WO2015110330A1 - Ecm-elektrode mit mechanischer schneide und verfahren - Google Patents

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Susanne Kamenzky
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    • B23P2700/06Cooling passages of turbine components, e.g. unblocking or preventing blocking of cooling passages of turbine components

Definitions

  • the invention relates to an ECM electrode having on one of its end face a cutting edge for mechanical processing and a method.
  • Ceramic materials can not be easily processed by EDM.
  • EP 2 105 236 A1 proposes a method for spark erosion machining (EDM) of an electrically non-conductive coating, in which a conductive layer is applied to the component to be processed so that a voltage can be generated.
  • EDM spark erosion machining
  • the object is achieved by an electrode according to claim 1 and a method according to claim 2.
  • the inventive step is that with the combination of a single tool machining and ablation manufacturing process, the ECM electrode, bores are now formed into an electrical component on an ECM system having a single ECM electrode even in a two-step process non-conductive ceramic thermal barrier coating can be drilled. This improves the cost-effectiveness of machining, since the component is no longer drilled, masked and then ceramic after the metallic coating must be coated, but after the complete coating in one operation can be drilled.
  • the quality of the machining result is also improved, since the geometry of the hole in the area of the ceramic can be carried out almost perfectly, while in a masking process there always arise strong discontinuities in the geometry, which can have a negative influence on the cooling effect and the integrity of the layer connection , The lead time of the components to be machined is also shortened due to the simplified technical processes and the simplified logistics. Furthermore, the quality of the bore in the metallic workpiece is improved compared to machining with EDM, since no heat-affected edge zones and no cracks in the base material are produced by electrochemical removal.
  • the figure shows schematically an electrode and a layer system.
  • a layer system 1 which has a metallic substrate 3.
  • the substrate 3 is preferably a nickel- or cobalt-based superalloy.
  • At least one outermost ceramic layer 7 is applied, which can not be drilled or processed by means of conventional EDM methods, since it is not electrically conductive.
  • At least one metallic adhesion promoter layer 4 may still be present between the outer ceramic layer 7 and the substrate 3 on which an oxide layer grows or is present.
  • Dashed lines indicate a bore 25 which is intended to lead through the ceramic layer 7 at least partially, in particular through the metallic substrate 3.
  • the electrode 10 according to the invention is listed as a hollow electrode and has an outer frame or a hollow cylinder 16, in the interior of which 17 an electrolyte 19 or a liquid can be supplied. On an end face 14 of the electrode 10 cutting edges 13 are present, which allow to remove by a rotary movement 22 ceramic material.
  • the ceramic layer 7 is now processed by a rotational movement 22 of the electrode 10 and with a feed at the beginning of drilling the ceramic-coated workpiece, separating.
  • the rinsing of the electrode with an electrolyte 19 or a liquid can be used during the ceramic drilling already for cooling the tool 10 and the layer system 1 and for washing away the remains of material.
  • the drilling supply for rinsing must not be interrupted.
  • the ECM electrode 10 must be designed as a hollow electrode to ensure a supply of electrolyte 19 to the processing site.
  • the ECM process starts as usual in the case of metallic materials. Since the cutting edges 13 of the electrode 10 become dull during the ceramic drilling, the rod or tube electrode is exchanged for a new electrode to be inserted before the next drilling or after the service life of the electrode 10 has been reached.

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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

ECM-Elektrode mit mechanischer Schneide und Verfahren
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 AI wird ein Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung (EDM) einer elektrisch nicht leitenden Beschich- tung 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 Komplettbeschich- tung 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 metal- lisches 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-Ver- fahren 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 werkstücksei - tigen 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. Rohr- elektrode gegen eine neu einzuwechselnde Elektrode getauscht .

Claims

Patentansprüche
1. 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.
2. 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.
3. 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.
1/1
Figure imgf000009_0001
FIG.l
PCT/EP2015/050577 2014-01-21 2015-01-14 Ecm-elektrode mit mechanischer schneide und verfahren WO2015110330A1 (de)

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