Przewodnik po trawieniu chemicznym dla inżynierów projektantów

Wprowadzenie

Trawienie chemiczne jest wysoce powtarzalnym procesem wytrawiania, który pozwala osiągnąć dokładne tolerancje. W większości przypadków jest to jedyna technologia, która pozwala na ekonomiczną produkcję precyzyjnych elementów metalowych z dokładnością wymaganą w wymagających i często krytycznych dla bezpieczeństwa zastosowaniach.

Od wszechstronności po specyficzne aspekty technologii, które mogą poprawić projekt produktu, ten proces obróbki metali oferuje szeroki zakres korzyści.

Metale, które można poddawać chemicznemu mieleniu, to m.in:

• Stal i stale nierdzewne
• Aluminium
• Nikiel i stopy niklu
• Miedź i stopy miedzi
• Tytan
• Inne specjalistyczne metale, takie jak molibden

Zobacz szczegółową listę metali i gatunków

Trawienie fotochemiczne może być stosowane do praktycznie każdego metalu, który jest miękki, twardy lub kruchy. Aluminium jest znane z tego, że jest trudne do tłoczenia ze względu na swoją miękkość, a cięcie laserowe ze względu na odblaskowość. Podobnie twardość tytanu może okazać się wyzwaniem.

Precision Micro opracowała własne procesy dla tych specjalistycznych materiałów i jest jedną z niewielu firm na świecie zajmujących się wytrawianiem tytanu.

Jak dokładne jest trawienie fotochemiczne?

Tolerancje są kluczowym czynnikiem w każdym projekcie i mogą się różnić. Zależą one również od grubości materiału.

• W przypadku metali o grubości od 0,01 mm do 0,25 mm minimalna standardowa tolerancja trawienia wynosi ±0,025 mm.
• W przypadku grubości powyżej tej wartości (do maksymalnie 1,5 mm) minimalna standardowa tolerancja trawienia wynosi zazwyczaj ±10% grubości metalu.

Podczas gdy tradycyjna obróbka skrawaniem metalu może osiągnąć węższe tolerancje, istnieją pewne ograniczenia.

Na przykład technologia laserowa może osiągnąć dokładność do 5% grubości metalu, jednak często jest to ograniczone do minimalnego rozmiaru elementu 0,2 mm.

Ponadto, ponieważ cięcie laserowe jest metodą obróbki "jednopunktowej", produkcja złożonych części z dużą ilością otworów, takich jak niestandardowe siatki, jest droższa.

Oprócz tego, nie oferuje głębokości ani grawerowanych cech, które są potrzebne w urządzeniach fluidalnych. Obejmują one bipolarne ogniwa paliwowe i płyty wymienników ciepła, które można łatwo uzyskać za pomocą trawienia wgłębnego.

Zobacz przegląd wytycznych technicznych dotyczących wytrawiania

Minimalne rozmiary elementów wytrawiania fotochemicznego

Trawienie chemiczne pozwala osiągnąć minimalny standardowy rozmiar elementu wynoszący 0,1 mm. Otwory poniżej 0,050 mm są możliwe wraz z rozwojem, podobnie jak dokładność do ±8% grubości metalu.

Obróbka bez zadziorów i naprężeń

Tłoczenie jest jedną z najbliższych metod obróbki skrawaniem, która odtwarza dokładność i minimalny rozmiar elementów wytrawiania chemicznego. Tłoczenie może jednak powodować naprężenia i szczątkowe zadziory na metalu.

W większości przypadków części tłoczone wymagają również kosztownej obróbki końcowej, co zmniejsza opłacalność krótkich serii. Ponadto, w przypadku obróbki twardych metali, zużycie narzędzi jest problemem przy dłuższych seriach, co skutkuje dodatkowymi kosztami i często koniecznością czasochłonnej renowacji.

Ponieważ trawienie chemiczne nie wykorzystuje twardych narzędzi, wyeliminowane są zniekształcenia i naprężenia. Produkowane komponenty są płaskie, z czystą powierzchnią i bez zadziorów, ponieważ metal jest rozpuszczany równomiernie, aż do osiągnięcia pożądanej geometrii.

Z tych powodów wielu projektantów sprężyn, na przykład, wybiera trawienie chemiczne zamiast tłoczenia. Preferują oni trawienie chemiczne ze względu na brak zadziorów i naprężeń, zerowe zużycie narzędzi i szybkość dostawy.

Unikalne funkcje bez dodatkowych kosztów

Kiedy inżynierowie wybierają trawienie chemiczne, mogą zaprojektować swój produkt o unikalnych właściwościach, dzięki nieodłącznemu "guzkowi" krawędzi. Dzieje się tak, ponieważ proces frezowania chemicznego ma pełną kontrolę nad każdym wgłębieniem.

Oznacza to, że można wprowadzić szereg profili, umożliwiając produkcję ostrych krawędzi tnących. Obejmuje to również krawędzie stosowane w ostrzach medycznych lub otworach stożkowych, takich jak te stosowane do kierowania przepływem płynu w siatkach filtracyjnych.

Niskie koszty konfiguracji i modyfikacji projektu

W przypadku większości obróbek blach można śmiało powiedzieć, że zwiększona złożoność części równa się zwiększonym kosztom, co w dużej mierze wynika z kosztownego i skomplikowanego oprzyrządowania. Koszty rosną również, gdy tradycyjne technologie trawienia muszą radzić sobie z niestandardowymi materiałami, grubościami i gatunkami, z których żaden nie ma wpływu na koszt frezowania chemicznego.

Dla projektantów poszukujących bogatych w funkcje, złożonych i precyzyjnych części i komponentów metalowych, trawienie chemiczne jest obecnie technologią z wyboru. Trawienie nie tylko dobrze radzi sobie z trudnymi geometriami, ale także pozwala na ogromną elastyczność, ułatwiając dostosowanie projektów aż do momentu produkcji.

Oprzyrządowanie cyfrowe to niedrogi sposób na wydajną produkcję złożonych projektów. Metoda ta jest bardzo elastyczna, ponieważ inżynierowie mogą zmienić projekt na kilka minut przed rozpoczęciem produkcji.

W przeciwieństwie do tłoczenia, koszt oprzyrządowania cyfrowego nie rośnie wraz ze złożonością części, co stymuluje innowacje, ponieważ projektanci koncentrują się na zoptymalizowanej funkcjonalności części, a nie na kosztach.

Ekonomiczne prototypowanie

W przeciwieństwie do innych metod cięcia metalu, w przypadku trawienia chemicznego płaci się za arkusz. Oznacza to, że komponenty o różnych geometriach mogą być przetwarzane w tym samym czasie za pomocą jednego narzędzia. Ta zdolność do produkcji wielu typów części w jednym cyklu produkcyjnym zapewnia ogromne oszczędności kosztów nieodłącznie związane z tym procesem.

Trawienie chemiczne jest z natury szybsze, ponieważ produkcja narzędzi zajmuje średnio jeden dzień, a nie 16 tygodni. Uzasadnienie gwałtownego rozwoju tej technologii jest oczywiste.