LU502504B1 - Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings,insbesondere ECM- oder PECM-Vorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings, insbesondere ECM- oder PECM-Vorrichtung, die eine Bearbeitungselektrode aufweist, mittels derer sich unter Anlage einer Spannung Material von dem Rohling abtragen lässt.
Description
' LU502504
Beschreibung:
PEMTec SNC
Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings, insbesondere ECM- oder PECM-Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Roh- lings, insbesondere ECM- oder PECM-Vorrichtung, die eine Bearbeitungselektrode aufweist, mittels derer sich Material von dem Rohling abtragen lässt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art zur Durchführung von ECM-Verfahren (Electrochemical Machining) oder PECM-Verfahren (Precise Electrochemical
Machining) durch Benutzung bekannt. Um in den Rohling eine Formung einzubringen, wird er typischerweise als Anode und die Bearbeitungselektrode als
Kathode mittels einer Spannungs- oder einer Stromquelle polarisiert. Durch Belegung des Rohlings und der Bearbeitungselektrode mit einer Elektrolytlösung unter Spülung werden Metallionen aus dem Rohling gelöst.
Bei der Bearbeitung werden die Bearbeitungselektrode und der Rohling derart im
Verhältnis zueinander angeordnet, dass auf dem Rohling eine Formung der Bearbei- tungselektrode bei der Bearbeitung abgebildet wird, wobei die Positionen der Bear- beitungselektrode und des Rohlings fest oder zueinander bewegbar sein können. Mit der Elektrolytlösung wird das abgetragene Material aus dem oftmals als „Bearbei- tungsspalt” bezeichneten Raum zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Roh- ling bewegt. Das PECM-Verfahren zeichnet sich u.a. dadurch aus, dass mit besonders geringer Spaltbreite und deshalb mit vergleichsweise großer Genauigkeit
_9. LU502504 gearbeitet werden kann und dass der Strom nicht konstant anliegt, sondern gepulst angelegt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kosten zur Durchführung der Bearbei- tung Zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bearbeitungs- elektrode aus einem Ventilmetall gebildet ist.
Es hat sich gezeigt, dass sich die elektrochemische Bearbeitung auch mit einer Bear- beitungselektrode aus Ventilmetall, insbesondere aus Zirkon, Titan, Aluminium,
Hafnium, Tantal oder Niob, durchführen lässt. Vorteilhaft ist das Ventilmetall in dem elektrochemischen Bearbeitungsprozess inert. Zwar bildet sich auf dem Material eine amorphe, nichtleitende Oxidschicht, die einen Isolator bildet und zur Bildung eines
Kondensators führt. Überraschend hat sich aber gezeigt, dass sich das Verfahren mit der aus Ventilmetall gebildeten Bearbeitungselektroden selbst dann durchführen lässt, wenn die Oxidschicht vorhanden ist. Im Vergleich zu den üblicherweise verwen- deten Bearbeitungselektroden aus Gold oder Platin sind die Kosten für die Ventil- metalle wesentlich geringer. Dies wirkt sich besonders kostenreduzierend aus, wenn mittels der Bearbeitungselektrode lediglich geringe Stückzahlen bearbeitet werden sollen.
Die Oxidschicht auf Elektrode kann sich als besonders vorteilhaft erweisen. Sie kann gezielt vergrößert werden und, ggf. lediglich lokal, verringert werden, z.B. durch eine mechanische Bearbeitung wie Fräsen. Um bestimmte Geometrien ausbilden zu kön- nen, kann gezielt eine lokale Isolationsschicht vorgesehen werden, ggf. indem auf der Elektrode ein Isolator, bspw. ein Polymer aufgebracht wird.
Die Bearbeitungselektrode weist zweckmäßigerweise eine zylindrische oder konische
Form auf. Die Oxidschicht kann an den unterschiedlichen Flächenabschnitten in un- terschiedlichen Dicken vorgesehen werden, bspw. an den Mantelflächen dicker und an der Stirnseite dünner oder umgekehrt, d.h. an der Stirnseite dicker und an den
Mantelflächen dünner. Sie könnte an der Stirnseite auch vollständig abgetragen werden.
Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung bei der Bearbeitung zur pulsweisen Anlegen der Spannung eingerichtet. Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur pulsweisen
Änderung der Polarität vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass durch die pulsweise
13. LU502504
Polaritätsänderung bei Bearbeitung mittels der aus Ventilmetall gebildeten Bearbei- tungselektrode vergleichsweise große Stromflüsse ausgebildet werden können.
Bei Kombination aus einer Elektrode, die mittels der Oxidschicht passiviert ist, und pulsweiser Polaritätsänderung bei Bearbeitung ein deutlich geringerer Seitenspalt er- zielt werden. Dies gilt unabhängig vom zu bearbeitenden Werkstoff, aus dem der
Rohling gebildet ist. Der Rohling kann deshalb mit besonders großer Präzision bear- beitet werden. Darüber hinaus wird durch den geringeren Seitenspalt eine größere lokale Stromdichte an den Seitenflächen erzielt, die, insbesondere in Verbindung mit einer vergrößerten Elektrolytgeschwindigkeit in einer deutlichen Reduktion der Rau- heit von seitenbearbeiteten Flächen resultiert.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Vorrichtung einzurichten derart, dass Pulse, mit denen der Stromfluss angelegt wird, Pulsdauern von 1 us bis | s, vor- zugsweise 10 bis 200 us, aufweisen.
Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung vorgesehen derart, dass die Dauern von Pau- sen zwischen den Pulsen von 1 us bis 1 s, vorzugsweise 10 bis 1000 us, betragen.
Vorteilhaft wird dadurch, dass die Pulspausen vorgesehen werden, Korrosion an der
Bearbeitungselektrode unterdrückt. Da vermieden wird, dass die Bearbeitungs- elektrode während der Bearbeitung ihre Form ändert, wird eine präzisere Bearbei- tung möglich.
Vorzugsweise erfolgt die Taktung der Pulsfolgen bei einer Frequenz von 1 Hz bis 1 MHz, insbesondere 0,1 kHz bis 100 kHz.
Eine Pulsung der Spannung bei einer Frequenz von 1 kHz bis 100 kHz liefert besonders gute Ergebnisse, da in diesem Frequenzbereich auch an der Bearbeitungselektrode
Strom fließt, insbesondere auch wenn die isolierende Oxidschicht vorhanden ist.
Ferner ermöglichen die Pulsung und Umpolung der angelegten Spannung eine besonders effektive Entfernung der Ablagerungen an den Elektroden.
Zur Regulierung der Geschwindigkeit mit der sich die Ablagerungen an den
Elektroden absetzen, können in einer Ausführungsform der Erfindung die einzelnen
Spannungsimpulse Pulspakete sein, die aus mehreren Teilimpulsen gebildet sind. Die
Teillmpulse eines einzigen Pulspakts können jeweilig identische Amplituden auf- weisen. Alternativ können die Teilimpulse eines einzigen Pulspakets unterschiedliche
Amplituden aufweisen.
_4- LU502504
Besonders bevorzugt bilden mehrere Spannungsimpulse einer ersten Polarität und/oder einer zweiten Polarität eine Pulsfolge, die sich während der elektroche- mischen Bearbeitung des Rohlings periodisch wiederholt. Insbesondere folgt auf einen oder mehrere Spannungsimpulse der ersten Polarität ein Spannungsimpuls, vor- zugsweise mehrere Spannungsimpulse, der zweiten Polarität.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, zur Ausbildung der ersten Polarität eine erste Spannung anzulegen, deren Betrag 1,5 bis 15, vorzugsweise 2,5 bis 12, mal so groß ist wie die zweite Spannung zur Ausbildung der zweiten Polarität, die zur ersten Polarität entgegengesetzt ist.
