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Info ECM und pECM

Schema ECM
Schema ECM
Schema pECM
Schema pECM

Elektrochemisches Abtragen (engl.: Electro Chemical Machining, ECM) ist ein abtragendes Fertigungsverfahren insbesondere für sehr harte Werkstoffe und geeignet für einfache Entgratarbeiten bis hin zur Herstellung kompliziertester räumlicher Formen.

Hier finden Sie den Videovortrag der TU Leipzig über das ECM und pECM Verfahren

Eine Weiterentwicklung des klassischen ECM-Verfahrens ist das PEM
(Pulsed Electrochemical Machining) und das pECM (Precise ElectroChemical Machining).
Mit dem weiterentwickelten PEM-Verfahren sind nun Präzisionen im Mikrometerbereich und somit Mikrobearbeitungen möglich.
Wesentlichstes Merkmal der ECM- Verfahren ist der fehlende Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück.
Somit werden keine mechanischen Kräfte übertragen und Werkstoffeigenschaften wie Härte oder Zähigkeit nehmen keinen Einfluss auf den Prozess.

Das Werkstück wird als Anode (positiv) und das Werkzeug als Kathode (negativ) polarisiert.
Um den dafür erforderlichen Stromfluss zu erzeugen, benötigt man einen exakt programmierten Generator, welcher Strom- und Servofunktionen der Maschine präzise regelt.

Die Form der Werkzeugkathode gibt die Form des Werkstückes vor.
ECM ist also ein abbildendes Verfahren.
Am Werkzeug findet prozessbedingt kein Verschleiß statt.
Zwischen Werkzeug und Werkstück muss in Abhängigkeit von den elektrischen Parametern und von den Strömungsverhältnissen des Elektrolytes ein Spalt eingestellt werden. Die Spaltweite beträgt 0,05–1 mm.

Den Ladungstransport im Arbeitsspalt übernimmt eine Elektrolytlösung.
Der entstehende Elektronenstrom löst Metallionen vom Werkstück.
Die gelösten Metallionen gehen dann an der Anode Reaktionen mit Teilen des gespaltenen Elektrolytes ein.
An der Kathode reagiert der Elektrolytrest mit Wasser.
Als Endprodukt fällt Metallhydroxid an, welches sich als Schlamm absetzt und entfernt werden muss.

Wegen der Abhängigkeit des Spaltes zwischen der Anode und Kathode von elektrischen und strömungsmechanischen Bedingungen ist eine Vorausberechnung der Form der Kathode schwierig.
Wegen der einfacher zu beherrschenden Zusammenhänge werden flache Formen (z. B. Turbinenschaufeln) mit geringerem Vorbereitungsaufwand hergestellt.

Die erzielbaren Oberflächengüten liegen bei Rz = 3–10 µm.
Die Randzonen werden nicht beeinflusst (einziges trennendes Verfahren ohne Randzoneneinfluss).
Der spezifische Abtrag beträgt 1–2,5 mm⊃3;/A.min.
Die Senkgeschwindigkeit ist variabel und liegt zwischen 0 und bis zu 20 mm/min.
Der anfallende Schlamm wird mit Filterpressen weiter entwässert, um dann als Sondermüll entsorgt zu werden.

ECM ist also ein Verfahren zur Bearbeitung elektrisch leitfähiger Werkstücke, die einen gezielten Werkstoffabtrag verlangen.
Materialien, bei denen ECM angewendet wird, sind z. B. Kohlenstoffstähle, austenitische Stähle und Nickelbasislegierungen.
Es geht weit über die Grenzen der konventionellen Zerspanung hinaus.

Das Fertigungsverfahren wird angewandt für:

* schwer zerspanbare Werkstoffe
* komplizierte Formen
* Bearbeitungen, bei denen keine Randzonenbeeinflussung auftreten darf
* vorzugsweise bei flachen Formen.
* Werkstücke mit innenliegenden und mit konventionellen Werkzeugen schwer zugänglichen Bohrungsverschneidungen (entgraten)


Impulse ECM – Technologie pECM

Bei dem klassischen ECM-Senkverfahren handelt es sich um einen Schruppvorgang (hohe Abtraggeschwindigkeit, geringe Genauigkeit). Das IMPULSE-ECM-Verfahren erlaubt erstmals präzise elektrochemische Bearbeitung metallischer Werkstücke und kann damit unter die Schlichtverfahren eingeordnet werden.

