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Ausgewählte Ausgabe: 07-08-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Bearbeitung und Oberflächenfinish nähern sich an

Sehr anspruchsvolle Spezifikationen hinsichtlich Toleranzen und Oberflächengüte kennzeichnen die Fertigung von Präzisionsteilen heutzutage. Innovative und weiterentwickelte Verfahren für das Entgraten und Oberflächenfinish sowie die Formgebung ermöglichen, sowohl die Qualität und Produktivität als auch die Wirtschaftlichkeit zu verbessern.


Bei der Herstellung qualitativ hochwertiger Bauteile rücken neben den eigentlichen Produktionsverfahren zwischen- und nachgelagerte Prozesse wie die Entgratung und die Oberflächenveredelung immer mehr in den Fokus. Es geht dabei einerseits um gratfreie Bauteile und Werkstücke mit definierten Kanten und Verrundungen oder einem Oberflächenfinish, das Reibung, Verschleiß und Geräuschentwicklung minimiert sowie Leistungs- und Lebensdauersteigerungen ermöglicht. Andererseits werden Fertigungsschritte zur exakten Formgebung gefordert, wobei Bearbeitung und Oberflächenfinish zunehmend ineinander fließen. Um diese Herausforderungen zu meistern, stehen innovative und weiterentwickelte Verfahren zur Verfügung, die bei hoher Produktivität und Wirtschaftlichkeit optimal an die Aufgabe angepasst werden können und prozesssicher reproduzierbare Ergebnisse liefern.

Elektrochemische Bearbeitung metallischer Werkstücke

Bei der elektrochemischen Bearbeitung (ECM), die unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, dem Werkzeugbau, in der Medizin-, Mikrosystem- und Energieindustrie auch für die Großserienfertigung eingesetzt wird, erfolgt an der Oberfläche des Werkstücks ein anodischer Metallabtrag (Bild 1).

Bild 1 Bei der ECM-Bearbeitung erfolgt in einer wässrigen Elektrolytlösung zwischen Kathode und Anode (Bauteil) ein Ladungsaustausch, durch den das Werkstück gezielt und präzise bearbeitet wird.

Bild 1
Bei der ECM-Bearbeitung erfolgt in einer wässrigen Elektrolytlösung zwischen Kathode und Anode (Bauteil) ein Ladungsaustausch, durch den das Werkstück gezielt und präzise bearbeitet wird.

Das Verfahren ermöglicht sowohl die Entgratung an schwer zugänglichen Bereichen, beispielsweise innenliegenden Bohrungsverschneidungen und Taschen, als auch gratfreie, formgebende Prozesse. Für die Bearbeitung werden das Bearbeitungswerkzeug, eine Kathode, und das Bauteil als Anode an eine Gleichspannungsquelle (Generator) angeschlossen. Durch den Ladungsaustausch zwischen Kathode und Anode in einer wässrigen Elektrolytlösung wird das Bauteil hochpräzise und unabhängig vom Gefügezustand des Metalls bearbeitet. So lassen sich selbst sehr kleine und dünnwandige Konturen, Verrundungen, Kanäle, Nuten und Auskesselungen in Werkstücken aus praktisch allen leitenden Metallen erzeugen. Da die Bearbeitung berührungslos erfolgt, kommt es weder zu einem prozessbedingten Werkzeugverschleiß noch zu einer thermischen oder mechanischen Beeinflussung des Werkstücks.
Eigenschaft und Form der Werkzeugaufnahme bestimmen, wo und wie viel Material vom Werkstück abgetragen wird. Die Leistung des Generators wird abhängig von der Größe der gleichzeitig zu bearbeitenden Oberfläche ausgewählt und entscheidet auch über die Geschwindigkeit des Materialabtrags sowie über die erzielbare Oberflächenrauigkeit. Neu entwickelte Generatoren erreichen Ra-Werte von 0,1 µm und besser – je nach Ausgangszustand. Außerdem vermeiden sie das sogenannte Stray Machining, das in Randbereichen der Anode zu einem schlechteren Bearbeitungsergebnis führen kann.

Dreidimensional und noch genauer – PECM

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Bild 2
Die Formgebung der Schaufelkonturen und das Finishing (Rauheit an Front und Seiten) werden in einem Bearbeitungsvorgang erreicht.

Geht es um den eigentlichen Prozess, erfolgen die ECM-Bearbeitung (ECM) und elektrochemische Präzisionsbearbeitung (PECM) (Bild 2) nach identischem Prinzip. Wesentliche Unterschiede liegen zum einen im Abstand der Kathode zum Werkstück. Zum anderen wird beim PECM mit einer oszillierenden Kathode gearbeitet. Dies ermöglicht, dass ähnlich wie beim Funkenerodieren (EDM) dreidimensionale Formen, Konturen und Strukturen in sehr hoher Präzision und Oberflächenqualität erzeugt werden können. Es lassen sich Ra-Werte von 0,03 µm erzielen. Im Vergleich zum EDM-Verfahren erfolgt die Bearbeitung mit höherer Genauigkeit hinsichtlich der Bauteildimensionen und -toleranzen sowie ohne thermische Beeinflussung. Ein weiterer Vorteil des PECM-Verfahrens gegenüber einer konventionellen Fertigung liegt in der deutlich kürzeren Bearbeitungszeit. Vergleiche, für die ein Bauteil konventionell – Erodieren, Fräsen, Bohren, Schleifen, Entgraten und Läppen – und im PECM-Prozess mit anschließendem Schleifvorgang gefertigt wurden, ergaben eine Reduzierung der reinen Fertigungszeit um 90 Prozent. Neben der Formgebung wird das PECM-Verfahren auch zur Mikrostrukturierung von Oberflächen, beispielsweise zur Optimierung der Tribologie, eingesetzt.

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Autoren

 Doris Schulz

Freie Fachjournalistin, Korntal

Fachmesse...

...  für Entgrattechnologie und Präzisionsoberflächen

Welche Verfahren ermöglichen die prozesssichere und wirtschaftliche Entgratung und Herstellung von Präzisionsoberflächen? Welche neuen Technologien stehen zur Verfügung? Welche Kriterien sind bei der Auswahl des optimal geeigneten Verfahrens zu beachten? Antworten auf diese und viele weitere Fragen bietet die DeburringEXPO vom 10. bis 12. Oktober 2017 auf dem Messegelände Karlsruhe.

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