DE102006025456A1 - Electro-chemical processing method for object made of electrical conductive material, involves forming gap between electrode and object made of electrical conductive material, in which electrolyte solution flows - Google Patents

Electro-chemical processing method for object made of electrical conductive material, involves forming gap between electrode and object made of electrical conductive material, in which electrolyte solution flows Download PDF

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Abstract

The method involves forming a gap between an electrode (1) and an object made of an electrical conductive material, in which an electrolyte solution flows. The electrode with an electrochemical machining active area (2) and an electrochemical machining inactive area (31) are used for providing a laminar flow of the electrolyte solution in the gap between the electrochemical machining active range of the electrode and the object. An independent claim is also included for an electrode for electro-chemical processing an object made of electrical conductive material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Elektrode zur elektrochemischen oder auch der gepulsten elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts.The The invention relates to a method and an electrode for electrochemical or the pulsed electrochemical machining of a electrically conductive Material formed object to be processed.

Das Verfahren der elektrochemischen Bearbeitung (ECM – ElectroChemical Machining) oder auch der weiter entwickelten elektrochemischen Bearbeitung, der sogenannten gepulsten elektrochemischen Bearbeitung (PECM – Pulsed ElectroChemical Machining), ist dabei gekennzeichnet dadurch, dass bei der Bearbeitung kein direkter Kontakt zwischen Werkzeug und Bearbeitungsobjekt herrscht. Zur Bearbeitung wird zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem zu bearbeitendes Objekt eine elektrische Spannung angelegt, wobei das Bearbeitungsobjekt als Anode und das Bearbeitungswerkzeug als Kathode geschaltet wird. Für die Bearbeitung wird ein vorhandener Spalt zwischen Werkzeug (Kathode) und Objekt (Anode) mit einer Elektrolytlösung gespült. Der Werkstoffabtrag am Bearbeitungsobjekt erfolgt somit elektrochemisch und der aufgelöste Werkstoff wird als Metallhydroxid von der Elektrolytlösung aus der Bearbeitungszone herausgespült. Das PECM-Verfahren weist eine weitaus geringere Spaltbreite zwischen Werkzeug und Objekt auf und besitzt deshalb eine wesentlich höhere Bearbeitungsgenauigkeit als das ECM-Verfahren. Charakteristisch für das PECM-Verfahren ist noch, dass der Bearbeitungsstrom nicht permanent anliegt, wie beim ECM-Verfahren, sondern als gepulster Strom zugeführt wird.The Electrochemical machining process (ECM - ElectroChemical Machining) or the further developed electrochemical machining, the so-called pulsed electrochemical machining (PECM - Pulsed ElectroChemical Machining), is characterized by being at no direct contact between the tool and the machining object prevails. For editing is between the editing tool and applied an electrical voltage to the object to be processed, the machining object being an anode and the machining tool is switched as the cathode. For the machining becomes an existing gap between tool (cathode) and object (anode) rinsed with an electrolyte solution. The material removal on Machining object is thus electrochemical and the dissolved material is as metal hydroxide from the electrolyte solution from the processing zone flushed out. The PECM method has a much smaller gap width between Tool and object and therefore has a much higher machining accuracy as the ECM procedure. Characteristic of the PECM process is still that the machining current is not permanent is applied, as in the ECM method, but as a pulsed current is supplied.

Die Druckschrift EP 0 801 598 B1 offenbart ein Verfahren zum ECM-Bearbeiten von Werkstücken. Allerdings handelt es sich bei den dabei offenbarten Werkstücken um im Wesentlichen kleine Bauteile, wie eine Scherfolie oder einen Scherkopf eines Elektrorasierers, so dass das gelehrte Verfahren aufgrund der Prozessrandbedingungen, insbesondere die für die Bearbeitung aufzubringenden Stromdichte und Leistungswerte der Anlage, nicht auf die Bearbeitungsfälle im Maschinen- und Kraftfahrzeugbau zu übertragen ist.The publication EP 0 801 598 B1 discloses a method for ECM machining of workpieces. However, the workpieces disclosed therein are essentially small components, such as a shaving foil or a shaving head of an electric shaver, so that the method taught does not affect the processing cases in the process due to the process boundary conditions, in particular the current density and power values of the plant to be applied Mechanical and automotive engineering is to be transferred.

Weiterhin ist aus der DE 199 59 593 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrung durch ECM-Bearbeitung bekannt, das eine Bohrungsherstellung in zwei oder mehr Arbeitsschritten vorschlägt. Dabei wird eine Elektrode mit unterschiedlichen Spannungswerten und Vorschubgeschwindigkeiten beaufschlagt, so dass in einem ersten Arbeitsschritt die Bohrung mit einem Aufmaß gefertigt wird und in den anschließenden Arbeitsschritten die Bohrung auf das Endmaß bearbeitet wird. Nachteilig ist allerdings, dass die DE 199 59 593 A1 keine genaue Beschreibung der Elektrode liefert und dass das beschriebene Verfahren mehrere Arbeitsschritte erfordert.Furthermore, from the DE 199 59 593 A1 discloses a method of making a bore by ECM machining, which proposes drilling in two or more operations. In this case, an electrode is subjected to different voltage values and feed rates, so that in a first step, the bore is made with an allowance and the bore is machined to the final dimension in the subsequent work steps. The disadvantage, however, is that the DE 199 59 593 A1 does not provide a detailed description of the electrode and that the method described requires several steps.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts anzugeben, die eine prozesssichere, schnelle und wirtschaftliche Bearbeitung ermöglicht.outgoing The invention is based on the object of the prior art a method and an electrode for electrochemical machining one of an electrically conductive Specify material formed object to be processed, the one process-reliable, fast and economical processing possible.

