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Elektrochemische Metallbearbeitung
(ECM = electro-chemical-machining)                                                 (PECM = präzise-electro-chemical-machining)

Uns steht eine PECM Bearbeitungsmaschine vom Typ EMAG PTS 2500 zur Verfügung. Mit dieser Maschine lassen sich Metallteile hochgenau bearbeiten. Die PTS 2500 Maschine von EMAG ist die erste Maschine einer Generation von ECM Maschinen, die mit dem neuen 25KN Oszillator ausgerüstet sind. Somit sind, im Vergleich zu älteren ECM Maschinen, drei verschiedene Bearbeitungsmethoden möglich.

Beim ersten Prozessparameter handelt es sich um die sogenannte Konstantstrombearbeitung, bei der ein konstanter Strom zur Bearbeitung bereitgestellt wird. Diese Bearbeitungsform wird häufig bei Schruppbearbeitungen angewendet, wenn große Materialmengen in relativ kurzer Zeit abgetragen werden sollen. Die PTS 2500 kann eine max. Werkstückoberfläche von 6.000mm² auf einmal bearbeiten. Der Stromgenerator der Maschine liefert einen maximalen Konstantstrom von 2.500 A.

Beim zweiten Prozessparameter handelt es sich um die Impulsstrombearbeitung. Dabei wird ein in Dauer und Höhe variabler Stromimpuls zur Bearbeitung bereitgestellt. Signifikant hierbei ist die kurze Bearbeitungspause, bei der dem Elektrolyt die Möglichkeit gegeben wird, den Bearbeitungsspalt wieder zu fluten, um somit die zu bearbeitende Fläche vollständig zu benetzen. Dadurch lassen sich bessere Oberflächen erzielen als mit der Konstantstrombearbeitung, jedoch bei geriingerer Abtragsleistung.
Für die Impulsstrombearbeitung stehen insgesamt 7.500 A Impulsstrom zur Vefügung (etwa 1 A/mm²).

Bei der dritten Prozessmöglichkeit kommt ein von Firma EMAG patentiertes Verfahren zum Einsatz, welches einen sogenannten Oszillator benutzt. Dieser Oszillator, an dem die Kathode befestigt ist, führt bis zu 50 Schwingungen pro Sekunde aus. Die Höhe der Amplitude und deren Zeitdauer lassen sich über die Steuerung der Maschine variieren. Durch diesen Oszillator wird eine extrem hohe Abbildgenauigkeit zwischen Kathode (Werkzeug) und Anode (Werkstück) erreicht. Diese Genauigkeit liegt, je nach Wrkstoff, zwischen 0,002 und 0,005mm. Zusätzlich lassen sich Oberflächengüten bis hinunter zu Ra = 0,05 erreichen. Beim Einsatz des Oszillators werden durch die Schwingungen Saug / Druckeffekte erzeugt und dadurch die freigesetzten Metallhydroxide aus dem Bearbeitungsspalt gespült. Dem dadurch entstehenden hydrostatischen Druck muss vom Oszillator eine bestimmte Gegenkraft erzeugt werden. Dies schwankt je nach Stromstärke und zu bearbeitender Fläche. Deshalb baut EMAG auch Oszillatoren mit 25KN und mit 50KN.


Allgemeines zur ECM Bearbeitung

Das Werkstück wird als Anode (positiv) und das Werkzeug als Kathode (negativ) polarisiert. Um den dafür erforderlichen Stromfluss zu erzeugen, bedient man sich in den häufigsten Fällen einer äußeren Spannungsquelle. In manchen Fällen jedoch, wie in der Metallographie zum Sichtbarmachen der Gefügestruktur, wird das elektrochemische Ätzen verwendet. Die Potentialdifferenz im Mikrobereich (Lokalelement) dient hier als innere Spannungsquelle, um den gewünschten Materialabtrag zu erreichen.
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, z. B. wässrige Lösung von Natriumchlorid (NaCl, Kochsalzlösung) oder Natriumnitrat (NaNO3). 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 mm³/A.min. Die Senkgeschwindigkeit ist variabel und liegt zwischen 0 und bis zu 20 mm/min. Der Elektrolyt sollte durch Zentrifugieren aufbereitet werden, um die Metallhydroxide von der Elektrolytlösung zu trennen. Der anfallende Schlamm wird mit Filterpressen weiter entwässert, um dann durch Recycling aufbereitet wieder dem Kreislauf zugeführt zu werden. Aufbereitet werden solche Metallhydroxide z.B. durch die Nickelhütte im ergebirgischen Aue.
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 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)
•  Innenverzahnungen und Innenkonturen auch in hochvergüteten Werkstoffen, wo herkömmliche Räumwerkzeuge versagen.
•  gehärtete Werkstücke, ein Beispiel ist die Innenverzahnung unserer Turbinenwelle aus CRONIDUR 30, welche auf 60 HRC gehärtet ist. Die Innenverzahnung wird als letzter Arbeitsgang in die fertige Turbinenwelle eingebracht. 
 
   
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