DE19959593A1 - Verfahren zum Herstellen einer Bohrung durch Elysieren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bohrung durch Elysieren (= ECM = Electro Chemical Machining), wobei eine Elektrode unter Beigabe einer geeigneten Elektrolytlösung längs der gewünschten Bohrungsstrecke in ein metallisches Werkstück eingefahren wird. Dabei wird die Bohrung in zwei oder mehreren aufeinander folgenden Bearbeitungsschritten unter Verwendung einer Elektrode hergestellt, die im ersten Bearbeitungsschritt bei Anwendung üblicher Verfahrensparameter, nämlich den Werten für die angelegte elektrische Spannung und die Vorschubgeschwindigkeit, einen im Querschnitt geringfügig kleinere Bohrung als gewünscht erzeugt, und wobei diese Elektrode im zweiten oder darauf folgenden Bearbeitungsschritt mit erheblich höherer Vorschubgeschwindigkeit und erhöhter elektrischer Spannung entlang der Bohrungsstrecke bewegt wird. Bevorzugt wird dabei im zweiten Bearbeitungsschritt die Elektrode in entgegengesetzter Richtung und mit in etwa zehnfacher Vorschubgeschwindigkeit zum ersten Bearbeitungsschritt bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bohrung durch Ely­ sieren (= ECM = Electro Chemical Machining), wobei eine Elektrode unter Beigabe einer geeigneten Elektrolytlösung längs der gewünschten Boh­ rungsstrecke in ein metallisches Werkstück eingefahren wird. Zum techni­ schen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 35 31 761 A1 verwiesen.

Beispielsweise in Turbinenscheiben von Turbomaschinen werden zu Kühl­ zwecken in zunehmendem Maße Bohrungen eingebracht, die nicht einfach rund und gerade verlaufen, so daß für deren Herstellung eine konventionelle Bohrtechnik ungeeignet ist. So können diese Bohrungen bspw. einen ellip­ tischen Querschnitt besitzen, während die Bohrungslängsachse bspw. ein Kreisbogensegment beschreibt, wobei diese Geometrien üblicherweise hin­ sichtlich der Kerbwirkungen optimiert sind, so daß eine unebene Bohrungs­ oberfläche oder Bohrungswand dieser Anforderung wieder entgegenwirkt. Angestrebt wird demzufolge, derartige Bohrungen mit einer möglichst glatten Oberfläche bzw. Innenwand fertigen zu können.

Die üblichen Verfahren zur Herstellung dieser Bohrungen sind das EDM Elektro Discharge Machining) und das sehr viel wirtschaftliche ECM (= Elektro Chemical Maching), wobei für letzteres hier der auch bereits einge­ bürgerte Begriff "Elysieren" verwendet wird, so wie dies auch in der eingangs genannten Schrift beschrieben ist. Dabei wird eine in ihrer Form auf die zu erzeugende Bohrung abgestimmte Elektrode mit bevorzugt durch Ver­ suchsreihen festgelegten Verfahrensparametern unter Beigabe einer geeigneten Elektrolytlösung in das metallische Werkstück hineingefahren. Für den bekannten Turbinenscheiben-Werkstoff UDIMET720Li können die wesentlichen Verfahrensparameter beispielsweise die folgenden Werte an­ nehmen: Bei einer angelegten elektrischen Spannung in der Größenordnung von 12 Volt bis 14 Volt und bei einer Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode in der Größenordnung von 1,7 mm/min ergibt sich zwischen der Elektrode und dem die Bohrung umgebenden Material des metallischen Werkstückes eine Spaltbreite von in etwa 0,5 mm.

Beim Herstellprozeß, d. h. bei der Durchführung des ECM-Verfahrens kann es während des Bearbeitungsvorganges zu elektrischen Kurzschlüssen kommen, die zur Unterbrechung des Prozesses führen. Beim Neustart wer­ den dann teilweise starke Unregelmäßigkeiten des Bohrungsdurchmessers erzeugt, die sich quasi als Auswaschungen in der Bohrungswand wider­ spiegeln und die einen wünschenswerterweise zu vermeidenden Bearbei­ tungsfehler darstellen. Derartige Bearbeitungsfehler sind aber qualitätsmindernd oder führen sogar zum Verlust des in diesem Fer­ tigungsstadium bereits sehr teueren Bauteils bzw. Werkstücks.

Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung in zwei oder mehreren aufeinander folgenden Bearbeitungschritten unter Ver­ wendung einer Elektrode hergestellt wird, die im ersten Bearbeitungsschritt bei Anwendung üblicher Verfahrensparameter, nämlich den Werten für die angelegte elektrische Spannung und die Vorschubgeschwindigkeit, eine im Querschnitt geringfügig kleinere Bohrung als gewünscht erzeugt, und daß diese Elektrode im zweiten oder darauf folgenden Bearbeitungsschritt mit erheblich höherer Vorschubgeschwindigkeit und erhöhter elektrischer Span­ nung entlang der Bohrungsstrecke bewegt wird. Bevorzugt wird dabei im zweiten Bearbeitungsschritt die Elektrode in entgegengesetzter Richtung und mit in etwa zehnfacher Vorschubgeschwindigkeit zum ersten Bearbei­ tungsschritt bewegt.

Erfindungsgemäß wird die Bohrungsherstellung somit in zumindest zwei Ar­ beits-Schritte unterteilt. Im ersten Bearbeitungsschritt erfolgt eine Grob- Herstellung der Bohrung, während im zweiten Bearbeitungsschritt eine spä­ ter noch näher erläuterte Schlicht- bzw. Ausgleichsbearbeitung erfolgt.