Die Aufgabe wird in Bezug auf das anzugebende Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf die anzugebende Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.The Task is in relation to the specified method for electrochemical Processing solved by the features of claim 1. The Task with respect to the electrode to be specified for electrochemical Machining is achieved by the features of claim 3. Further advantageous Embodiments and developments of the invention will be apparent from the dependent claims and the description.

Die Aufgabe hinsichtlich des anzugebenden Verfahrens wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts, unter Verwendung einer Elektrode durchgeführt wird, welche mindestens einen ECM-aktiven Bereich und mindestens einen ECM-inaktiven Bereich aufweist, wobei zwischen der Elektrode und dem zu bearbeitenden Objekt ein Spalt ausgebildet wird, in welchem eine Elektrolytlösung strömt und wobei die Strömung der Elektrolytlösung im Spalt zwischen dem ECM-aktiven Bereich der Elektrode und dem zu bearbeitenden Objekt durch die Form der äußeren Oberfläche der Elektrode laminarisiert wird.The Task with regard to the method to be specified is inventively characterized solved that the method for electrochemical machining of a electrically conductive Material formed object to be processed, using a Electrode performed which has at least one ECM active region and at least one ECM-inactive region, wherein between the electrode and the object to be processed, a gap is formed, in which an electrolyte solution flows and where the flow the electrolyte solution in the gap between the ECM active Area of the electrode and the object to be processed through the Shape of the outer surface of the Electrode is laminated.

Der Vorteil dieser Erfindung ist, dass so die Prozesssicherheit und Bearbeitungsqualität des Verfahrens der elektrochemischen Bearbeitung oder auch der gepulsten elektrochemischen Bearbeitung erhöht wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens wird gewährleistet, dass im Bearbeitungsspalt zwischen Elektrode und zu bearbeitendem Objekt, der beim PECM vorzugsweise eine Breite von 0,01 bis 0,2mm aufweist, eine im Vergleich zur konventionellen Bearbeitung im wesentliche laminarisierte Strömung der Elektrolytlösung vorherrscht. Vorzugsweise liegt die strömungscharakterisierende Reynolds-Zahl der sich ausbildenden Strömung der Elektrolytlösung im Spalt zwischen dem ECM-aktiven Teil der Elektrode und dem zu bearbeitenden Objekt unter der für die entsprechende Strömungskonfiguration kritischen Reynoldszahl. D.h., dass die Strömung der Elektrolytlösung im Bearbeitungsspalt vorzugsweise keine Bereiche turbulenter Strömung aufweist, die durch stark reduzierten Strömungsdruck gekennzeichnet sind. Daraus folgt, dass das Ausgasen von Wasserstoff, der bei der Bearbeitung entsteht und der in Bereichen geringeren Strömungsdruckes Gasblasen bildet, wesentlich reduziert wird. Folglich unterdrückt die laminarisierte Strömung der Elektrolytlösung die Bildung von Wasserstoffgasblasen und spült den entstehenden Wasserstoff in gelöster Form aus dem Bearbeitungsspalt. Da entstehende Gasblasen gleichzeitig die Ursache für Kurzschlüsse bei der ECM- bzw. PECM-Bearbeitung sind und folglich zu einem Abbruch des Verfahrens führen können bzw. zu Oberflächenfehlern der bearbeiteten Fläche, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren folglich die Prozesssicherheit, die Bearbeitungsqualität und auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht.The advantage of this invention is that it increases the process reliability and machining quality of the process of electrochemical machining or of pulsed electrochemical machining. The embodiment of the method according to the invention ensures that in the machining gap between the electrode and the object to be processed, which preferably has a width of 0.01 to 0.2 mm in the PECM, a substantially laminarized flow of the electrolyte solution prevails compared to conventional machining. Preferably, the flow characterizing Reynolds number of the forming electrolyte flow in the gap between the ECM active portion of the electrode and the object to be processed is below the Reynolds number critical for the corresponding flow configuration. That is to say that the flow of the electrolyte solution in the machining gap preferably has no regions of turbulent flow, which are characterized by greatly reduced flow pressure. It follows that the outgassing of hydrogen, which arises during the processing and the lower flow in areas ckes gas bubbles is significantly reduced. Thus, the laminarized flow of the electrolyte solution suppresses the formation of hydrogen gas bubbles and flushes the resulting hydrogen in dissolved form out of the machining gap. Since resulting gas bubbles are at the same time the cause of short circuits in the ECM or PECM processing and consequently can lead to a termination of the process or to surface defects of the machined surface, the process reliability according to the invention consequently the process reliability, the processing quality and also the economy of the procedure increases.

In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Kalibrierung einer vorgefertigten Bohrung einzusetzen. D.h., dass die endgültige Geometrie der Bohrung, gekennzeichnet durch das endgültige Maß und die Oberflächenqualität, durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird.In Advantageously, the inventive method for the calibration to use a prefabricated hole. That is, the final geometry drilling, characterized by the final dimension and surface quality the inventive method will be produced.