Zweckmäßigerweise beträgt die erste Spannung 0,1 bis 250 V, vorzugsweise 0,5 bis 150 V, besonders bevorzugt 1 bis 60 V. Die zweite Spannung beträgt zweckmäßiger- weise 0,1 bis 10 V, vorzugsweise 0,3 bis 6 V.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, einen Betrag der Stromdichte einer ersten Polarität 1,5 bis 100, vorzugsweise 2,5 bis 70, mal so groß vorzusehen wie einen Betrag der Stromdichte einer zweiten Polarität.
Zweckmäßigerweise beträgt die Stromdichte der ersten Polarität, bei der der Rohling vorzugsweise die Anode ist, 0,1 bis 1000 A/CM?, vorzugsweise 5 bis 800 A/cm?, besonders bevorzugt 10 bis 600 A/cm?. Die Stromdichte der zweiten Polarität 0,1 bis 100 A/cm?, vorzugsweise 0,3 bis 10 A/cm?.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, den Abstand zwischen dem Rohling und der Bearbeitungselektrode, vorzugsweise In
Abhängigkeit von der Polarität, zu ändern. Vorzugsweise wird beim Anlegen von
Spannungsimpulsen der ersten Polarität ein geringerer Abstand vorgesehen als bei
Spannungsimpulsen der zweiten Polarität.
Wenn die Spannung angelegt ist, wird der Abstand vorzugsweise vergrößert derart, dass ein Belag von der Bearbeitungselektrode abgetragen wird. Durch den größeren
Abstand wird verhindert, dass es dabei zur Ablagerung auf dem zu bearbeitenden
Rohling bzw. der Elektrode kommt.
Bevorzugt wechselt der Abstand kontinuierlich zwischen einem ersten Grenzwert, ins- besondere dem maximalen Abstand, und einem zweiten Grenzwert, insbesondere dem minimalen Abstand. Besonders bevorzugt folgt die Abstandsänderung einer gleichförmigen, sinusförmigen, dreieckförmigen oder trapezförmigen Bewegung
_5. LU502504 oder einer Überlagerung daraus. ZweckmdBigerweise wird durch die Abstands- änderung ermöglicht, dass das gelöste Material abtransportiert wird bevor es sich an den Elektroden ablagern kann.
Die genannten Bewegungsformen erfolgen bei einer Frequenz von 1 Hz bis 500 Hz, vorzugsweise bei einer Frequenz von 20 Hz bis 100 Hz.
Ferner kann die Abstandsänderung zwei oder mehrere Bewegungsformen der oben beschriebenen Art aufweisen und als eine Überlagerung daraus gebildet sein.
Zweckmäßigerweise wird dadurch ein kontinuierlicher elektrochemischer Abtrag er- môglicht.
In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgen die genannten Spannungsimpulse syn- chronisiert mit der Abstands&nderung der Elektroden. Ein Spannungsimpuls mit der ersten Polarität, insbesondere einer Polarität, bei der der Rohling die Anode ist, er- folgt zweckmäfigerweise, wenn der Abstand zwischen dem Rohling und der Bear- beitungselektrode minimal ist, und ein Spannungsimpuls mit der zweiten Polarität, ins- besondere einer Polarität, bei der der Rohling die Kathode ist, erfolgt zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt, bevorzugt während Änderung des Abstands oder wenn der Abstand minimal ist.
Besonders bevorzugt erfolgt der Spannungsimpuls mit der zweiten Polarität dann, wenn der Abstand maximal ist. In diesem Fall ist die Öffnung zwischen der Bearbei- tungselektrode und dem Rohling weitestgehend von entstandenen Bearbeitungspro- dukten, die bei der elektrochemischen Bearbeitung entstehen, sowie von Zerset- zungsprodukten des wässrigen Elektrolyten freigespült worden und dadurch kann ins- besondere die anschließende Polarisation des Rohlings mit einer ersten Polarität mit einem niedrigeren Energieaufwand erfolgen. Ferner ist aufgrund des größtmöglichen
Abstands ein geringerer Stromfluss zu erwarten, was vorteilhaft in einer geringeren
Schädigung der Elektroden resultiert.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rohling elektrisch leitfähig.
