Elektrochemische Bearbeitung (ECM):Kinematik, Dynamik, Arbeits- und Werkzeugkonstruktion

In diesem Artikel werden wir über die elektrochemische Bearbeitung (ECM) diskutieren:- 1. Bedeutung und Funktionsweise der elektrochemischen Bearbeitung (ECM) 2. Elektrochemie des ECM-Prozesses 3. Kinematik und Dynamik 4. Auswirkungen von Wärme und H2-Blasenerzeugung 5 Einfluss von ECM auf die Oberflächenbeschaffenheit 6. Werkzeugdesign von ECM 7. Verwendete Elektrolyte 8. Elektrochemische Bearbeitungsanlage 9. Auswirkungen von ECM auf Materialien 10. Eigenschaften von ECM.

Inhalt:

1. Bedeutung und Funktionsweise von elektrochemischer Bearbeitung (ECM)
2. Elektrochemie des ECM-Prozesses
3. Kinematik und Dynamik von ECM
4. Auswirkungen von Hitze und H2-Blasenbildung in ECM
5. Auswirkung von ECM auf die Oberflächenbeschaffenheit
6. Werkzeugdesign von ECM
7. Elektrolyte, die in der ECM verwendet werden
8. Elektrochemische Bearbeitungsanlage
9. Auswirkungen von ECM auf Materialien
10. Eigenschaften von ECM

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1. Bedeutung und Funktionsweise der elektrochemischen Bearbeitung (ECM) :

Die elektrochemische Bearbeitung ist eines der potenziell unkonventionellsten Bearbeitungsverfahren. Obwohl es sich um ein neues Verfahren für die Metallbearbeitung handelt, war das Grundprinzip schon lange bekannt. Dieser Vorgang kann mit einigen Modifikationen als die Umkehrung des Galvanisierens betrachtet werden. Außerdem basiert es auf dem Prinzip der Elektrolyse.

In einem Metall wird Elektrizität durch die freien Elektronen geleitet, aber es wurde festgestellt, dass in einem Elektrolyten die Elektrizitätsleitung durch die Bewegung von Ionen erreicht wird. So wird der Stromfluss durch einen Elektrolyten immer von der Bewegung von Materie begleitet.

Das Elektrolyseprinzip wird seit langem in der Galvanik verwendet, bei der es darum geht, Metall auf dem Werkstück abzuscheiden. Da aber bei der elektrochemischen Bearbeitung Metall abgetragen werden soll, wird das Werkstück mit dem Pluspol und das Werkzeug mit dem Minuspol verbunden. Abbildung 6.25 zeigt ein Werkstück und ein entsprechend geformtes Werkzeug, wobei der Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück mit einem geeigneten Elektrolyten gefüllt ist. Wenn der Strom durchgelassen wird, erfolgt die Auflösung der Anode.

Die Auflösungsgeschwindigkeit ist jedoch höher, wenn die Lücke kleiner ist und umgekehrt, da die Stromdichte umgekehrt proportional zur Lücke ist. Wenn das Werkzeug nun nach unten bewegt wird, nimmt die Arbeitsfläche die gleiche Form wie das Werkzeug an, und im stationären Zustand ist der Spalt gleichmäßig, wie in Abb. 6.25 gezeigt. Somit wird die Form des Werkzeugs im Job nachgebildet.

Bei einem elektrochemischen Bearbeitungsverfahren wird das Werkzeug mit einer konstanten Vorschubbewegung versehen. Der Elektrolyt wird mit hohem Druck durch das Werkzeug und den kleinen Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück gepumpt. Der Elektrolyt wird so gewählt, dass sich die Anode auflöst, aber keine Abscheidung an der Kathode (dem Werkzeug) erfolgt. Strom und Spannung liegen in der Größenordnung von einigen Tausend Ampere und 8-20 Volt. Der Spalt liegt in der Größenordnung von 0,1–0,2 mm.