Ein Vorteil dabei ist, dass bei einer solchen Bearbeitung nur ein minimaler Werkstoffabtrag stattfindet und deshalb der Vorschub und die Oberflächenqualität und somit auch die Wirtschaftlichkeit des Bearbeitungsverfahrens wesentlich gesteigert werden können.One The advantage here is that with such a processing only a minimal Material removal takes place and therefore the feed and the surface quality and thus also the efficiency of the machining process essential can be increased.

Ein weiterer Vorteil ist, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens das Spektrum an bearbeitbaren Geometrien wesentlich erhöht wird. Beispielsweise kann so eine vorgefertigte Bohrung auf Endmaß vergrößert werden oder in eine vorgefertigte Bohrung kann auf einfache Art und Weise eine Innenverzahnung eingebracht werden. Das Spektrum der herstellbaren Geometrien ist aber nicht auf die genannten beschränkt, sondern durchaus auf weitere Innenbearbeitungen, wie Unrundheiten oder Unrundheiten kombiniert mit einer Verzahnungsgeometrie, übertragbar und ebenfalls durch geeignete Auslegung des Verfahrens auf eine Außenbearbeitung, wie z.B. eine Außenverzahnung, eine Objekts übertragbar.One Another advantage is that by means of the method according to the invention the range of machinable geometries is significantly increased. For example, such a prefabricated bore can be enlarged to final dimensions or in a prefabricated hole can easily an internal toothing are introduced. The range of manufacturable But geometries are not limited to those mentioned, but certainly on further internal work, such as ovality or ovality combined with a gearing geometry, transferable and also by suitable design of the method for external machining, such as a External teeth, an object transferable.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens entsteht, wenn die Bearbeitungsrichtung mit der Zuführrichtung und/oder Strömungsrichtung der Elektrolytlösung im wesentlichen übereinstimmt und die Richtungsvektoren der Bearbeitungsrichtung, der Zuführrichtung und/oder Strömungsrichtung somit eine übereinstimmende Hauptrichtungskomponente aufweisen. Vorteilhaft daran ist, dass dann der entstehende Wasserstoff und die entstehenden Metallhydroxide einfacher ausgespült werden und die Prozesssicherheit und die Wirtschaftlichkeit erhöht werden.One Another advantage of the method arises when the machining direction with the feeding direction and / or flow direction the electrolyte solution essentially coincides and the direction vectors of the machining direction, the feeding direction and / or flow direction thus a matching one Main component. The advantage of this is that then the resulting hydrogen and the resulting metal hydroxides flushed out more easily and process reliability and cost-effectiveness are increased.

Durch geeignete Ausgestaltung der Verfahrensparameter, insbesondere Ausgestaltung der Elektrode und Druck bzw. Strömungsgeschwindigkeit der Elektrolytlösung wird im Abströmbereich der Bearbeitung eine Sogwirkung erreicht, wodurch der entstehende Wasserstoff und die entstehenden Metallhydroxide einfacher ausgespült werden und die Prozesssicherheit und die Wirtschaftlichkeit erhöht werden.By suitable embodiment of the process parameters, in particular embodiment the electrode and pressure or flow velocity of electrolyte solution is in the outflow area the processing reaches a suction effect, whereby the resulting Hydrogen and the resulting metal hydroxides are rinsed easier and process reliability and cost-effectiveness are increased.

Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Verfahrens, wenn die Bearbeitung des Objekts und die Zufuhr der Elektrolytlösung von unten erfolgt, d.h. entgegen der Gravitationskraft. Beispielsweise taucht dazu dann die Elektrode in eine vorgefertigte Bohrung in einem zu bearbeitendem Objekt ein, so dass dann der Wasserstoff und die Metallhydroxide in Richtung eines Vorschneidebereichs der Elektrode und entgegen der Gravitationskraft ausgespült werden und somit weiter die Prozesssicherheit und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht werden.Especially advantageous is the embodiment of the method, when the processing of the object and the supply of the electrolyte solution from below, i. e. against the gravitational force. For example, then dives to it the electrode in a prefabricated hole in a machined Object, so that then the hydrogen and the metal hydroxides towards a Vorschneidebereichs of the electrode and opposite flushed out of gravitational force and thus continue process reliability and cost-effectiveness of the procedure increases become.

Vorteilhafterweise führt das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu, dass sich die Elektrode durch die laminarisierte Strömung, d.h. ohne relevante Druckunterschiede, im Spalt zwischen dem ECM-aktiven Bereich der Elektrode und dem zu bearbeitenden Objekt selbst zentriert und positioniert. Somit wird folglich eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit erzielt, die ebenfalls die Bearbeitungsqualität und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wesentlich steigert.advantageously, does that inventive method also cause the electrode to flow through the laminarized flow, i. without relevant pressure differences, in the gap between the ECM-active Centered area of the electrode and the object to be processed itself and positioned. Thus, therefore, a higher machining accuracy achieved the same quality of machining and cost-effectiveness significantly increases the process.

