叶盘、模具及其他特殊工件 - 电化学加工

Q: 电化学金属加工在特殊工件上的基本原理是什么？

ECM 和 PECM 采用一种电化学工艺，通过该工艺，金属离子可在无接触的情况下从工件上剥离 。 工件作为正极（阳极），刀具作为负极（阴极）。两者之间流动着电解液，从而实现离子的剥离。由于没有机械接触，因此不会造成刀具磨损，也不会对材料产生热影响 - 这是相对于切削加工或电火花加工的一大优势。

对于叶盘和模具等工件，埃马克提供电化学加工工艺，该工艺在处理复杂轮廓和高强度工件时，以其极高的精度和长久的刀具寿命而备受青睐。

用于高性能部件的电化学加工

当传统工艺遇到瓶颈时

叶盘或模锻模具等特殊工件对制造技术提出了极高的要求：材料硬度极高、三维几何形状复杂且公差要求严苛。传统切削工艺正日益面临经济和技术上的瓶颈 - 无论是因刀具磨损严重、热影响，还是设计自由度受限。

埃马克 PO 900 BF 正在对发动机制造中使用的镍基超合金叶盘进行 PECM 加工。 — 埃马克 PO 900 BF 采用 PECM 工艺加工完整的镍基超合金叶盘。非接触式材料去除可在不产生热影响的情况下实现最高表面质量。

PECM 和 ECM：埃马克的工艺原理

在电化学金属加工（ECM）和精密电化学金属加工（PECM）中，工件作为正极，刀具作为负极。电解液在两者之间流动，从而使金属离子从工件上非接触式地剥离。由于没有机械接触，因此不会产生刀具磨损 - 从而避免了随着材料硬度增加而导致单件成本上升的问题。

优势

刀具磨损极低：ECM/PECM 工作原理采用非接触式加工 - 与切削加工相比，刀具使用寿命显著延长，从而长期保持较低的单件成本。
无热影响：工件上不会产生热影响区或微裂纹 - 这对高性能组件的稳定性至关重要。
最高精度：ECM技术可实现20微米以下的加工公差 - 即使面对淬火或难切削材料中的复杂3D几何形状亦然。
中大批量生产经济高效：可同时加工多达 30 个部件，且无需更换刀具，从而显著降低总体制造成本。
最大的设计自由度：轮廓、环形通道、槽和自由曲面 - ECM和PECM技术能够实现那些采用传统工艺仅能通过付出巨大额外成本才能实现的几何形状。
专业化的机床解决方案：埃马克为各种应用场景提供合适的机床型号 - 从用于单叶片的 PO 100 SF 到适用于最多具有四个加工轴的模具的 PT 系列。

ECM 和 PECM 采用一种电化学工艺，通过该工艺，金属离子可在无接触的情况下从工件上剥离。工件作为正极（阳极），刀具作为负极（阴极）。两者之间流动着电解液，从而实现离子的剥离。由于没有机械接触，因此不会造成刀具磨损，也不会对材料产生热影响 - 这是相对于切削加工或电火花加工的一大优势。

这两种工件的共同点在于，它们都结合了极硬的材料和高度复杂的 3D 几何形状。由镍基超合金制成的叶盘需要精确的叶片轮廓和环形通道，且不得改变材料。模具必须在高强度钢上形成精确的型腔 - 且在大批量生产时不得出现尺寸偏差。传统工艺往往因经济限制或无法满足质量要求而无法胜任。

在加工叶盘时，埃马克采用PECM（精密电化学金属加工）技术，该技术不仅能最大限度地减少对工件的损伤，还能实现极高的表面质量。对于模具，则采用PT系列的ECM技术，该技术最多可配备四个轴，甚至能胜任复杂的粗加工。这两种技术在加工过程中几乎不会造成刀具磨损，且不会对工件产生热影响。

针对叶盘制造，提供两种专用机床型号：PO 100 SF 专用于加工单个涡轮叶片，而更大的 PO 900 BF 则负责整个叶盘的完整加工。针对模具，埃马克提供 PT 系列机床，该系列最多配备 4 个轴，进给速度高达 5 mm/min，可实现大面积和并行加工。

在批量生产中，ECM可实现小于20微米的公差。重要的是：与电火花加工不同，该工艺不会产生微裂纹，也不会形成热影响区。这对于高性能冲压模具尤为重要，因为材料变化会危及部件的稳定性。此外，PECM还能提供卓越的表面质量，在许多情况下无需进行后续加工。

叶盘是航空发动机中的核心部件，必须符合航空航天行业的严格质量要求。模具则广泛应用于通过成形工艺制造零部件的领域，例如汽车工业、机械制造或医疗技术。在这两个领域，精度、材料完整性和工艺可靠性都是不可或缺的。

对于原型和极小批量生产，电火花加工（EDM）因设备投入较少而具有优势。但随着产量增加，情况会发生逆转：几乎无模具磨损的ECM原理能持续降低单件成本，而EDM的电极成本和换模时间则会成比例增加。此外，最多可同时加工30个部件，从而显著提高了单位时间内的产量。

所有埃马克ECM 机床均受益于核心平台技术：Mineralit® 机床底座确保了高热稳定性和减震性能。智能的软件和硬件接口可实现与现有生产线的无缝集成。高效的自动化解决方案完善了产品阵容 - 从而构建出贯通且经济的工艺链。

工件

整体叶盘

发动机内部的部件需要承受极大的作用力，因此必须采用硬质材料制造。例如整体叶盘 (Blade Integrated Disk) 便常常采用镍基合金制成。在加工这类整体叶盘时，传统的切削方法成本一直居高不下，因为随着材料硬度的提高，切削所用刀具的寿命也会随之缩短，再加上这类切削刀具本身也价格不菲，最终导致单件的加工成本上涨。埃马克公司的精密电解技术及其 PECM 机床可为您提供一种新颖经济的解决方案。

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压铸

集成复杂的3D几何形状，如高强度材料的精密模具，对加工技术提出了非常高的要求。

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液压缸和活塞杆

活塞杆和液压缸承受着极端的机械应力和腐蚀负荷。传统的表面保护工艺正逐渐触及法规与技术瓶颈。激光熔覆（也称为激光涂覆或激光堆焊）正逐渐确立为一种具有未来前景的制造技术，其在核心性能参数上超越了硬铬电镀和热喷涂等传统工艺。EMAG LaserTec 开发并制造交钥匙生产系统，首次将该工艺以可工业化扩展且经济高效的方式引入批量生产。

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滑动轴承 (风力发电机)

激光熔覆是一种在金属表面形成耐磨涂层的创新工艺。例如，在风力发电机中，滑动轴承正越来越多地取代滚动轴承，例如在大型主轴（主转子轴）和变速箱中的行星齿轮上。这种转变旨在提高能源效率并降低维护成本。由于滑动轴承需要软质涂层，激光熔覆技术因此备受关注：它能够直接在钢制部件上形成高质量的滑动涂层 - 这是风力发电组件实现长寿命和高效运行的关键因素。

但什么是激光熔覆？该术语指的是利用激光施加金属涂层…

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