विद्युत रासायनिक यंत्रण (ECM)

@@NEWS_SUBHEADLINE_BLOCK@@

Dhatukam - Udyam Prakashan    13-Nov-2021   
Total Views |
विद्युत रासायनिक यंत्रण (इलेक्ट्रो केमिकल मशीनिंग, ECM) ही एक अपारंपरिक यंत्रण प्रक्रिया आहे. या लेखात विद्युत रासायनिक यंत्रण प्रक्रियेबद्दल सखोल भाष्य करण्यात आले आहे.
 

Electrochemical system (E 
 
विद्युत रासायनिक यंत्रण (इलेक्ट्रो केमिकल मशीनिंग, ECM) ही एक अपारंपरिक यंत्रण प्रक्रिया आहे. ही प्रक्रिया गॅल्व्होनिक कोटिंग किंवा डिपॉझिशन प्रक्रियेच्या विरुद्ध असते. या प्रक्रियेसाठी, प्रणालीमध्ये पुढील भाग असतात.
· कार्य टाकी (वर्किंग टँक)
· टूल फीड प्रणाली
· विद्युत अपघटनी गाळणी (इलेक्ट्रोलाइट फिल्ट्रेशन) आणि पुरवठा (डिलिव्हरी) प्रणाली
· विद्युत पुरवठा
 
प्रक्रिया कशी होते?
 

Concept diagram of ECM_1& 
 
चित्र क्र. 1 : ECM चे संकल्पना चित्र 
 
विद्युत रासायनिक यंत्रणामध्ये (ECM) कार्यवस्तूमधून मटेरियल काढण्यासाठी विद्युत रासायनिक प्रक्रियेचा वापर केला जातो. ECM प्रक्रियेची संकल्पना, चित्र क्र. 1 मध्ये दाखविली आहे. टूल कॅथोड म्हणून वापरले जाते, तर कार्यवस्तू अॅनोड असते. कॅथोड आणि अॅनोड NaCl सारख्या विद्युत अपघटनीमध्ये (इलेक्ट्रोलाइट) बुडविले जातात. ते एकमेकांच्या जवळ पण एकमेकांना स्पर्श न करतील अशा पद्धतीने ठेवले जातात. दोन्ही इलेक्ट्रोडना विद्युत दाबाचा पुरवठा (व्होल्टेज) केल्यावर अॅनोडवरील मटेरियल निघायला सुरुवात होते. अणूच्या स्वरूपात मटेरियल काढले जाते, परिणामी आरशासारखा चकचकीत पृष्ठभाग मिळतो. ही यंत्रण प्रक्रिया (चित्र क्र. 2) फक्त विद्युत वाहक मटेरियलसाठीच वापरली जाते. रासायनिक अभिक्रिया (केमिकल रिअॅक्शन) विद्युत अपघटनीमधील अॅनोड आणि कॅथोडमध्ये घडते.
 

ECM procedure_1 &nbs 
 

चित्र क्र. 2 : ECM प्रक्रिया

 
उदाहरणार्थ, सोडियम क्लोराइड मिठाच्या उदासीन द्रावणाचा, जर लोहाच्या संमिश्र धातूशी संपर्क आला तर विद्युत अपघटनीमध्ये घडणारी अभिक्रिया पुढे दिली आहे. 
 

