W monografii przedstawiono wyniki wieloletnich prac autora nad opracowaniem technologii elektrochemicznego kształtowania struktur trójwymiarowych. W rozdziale 1 przedstawiono charakterystykę mikrowytwarzania oraz ogólne informacje o obróbce elektrochemicznej, które pozwoliły na wyjaśnienie, na tle innych metod mikrowytwarzania, specyfiki mikrokształtowania elektrochemicznego oraz wskazanie kierunków prowadzonych w tym obszarze badań. W rozdziale 2 zamieszczono analizę stanu zagadnienia. Omówiono wnikliwie warunki przebiegu roztwarzania elektrochemicznego w danym układzie elektrochemicznym oraz wskazano możliwości poprawy dokładności obróbki. W tym obszarze najwięcej możliwości aplikacyjnych w mikrowytwarzaniu daje obróbka impulsowa. W zależności od czasu impulsu przebiega ona w warunkach ograniczeń aktywacyjnych (ti < 500 ns) i stężeniowych (1 < ti < 100 s). Obie odmiany charakteryzują się odmiennym mechanizmem lokalizacji roztwarzania, obszarem zastosowań oraz możliwością skalowania. Stwierdzono również, ze jednym z głównych kierunków rozwoju elektrochemicznych metod mikrowytwarzania jest integracja z innymi technikami kształtowania wyrobów. Rozdział 3 pracy obejmuje podstawy modelowania matematycznego mikroobróbki elektrochemicznej. Przedstawiono dwa modele matematyczne: stosowany do wyjaśnienia przebiegu obróbki impulsami nanosekundowymi model procesów przejściowych w PECMM oraz model termiczny bez wydzielania gazu dla PECMM impulsami mikrosekundowymi. Modele te były wykorzystane do opracowania oprogramowania do symulacji obróbki. Przeprowadzane badania doświadczalne PECMM (rozdział 4) koncentrowały się wokół wyznaczenia i interpretacji zależności q(S,U = const). Analiza otrzymanych wyników pozwoliła na opracowanie oraz zweryfikowanie koncepcji drążenia elektrochemicznego przebiegającego z okresowym przepłukiwaniem szczeliny międzyelektrodowej. Przeprowadzono także badania doświadczalne 3D-ECMM, które pozwoliły okreslić podstawowe charakterystyki technologiczne niezbędne do projektowania obróbki. W wyniku analizy możliwości technologicznych mikroobróbki elektrochemicznej i elektroerozyjnej opracowano koncepcje połączenia obu tych technologii w sekwencyjny proces obróbki kompletnej, realizowany na jednej obrabiarce. Opracowano podstawy teoretyczne i doświadczalne tej technologii. Przedstawione przykłady zastosowania wskazują na wysoka atrakcyjność technologiczna zaproponowanego połączenia. Dzięki integracji mikroobróbki elektrochemicznej i elektroerozyjnej w ramach jednej obrabiarki uzyskano możliwość relatywnie wydajnego (w porównaniu z EDMM) i dokładnego (w porównaniu z ECMM) kształtowania mikroelementów. Wymiernym osiągnięciem przeprowadzonych prac jest oryginalny w skali światowej, zaprojektowany i wykonany w Instytucie Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji Politechniki Krakowskiej, prototyp obrabiarki do mikrokształtowania elektrochemicznoelektroerozyjnego.
In the monograph the results of the author’s research on the development of electrochemical machining of 3D microparts have been described. In Chapter One the micromachining characteristics and general information about electrochemical machining have been given. Based on this introduction, the specificity of electrochemical micromachinig and trends of the current research have been presented. Chapter Two concerns electrochemical microshaping state of the art. The conditions of electrochemical dissolution have been discussed and the possibilities of shaping accuracy increase indicated. What is most perspective in this area is the application of voltage pulses (Pulse Electrochemical Machining, PECM). This kind of machining can be carried out with activation limits (pulse time ti < 500 ns) and with mass transport limitations (pulse time 1 < ti < 100 s). These two PECM variations are characterized by two different dissolution localization principles, different areas of application and different scaling possibilities. It can be concluded that one of the main development trends of electrochemical micromachining is integration with other micromachining technologies. Chapter Three concerns the basis for mathematical modelling of the electrochemical micromachining. Two mathematical models have been proposed: a model taking into account transient phenomena, which explains the course of nanosecond voltage pulse electrochemical micromachining, and a thermal model without gas generation appropriate for microsecond voltage pulse electrochemical machining. Both models have been implemented in machining simulation software. The experiments (Chapter 4) were focused on determination and interpretation of q(S,U = const) relations. The analysis of results gives a possibility for development and verification of electrochemical sinking process with periodical gap flush. The research of machining with the application of a universal electrode was also presented and discussed. As a result of electrochemical (ECMM) and electrodischarge (EDMM) micromachining technological potential, the concept of combining both processes into a single, sequential process has been presented. The theoretical and experimental bases of this technology has been described. The examples of EC/EDMM sequence application indicate high potential of the proposed integration. The sequence of both processes on a single machine tool gives a possibility of efficient (compared with EDMM) and precise (compared with ECMM) 3D microdetail shaping. What is an important achievement of the current work is the designed, assembled and developed prototype of an electrochemical-electrodischarge machine tool for microdetail manufacturing, which is part of the Micro- and Nano Technology Laboratory at the Institute of Production Engineering of the Cracow University of Technology.