Bei einer typischen Maschine beträgt die Zerspanungsrate etwa 1600 mm ³ /min für jeweils 1000 Ampere. Ungefähr 3 kWh werden benötigt, um 16 x 10 ³ . zu entfernen mm ³ aus Metall, das ist fast das 30-fache der Energie, die in einem herkömmlichen Verfahren benötigt wird (natürlich, wenn das Metall gut zerspanbar ist). Bei ECM ist die Zerspanungsrate jedoch unabhängig von der Werkstückhärte. ECM wird also dann von Vorteil, wenn entweder der Werkstoff eine sehr geringe Bearbeitbarkeit besitzt oder die zu bearbeitende Form kompliziert ist.

Im Gegensatz zu den meisten anderen konventionellen und unkonventionellen Verfahren gibt es hier praktisch keinen Werkzeugverschleiß. Obwohl es scheint, dass das Werkzeug keine Kraft erfährt, da die Bearbeitung elektrochemisch erfolgt, ist die Tatsache, dass das Werkzeug und das Werkstück sehr großen Kräften ausgesetzt sind, die durch das Hochdruckfluid im Spalt ausgeübt werden.

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2. Elektrochemie des ECM-Prozesses:

Der Elektrolyseprozess unterliegt den folgenden zwei von Faraday vorgeschlagenen Gesetzen:

(i) Der Betrag der chemischen Veränderung, der durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, d. h. die Menge an gelöstem oder abgelagertem Material, ist proportional zur durchgelassenen Elektrizitätsmenge.

(ii) Die Mengen verschiedener Stoffe, die durch dieselbe
Strommenge gelöst oder abgelagert werden, sind proportional zu ihren chemischen Äquivalentgewichten. In quantitativer Form besagen die beiden Gesetze von Faraday, dass –

Wenn ein metallischer Körper in einen Elektrolyten eingetaucht wird (Abb. 6.27), verlassen die metallischen Atome den Körper und werden zu Ionen, und die Ionen bewegen sich zum Körper und werden zu Atomen. Der Prozess läuft kontinuierlich weiter und das Gleichgewicht wird aufrechterhalten. Zwischen einem Punkt auf der Oberfläche des metallischen Körpers (Elektrode) und einem benachbarten Punkt im Elektrolyten besteht eine Potentialdifferenz.

Diese Potentialdifferenz wird als Elektrodenpotential bezeichnet. Das Elektrodenpotential variiert je nach Elektroden-Elektrolyt-Kombination. Wenn zwei verschiedene Elektroden (A und B) eingetaucht werden, besteht eine Potentialdifferenz zwischen diesen Elektroden, da die Potentiale von A und B bezüglich des gemeinsamen Elektrolyten unterschiedlich sind. Diese Potentialdifferenz ist die elektromotorische Kraft (EMK) der Zelle, die von den Elektroden und dem Elektrolyten erzeugt wird. Dies wird in Abb. 6.27 erläutert. Werden beispielsweise Fe- und Cu-Elektroden in Sole (Lösung von Kochsalz in Wasser) getaucht, wie in Abb. 6.28a gezeigt, sind die Elektrodenpotentiale –

Die Art des Elektrolyseverfahrens hängt vom verwendeten Elektrolyten ab. Um zu verstehen, wie ECM realisiert wird, betrachten wir die wässrige Lösung von Natriumchlorid als Elektrolyt. Wenn an den Elektroden eine Spannungsdifferenz angelegt wird (Abb. 6.28b), werden die Reaktionen an Anode und Kathode

Das Wasser erhält zwei Elektronen von der Elektrode, wodurch Wasserstoffgas entwickelt und Hydroxylionen produziert werden. Die positiven Metallionen neigen dazu, sich zur Kathode zu bewegen und die negativen Hydroxylionen werden zur Anode hin angezogen. Dann verbinden sich die positiven Metallionen mit den negativ geladenen Hydroxylionen, um Eisenhydroxid als-

. zu bilden

Dieses Eisenhydroxid bildet einen unlöslichen Niederschlag. Bei dieser Art von Elektroden-Metall-Elektrolyt-Kombination löst sich die Anode auf und H₂ an der Kathode erzeugt, wobei die Kathodenform unverändert bleibt. Dies ist die wichtigste Eigenschaft der Elektrochemie des ECM-Prozesses. Es ist zu beachten, dass bei der ECM die Wahl der Elektroden und des Elektrolyten so erfolgen muss, dass keine Abscheidung an einer der Elektroden erfolgen kann.