Die Elektrolytlösung wird bei der Bearbeitung unter niedrigem Druck dem Verfahren zugeführt, vorzugsweise sogar unter Umgebungsdruck. Somit werden die Verfahrensführung und die Steuerung des Kreislaufs der Elektrolytlösung, der auch die Reinigung bzw. Wiederaufbereitung der Elektrolytlösung durch Ausfiltern des Metallhydroxids umfasst, vorteilhaft vereinfacht. Bei dem PECM-Verfahren ist allerdings zu beachten, dass der Zuführdruck der Elektrolytlösung zumindest so hoch gewählt wird, dass zumindest einmal während eines Stromimpulses für die Bearbeitung der Spalt zwischen Elektrode und zu bearbeitendem Objekt gespült wird. Somit wird die Bearbeitung durch keine zu hohe Konzentration von Wasserstoff und/oder Metallhydroxid in der Elektrolytlösung im Spalt beeinflusst.The electrolyte solution is fed to the process during processing under low pressure, preferably even under ambient pressure. Thus, the process management and the control of the circulation of the electrolyte solution, which also includes the cleaning or reprocessing of the electrolyte solution by filtering out the metal hydroxide includes, advantageously simplified. However, the PECM procedure is to note that the feed pressure the electrolyte solution at least that high will that at least once during a current pulse for the machining of the gap between the electrode and machined Object rinsed becomes. Thus, the processing by not too high concentration of hydrogen and / or metal hydroxide in the electrolyte solution in Gap influenced.

Die Aufgabe hinsichtlich der anzugebenden Elektrode wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts mindestens einen ECM-aktiven Bereich und mindestens einen ECM-inaktiven Bereich aufweist und die Form der äußeren Oberfläche der Elektrode derart stömungslenkend ausgestaltet ist, dass bei relativer Positionierung von Elektrode und Objekt zueinander die sich im Spalt zwischen dem ECM-aktiven Bereich der Elektrode und dem zu bearbeitenden Objekt ausbildende Strömung der Elektrolytlösung laminarisiert.The Task with respect to the electrode to be specified according to the invention solved that the electrode for electrochemical machining of a electrically conductive Material formed object to be machined at least one ECM-active Has area and at least one ECM inactive area and the shape of the outer surface of the Electrode so stömungslenkend is designed that when relative positioning of electrode and object to each other in the gap between the ECM-active Area of the electrode and the object to be machined forming the flow electrolyte solution laminarised.

Der Vorteil dieser Erfindung ist, dass die ECM-Bearbeitung des zu bearbeitenden Objekts nur durch den ECM-aktiven Bereich erfolgt und der ECM-inaktive Bereich der vorzugsweise aus elektrisch isolierenden Werkstoff auszugestalten ist, aber auch mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung ausgestaltet werden kann, strömungslenkend funktioniert. Dabei ist die Oberflächenform und oder Beschichtung der Elektrode strömungstechnisch derart ausgestaltet, dass die bei der Bearbeitung zugeführte Elektrolytlösung durch die Ausgestaltung der ECM-inaktiven Bereiche der Elektrode strömungstechnisch so gelenkt wird, dass sich bei der Bearbeitung eine weitgehend laminarisierte Strömung im Spalt zwischen dem ECM-aktiven Bereich der Elektrode und dem zu bearbeitendem Objekt einstellt.Of the Advantage of this invention is that the ECM machining of the processed Object occurs only through the ECM-active area and the ECM-inactive To design area of preferably electrically insulating material is, but also designed with an electrically insulating coating can be, flow-directing works. Here is the surface shape and or coating the electrode fluidically designed such that the supplied during processing electrolyte solution by the design of the ECM-inactive areas of the electrode fluidically is directed so that during processing a largely laminarized flow in the gap between the ECM-active region of the electrode and the sets the object to be processed.

Vorteilhafterweise ist die Ausgestaltung der Oberflächenform der ECM-inaktiven Bereiche der Elektrode dabei so zu wählen, dass sie strömungstechnisch günstige Formen, wie beispielsweise eine tropfenförmige Geometrie oder eine kegelförmige Geometrie, aufweisen. Der ECM-aktive Bereich der Elektrode ist gemäß der zu bearbeitenden Geometrie auszugestalten, so dass zur Laminarisierung der sich bei der ECM-Bearbeitung in diesem Bereich einstellenden Strömung neben der strömungslenkenden Ausgestaltung der ECM-inaktiven Bereiche der Elektrode auch ein homogener, d.h. konstanter und/oder gratfreier Übergang von einem ECM-inaktiven Bereich zu einem ECM-aktiven Bereich der Elektrode vorgesehen ist.advantageously, is the design of the surface shape the ECM-inactive areas of the electrode to be chosen so that they fluidically favorable Shapes, such as a teardrop-shaped geometry or a cone-shaped geometry, exhibit. The ECM active region of the electrode is according to the to design machined geometry, so that the laminarization which is developing in ECM processing in this area flow in addition to the flow-directing design the ECM-inactive regions of the electrode are also a homogeneous, i. constant and / or burr-free transition from an ECM-inactive region to an ECM-active region of the Electrode is provided.

Auf diese Art und Weise ist mit der erfindungsgemäßen Elektrode eine prozesssichere und wirtschaftlichere Bearbeitung sichergestellt.On this manner is a process-reliable with the electrode according to the invention and more economical processing ensured.