Komplexe geometrische Formen werden möglich, die Bearbeitung erfolgt ohne mechanische und thermische Belastung der Werkstücke. Damit steht das IMPULSE-ECM-Verfahren in Wettbewerb zu den etablierten Verfahren EDM (Funkenerosion) und HSC (High-Speed-Cutting/Hochgeschwindigkeitsfräsen).

Das IMPULSE-ECM-Verfahren ist ein Senkerosionsverfahren mit vibrierender Elektrode. Zwischen Elektrode und Werkstück wird eine Gleichspannung angelegt, wodurch sich das Werkstück entsprechend der Geometrie der nachfahrenden Elektrode auflöst. Es entstehen Bauteile mit beliebig komplizierten, geometrischen Formen in nahezu allen elektrisch leitenden Metallen wie z.B. hochvergüteten Stählen, Wälzlagerstählen, pulver-metallurgische Stählen, sowie Superlegierungen (z.B. Nickelbasis-Legierungen). IMPULSE-ECM erschliesst damit den Zugang zu Applikationen, die mit den bekannten Verfahren der Funkenerosion (EDM) oder des klassischen elektrochemischen Abtragens (ECM) bislang nicht oder nicht wirtschaftlich hergestellt werden können.

Neues Impulse ECM-Verfahren pECM

Die Adaption des klassischen ECM-Verfahrens zur IMPULSE-ECM-Technologie setzt auf der direkten und weitgehend linearen Abhängigkeit von Spaltabstand zwischen Elektrode und Werkstück und damit erzielbaren Geometrie- und Oberflächengenauigkeiten auf. So wird aus einem herkömmlichen elektrochemischen Verfahren (ECM) ein präzises elektrochemisches Verfahren.

Die Spaltmaße wurden um ca. einen Faktor 100 auf ca. 10µm reduziert. Die Geometriegenauigkeit lässt sich um den gleichen Faktor in eine Größenordnung von einigen wenigen µm bringen. Die Rauhigkeitswerte sinken um ca. Faktor 10 auf z.B. Ra<0,1µm.

Die notwendige Spülung des Spalts mit frischen Elektrolyt lässt sich bei Spalten um 10µm nicht mehr realisieren. Da also ein gleichzeitiges Abtragen und Spülen nicht möglich ist, schaltet man die beiden Vorgänge hintereinander. Abtragen findet bei engstmöglichen Spalt statt, spülen des Spaltes bei größtmöglichen Spalt (mehrere Zehntel Millimeter). Das führt zu einer oszillidierenden Elektrodenbewegung. Diese kann nach Bedarf beliebig verändert werden.



Vorteile des Impulse ECM-Verfahrens pECM

Kein prozessbedingter Elektrodenverschleiß, d.h. mit einer einmal gefertigten Elektrode kann ein große Anzahl reproduzierbar gleicher Teile hergestellt werden.

Das Elektrodenmaterial weitgehend wählbar, z.B. Messing, Kupfer, Edelstahl, Graphit

Keine weiße Schicht, die nachträglich aufwändig entfernt werden muss

Kein Temperatureintrag ins Werkstoffgefüge, d.h. bereits produzierte Werkstoff-Vergütungen werden nicht beeinflusst, Mikrorisse entstehen nicht. Standzeitverlängerungen im Falle von Werkzeugen dürfen erwartet werden Keine mechanische Belastung der Bauteile, d.h. auch relativ dünnwandige Strukturen sind bearbeitbar

Oberflächenqualitäten Ra < 0,5µm möglich. Unterschiedliche Rauhigkeiten können auf einer Fläche in einem Arbeitsgang hergestellt werden.
Vom Polieren bis zur definierten Oberflächenstrukturierung sind dem Verfahren kaum Grenzen gesetzt.

Kurze Bearbeitungszeiten mit Vorschüben zwischen 0,1 und 1,0mm/min

Durch das pECM-Verfahren lassen sich komplexe und unterschiedliche Geometrien in einem Arbeitsgang herstellen.
Ebenso ist durch den programmierbaren Arbeitsablauf das Schruppen und Schlichten in einem Bearbeitungstakt möglich.
Mehrere Werkstücke können gleichzeitig bearbeitet werden.

Hohe Aspektverhältnisse möglich (Verhältnis von Tiefe und Breite einer hergestellten Einsenkung)