Vorzugsweise ist der Rohling aus einem metallischen Werkstoff gebildet oder weist einen metallischen Werkstoff auf. Besonders gut eignet sich das Verfahren zur Bear- beitung eines Rohlings, der beispielsweise aus Stahl (insbesondere Chrom-legiertem
Stahl), einem Ventilmetall (insbesondere Aluminium oder Titan), Kupfer, Wolfram oder
Molybdän gebildet ist oder zumindest eines dieser Metalle aufweist. Die elektroche- mische Bearbeitung von Ventilmetall ist häufig mit einer Schädigung im Randbereich der Bearbeitungszone in Form von Lochkorrosion (Pitting) verbunden. Bei Verwen- dung des Verfahrens lassen sich diese Schädigungen erheblich reduzieren.
_6- LU502504
Ferner hat sich das Verfahren als vorteilhaft für die Bearbeitung von korrosionsbe- ständigen Nickelbasislegierungen erwiesen. Solche Nickelbasislegierungen weisen
Nickel als Hauptkomponente auf und umfassen Chrom als wichtigste Nebenkompo- nente. Ferner können folgenden Elemente enthalten sein: Eisen, Molybdän, Niob,
Kobalt, Mangan, Kupfer, Aluminium, Titan, Silizium, Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor und Bor. Sie werden u.a. unter den Markennamen Inconel, Haynes, Nicrofer,
Nickelvac oder Chronin angeboten (z.B. Inconel 718: Werkstoffnummer: 2.4668 oder
Inconel 625: Werkstoffnummer 2.4856).
Das Verfahren hat sich darüber hinaus als besonders geeignet zur Bearbeitung von
Kobaltbasislegierungen, bspw. von CoCr, CoCrMo oder CoNiCrMo, erwiesen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Rohling aus einem nicht- metallischen Werkstoff, der elektrisch leitfähig ist, gebildet, oder weist einen solchen
Werkstoff auf besonders bevorzugt eine Carbid-, Nitrid- und/oder Borid-Keramik, insbesondere mehrphasige Keramiken wie ZrB2-SiC.
Ferner kann der Rohling aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff, insbesondere einem Hartmetall, gebildet sein. Der Rohling kann z.B. aus einem Wolframcarbid-
Kobalt-Hartmetall, einem Wolframcarbid-Kobalt-Hartmetall, oder einem Cermet ge- bildet sein. Das Hartmetall, insbesondere eine Hartphase des Hartmetalls, weist vor- zugsweise Wolframcarbid, Titancarbid, Titannitrid, Tantalcarbid, Niobcarbid, Zirkon- carbid, Vanadiumcarbid und Mischungen davon auf oder die Hartphase besteht daraus. Das Hartmetall, insbesondere eine Binderphase des Hartmetalls, weist vor- zugsweise Cobalt, Nickel, Eisen oder Mischungen davon, insbesondere Cobalt, auf oder die Binderphase besteht daraus.
Überraschend hat sich gezeigt, dass sich mittels des erfindungsgemäBen Verfahrens auch die Hartphase und die Binderphase derart bearbeiten lässt, dass ein homoge- ner Materialabtrag von der Elektrode möglich wird.
Dies wird zum einen durch die oben erläuterte Änderung der Polarität und ggf. der jeweiligen Anpassung der SpannungsgrôBbe oder Stromflussdichten erreicht.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu vorgesehen, bei der Bearbeitung die Polarität der Spannung, die zur Bearbeitung vorgesehen wird, zu ändern. Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die
Polarität kurzzeitig in umgekehrter Richtung zur normalerweise für ECM- oder PCM-
Verfahren vorgesehenen Polarität vorzusehen. Vorteilhaft wird dadurch vermieden, dass es zu Ablagerungen an der Bearbeitungselektrode kommt. Das Ventilmetall
„7- LU502504 eignet sich für eine derartige Bearbeitung besonders gut, da aufgrund der inerten Ei- genschaften vermieden wird, dass sich die Bearbeitungselektrode bei Durchführung des Verfahrens auflöst.