Vorteilhafterweise ist ebenfalls ein homogener Übergang von der Elektrode zum Anschluss der Elektrode an die Stromzuführung und/oder Prozessdatenerfassung und gegebenenfalls weiterer erforderlicher Anschlüsse vorzusehen, so dass die strömungslenkende Funktion der ECM-inaktiven Bereiche der Elektrode weiter verbessert wird.advantageously, is also a homogeneous transition from the electrode for connecting the electrode to the power supply and / or Process data acquisition and possibly further required connections provide, so that the flow-steering Function of the ECM-inactive areas of the electrode further improved becomes.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der ECM-aktive Bereich der Elektrode als konturgebender Bereich selbst einen Vorschneidebereich und einen weiteren Fertigbearbeitungsbereich auf. Dabei weist der Fertigbearbeitungsbereich die am zu bearbeitenden Objekt herzustellende Geometrie, beispielsweise die Kontur eines Kreises oder Innenverzahnung, auf. Das Maß der Kontur des Fertigbearbeitungsbereichs entspricht dabei dem Maß der am Objekt herzustellenden Kontur abzüglich des sich bei der Bearbeitung einstellenden Spaltmaßes. Der Fertigbearbeitungsbereich hat eine Höhe hEZ von kleiner 25mm, wobei vorzugsweise eine Höhe von kleiner als 1mm vorzusehen ist. Der Vorschneidebereich als weiterer Bereich des ECM-aktiven Bereichs der Elektrode schließt sich direkt oder aber auch indirekt, d.h. getrennt durch einen weiteren ECM-inaktiven Bereich, an den Fertigbearbeitungsbereich an, so dass der Vorschneidebereich bei der ECM-Bearbeitung vor dem Fertigbearbeitungsbereich in einen Bearbeitungseingriff gelangt. Der Vorschneidebereich weist eine sich verjüngende Kontur auf, insbesondere eine kegelförmige Kontur, die in einem Winkel αE von 0° bis 85°, vorzugsweise 45° bis 75° zum Fertigbearbeitungsbereich steht. Der Übergang von dem Vorschneidebereich zum Fertigbearbeitungsbereich erfolgt so, dass kein strömungsungünstiger Grat entsteht und dass der Vorschneidebereich homogen in die Kontur des Fertigbearbeitungsbereichs, beispielsweise eine Innenverzahnung, übergeht. Die Gesamthöhe des ECM-aktiven Bereichs der Elektrode hE liegt im Bereich von kleiner 50mm, vorzugsweise 2–5mm.In an advantageous embodiment, the ECM-active region of the electrode itself as a contouring region has a precutting region and a further finishing region. In this case, the finishing area on the geometry to be machined on the object to be machined, for example, the contour of a circle or internal teeth, on. The dimension of the contour of the finished machining area corresponds to the dimension of the contour to be produced on the object, minus the gap dimension setting during machining. The finishing portion has a height h EZ of less than 25mm, preferably with a height of less than 1mm is provided. The precutting area as a further area of the ECM-active area of the electrode adjoins the finishing area directly or else indirectly, ie separated by another ECM-inactive area, so that the precutting area is machined in the ECM processing before the finishing area arrives. The pre-cutting region has a tapered contour, in particular a conical contour, which is at an angle α E of 0 ° to 85 °, preferably 45 ° to 75 ° to the finishing area. The transition from the pre-cutting area to the finishing area is effected in such a way that no flow-unfavorable burr occurs and that the pre-cutting area merges homogeneously into the contour of the finishing area, for example an internal toothing. The total height of the ECM-active region of the electrode h E is in the range of less than 50mm, preferably 2-5mm.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Elektrode ist, dass bei der ECM-Bearbeitung durch den sich verjüngenden Vorschneidebereich die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode wesentlich erhöht wird und durch den homogene, gratfreien Übergang von Vorschneidebereich in Fertigbearbeitungsbereich die sich einstellende laminarisierte Strömung im Spalt zwischen ECM-aktiven Bereich der Elektrode und zu bearbeitendem Objekt aufrechterhalten wird und damit eine prozesssichere und wirtschaftlichere Bearbeitung sichergestellt wird.Of the Advantage of the embodiment according to the invention The electrode is that when ECM machining by the tapered Vorschneidebereich the feed rate of the electrode significantly elevated is and by the homogeneous, burr-free transition from Vorschneidebereich in finishing area, the resulting laminarized flow in the Gap between ECM-active area of the electrode and to be machined Object is maintained and thus a process-safe and more economical Processing is ensured.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode weist die Elektrode mindestens ein weiteres Mittel zur Strömungslenkung auf, wodurch die laminarisierende Funktion der Elektrode zur Lenkung des Elektrolytlösung verbessert wird.In a further advantageous embodiment of the electrode according to the invention the electrode has at least one further means for flow guidance on, reducing the laminarizing function of the electrode for steering of the electrolyte solution is improved.

Vorteilhafter Weise ist dieses Mittel zur Strömungslenkung als Ringelement ausgelegt und im strömungslenkenden ECM-inaktiven Bereich der Elektrode ausgebildet, wobei das Mittel zur Strömungslenkung elektrisch isolierend wirkt, dadurch dass es z.B. elektrisch isolierend beschichtet ist oder einen elektrisch isolierenden Werkstoff aufweist. Das Ringelement kann dabei beispielsweise als Laminarisierungsring wirken, wodurch die strömungslenkende Funktion des ECM-inaktiven Bereichs der Elektrode vorteilhaft unterstützt wird, oder aber auch als Rückschlagdichtung, die in Abhängigkeit der Strömungsverhältnisse der Elektrolytlösung gezielt unterschiedliche Druckzustände auf den beiden Seiten der Rückschlagdichtung ausbildet. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Zuführdruck der Elektrolytlösung bei der Bearbeitung stark variiert.Favorable Way is this means of flow guidance designed as a ring element and in the flow-directing ECM-inactive area formed of the electrode, wherein the means for flow guidance electrically insulating, by e.g. electrically insulating coated or has an electrically insulating material. The ring element can, for example, as a laminarization act, causing the flow-directing Function of the ECM inactive region of the electrode is advantageously supported, or as a check seal, the dependent the flow conditions the electrolyte solution specifically different pressure conditions on the two sides of the check seal formed. This is particularly advantageous when the feed pressure the electrolyte solution varies greatly during processing.