ECM Electrochemical syste 
 
अॅनोड आणि कॅथोडमध्ये विद्युत अपघटनीमध्ये विद्युत दाब प्रवाहित केल्यावर ऋणभारित आयन (Ion) कार्यवस्तूकडे (अॅनोड) जातात आणि धनभारित आयन टूलकडे (कॅथोड) जातात. टूलवर हायड्रोजन आयन, इलेक्ट्रॉन स्वीकारतात आणि हायड्रोजन वायू तयार होतो. कार्यवस्तूपासून लोखंडाचे अणू Fe++ आयन म्हणून मुक्त केले जातात. विद्युत अपघटनीमध्ये, सोडियम आयन आणि हायड्रॉक्सिल आयनांमुळे सोडियम हायड्रॉक्साइड तयार होते. फेरस आयन आणि क्लोराइड आयन मिळून फेरस क्लोराइड तयार होते. लोखंडाचे आयन आणि हायड्रॉक्सिल आयन यांच्या मिश्रणामुळे आयर्न हायड्रॉक्साइड तयार होते. हे फेरस क्लोराइड आणि आयर्न हायड्रॉक्साइड अपघटनीमध्ये अवक्षेपित (प्रेसिपिटेट) होतात आणि कार्यवस्तूवरून साक्याच्या (स्लज) रूपात काढले जातात. मटेरियल जसजसे काढले जाते, तसतशी टूल फीड प्रणाली, अंतर कायम ठेवण्यासाठी टूलला कार्यवस्तूच्या जवळ नेते. टाकीतील साका काढला जातो आणि गाळल्यावर, विद्युत अपघटनी परत टाकीत सोडली जाते. 
 
ECM प्रक्रियेचे फायदे
 
· कमी उष्णता निर्मिती
· उच्च दर्जाचा पृष्ठभागाचा फिनिश
· टूल आणि कार्यवस्तू एकमेकांच्या संपर्कात नसल्यामुळे बल किंवा ताणाचा (स्ट्रेस) अभाव
· गुंतागुंतीच्या आणि अंतर्वक्रता असलेल्या भागांचे बहिर्वक्र आणि अंतर्वक्र टूल वापरून सुलभ उत्पादन
· टूलची कमीतकमी झीज
 
ECM चा वापर
 
ECM मशीन, विद्युत रासायनिक डीबरिंग, विद्युत रासायनिक ग्राइंडिंग, विद्युत क्रोमिझम आणि मटेरियल डिपॉझिशन अशा विविध कार्यांसाठी वापरले जाते. ECM मशीन मरीन व्हॉल्व्ह, सुपर कॅपॅसिटर, ऊर्जा साठविणारी उपकरणे आणि SUPL सेल्सशी संबंधित आहे. हे मशीन वापरण्याचा मुख्य फायदा म्हणजे, यातील बॅटरीचा टिकाऊपणा. म्हणजेच बॅटरीचे आयुर्मान आपल्याला सहज कळू शकते. तसेच, सुपर कॅपॅसिटरसारख्या भागांच्या बाबतीत, या भागांची क्षमतासुद्धा ठरविता येते.
 
अजून एक नवीन कल म्हणजे मटेरियल वेगाने काढण्यासाठी (मटेरियल रिमूव्हल रेट, MRR) आणि टूलच्या झीजेच्या कमी गुणोत्तरासाठी ECM आणि इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM) एकत्रपणे वापरणे. याला संकरीत यंत्रण (हायब्रिड मशीनिंग) असे म्हणतात. या प्रक्रियेत, टूल आणि/किंवा कार्यवस्तूमध्ये कंपने निर्माण करण्यासाठी प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या ध्वनिलहरी (अल्ट्रासॉनिक वेव्ह) वापरल्या जातात. 
 
अचूक विद्युत रासायनिक यंत्रण (PECM)
 
अचूक विद्युत रासायनिक यंत्रण (प्रिसाइज इलेक्ट्रो केमिकल मशीनिंग, PECM) म्हणजे पारंपरिक यंत्रणाने जे भाग बनविता येत नाहीत, त्यांचे यंत्रण करण्यासाठी वापरले जाणारे एक प्रगत तंत्रज्ञान होय. हे विद्युत अपघटनाच्या (इलेक्ट्रोलिसिस) तत्त्वावर काम करणारे अतिशय अचूक असे तंत्र आहे. ज्या मिश्रधातूंचे यंत्रण करणे अवघड असते, त्यांचे औष्णिक गुणधर्म, मजबूतपणा आणि कठीणता (हार्डनेस) कितीही असली तरीही त्यांचे यंत्रण PECM द्वारे करता येते. अस्तित्वात असलेले जवळजवळ सर्व धातू आणि त्यांचे संमिश्र धातू यांचे या प्रक्रियेने यंत्रण करता येते.
 