Zu den genannten Ablagerungen kommt es insbesondere bei Bearbeitung von Roh- lingen aus Kuper oder kupferhaltigen Rohlingen.
Ein weiterer Vorteil ist die Vermeidung der Bildung von Cré* bei Bearbeitung von chromhaltigem Stahl, da durch Stromflussumkehr Cr3+ gebildet wird, das weniger giftig ist.
Zweckmäßigerweise wird zur Bearbeitung eine Elektrolytlösung verwendet, die
Natriumnitrat aufweist.
Ferner hat es sich, wie nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, als vorteil- haft erwiesen, die Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung des Rohlings unter
Verwendung einer Elektrolytlösung vorzusehen, die einen Komplexbildner zur Kom- plexierung eines Metallions der Binderphase aufweist. Die Vorrichtung kann dazu die
Elektrolytlösung umfassen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, zur elektrochemischen Bearbeitung einen Raum zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Rohling mit der Elektrolytlösung zu speisen. ZweckmdaBigerweise weist die
Vorrichtung dazu ein Reservoir einer solchen Elektrolytlösung auf und ist mit entspre- chenden Leitungseinrichtungen versehen.
Die Elektrolytlösung mit Komplexbildner eignet sich besonders gut zur Bearbeitung der obengenannten Materialien mit Hartphase und Binderphase, insbesondere von
Hartmetallen oder Cermets.
Bisher sind bei der elektrochemischen Bearbeitung von Werkstoffen halogenhaltige
Elektrolytlösungen benutzt worden, um Über die oxidlösende Wirkung des Halogenids und/oder die oxidierende Wirkung des Halogengases (z.B. Cl- bzw. Chlor) einen
Materialabtrag am Hartmetall zu bewirken. Problematisch ist allerdings, dass es dabei simultan zu einer sehr intensiven Auflösung der Binderphase kommt, da diese durch einen aktiven elektrochemischen Auflösungsprozess bevorzugt aufgelöst wird.
Dies hat zur Folge, dass sich die Binderphase schneller auflöst als die Hartphase und damit letztere in Form von Partikeln aus der sich auflösenden Matrix herausgelöst wird. Es bildet sich dann ein raues Gefüge, welches im Regelfall mechanisch nach- bearbeitet werden muss. Diese Probleme treten bei Verwendung der erfindungs- gemäßen Elektrolytlösung nicht auf oder werden zumindest verringert.
Die Elektrolytlösung umfasst in einer Ausgestaltung der Erfindung einen wässrigen, alkalischen Elektrolyten.
„8 - LU502504
Der Elektrolyt enthält zweckmäßigerweise eine Base, die ausgewählt ist aus der
Gruppe bestehend aus Hydroxid, Carbonat, Ammoniak, Alkoholat, Alkoholamin,
Silikat und Mischungen hiervon, wobel das Hydroxid bevorzugt ausgewählt ist aus der
Gruppe bestehend aus Alkalimetallhydroxid, Erdalkalimetallhydroxid und
Mischungen hiervon, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus NaOH, KOH und Mischungen hiervon und/oder das Carbonat bevorzugt ausge- wählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallcarbonat, Erdalkalimetall- carbonat und Mischungen hiervon, besonders bevorzugt ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Na2C Os, K2COs und Mischungen hiervon. Alternativ oder ergänzend kann das Elektrolyt ein Additiv zur Erhöhung der Viskosität des wässrigen, alkalischen Elektrolyten enthält, bevorzugt ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyalkohole, Alkoholamine und Mischungen hiervon enthalten.
Vorzugsweise enthält der Elektroylt kein Halogenid.
Bevorzugt ist der Elektrolyt frei von Säure und/oder von Halogenid. Besonders bevor- zugt wird die ursprüngliche stoffliche Zusammensetzung und Konzentration des Elekt- rolyten während der elektrochemischen Bearbeitung des Rohlings nicht verändert, insbesondere nicht durch manuelle Zugabe und/oder Entnahme von Stoffen.