Vorteilhafter Weise ist das Mittel zur Strömungslenkung als ein federbewehrtes Ringelement auszulegen, wodurch eine zusätzliche Zentrierung der Elektrode bei der ECM-Bearbeitung eines Objekts erreicht wird. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Elektrodendurchmesser DE kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser DR eines vorgebohrten, zu bearbeitenden Objekts.Advantageously, the means for flow guidance is interpreted as a spring-reinforced ring element, whereby an additional centering of the electrode in the ECM processing of Ob achieved. This is particularly advantageous when the electrode diameter D E is smaller than the bore diameter D R of a predrilled object to be machined.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren näher erläutert.following The invention is based on an embodiment and the figures explained in more detail.

1 zeigt dabei in schematischer Darstellung eine nicht maßstabsgetreue Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Elektrode (1) im Bearbeitungszustand ohne weitere Darstellung der Anschlussmittel der Elektrode (1) an eine Bearbeitungsvorrichtung zur ECM-Bearbeitung. 1 shows a schematic representation of a not-to-scale side view of an electrode according to the invention ( 1 ) in the processing state without further representation of the connection means of the electrode ( 1 ) to a processing device for ECM processing.

2 ist eine Detailansicht des konturgebenden ECM-aktiven Bereichs (2) der erfindungsgemäßen Elektrode (1) im Bearbeitungszustand gemäß 1. 2 is a detail view of the contouring ECM-active area ( 2 ) of the electrode according to the invention ( 1 ) in the processing state according to 1 ,

Mittels des PECM-Verfahrens wird in einem zu bearbeitenden Objekt aus schwer zu zerspanendem Hartmetall eine Innenverzahnung mit einem Fusskreisdurchmesser von 30mm und einer Zahnhöhe von 1mm hergestellt. Dazu ist in dem Bearbeitungsobjekt in einem nicht näher erläuterten vorangestellten Arbeitsschritt eine vorgefertigte kreisrunde Materialaussparung erzeugt worden. Die kreisrunde Materialaussparung hat einen Durchmesser DR von 27mm, welcher mit einer Elektrode (1) mit einem äußeren Elektrodendurchmesser DE von 29,8mm bearbeitet wird. Die vorhandenen Anschlussmittel der Elektrode (1) zur Stromversorgung und der weiteren Prozessteuerung sind hierbei nicht näher erläutert.By means of the PECM method, an internal toothing with a root diameter of 30 mm and a tooth height of 1 mm is produced in an object to be machined from hard-to-machine carbide metal. For this purpose, a prefabricated circular material recess has been created in the processing object in a preconfigured step not explained in detail. The circular material recess has a diameter D R of 27mm, which with an electrode ( 1 ) is processed with an outer electrode diameter D E of 29.8 mm. The existing connection means of the electrode ( 1 ) to the power supply and the further process control are not explained in detail here.

Die Elektrode (1) weist dabei einen konturgebenden, ECM-aktiven Bereich (2) auf, welcher einen Vorschneidebereich (21) und einen Fertigbearbeitungsbereich (22) aufweist. Der Fertigbearbeitungsbereich (22) hat eine Höhe hEZ von 1mm und einen äußeren Durchmesser DE von 29,8mm. Die um den Gesamtumfang des Fertigbearbeitungsbereiches (22) angeordnete Verzahnungsgeometrie hat eine Zahntiefe von 1mm. Der Vorschneidebereich (21) weist einen Anstellwinkel αE von 50° zum Fertigbearbeitungsbereich auf, welcher für den vorliegenden Bearbeitungsfall vorteilhaft hinsichtlich der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode (1) und der Abbildungsgenauigkeit der herzustellende Verzahnungsgeometrie ist. Insgesamt hat der ECM-aktive Bereich (2) eine Gesamthöhe hE von 5mm. Der Vorschneidebereich (21) weist weiterhin auch schon die Verzahnungsgeometrie auf, wobei die Zahntiefe hin zum Durchmesser DE von Null auf 1mm ansteigt. Der Übergang vom Vorschneidebereich (21) zum Fertigbearbeitungsbereich (22) erfolgt konstant mit einem Radius von 0,5mm.The electrode ( 1 ) has a contouring, ECM-active area ( 2 ), which has a Vorschneidebereich ( 21 ) and a finishing area ( 22 ) having. The finishing area ( 22 ) has a height h EZ of 1mm and an outer diameter D E of 29.8mm. The around the entire scope of the finishing area ( 22 ) arranged tooth geometry has a tooth depth of 1mm. The pre-cutting area ( 21 ) has an angle of attack α E of 50 ° to the finishing area, which is advantageous for the present processing case with respect to the feed rate of the electrode ( 1 ) and the imaging accuracy of the tooth geometry to be produced. Overall, the ECM-active area ( 2 ) a total height h E of 5mm. The pre-cutting area ( 21 ) also has already the gearing geometry, wherein the tooth depth increases towards the diameter D E from zero to 1mm. The transition from the pre-cutting area ( 21 ) to finishing area ( 22 ) is constant with a radius of 0.5mm.

