การขัดเงาด้วยไฟฟ้าเหมาะสำหรับโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนหรือไม่?

ประการแรก แนวคิดหลักเบื้องหลังการขัดด้วยไฟฟ้าคืออุปกรณ์ปรับระดับที่ไม่ได้สัมผัสอะไรเลย
การละลายขั้วบวกคือสิ่งที่ทำให้การขัดเงาด้วยไฟฟ้าทำงาน กุญแจสู่ความสำเร็จคือความแตกต่างในการกระจายความหนาแน่นในปัจจุบัน ในฐานะที่เป็นขั้วบวก ชิ้นงานจะจมอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ ส่วนที่ยื่นออกมาขนาดเล็กบนพื้นผิวจะละลายก่อนเนื่องจากความหนาแน่นของกระแสจะสูงกว่า ในขณะที่รอยกดจะละลายได้ช้ากว่าเนื่องจากความหนาแน่นของกระแสจะต่ำกว่า "ทฤษฎีเยื่อเมือก" เป็นแนวคิดหลักเบื้องหลังกระบวนการนี้ ข้อความบอกว่าไอออนฟอสเฟตในอิเล็กโทรไลต์จะก่อตัวเป็นฟิล์มฟอสเฟตหนาพร้อมกับไอออนของโลหะที่ละลายอยู่ ฟิล์มจะบางลงตรงส่วนที่ยื่นออกมาและละลายเร็วขึ้น และจะหนาขึ้นในส่วนที่กดและละลายได้ช้ากว่า การเคลื่อนไหวแบบไดนามิกของเยื่อเมือกช่วยปรับระดับความหยาบระดับไมโครของพื้นผิว ซึ่งในที่สุดจะทำให้เรียบเนียนเหมือนกระจก
ตัวอย่างเช่น โครงสร้างตาข่ายภายในของขดลวดสเตนเลสสตีล 316L มีความกว้างเพียง 0.1 มม. และการขัดเงาด้วยกลไกแบบดั้งเดิมอาจทำให้ตาข่ายแตกหักหรือบิดเบี้ยวได้ง่าย การขัดเงาด้วยไฟฟ้าสามารถทำให้พื้นผิวของตาข่ายภายในมีความหยาบน้อยลงโดยการควบคุมความหนาแน่นกระแส (15–50A/dm²) และอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์ (60–70 องศา ) อย่างระมัดระวัง สามารถลดความหยาบจาก Ra3.2 μm เหลือ Ra0.05 μm หรือต่ำกว่า โดยไม่ต้องเปลี่ยนขนาดของขดลวด นอกจากนี้ยังกำจัดความเค้นตกค้างที่เกิดจากกระบวนการทางกล ซึ่งทำให้ขดลวดมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและเข้ากันได้กับร่างกายมากขึ้น
2 ประโยชน์ทางเทคโนโลยีหลักสามประการของการประมวลผลโครงสร้างภายในที่ซับซ้อน
1. ครอบคลุมทั่วโลกโดยไม่มีช่องว่าง
การขัดด้วยไฟฟ้าสามารถทำงานได้ในบริเวณที่มีพื้นที่ไม่เพียงพอเนื่องจากไม่ได้สัมผัสอะไรเลย ห้องปฏิกิริยาการกัดด้วยพลาสมาที่ใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มีไมโครพอร์นับหมื่นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 มม. และช่องยาวที่มีความยาวสูงสุด 500 มม. ในการขัดเงาด้วยเครื่องจักรแบบดั้งเดิม คุณต้องแยกโพรงออกและใช้อุปกรณ์พิเศษในการทำงานแต่ละส่วน ใช้เวลานานและสกปรกได้ง่าย ด้วยระบบอิเล็กโทรไลต์แบบหมุนเวียน จึงสามารถทำการขัดด้วยไฟฟ้าได้ ซึ่งช่วยให้กระแสเข้าถึงพื้นผิวโครงสร้างจุลภาคทั้งหมดอย่างสม่ำเสมอและขัดเงาทั้งหมดในเวลาเดียวกัน ผู้ผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ได้ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการขัดด้วยไฟฟ้าสามารถลดความหยาบของพื้นผิวภายในห้องปฏิกิริยาจาก Ra1.6 μm ถึง Ra0.02 μm นอกจากนี้ยังสามารถลดจำนวนอนุภาคโลหะให้เหลือน้อยกว่า 5 ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งตรงตามมาตรฐานความสะอาดสำหรับชิปกระบวนการ 5 นาโนเมตร