Das Grammäquivalentgewicht des Metalls wird durch ԑ =A / Z angegeben, wobei A das Atomgewicht und Z die Wertigkeit der erzeugten Ionen ist. Wenn wir dies in Gleichung (6.20) verwenden, erhalten wir die Massenentfernungsrate in der Form –

Wenn die Anode aus einer Legierung anstelle eines reinen Metalls besteht, kann die Entfernungsrate durch Berücksichtigung der Ladung ermittelt werden, die erforderlich ist, um eine Volumeneinheit jedes Elements zu entfernen. Wenn die Atomgewichte und die Wertigkeiten (der entsprechenden in den Elektrolyten eintretenden Ionen) A₁ . sind , A₂ , A₃ ,… und Z_1, Z₂ , Z₃ ,…, und die Zusammensetzung (nach Gewicht) der Legierung ist x₁ % von Element 1, x₂ % von Element 2,…, dann ein Volumen v cm ³ der Legierung enthält vρx_i /100 Gramm des i-ten Elements, wobei ρ die Gesamtdichte der Legierung in g / cm ³ . ist .

Die Ladung, die erforderlich ist, um das gesamte i-te Element im Volumen v zu entfernen, ist gegeben durch –

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3. Kinematik und Dynamik von ECM:

Abbildung 6.31 zeigt einen Elektrodensatz mit ebenen und parallelen Oberflächen. Das Werkstück (die obere Elektrode) wird mit konstanter Geschwindigkeit ƒ in Richtung -y (normal zu den Elektrodenoberflächen) zugeführt.

Das Problem wird als eindimensional betrachtet und der momentane Abstand der Arbeitsfläche von der Werkzeugoberfläche mit y angenommen. Unter der Annahme, dass das Werkstück aus reinem Metall besteht, ergibt sich die Abtragsrate des Werkstückmetalls durch Gleichung (6.23). Wenn die Überspannung ΔV beträgt, ist die Dichte des Stromflusses durch den Elektrolyten gegeben durch –

Wobei K die Leitfähigkeit des Elektrolyten ist. Durch den Materialabtrag wird nun die Oberfläche des Werkstücks (in y-Richtung) gegenüber der ursprünglichen Oberfläche mit einer durch Q' gegebenen Geschwindigkeit zurückgezogen, wobei Q' die Volumenrate des Werkstück-Metallabtrags pro . ist Flächeneinheit der Werkstückoberfläche. Somit beträgt die Geschwindigkeit, mit der sich der Spalt zwischen dem Werkstück und der Werkzeugoberfläche ändert –

Wir werden nun einige grundlegende Fälle untersuchen:

Zero Feed:

Konstanter Feed:

Eine immer größer werdende Lücke ist in einem ECM-Prozess nicht erwünscht. In der Praxis wird die Elektrode also mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit geeigneter Größe versehen. Somit ist in Gleichung (6.28) ƒ konstant. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit ƒ gleich der Rückzugsgeschwindigkeit der Elektrodenoberfläche aufgrund des Metallabtrags ist, bleibt der Spalt offensichtlich konstant. Diese Lücke (die von der Vorschubgeschwindigkeit abhängt) wird als Gleichgewichtslücke (y_e ). Somit ergibt sich für die Gleichgewichtslücke aus Gleichung (6.28) –

Abbildung 6.32b zeigt die Auftragung von y̅ gegen t̅ für verschiedene Werte der Anfangslücke. Es ist ersichtlich, dass sich die Lücke unabhängig von der Anfangsbedingung immer dem Gleichgewichtswert nähert.