Weiterhin weist die Elektrode (1) zwei ECM-inaktive Bereiche (31, 32) auf, die durch ihre kegelförmige Ausgestaltung die An- und Abströmung der Elektrolytlösung bei der PECM-Bearbeitung derart lenken, dass sich im sich zwischen dem ECM-aktiven Bereich (2) der Elektrode (1) und dem Bearbeitungsobjekt ausbildenden Spalt eine laminarisierte Strömung einstellt. Die Übergang zwischen den Bereichen (32) und (22) erfolgt ebenfalls konstant mit einem Radius von 0,5mm und der Übergang zwischen den Bereichen (21) und (31) erfolgt homogen und gratfrei.Furthermore, the electrode ( 1 ) two ECM inactive areas ( 31 . 32 ), whose cone-shaped configuration directs the inflow and outflow of the electrolyte solution during PECM processing in such a way that, between the ECM-active region (FIG. 2 ) of the electrode ( 1 ) and the machining object forming gap sets a laminar flow. The transition between the areas ( 32 ) and ( 22 ) is also constant with a radius of 0.5mm and the transition between the areas ( 21 ) and ( 31 ) is homogeneous and burr-free.

Im Verfahren zur PECM-Bearbeitung taucht die Elektrode (1) entlang der Vorschubrichtung (6) von unten in das zu bearbeitende Objekt ein. Die Elektrolytlösung, eine gebräuchliche Salzlösung, wird ebenfalls von unten der Bearbeitung unter Umgebungsdruck zugeführt. Die sich einstellende Strömungsrichtung (5) der Elektrolytlösung verläuft im wesentlichen parallel zur Vorschubrichtung (6).In the process for PECM processing, the electrode ( 1 ) along the feed direction ( 6 ) from below into the object to be processed. The electrolyte solution, a common salt solution, is also fed from below to processing under ambient pressure. The adjusting flow direction ( 5 ) of the electrolyte solution is substantially parallel to the feed direction ( 6 ).

Der ECM-inaktive Bereich (32) der Elektrode (1) lenkt die zuströmende Elektrolytlösung im Anströmbereich (4) derart, dass sich im sich zwischen dem ECM-aktiven Bereich (2) der Elektrode (1) und dem Bearbeitungsobjekt ausbildenden Spalt eine laminarisierte Strömung ausbildet, die die Prozesssicherheit der Bearbeitung wesentlich erhöht. Der bei der Bearbeitung entstehende Wasserstoff und die entstehenden Metallhydroxide gehen in die Elektrolytlösung über und werden vorteilhaft entgegen der Gravitationskraft mit der Elektrolytlösung ausgespült. Der ECM-inaktive Bereich (31) der Elektrode (1) sorgt durch seine kegelförmige Ausgestaltung im Abströmbereich dafür, dass die laminarisierte Strömung der Elektrolytlösung im Bearbeitungsspalt nicht wesentlich beeinflusst wird.The ECM inactive area ( 32 ) of the electrode ( 1 ) directs the inflowing electrolyte solution in the inflow area ( 4 ) such that in between the ECM active area ( 2 ) of the electrode ( 1 ) and the machining object forming gap forms a laminarized flow, which significantly increases the process reliability of processing. The hydrogen produced in the processing and the resulting metal hydroxides pass into the electrolyte solution and are advantageously flushed out against the gravitational force with the electrolyte solution. The ECM inactive area ( 31 ) of the electrode ( 1 ) ensures by its conical configuration in the outflow area that the laminarized flow of the electrolyte solution is not significantly affected in the machining gap.

Bei der PECM-Bearbeitung wird die Breite a des Bearbeitungsspaltes am Übergang vom Bereich (22) zum Bereich (32) eine konstante Breite von 0,1mm aufweisen, so dass das Endmaß der Verzahnungsgeometrie in dem zu bearbeitenden Objekt hergestellt wird. Die Breite a wird aber über die Höhe hE aufgrund der konkreten Ausgestaltung der Elektrodengeometrie des ECM-aktiven Bereichs (2) der Elektrode (1) nicht konstant sein, so dass hier eine vorteilhafte Sogwirkung im Abströmbereich (7) entsteht, die ein nochmals verbessertes Ausspülen der Elektrolytlösung aus dem Bearbeitungsspalt gewährleistet.In PECM machining, the width a of the machining gap at the transition from the region ( 22 ) to the area ( 32 ) have a constant width of 0.1 mm, so that the final dimension of the gearing geometry is produced in the object to be machined. However, the width a is determined by the height h E due to the specific design of the electrode geometry of the ECM-active region (FIG. 2 ) of the electrode ( 1 ) are not constant, so that here an advantageous suction effect in the outflow area ( 7 ) is formed, which ensures a further improved rinsing of the electrolyte solution from the machining gap.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern vielmehr auf weitere Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung, insbesondere zur Innen- und Außenbearbeitung, von zu bearbeitenden Objekten übertragbar ist, beispielsweise zur Herstellung einer Außenverzahnung oder aber einer Innenverzahnung eines Sackloches oder eines Sackloches mit einer Entlüftungsbohrung.It is understood that the invention is not limited to the embodiment described above, but rather to other methods for electrochemical machining, in particular for internal and external machining of objects to be machined, for example for producing an external toothing or internal teeth of a blind hole or a sack hole with a vent hole.

