciones químicas y consiguiendo la eliminación del material metálico. Este método de aplicación de un campo eléctrico externo equivale a combinar una célula electrolítica con la célula primaria. Después de aplicar energía, bajo la influencia de la fuerza del campo eléctrico, los cationes del electrolito se mueven hacia el cátodo (electrodo de Cu), y los aniones se mueven hacia el ánodo (electrodo de Fe). La fuente de energía externa extrae continuamente electrones del ánodo, provocando la rápida disolución de los iones metálicos del ánodo, al tiempo que suministra electrones al cátodo, lo que da lugar a la deposición de cationes.

2. Características de la tecnología de mecanizado electroquímico.

1. Puede procesar materiales metálicos difíciles de mecanizar con gran resistencia y dureza, como carburo de tungstenocarburo de titanio y aleaciones de alta temperatura. Además, la velocidad de mecanizado no depende de las propiedades mecánicas del metal. Puede utilizarse para procesar cavidades complejas en la superficie de materiales de alta resistencia, como álabes de motores de aviación, toberas de motores de cohetes, impulsores integrales y diversos orificios y superficies complejos bidimensionales o tridimensionales.
2. Durante el proceso de mecanizado, no se generan fuerzas de corte ni calor de corte, lo que lo hace especialmente adecuado para procesar piezas de paredes finas propensas a la deformación. El mecanizado electroquímico es un método de mecanizado en frío realizado en forma de iones. En el proceso de mecanizado no hay tensiones residuales ni zonas afectadas por el calor, lo que da como resultado una buena calidad superficial de la pieza sin rebabas ni rebabas.
3. Las herramientas utilizadas en el proceso de mecanizado no sufren desgaste y pueden utilizarse durante mucho tiempo. Sin embargo, es necesario evitar la deposición de productos catódicos y los efectos de las quemaduras por cortocircuito en el cátodo de la herramienta. El mecanizado electroquímico tiene una alta eficiencia, especialmente en el mecanizado electroquímico, donde la tasa de eliminación de material es mucho mayor que la del mecanizado por descarga eléctrica.
4. La tecnología de mecanizado electroquímico sólo puede procesar materiales conductores. En comparación con el mecanizado mecánico tradicional, los equipos de mecanizado electroquímico requieren una mayor inversión y ocupan más espacio. Además, el electrolito utilizado puede corroer el equipo, y los productos electrolíticos pueden tener impactos medioambientales.