Zur Oberfläche geneigte Vorschubbewegung:

Wenn der Vorschubgeschwindigkeitsvektor zur Oberfläche geneigt ist (Abb. 6.33), ist die Komponente des Vorschubs senkrecht zur Oberfläche ƒ cos θ. In diesem Fall ist die Gleichgewichtslücke durch λ / (ƒ cos θ) gegeben.

Bearbeitung von unebenen Oberflächen:

Wenn eine unebene Arbeitsfläche ECM unterzogen wird, wird das Metall von allen Teilen der Oberfläche entfernt (im Gegensatz zu anderen Bearbeitungsvorgängen). Der nach außen ragende Teil (die Hügel) liegt näher an der Werkzeugoberfläche und wird schneller bearbeitet als der nach innen ragende Teil (die Hohlräume). Somit hat der ECM-Prozess den Effekt, die Unebenheiten auszugleichen.

Wie in Abb. 6.34 gezeigt, kann die Gleichgewichtslage der Arbeitsfläche (y̅ =1) als die gewünschte endgültige Werkstückoberfläche angesehen werden. Die Abweichungen von dieser gewünschten Oberfläche sind die Defekte, die durch die dimensionslose Tiefe oder Höhe (δ̅) gekennzeichnet sind, je nachdem, ob der Defekt ein Tal oder ein Hügel ist. Da δ =y – y_e ,

Theoretisch würde es unendlich lange dauern, einen Defekt vollständig zu beseitigen; in der Praxis ist der Vorgang jedoch beendet, sobald δ̅ unter einen vorab zugewiesenen zulässigen Wert fällt. Abbildung 6.35 zeigt, wie die Hügel und Täler geglättet werden.

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4. Auswirkungen von Hitze und H₂ Blasenerzeugung in ECM:

Es wurde angenommen, dass die verschiedenen Parameter und Eigenschaften über die gesamte Fläche der Elektroden hinweg einheitlich sind. Aber in der Praxis stimmt das nicht. Eine Variation dieser Eigenschaften beeinflusst den Bearbeitungsprozess. Außerdem ändert sich die Elektrolytleitfähigkeit, wenn der Elektrolyt den Spalt entlang strömt aufgrund – (i) der Erhöhung der Elektrolyttemperatur, (ii) der Entwicklung von Wasserstoffblasen und (iii) der Bildung von Niederschlägen, wobei der letzte Effekt gering ist.

Aufgrund des Stromflusses steigt die Elektrolyttemperatur allmählich an und die Leitfähigkeit ändert sich, was zu einer Ungleichmäßigkeit der Stromdichte entlang der Richtung des Elektrolytflusses führt. Außerdem entstehen Blasen, da bei der Bearbeitung Wasserstoff entsteht. Diese Blasen werden vom Elektrolyten mitgerissen, und die Konzentration solcher Blasen neigt dazu, entlang der Richtung des Elektrolytflusses zuzunehmen. Als Ergebnis variieren die Gesamtleitfähigkeit und die Stromdichte entlang derselben Richtung. Der daraus resultierende Effekt bewirkt, dass sich der Gleichgewichtsspalt zwischen den Elektroden ändert.

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5. Einfluss von ECM auf die Oberflächenbeschaffenheit:

Da bei den mit ECM bearbeiteten Teilen im Allgemeinen eine sehr gute Oberflächengüte erwünscht ist, ist eine Untersuchung der Möglichkeiten, die zu einer schlechten Oberflächengüte führen können, wichtig.

Die Oberflächenbeschaffenheit wird beeinträchtigt durch:

(i) Selektive Auflösung:

In Legierungen haben die verschiedenen Bestandteile unterschiedliche Elektrodenpotentiale. Auch bei reinen Metallen sind die Auflösungspotentiale an den Korngrenzen anders als im Inneren der Körner. Betrachten wir die in Abb. 6.38a gezeigte Arbeitsfläche (mit zwei Bestandteilen A und B). In dieser Abbildung ist auch das Spannungsprofil über die Lücke gezeigt. Das Auflösungspotential des Bestandteils B (V_dB ) größer sein als das Auflösungspotential des Bestandteils A (V_dA ).