In einer Ausführungsform der Erfindung können dem Elektrolyt Stoffe, insbesondere zur Einstellung des pH-Werts, hinzugegeben oder entnommen werden. Zweckmäßig umfasst die Durchströmungsvorrichtung eine Messeinrichtung mittels der die Stoffkon- zentration im Elektrolyten, vorteilhaft durch Messung des pH-Werts, ermittelt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet der Rohling eine
Elektrode der Vorrichtung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beilie- genden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläu- tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, und
Fig. 2 verschiedene Ausführungsbeispiele für die Taktung von Spannungs- impulsen und
Fig. 3 Ausführungsbeispiele zum Einsatz von Impulspaketen und Einzelim- pulsen.
9. LU502504
Eine in Fig. 1 schematisch darstellte Anlage zur elektro-chemischen Bearbeitung eines
Rohlings 1 durch eine Bearbeitungselektrode 2 umfasst einen Rohlinghalter 3 und einen Elektrodenhalter 4. Der Rohlinghalter 3 und der Elektrodenhalter 4 sind Uber eine Trägereinrichtung 5 miteinander verbunden. Die Trägereinrichtung 5 umfasst eine Bewegungseinrichtung 6, durch die der Elektrodenhalter 4 mit der Bearbeitungs- elektrode 2 gemäß Pfeil 7 hin und her bewegbar ist. Die Bewegungseinrichtung 6 erlaubt die Einstellung unterschiedlicher Weiten eines Spalts 8 zwischen dem Rohling 1 und der Bearbeitungselektrode 2 und umfasst eine Einrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Positionskoordinate s des Elektrodenhalters 4 und damit der Bearbeitungs- elektrode 2.
Strichlinien 9 in Fig. 1 deuten ein Reservoir für einen den Rohling 1 und die Bearbei- tungselektrode 2 umgebenden Elektrolyten an. Nicht gezeigte Pumpeinrichtungen sorgen für eine Elektrolytstr&mung durch den Spalt 8. Als Elektrolyten in Betracht kommen z.B. eine Natriumnitrat- und/oder Natriumchloridl&sung.
Der Rohling 1 und die Bearbeitungselektrode 2 stehen elektrisch Über den Rohling- halter 3 bzw. den Elektrodenhalter 4 mit einer Versorgungsspannungsquelle 10 in Ver- bindung, die neben (nicht gezeigten) Schalteinrichtungen zum Anlegen einer
Betriebsspannung an den Spalt 8 Einrichtungen zur Messung des durch den Spalt 8 fließenden Stromes | und der daran anliegenden Spannung U umfassen. Die Versor- gungsspannungsquelle 10 steht ihrerseits in Verbindung mit einer Steuer- und Auswer- teinrichtung 11.
An Verbindungsleitungen 12,13 zwischen der Versorgungsspannungsquelle 10 und dem Rohlinghalter 3 bzw. Elektrodenhalter 4 ist eine Messspannungsquelle 14 ange- schlossen, die ihrerseits in Verbindung mit der Steuer- und Auswerteinrichtung 11 steht und durch die eine Messspannung Um an die Leitungen 12,13 anlegbar ist.
Neben den Verbindungen zu der Messspannungsquelle 14 und der Versorgungs- spannungsquelle 10 steht die Steuer- und Auswerteinrichtung 11 in Verbindung mit der Bewegungseinrichtung 6.