या प्रक्रियेच्या कार्यक्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी, MRR हा एक महत्त्वाचा गुणधर्म आहे. पूर्वीच्या PECM मशीनमध्ये कंप पावणारा अक्ष (व्हायब्रेटिंग अॅक्सिस) आणि पल्सेटिंग विद्युत पुरवठा हे फायदे उपलब्ध नव्हते. सध्याच्या प्रगत मशीनमध्ये या नवीन वैशिष्ट्यांचा समावेश करण्यात आला आहे. या नवीन वैशिष्ट्यांमुळे, ज्या यंत्रभागांच्या यंत्रण प्रक्रियेत काटेकोर, मायक्रोमीटर स्तराचा टॉलरन्स असतो, त्यांचेदेखील यंत्रण केले जाऊ शकते. तसेच, गुंतागुंतीचे बाह्य आणि अंतर्गत आकार असलेल्या भागांचे यंत्रण करणेसुद्धा शक्य होते. 
 
PECM चे फायदे
 
· प्रक्रियेत नाविन्य
? मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन शक्य
? नवीन एक्झॉटिक मिश्रधातूंचे यंत्रण करणे शक्य
? मटेरियल कापले न जाता ते विरघळविले जाते.
 
· पृष्ठभागाचे अखंडत्व
? कार्यवस्तूवर औष्णिक किंवा यांत्रिक बल लावले जात नाही.
? टूलची कमीतकमी झीज होते.
? बर नसते, त्यामुळे पृष्ठभागावर अतिशय उत्तम फिनिश मिळतो.
 
· डिझाइनचे स्वातंत्र्य
? जिथे सामान्य टूल पोहोचणे अवघड असते असे डिझाइन करणे शक्य
? गुंतागुंतीचे कंटूर तयार करणे शक्य
? 3D उत्पादने एकाच टप्प्यात निर्माण करता येतात.
 
· यंत्रणातील अचूकता
? पातळ आणि ठिसूळ भागांचे यंत्रण करणे शक्य
? सूक्ष्मरचना (मायक्रो स्ट्रक्चर) तयार करणे शक्य
? प्रक्रियेचे स्थैर्य अधिक चांगले 
 
उदाहरण
 
पार्टिकल रीएन्फोर्स्ड् अॅल्युमिनिअम मॅट्रिक्स कंपोझिटच्या (AMC) जेट विद्युत रासायनिक यंत्रणाचे उदाहरण आपण पाहू.
 
जेट ECM मध्ये, 20 मीटर/सेकंद वेगाने ताजी विद्युत अपघटनी पुरविण्यासाठी एक सूक्ष्म छिद्र असलेले नॉझल वापरलेले असते. विद्युत अपघटनीचा प्रवाह कार्यवस्तूकडे उभ्या दिशेत असतो. जास्त वेगामुळे, ताज्या विद्युत अपघटनीचा उत्तम पुरवठा कार्यवस्तूपर्यंत पोहोचतो. परिणामी पृष्ठभागाचा दर्जा अतिशय चांगला मिळतो. AMC मध्ये अॅल्युमिनिअम EN AW 2017 हा मूलभूत मिश्रधातू असतो. त्यामध्ये 1 मायक्रॉनपर्यंत व्यास असलेल्या SiC कणांचे मजबुतीकरण (रीएन्फोर्समेंट) केलेले असते.
 