11
Elektrodeelectrode
22
ECM-aktiver Bereich der Elektrode (1)ECM active region of the electrode ( 1 )
2121
VorschneidebereichVorschneidebereich
2222
FertigbearbeitungsbereichFinishing area
3131
erster ECM-inaktiver Bereich der Elektrode (1)first ECM-inactive area of the electrode ( 1 )
3232
zweiter ECM-inaktiver Bereich der Elektrode (1)second ECM inactive region of the electrode ( 1 )
44
Anströmbereichinflow
55
Strömungsrichtung der Elektrolytlösungflow direction the electrolyte solution
66
Vorschubrichtung der Elektrode (1)Feed direction of the electrode ( 1 )
77
Abströmbereichoutflow region

Claims (9)

Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts, wobei zwischen einer Elektrode (1) und dem zu bearbeitenden Objekt ein Spalt gebildet wird, in welchem eine Elektrolytlösung strömt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (1) mit mindestens einem ECM-aktiven Bereich (2) und mindestens einem ECM-inaktiven Bereich (31, 32) verwendet wird, welche durch die Form ihrer äußeren Oberfläche die Strömung der Elektrolytlösung im Spalt zwischen dem ECM-aktiven Bereich (2) der Elektrode (1) und dem zu bearbeitenden Objekt laminarisiert.Process for the electrochemical machining of an object to be processed formed from an electrically conductive material, wherein between an electrode ( 1 ) and the object to be processed, a gap is formed in which flows an electrolyte solution, characterized in that an electrode ( 1 ) with at least one ECM-active area ( 2 ) and at least one ECM-inactive area ( 31 . 32 ), which by the shape of its outer surface, the flow of the electrolyte solution in the gap between the ECM-active region ( 2 ) of the electrode ( 1 ) and the object to be processed are laminated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) durch die laminarisierte Strömung im Spalt zentriert wird.Method according to claim 1, characterized in that the electrode ( 1 ) is centered by the laminarized flow in the gap. Elektrode (1) zur elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) mindestens einen ECM-aktiven Bereich (2) und mindestens einen ECM-inaktiven Bereich (31, 32) aufweist und dass die Form der äußeren Oberfläche der Elektrode (1) derart stömungslenkend ausgestaltet ist, dass bei Anordnung der Elektrode (1) relativ zu dem zu bearbeitenden Objekt sich ein Spalt zwischen beiden ausbildet, in dem sich bei Durchströmung mit einer Elektrolytlösung zwischen Elektrode (1) und Objekt eine laminarisierte Strömung ausbildet.Electrode ( 1 ) for the electrochemical machining of an object to be machined from an electrically conductive material, characterized in that the electrode ( 1 ) at least one ECM-active region ( 2 ) and at least one ECM inactive region ( 31 . 32 ) and that the shape of the outer surface of the electrode ( 1 ) is designed such flow-directing that when the electrode ( 1 ) forms a gap between the two relative to the object to be processed, in which, when flowing through with an electrolyte solution between electrode ( 1 ) and object forms a laminarized flow. Elektrode (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) einen ECM-aktiven Bereich (2) aufweist, welcher selbst einen Vorschneidebereich (21) und einen Fertigbearbeitungsbereich (22) aufweist.Electrode ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the electrode ( 1 ) an ECM-active area ( 2 ), which itself has a Vorschneidebereich ( 21 ) and a finishing area ( 22 ) having. Elektrode (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ECM-aktive Bereich (2) der Elektrode (1) eine Fertigbearbeitungsgeometrie aufweist, welche homogen vom ersten ECM-inaktiven Bereich (31) auf den ECM-aktiven Bereich (2) übergeht und/oder vom Vorschneidebereich (21) auf den Fertigbearbeitungsbereich (22) des ECM-aktiven Bereichs (2) übergeht.Electrode ( 1 ) according to one of claims 3 or 4, characterized in that the ECM-active region ( 2 ) of the electrode ( 1 ) has a finishing geometry that is homogeneous from the first ECM inactive region ( 31 ) to the ECM active area ( 2 ) passes over and / or from the Vorschneidebereich ( 21 ) on the finishing area ( 22 ) of the ECM-active area ( 2 ) passes over. Elektrode (1) nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) mindestens ein weiteres Mittel zur Lenkung der Strömung der Elektrolytlösung im Spalt aufweist.Electrode ( 1 ) according to one of claims 3, 4 or 5, characterized in that the electrode ( 1 ) has at least one further means for directing the flow of the electrolyte solution in the gap. Elektrode (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Mittel zur Lenkung der Strömung der Elektrolytlösung im Spalt als Laminarisierungsring und/oder Rückschlagdichtung ausgebildet ist.Electrode ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the further means for directing the flow of the electrolyte solution in the gap is formed as laminarization ring and / or non-return seal. Elektrode (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Lenkung der Strömung der Elektrolytlösung im Spalt an der Elektrode (1) vorgesehen ist.Electrode ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the means for directing the flow of the electrolyte solution in the gap at the electrode ( 1 ) is provided. Elektrode (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ECM-inaktive Bereich (31, 32) der Elektrode (1) und/oder das Mittel zur Lenkung der Strömung der Elektrolytlösung elektrisch isolierend beschichtet ist.Electrode ( 1 ) according to one of claims 3 to 8, characterized in that the ECM-inactive region ( 31 . 32 ) of the electrode ( 1 ) and / or the means for directing the flow of the electrolyte solution is coated in an electrically insulating manner.
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