Dabei wird im ersten Bearbeitungsschritt unter Anwendung üblicher Verfah­ rensparameter (bspw. mit den o. g. Werten für elektrische Spannung und Vorschubgeschwindigkeit) eine sog. Vorab-Bohrung erzeugt, die sich bereits über die gesamte Länge der gewünschten Bohrung erstreckt, die jedoch ei­ nen geringfügig kleineren Querschnitt besitzt. Bspw. kann diese sog. Vorab- Bohrung gegenüber der gewünschten Bohrung ein Untermaß von 0,15 mm aufweisen und wird daher mit einer Elektrode hergestellt, deren Querschnitt etwas kleiner ist als derjenige einer Elektrode, mit welcher bei gleichen Ver­ fahrensparametern die gewünschte Bohrung sofort im ersten Arbeits-Schritt, d. h.. bei einmaliger Elektroden-Durchführung erzeugt wird.

In einem darauf folgenden erfindungsgemäßen zweiten Bearbeitungsschritt wird dann die Bohrungsoberfläche verfeinert und - falls es sich bei diesem zweiten Bearbeitungsschritt gleichzeitig um den letzten Bearbeitungsschritt handelt - die Bohrung im gewünschten Endmaß hergestellt. Hierbei wird die gleiche Elektrode nochmals durch die Bohrung hindurchgeführt, dabei jedoch mit einer erheblich höheren Vorschubgeschwindigkeit und unter An­ legen einer erhöhten elektrischen Spannung. Bei diesem zweiten bzw. weit­ ren oder letzten Bearbeitungsschritt wird somit nochmals Material von der Bohrungswand abgetragen, und zwar eben soviel, daß sich die gewünschte Bohrungsgeometrie ergibt. U. a. wegen des geringen Materialabtrages sowie insbesondere wegen der deutlich höheren Vorschubgeschwindigkeit besteht hierbei keine Kurzschluß-Gefahr, so daß keine Verfahrens-Unterbrechung erfolgt und eine absolut glatte Oberfläche erzeugt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn dieser zweite Bearbeitungsschritt mit dem ohnehin erforderlichen Zurückfahren der Elektrode nach Abschluß des er­ sten Bearbeitungsschrittes kombiniert wird. Die gesamte Bearbeitungszeit wird nämlich nur unwesentlich verlängert, wenn im zweiten Bearbeitungs­ schritt die Elektrode in entgegengesetzter Richtung zum ersten Bearbei­ tungsschritt, d. h. aus der sog. Vorab-Bohrung herausgefahren wird, und wenn hierbei abermals elysiert wird, d. h. elektrische Spannung an die Elek­ trode angelegt wird, die dann mit einer Vorschubgeschwindigkeit verfahren wird, die ca. dem zehnfachen Wert der Vorschubgeschwindigkeit im ersten Bearbeitungsschritt entspricht. Um bei dieser hohen Vorschubgeschwindig­ keit überhaupt noch einen nennenswerten und dabei gewünschten Material­ abtrag zu erhalten, muß im zweiten Bearbeitungsschritt auch mit einer ge­ genüber dem ersten Bearbeitungsschritt erhöhten elektrischen Spannung gearbeitet werden.

Der zweite bzw. allgemein letzte Bearbeitungsschritt (selbstverständlich ist es möglich, unter Anwendung des allgemeinen Erfindungsgedankens die Elektrode bspw. viermal in der Bohrung zu verfahren), auch Schlicht- oder Ausgleichsbearbeitung genannt, erzeugt somit das Bohrungs-Endmaß in engeren Maßtoleranzen als im bekannten Stand der Technik und insbeson­ dere auch in erheblich verbesserter Oberflächenqualität, wobei ein praktisch vollständiger Ausgleich der durch evtl. Kurzschlüsse während des ersten Bearbeitungsschrittes entstandenen Oberflächentopographie möglich ist. Die erheblich verbesserte Oberflächenqualität ist dabei auf die geänderten Bear­ beitungsparameter zurückzuführen, während die ausgleichende Wirkung auf die Bohrungsform hauptsächlich aus dem vergrößerten Spaltmaß bei der Durchführung des zweiten bzw. des Schlicht-Bearbeitungsschrittes resultiert. Vorteilhafterweise werden die Prozesszeiten von diesem beschriebenen Zweischrittprozess nicht merklich beeinflusst, nachdem die Elektrode nach Abschluß des ersten Bearbeitungsschrittes ohnehin aus der Bohrung her­ ausgefahren werden muß.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen einer Bohrung durch Elysieren (= ECM = Electro Chemical Machining), wobei eine Elektrode unter Beigabe ei­ ner geeigneten Elektrolytlösung längs der gewünschten Bohrungs­ strecke in ein metallisches Werkstück eingefahren wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung in zwei oder mehreren aufeinander folgenden Bearbeitungschritten unter Verwendung einer Elektrode hergestellt wird, die im ersten Bearbeitungsschritt bei An­ wendung üblicher Verfahrensparameter, nämlich den Werten für die angelegte elektrische Spannung und die Vorschubgeschwindigkeit, eine im Querschnitt geringfügig kleinere Bohrung als gewünscht er­ zeugt, und daß diese Elektrode im zweiten oder darauf folgenden Be­ arbeitungsschritt mit erheblich höherer Vorschubgeschwindigkeit und erhöhter elektrischer Spannung entlang der Bohrungsstrecke bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Bearbeitungsschritt die Elektrode in entgegengesetzter Richtung und mit in etwa zehnfacher Vorschubgeschwindigkeit zum ersten Bearbeitungsschritt bewegt wird.