2. แก้ไขข้อบกพร่องระดับจุลภาคและทำให้สิ่งต่าง ๆ ทำงานได้ดีขึ้น
ในระหว่างกระบวนการผลิต โครงสร้างภายในที่ซับซ้อนมีแนวโน้มที่จะมีปัญหา เช่น รอยแตกขนาดเล็กและรูพรุน การขัดเงาด้วยไฟฟ้าสามารถกำจัดวัสดุออกจากบริเวณที่มีข้อบกพร่องได้เป็นพิเศษผ่านกระบวนการละลายแบบเลือกสรร ตัวอย่างเช่น ตัวยึดการบินโลหะผสมไทเทเนียมยังคงมีรูขนาดเล็ก 0.01–0.05 มม. ในเกลียวภายในหลังการบำบัดด้วยการกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) การขัดด้วยไฟฟ้าทำให้พื้นผิวของเส้นด้ายเรียบเนียนขึ้นพร้อมทั้งปรับความหนาแน่นกระแส (20–30A/dm ²) เพื่อค่อยๆ ละลายวัสดุที่ขอบของไมโครรูขุมขน ซึ่งจะช่วยปิดรูขุมขน หลังจากผ่านกระบวนการ ความแข็งแรงเมื่อยล้าของตัวยึดเพิ่มขึ้น 35% และความต้านทานการกัดกร่อนเป็นไปตามมาตรฐาน ASTM G48 เกรด A
3. การประมวลผลแบบกลุ่มและลดต้นทุน
การขัดด้วยไฟฟ้าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากกว่าในการขัดเงาชิ้นงานที่ซับซ้อนจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงในระบบฉีดเชื้อเพลิงของรถยนต์มีรูฉีดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 มม. หลายสิบรูและทางเดินการไหลที่ซับซ้อนภายใน การขัดโลหะชิ้นเดียวโดยใช้การขัดเงาแบบเดิมต้องใช้เวลามากกว่า 2 ชั่วโมง และจำเป็นต้องยึดและจัดตำแหน่งหลายครั้ง การขัดด้วยไฟฟ้าใช้อุปกรณ์พิเศษและสามารถขัดหัวฉีดเบนซินได้ 50 ถึง 100 ตัวในคราวเดียว วิธีนี้จะช่วยลดเวลาการประมวลผลสำหรับชิ้นงานชิ้นเดียวลงเหลือ 8 นาที และทำให้แน่ใจได้ว่าความหยาบของพื้นผิวจะเท่ากันทุกครั้ง ไม่เหมือนการขัดแบบกลไก ตามข้อมูลจากบริษัทแห่งหนึ่งที่ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ การขัดด้วยไฟฟ้าทำให้อัตราผลตอบแทนของหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นจาก 82% เป็น 98% ซึ่งช่วยให้บริษัทประหยัดค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมได้มากกว่า 2 ล้านหยวนต่อปี
3 ตัวอย่างและข้อมูลจากอุตสาหกรรมที่รองรับ
1. สาขาอุปกรณ์การแพทย์: การทำศัลยกรรมกระดูกเทียมให้เข้ากันได้ทางชีวภาพมากขึ้น