Die erforderliche Potenzialdifferenz zwischen einem Punkt auf der Oberfläche und dem angrenzenden Elektrolyten für den Start des ECM muss also entweder V_dA oder V_dB , abhängig von der lokalen Komponente. Da die gesamte Anodenoberfläche Äquipotential ist und das Elektrolytpotential über den Spalt variiert, wie gezeigt, muss die Oberfläche eines B-Korns von der Oberfläche des Bestandteils A wegragen (um den Elektrolyten mit einem niedrigeren Potential zu treffen), damit eine größere Differenz , V_dB erreicht. Daher ist die Arbeitsfläche im stationären Zustand uneben und nicht sehr glatt.

Wenn der Potentialgradient höher ist, ist die Unebenheit geringer. Abbildung 6.38b zeigt zwei Situationen mit unterschiedlichen Potentialgradienten, wobei die anderen Parameter gleich bleiben. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass die Höhe der Projektion eines Korns des Bestandteils B geringer ist, wenn der Potentialgradient höher ist. Ein ungefährer Ausdruck der Projektionshöhe kann auch wie folgt abgeleitet werden. Aus Abb. 6.38b,

(ii) Sporadischer Ausfall von anodischem Film:

Der Hauptgrund für den sporadischen Ausfall des anodischen Films ist der allmähliche Abfall der Potentialdifferenz zwischen der Arbeitsfläche und dem Elektrolyten im Bereich abseits des Bearbeitungsbereichs. Abbildung 6.39 zeigt den Verlauf des Oberflächenpotentials der Anode in diesem Bereich. Hier bis zum Punkt P_1, das Potential reicht aus, um die Auflösung aller Phasen zu bewirken. Bei P₁ , fällt das verfügbare Potential unter das Auflösungspotential einer Phase, und so hört die Anode auf, sich aufzulösen.

Jenseits von P_1, das Anodenoberflächenpotential sinkt weiter und eine zunehmende Anzahl von Phasen hört auf sich aufzulösen, was zu einer unebenen Oberfläche führt. Wenn schließlich nur noch wenige Phasen aktiv bleiben und sich auflösen, kommt es zu einer Konzentration des elektrischen Feldes, da die aktiven Phasen einen geringen Anteil der Anodenoberfläche einnehmen. Diese Feldkonzentration führt dazu, dass sich diese Phasen sehr schnell auflösen und tiefe Grübchen bilden, wie in Abb. 6.39 gezeigt. Jenseits des Punktes P₂ fällt das Anodenoberflächenpotential auf einen so niedrigen Wert ab, dass keine Auflösung stattfindet.

(iii) Strömungstrennung und Wirbelbildung:

Das Vorhandensein von Hügeln und Tälern auf der Anodenoberfläche kann eine Trennung des Elektrolytflusses und Wirbelbildung verursachen. In diesen vom Hauptstrom getrennten Wirbeln kann sich eine hohe Konzentration der Metallionen aufbauen, was zu einer hohen Konzentration über dem Potential in den Wirbeln führt.

Dies führt zu einer lokalisierten Variation der Abtragsraten und folglich zu einer ungleichmäßigen Endoberfläche. Abgesehen von dem Vorhandensein von Hügeln und Tälern kann die Strömungsablösung durch eine falsche Konstruktion des Werkzeugs und des Elektrolytströmungsweges verursacht werden. Daher muss bei der Gestaltung des Elektrolytflussweges in einem Werkzeug große Sorgfalt aufgewendet werden.

