DE102014201006A1

DE102014201006A1 - ECM-Elektrode mit mechanischer Schneide und Verfahren

Info

Publication number: DE102014201006A1
Application number: DE102014201006.3A
Authority: DE
Inventors: Susanne Kamenzky
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2015-07-23
Also published as: WO2015110330A1

Abstract

Durch die Verwendung einer hohlen Elektrode (10), die sowohl ein mechanisches Bearbeitungswerkzeug und eine elektrolytische Bearbeitung ermöglicht, ist mit einer Elektrode die Bearbeitung eines metallischen Substrats (3) mit einer keramischen Beschichtung (7) möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine ECM-Elektrode, die an einer ihrer Stirnfläche eine Schneide zur mechanischen Bearbeitung aufweist und ein Verfahren.
EDM-Verfahren sind Stand der Technik, um metallische Werkstoffe zu bearbeiten. Keramische Werkstoffe können durch EDM nicht ohne Weiteres bearbeitet werden.
In der EP 2 105 236 A1 wird ein Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung (EDM) einer elektrisch nicht leitenden Beschichtung vorgeschlagen, bei dem eine leitfähige Schicht auf das zu bearbeitende Bauteil aufgetragen wird, damit eine Spannung erzeugt werden kann. Dies ist jedoch sehr aufwändig.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Elektrode und ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem eine direkte Bearbeitung des Substrats erfolgen kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 2.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Der erfinderische Schritt liegt darin, dass mit der Kombination aus einem spanenden und einem abtragenden Fertigungsverfahren mit einem einzigen Werkzeug, der ECM-Elektrode, nun auf einer ECM-Anlage mit einer einzigen ECM-Elektrode selbst in einem Zweischrittverfahren Bohrungen in ein Bauteil mit einer elektrisch nicht leitenden keramischen Wärmedämmschicht gebohrt werden können. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung, da das Bauteil nun nicht mehr nach der metallischen Beschichtung gebohrt, maskiert und dann keramisch beschichtet werden muss, sondern nach der Komplettbeschichtung in einem Arbeitsgang gebohrt werden kann. Die Qualität des Bearbeitungsergebnisses wird ebenfalls verbessert, da die Geometrie der Bohrung im Bereich der Keramik nahezu perfekt ausgeführt werden kann, während bei einem Maskierverfahren dort immer starke Unstetigkeiten in der Geometrie entstehen, die einen negativen Einfluss auf die Kühlwirkung und die Integrität der Schichtanbindung haben können.
Die Durchlaufzeit der zu bearbeitenden Bauteile wird aufgrund der vereinfachten technischen Abläufe und der vereinfachten Logistik ebenfalls verkürzt. Weiterhin wird im Vergleich zur Bearbeitung mit EDM die Qualität der Bohrung im metallischen Werkstück verbessert, da durch elektrochemischen Abtrag keine wärmebeeinflusste Randzonen und keine Risse im Grundwerkstoff entstehen.
Die Figur zeigt schematisch eine Elektrode und ein Schichtsystem.
Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar.
In der Figur ist ein Schichtsystem 1 gezeigt, dass ein metallisches Substrat 3 aufweist. Bei Turbinenschaufeln ist das Substrat 3 vorzugsweise eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung.
Auf dem Substrat 3 ist zumindest eine äußerste keramische Schicht 7 aufgebracht, die mittels konventionellen EDM-Verfahren nicht durchbohrt oder bearbeitet werden kann, da sie nicht elektrisch leitfähig ist.
Bei dem Schichtsystem 1 kann zwischen der äußeren keramischen Schicht 7 und dem Substrat 3 noch zumindest eine metallische Haftvermittlerschicht 4 vorhanden sein, auf der eine Oxidschicht wächst oder vorhanden ist.
Gestrichelt angedeutet ist eine Bohrung 25, die durch die keramische Schicht 7 zumindest teilweise, insbesondere durch das metallische Substrat 3 durchgehend führen soll.
Die erfindungsgemäße Elektrode 10 ist als Hohlelektrode aufgeführt und weist einen äußeren Rahmen oder einen Hohlzylinder 16 auf, in dessen Innerem 17 ein Elektrolyt 19 oder eine Flüssigkeit zuführbar ist.
An einer Stirnseite 14 der Elektrode 10 sind Schneiden 13 vorhanden, die es erlauben, durch eine Drehbewegung 22 keramisches Material zu entfernen.
Die Lösung des obigen Problems erfolgt dadurch, dass die ECM-Elektrode 10 bzw. der Hohlzylinder 16 an ihrer werkstückseitigen Stirnfläche 14 entweder mit geometrisch bestimmten oder mit geometrisch unbestimmten Schneiden 13 versehen ist. Sie könnte an ihrer Stirnseite 14 ähnlich aussehen wie ein Tieflochbohrer.
Mit der Schneide 13 wird nun durch eine Drehbewegung 22 der Elektrode 10 und mit einem Vorschub zu Beginn des Bohrens des keramikbeschichteten Werkstücks zuerst die keramische Schicht 7 trennend bearbeitet.
Die Spülung der Elektrode mit einem Elektrolyt 19 oder einer Flüssigkeit kann während des Keramikbohrens schon zur Kühlung des Werkzeugs 10 und des Schichtsystems 1 sowie zum Fortspülen der Reste von Material verwendet werden. So muss die Bohrversorgung zum Spülen nicht unterbrochen werden.
Die ECM-Elektrode 10 muss als Hohlelektrode ausgeführt werden, um eine Zufuhr von Elektrolyt 19 zur Bearbeitungstelle zu gewährleisten.
Sobald die Keramikschicht 7 durchbohrt ist und der metallische Werkstoff 4, 3 freiliegt, startet der ECM-Prozess wie sonst bei metallischen Werkstoffen üblich.
Da die Schneiden 13 der Elektrode 10 während des Keramikbohrens stumpf werden, wird vor der nächsten Bohrung oder nach Erreichen der Standzeit der Elektrode 10 die Stab− bzw. Rohrelektrode gegen eine neu einzuwechselnde Elektrode getauscht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2105236 A1 [0003]

Claims

Elektrode (10) zur mechanischen und elektrochemischen Bearbeitung einer keramischen Beschichtung (7) auf einem metallischen Substrats (3), die (10) zumindest aufweist: einen Hohlzylinder (16), in dessen Innerem (17) ein Elektrolyt (19) zuführbar ist und an dessen einer Stirnseite (14) Schneiden (13) zur mechanischen Bearbeitung vorhanden sind und wobei sich die Elektrode (10) durch einen Antrieb drehen lässt.
Verfahren zur Bearbeitung eines Schichtsystems (1) mit einer äußerer keramischer Beschichtung (7), bei dem insbesondere eine Elektrode (10) gemäß Anspruch 1 verwendet wird, bei dem zuerst die keramische Schicht (7) durch eine Elektrode (10) mechanisch bearbeitet wird, insbesondere durch Schneiden (13) mittels der Elektrode (10) und insbesondere durch Drehung der Elektrode (10) und dann eine elektrolytische Bearbeitung des metallischen Substrats (3) mittels der Elektrode (10) und optional zuvor eine Bearbeitung einer metallischen Zwischenschicht (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Elektrolyt (19) oder Flüssigkeit bei der mechanischen Bearbeitung der keramischen Schicht (7) verwendet wird, um Reste von Material aus einem Bearbeitungsbereich zu entfernen, insbesondere durch Zuführung des Elektrolyts (19) oder der Flüssigkeit unter Druck.