समस्या
 
AMC मध्ये कठीण सिरॅमिक कण असलेले मऊ अॅल्युमिनिअम मॅट्रिक्स असतात. त्यामुळे टूलची खूप झीज होते.तसेच, जर पारंपरिक यंत्रण वापरले, तर त्यामुळे लक्षणीय यांत्रिक आणि औष्णिक आघात होतो. या आघातामुळे AMC ची सूक्ष्मरचना बदलू शकते.
 
उपाय
 

Calot_1  H x W: 
 
चित्र क्र. 3 : कॅलोट
 
आतील व्यास 100 मायक्रॉन असलेले नॉझल वापरले आहे. विद्युत अपघटनी म्हणून, विद्युत वाहकता 185 mS/सेमी. असलेले सोडियम क्लोराइड किंवा सोडियम नायट्रेटचे पाण्यातील द्रावण 25° सें. तापमानाला वापरले आहे. या विद्युत अपघटनी pH उदासिन आहेत. कार्याचे अंतर (वर्किंग गॅप) 100 मायक्रॉन आहे. 10, 15, 20, किंवा 25 व्होल्टचा विद्युत पुरवठा देता येतो. बिंदू यंत्रणासाठी लागणारा वेळ 0.5, 1, 1.5, किंवा 2 सेकंद आहे. प्रक्रियेदरम्यान, बिंदू यंत्रण (पॉइंट मशीनिंग) वापरले जाते. त्यामुळे कार्यवस्तूवर टोपीच्या आकाराचे खड्डे (कॅलोट) तयार होतात. दोन्हीही विद्युत अपघटनींमुळे तयार होणाऱ्या कॅलोटचा (चित्र क्र. 3) व्यास समान असतो. पण जेव्हा सोडियम क्लोराइड वापरले जाते, तेव्हा कॅलोटची खोली लक्षणीय असते. यंत्रणाचा वेळ 1.5 ते 2 सेकंद असतो. यंत्रणाचा वेळ आणि विद्युत दाब वाढला की, कॅलोटचा व्यास आणि खोली वाढते. विद्युत अपघटनी जेटच्या भूमितीमुळे इलेक्ट्रो केमिकल काढण्याचे काम हे त्याच ठराविक भागात होते. सोडियम नायट्रेट विद्युत अपघटनीच्या वापराच्या दरम्यान, पुनरूत्पादनक्षम डिपॉझिशनसाठी विद्युत दाब 10 व्होल्टपेक्षा जास्त ठेवावा. जर सिलिकॉन कार्बाइड कणांचे प्रमाण 10 टक्क्यांपासून ते 5 टक्क्यांपर्यंत बदलले, तर यंत्रणाचे परिणाम फार लक्षणीयरित्या बदलणार नाहीत. 
 
फायदे
 
विद्युत अपघटनी जेटच्या हालचालीने, सूक्ष्म रचनांची आणि सूक्ष्म भूमितीची निर्मिती, धातूच्या भागांमध्ये जलद आणि लवचिकतेने होते. दुसरा फायदा असा आहे की, विद्युत अपघटनीचा वापर कमी होतो. ही पद्धत अॅनॉडिक डिपॉझिशनवर अवलंबून असल्यामुळे, ती कठीणता आणि मटेरियलची ताकद यावर अवलंबून नाही. तिचा कार्यवस्तूच्या मटेरियलच्या रचनेवर फारच कमी परिणाम होतो. सोडियम नायट्रेट वापरले तर, निष्क्रियता (पॅसिव्हेशन) परिणाम दिसून येतो. 
 
9038888077
हरि शंकर, माध्यम उद्योजक आणि विपणन संवाद विशेषज्ञ असून, मागील 21 वर्षांपासून ते या क्षेत्रात काम करीत आहेत. त्याशिवाय त्यांना ग्रोइंग मॅन्युफॅक्चरिंग क्षेत्रामधीलही अनुभव आहे. 
 
Electro Chemical Machining Benefits of Electro Chemical Machining Use of ECM Hari Shankar
@@AUTHORINFO_V1@@