(iv) Entwicklung von H₂ Gas:

Der strömende Elektrolyt sammelt das sich entwickelnde Wasserstoffgas, das an der Kathode erzeugt wird. Das Vorhandensein von H₂ im Elektrolyten verringert die spezifische Leitfähigkeit der Lösung. Dieser Effekt nimmt zu, wenn H₂ Die Konzentration nimmt stromabwärts weiter zu, und der Gesamteffekt ist eine Verschlechterung der Oberflächenbeschaffenheit.

Abgesehen von den vorstehenden vier Mechanismen gibt es noch einige andere Quellen der Oberflächenbeschädigung. Da ihre Bedeutung jedoch von geringerer Bedeutung ist, werden wir sie nicht diskutieren.

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6. Werkzeugdesign von ECM:

Bei der Werkzeugkonstruktion gibt es zwei Hauptaspekte.

Dies sind:

(i) Bestimmen der Werkzeugform, so dass die gewünschte Form der Arbeit für die gegebenen Bearbeitungsbedingungen erreicht wird.

(ii) Entwerfen des Werkzeugs für andere Überlegungen als (i), z. B. Elektrolytfluss, Isolierung, Festigkeit und Befestigungsanordnungen.

Theoretische Bestimmung der Werkzeugform:

Wenn die gewünschte Form der bearbeiteten Werkstückoberfläche bekannt ist, ist es möglich, theoretisch die erforderliche Geometrie der Werkzeugoberfläche für einen gegebenen Satz von Bearbeitungsbedingungen zu bestimmen.

Das angelegte Potential, die Überspannung und die Vorschubgeschwindigkeit seien V, V bzw. ƒ. Der Gleichgewichtsspalt zwischen der Anoden- und der Kathodenoberfläche kann ausgedrückt werden als –

Design für den Elektrolytfluss :

Ein ausreichender Elektrolytfluss zwischen Werkzeug und Werkstück ist notwendig, um die Wärme und die Bearbeitungsprodukte abzuführen und den Bearbeitungsprozess mit der erforderlichen Vorschubgeschwindigkeit zu unterstützen, um eine zufriedenstellende Oberflächengüte zu erzeugen. Kavitation, Stagnation und Wirbelbildung sollten vermieden werden, da diese zu einer schlechten Oberflächengüte führen. Eine Grundregel ist, dass es keine scharfen Ecken im Strömungsweg geben sollte. Alle Ecken im Fließweg sollten einen Radius von mindestens 0,7-0,8 mm haben.

Die Ausgangsform eines Bauteils entspricht in der Regel nicht der Werkzeugform und nur ein kleiner Bruchteil der Fläche liegt zu Beginn nahe der Werkzeugoberfläche. Das Problem, den Elektrolyten über eine solche Fläche zuzuführen, wird normalerweise durch Strömungsbegrenzungstechniken gelöst.

In vielen Situationen, wenn die anfängliche Werkstückform der Werkzeugform entspricht,

Ein Werkzeug mit einem Elektrolytzufuhrschlitz ist einfach herzustellen, jedoch hinterlässt ein solcher Schlitz kleine Grate auf dem Werkstück. Die Rippen können jedoch sehr klein gemacht werden, indem der Schlitz ausreichend schmal gemacht wird. Natürlich sollte die Schlitzbreite ausreichen, um eine ausreichende Strömung bereitzustellen. Die Strömung aus einem Schlitz erfolgt in einer Richtung senkrecht zum Schlitz und die Strömung am Ende ist schlecht. Daher sollte der Schlitz in der Nähe der Ecken der Werkstückoberfläche abgeschlossen werden, wie in Abb. 6.43a gezeigt.

Der Abstand zwischen der Spitze des Schlitzes und den Ecken sollte mindestens 1,5 mm betragen, wobei ein Schlitz mit einer Breite von 0,7-0,8 mm empfohlen wird. Wenn eine Werkstückecke abgerundet wird, sollte das Schlitzende vergrößert werden, wie in Abb. 6.43b gezeigt. Die Form und Lage des Schlitzes sollte so sein, dass jeder Teil der Oberfläche mit Elektrolytfluss versorgt wird und kein passiver Bereich existiert. Abbildung 6.44 zeigt zwei Situationen, in denen die passiven Bereiche vorhanden sind, da das Slot-Design fehlerhaft ist.