Die Bearbeitungselektrode 2 und der elektrisch leitfähige Rohling 1 sind jeweils mit einem Anschluss der Versorgungsspannungsquelle 10 verbunden. Während der elekt- rochemischen Bearbeitung des Rohlings 1 durch die Bearbeitungselektrode 2 wird der Abstand zwischen dem Rohling 1 und der Bearbeitungselektrode 2 mittels der
- 10 - LU502504
Bewegungseinrichtung 6 verändert. Dabei wird die Bearbeitungselektrode 2 gemäß
Pfeil 7 entlang einer Achse, die senkrecht zu dem Rohling 1 verläuft, bewegt, wobei der Abstand kontinuierlich zwischen dem maximalen Abstand und dem minimalen
Abstand wechselt. Die Bewegung ist von einer zweiten Bewegung Uberlagert, die in
Fig. 2a gezeigt ist. Die Form der zweiten Bewegung entspricht entweder einem Sinus 21, einem Trapez 22 oder einer Mischform 23 daraus. Der mittige Bereich Ill der
Kurven beschreibt den minimalen Abstand zwischen der Bearbeitungselektrode 2 und dem Rohling 1, wobei die beiden Randbereiche |,V in Fig. 2a Stellungen bei maximalem Abstand darstellen.
Synchronisiert mit der Uberlagerten Bewegung werden Spannungsimpulse 24,25 zwischen der Bearbeitungselektrode 2 und dem Rohling 1 angelegt. Ein erster Span- nungsimpuls 24 erster Polarität erfolgt, wie in den Fig. 2b bis 2f gezeigt, dann, wenn der Abstand zwischen der Bearbeitungselektrode 2 und dem Rohling 1 am geringsten ist, was dem Bereich Ill entspricht. Ein zweiter Spannungsimpuls 25 einer zweiten Polarität kann zeitlich unmittelbar nach, wie in Fig. 2b gezeigt, und/oder un- mittelbar vor, wie in Fig. 2f gezeigt, dem ersten Spannungsimpuls 24 erfolgen. Ferner kann der zweite Spannungsimpuls 25 dann erfolgen, wenn sich der Abstand zwischen dem Rohling 1 und der Bearbeitungselektrode 2 vergrößert, wie in Fig. 2c in
Bereich IV dargestellt, und/oder verringert, wie in Fig. 2e in Bereich Il dargestellt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite Spannungsimpuls 25, wie in Fig. 2d gezeigt, bei maximalem Abstand erfolgt, was den Bereichen | und V, oder dem
Ubergang zwischen den Bereichen | und V entspricht. Da sich die in Fig. 2 gezeigten
Verläufe wiederholen, folgen die einzelnen Flanken des zweiten Spannungsimpulses in Fig. 2d zeitlich aufeinander und bilden somit einen einzigen zweiten Spannungs- impuls 25.
Wie In Fig. 3a bis 3d dargestellt, können die ersten und zweiten Spannungsimpulse 24,25 als Impulspakete 26,27 ausgeführt sein. Die Impulspakete 26,27 sind aus mehreren Teilimpulsen 24a,25a gebildet, die jeweils eine geringere Pulsdauer als die
Spannungsimpulse 24,25 bei gleicher Amplitude aufweisen, wobei die Pulsdauer des
Impulspakets 26,27 der des Spannungsimpulses 24,25 entspricht. Die positiven und negativen Teilimpulse 24a,25a können, wie in Fig. 3e und 3f gezeigt, im Wechsel erfolgen.
Claims (26)
1. Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Rohlings (1), insbesondere ECM- oder PECM-Vorrichtung, die eine Bearbeitungselektrode (2) aufweist, mittels derer sich unter Anlage einer Spannung Material von dem Rohling (1) abtragen lässt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungselektrode (2) aus einem Ventilmetall gebildet ist oder ein Ventilmetall aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmetall Zirkon, Titan, Aluminium, Hafnium, Tantal oder Niob ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Bearbeitungselektrode (2) eine Schicht eines Oxids des Ventilmetalls gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung bei der Bearbeitung zur Änderung der Polarität der Spannung vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur pulsweisen Erzeugung der Spannung und vorzugsweise zur pulsweisen Änderung der Polarität der Spannung vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Pulse, mit denen die Spannung angelegt wird, Pulsdauern von 1 us bis 1 s, vorzugsweise 10 bis 200 us, zu erzeugen.