In der Monographie wurden die Ergebnisse der vieljährigen Arbeiten des Autors über die Bearbeitung der Technologie der elektrochemischen Gestaltung der dreidimensionalen Strukturen dargestellt. Im Kapitel I wurde die Charakteristik der Mikroerzeugung und die allgemeinen Informationen über die elektrochemische Bearbeitung dargestellt, die uns im Vergleich mit anderen Erzeugungsmethoden die Spezifik der elektrochemischen Mikrogestaltung erklären ließen und die auf die Richtungen der auf diesem Gebiet geführter Forschung hinweisen. Im Kapitel 2 wurde die Analyse des Zustandes des Problems dargestellt. Es wurden eingehend die Bedingungen des elektrochemischen Aufschlusses im gegebenen elektrochemischen System besprochen. Man hat auch auf die Möglichkeiten der Verbesserung der Genauigkeit der Bearbeitung hingewiesen. In diesem Bereich gibt die Impulsbearbeitung die meisten Applikationsmöglichkeiten bei der Mikroerzeugung. In Abhängigkeit von der Zeit der Impulse verläuft sie in Bedingungen der Aktivierungsbegrenzung (ti < 500 ns) und Konzentrations-begrenzungen (1 < ti < 100 s). Die beiden Varianten werden durch den unterschiedlichen Mechanismus der Standortbestimmung des Aufschlusses, durch den Anwendungsbereich und durch die Móglichkeit der Gradierung charakterisiert. Es wurde auch festgestellt , dass eine der Hauptrichtungen der Entwicklung der elektrochemischen Methoden der Mikroerzeugung, die Integration mit den anderen Techniken der Produktgestaltung ist. Kapitel 3 umfasst die Grundlagen der mathematischen Modellierung der elektrochemischen Mikrobearbeitung. Es wurden zwei mathematische Modelle der Mikrobearbeitung dargestellt: das Modell der Übergangsprozesse in PECMM, das zur Erklärung des Verlaufs der Bearbeitung mit NanosekundenImpulsen angewandt wird, und das thermische Modell ohne Gasabgabe für PECMM mit Mikrosekunden-Impulsen. Diese Modelle wurden zur Bearbeitung der Software für die Simulation der Bearbeitung genutzt. Die experimentellen Forschungen PECMM (Kapitel 4) konzentrierten sich auf die Bestimmung und Interpretation der Abhängigkeit q(S,U = const). Die Analyse der Ergebnisse ließdie Konzeption der elektrochemischen Bohrung, die mit der Perioden-Spülung des Abstands zwischen den Elektroden verläuft, bearbeiten und verifizieren. Es wurden auch die experimentellen Forschungen 3D-ECMM durchgeführt, die die technologischen Grundcharakteristiken, die zur Projektierung der Bearbeitung unentbehrlich sind, bestimmen ließen. Infolge der Analyse der technologischen Möglichkeiten der elektrochemischen und elektroerosiven Mikrobearbeitung wurde die Konzeption der Verbindung der beiden Technologien in Sequenz-Prozess der kompletten Bearbeitung bearbeitet. Der Prozess wird auf einer Werkzeugmaschine realisiert. Es wurden die theoretischen und experimentellen Forschungen dieser Technologie bearbeitet. Die dargestellten Beispiele der Anwendung weisen auf große technologische Attraktivität der vorgeschlagenen Verbindung hin. Dank der Integration der elektrochemischen und elektroerosiven Mikrobearbeitung im Rahmen einer Werkzeugmaschine hat man die Möglichkeit der relativ leistungsfähigen (im Vergleich zu EDMM) und genauen (im Vergleich zu ECMM) Gestaltung der Elemente erreicht. Den realen Erfolg der durchgeführten Arbeiten bildet weltweit der originelle, im Institut für Maschinentechnologie und Automatisierung der Produktion der Technischen Universität in Krakau entworfene und ausgeführte Prototyp einer Werkzeugmaschine zur elektrochemischen und elektroerosiven Mikrogestaltung.