โครงสร้างความพรุนภายในของข้อเทียมต้องเป็นไปตามข้อกำหนดในการเพิ่มจำนวนของเซลล์สร้างกระดูก ในขณะเดียวกันก็ยับยั้งการยึดเกาะของแบคทีเรีย ด้วยการปรับปริมาณกรดฟอสฟอริกและกรดซัลฟิวริกอย่างระมัดระวังในอิเล็กโทรไลต์ผสม (กรดฟอสฟอริก 65–75% และกรดซัลฟิวริก 10–15%) การขัดด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าสามารถสร้างฟิล์มฟิล์มที่มีความหนาเท่ากันบนพื้นผิวที่มีรูพรุน ข้อมูลการทดลองจากบริษัทการแพทย์ข้ามชาติแสดงให้เห็นว่าการขัดด้วยไฟฟ้าทำให้ข้อต่อสะโพกเทียมโลหะผสมไทเทเนียมเรียบเนียนขึ้น โดยมีรูพรุนภายในตั้งแต่ Ra2.5 μm ถึง Ra0.3 μm การยึดเกาะของแบคทีเรียลดลง 92% และลดอัตราการติดเชื้อหลังผ่าตัดจาก 1.2% เป็น 0.15%
2. สาขาการบินและอวกาศ: ปรับปรุงความต้านทานความร้อนของใบพัดกังหัน
เส้นผ่านศูนย์กลางช่องระบายความร้อนภายในของใบพัดกังหันของเครื่องยนต์เครื่องบินมีขนาดเพียง 0.8 มม. และการขัดเงาเชิงกลแบบดั้งเดิมสามารถเปลี่ยนรูปร่างของช่องระบายความร้อนได้อย่างง่ายดาย ซึ่งทำให้การระบายความร้อนมีประสิทธิภาพน้อยลง การขัดด้วยไฟฟ้าใช้เทคโนโลยีพัลส์ปัจจุบัน (รอบการทำงาน 30% ความถี่ 1kHz) เพื่อให้พื้นผิวเรียบขึ้นโดยไม่เพิ่มขนาดของช่อง มันสามารถไปจาก Ra1.6 μ m ถึง Ra0.1 μ m การทดสอบโดยผู้ผลิตเครื่องยนต์เครื่องบินบางรายระบุว่าค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของช่องระบายความร้อนภายในของใบพัดที่ผ่านการบำบัดเพิ่มขึ้น 18% ที่อุณหภูมิสูงถึง 1200 องศา ประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น 2.3%
4 ปัญหาและแนวทางแก้ไขทางเทคโนโลยี
การขัดเงาด้วยไฟฟ้ามีประโยชน์มากมายเมื่อต้องทำงานกับโครงสร้างภายในที่ซับซ้อน แต่ก็ยังมีปัญหาใหญ่สองประการที่ต้องจัดการ:
การควบคุมความเป็นเนื้อเดียวกันของอิเล็กโทรไลต์: โครงสร้างเช่นรูบอดลึกอาจทำให้อิเล็กโทรไลต์ไหลได้ไม่ดี ซึ่งอาจนำไปสู่ความแปรปรวนของความเข้มข้นในพื้นที่ต่างๆ คำตอบคือการใช้เครื่องกวนแบบใช้คลื่นอัลตราโซนิก- สร้างระบบการไหลเวียนที่เป็นเอกลักษณ์ และสร้างอิเล็กโทรไลต์ใหม่ที่มีความหนืดต่ำและมีค่าการนำไฟฟ้าสูง (เช่น การเติมเอทิลีนไกลคอลเพื่อทำให้ของเหลวไหลได้ดีขึ้น)
การควบคุมความหนาแน่นกระแสอย่างแม่นยำ: รูปร่างของชิ้นงานสามารถเปลี่ยนการกระจายความหนาแน่นกระแสของโครงสร้างในระดับไมโครมิเตอร์ได้อย่างง่ายดาย ด้วยการสร้างแบบจำลองแฝดดิจิทัลและใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (FEA) เพื่อจำลองการกระจายสนามในปัจจุบัน การออกแบบแคโทด (เช่น การใช้แคโทดรูปทรงที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ) และพารามิเตอร์กระบวนการ (เช่น การใช้เทคโนโลยีความหนาแน่นกระแสไล่ระดับ) สามารถปรับปรุงเพื่อให้ได้รับการขัดเกลาโครงสร้างที่ซับซ้อนได้อย่างสม่ำเสมอ