_12- LU502504
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Pulse zu erzeugen derart, dass Dauern von Pausen zwischen den Pulsen von 1 us bis 1 s, vorzugsweise 10 bis 1000 us, betragen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, zur Ausbildung einer ersten Polarität eine erste Spannung anzulegen, deren Betrag 1,5 bis 15, vorzugsweise 2,5 bis 12, mal so groß ist wie die zweite Spannung zur Ausbildung einer zweiten Polarität.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Stromfluss zu erzeugen derart, dass ein Betrag der Stromdichte einer ersten Polarität 1,5 bis 100, vorzugsweise 2,5 bis 70, mal so groß wie ein Betrag der Stromdichte einer zweiten Polarität.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Abstand zwischen dem Rohling (1) und der Bearbeitungselektrode (2), vorzugsweise in Abhängigkeit von der Polarität, zu ändern.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (1) eine Elektrode der Vorrichtung bildet und eine Hartphase und eine Binderphase aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Elektrolytl&sung umfasst, die einen Komplexbildner zur Komplexierung eines Metallions der Binderphase aufweist, und zur elektrochemischen Bearbeitung des Rohlings (1) unter Verwendung einer Elektrolytlösung eingerichtet ist.
-13- LU502504
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, einenAbstand zwischen dem Rohling (1) und der Bearbeitungselektrode (2), vorzugsweise in Abhängigkeit von der Polarität, zu ändern.
14. Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines Rohlings (1), insbesondere ECM- oder PECM-Verfahren, bei dem unter Anlage einer Spannung mittels einer Bearbeitungselektrode (2) Material von dem Rohling (1) abgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mittels der Bearbeitungselekirode (2) abgetragen wird, die aus einem Ventilmetall gebildet wird oder ein Ventilmetall aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmetall Zirkon, Titan, Aluminium, Hafnium, Tantal oder Niob ist.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bearbeitung die Polarität der Spannung geändert wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Spannung pulsweise angelegt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität pulsweise geändert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Pulse, mit denen die Spannung angelegt wird, Pulsdauern von 1 us bis 1 s, vorzugsweise 10 bis 200 us, aufweisen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
_14- LU502504 dass Dauern von Pausen zwischen den Pulsen von 1 us bis 1 s, vorzugsweise 10 bis 1000 us, betragen.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung einer ersten Polarität eine erste Spannung angelegt wird, deren Betrag 1,5 bis 15, vorzugsweise 2,5 bis 12, mal so groß ist wie die zweite Spannung zur Ausbildung einer zweiten Polarität.
22. nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung einer ersten Polarität eine erste Spannung angelegt wird, deren Betrag 1,5 bis 15, vorzugsweise 2,5 bis 12, Mal so groß ist wie die zweite Spannung zur Ausbildung einer zweiten Polarität.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrag der Stromdichte einer ersten Polarität 1,5 bis 100, vorzugsweise 2,5 bis 70, mal so groß ist wie ein Betrag der Stromdichte einer zweiten Polarität.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem Rohling (1) und der Bearbeitungselektrode (2), vorzugsweise in Abhängigkeit von der Polarität, geändert wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (1) eine Hartphase und eine Binderphase aufweist.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrolytlôsung verwendet wird, die einen Komplexbildner zur Komplexierung eines Metallions der Binderphase aufweist.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| LU502504A LU502504B1 (de) | 2022-07-13 | 2022-07-13 | Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings,insbesondere ECM- oder PECM-Vorrichtung |
| PCT/EP2023/065488 WO2023237741A1 (de) | 2022-06-10 | 2023-06-09 | Ecm- oder pecm-vorrichtung und -verfahren zur elektrochemischen bearbeitung eines metallischen rohlings |
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Family Applications (1)
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Citations (4)
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| AT509168A1 (de) * | 2009-11-26 | 2011-06-15 | Karl Dipl Ing Dr Gruber | Verfahren zum elektrochemischen bearbeiten von elektrisch leitfähigen werkstücken mittels wechselstrom |
| US20160074952A1 (en) * | 2014-09-11 | 2016-03-17 | MTU Aero Engines AG | Electrochemical machining of a workpiece |
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2022
- 2022-07-13 LU LU502504A patent/LU502504B1/de active
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