In Abb. 6.44a wird der passive Bereich nicht versorgt, weil zwischen dem Schlitz und diesem Bereich Außenraum vorhanden ist, während in Abb. 6.44b der passive Bereich entsteht, weil der Schlitz eine scharfe Krümmung aufweist ( und die Tatsache, dass der Fluss normal zum Schlitz ist). Die korrekten Ausführungen sind in Abb. 6.45 dargestellt. Manchmal wird ein Gegenstromwerkzeug verwendet, um genau zu schneiden und hervorragende Oberflächen zu erzeugen, aber dieses Verfahren ist komplexer und teurer und wird im Allgemeinen nicht empfohlen.

Die Techniken zur Steuerung des Elektrolytflusses, wenn die anfängliche Arbeitsfläche nicht der Werkzeugform entspricht, sind in Abb. 6.46 dargestellt. Die allgemeinen Regeln für das Anbringen eines Durchflussbegrenzers können wie folgt angegeben werden. Der Durchflussbegrenzer muss sich neben dem Bereich der anfänglichen Nähe (zwischen Werkzeug und Arbeitsfläche) befinden und sollte den Durchflussweg nicht merklich vergrößern. Außerdem muss es sich an der Eintritts- oder Austrittsposition des Elektrolyten befinden.

Design für die Isolierung:

Die Bereiche an einem Werkzeug, an denen eine elektrochemische Bearbeitung nicht erwünscht ist, müssen isoliert werden. Auch beim Senkerodieren sollte das Werkzeug richtig isoliert sein, um Streubearbeitung zu minimieren. Abbildung 6.47 zeigt den ECM-Prozess ohne und mit einer geeigneten Isolierung. Abbildung 6.48 zeigt das Senkerodieren ohne und mit einer geeigneten Isolierung.

Die Isolierung muss fest und sicher mit der Werkzeugoberfläche verbunden sein. Dies kann durch Befestigung des verstärkten Vollkunststoffs an der Maut mit Epoxidharzzement und Kunststoffschrauben erfolgen. Manchmal kann die Isolierung auch durch Auftragen einer synthetischen Gummibeschichtung auf die künstlich oxidierte Kupferwerkzeugoberfläche erfolgen. Dazu wird eine heiße chemische Oxidationslösung verwendet. Die Grenzen der Isolationsschicht sollten keinem Elektrolytfluss mit hoher Geschwindigkeit ausgesetzt werden, da dies dazu führen kann, dass die Klebeschicht zerreißt.

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7. In ECM verwendete Elektrolyte:

Ein Elektrolyt in der ECM erfüllt drei grundlegende Funktionen, nämlich:

(i) Schließen des Stromkreises und Durchlassen der großen Ströme,

(ii) Aufrechterhaltung der erforderlichen elektrochemischen Reaktionen,

(iii) Abführen der erzeugten Wärme und des Abfallprodukts.

Die erste Funktion erfordert idealerweise eine hohe elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten. Die zweite Funktion erfordert, dass der Elektrolyt so beschaffen ist, dass an der Anode das Werkstückmaterial kontinuierlich aufgelöst wird und eine Entladung des Metallions an der Kathode nicht erfolgen soll. Im Allgemeinen ist der kationische Bestandteil des Elektrolyten Wasserstoff, Ammoniak oder Alkalimetalle. Die Auflösung der Anode soll mit einem hohen Wirkungsgrad aufrechterhalten werden.

Außerdem muss der Elektrolyt eine gute chemische Stabilität aufweisen. Abgesehen davon sollte der Elektrolyt kostengünstig, sicher und möglichst korrosionsfrei sein. Im Allgemeinen wird eine wässrige Lösung der anorganischen Verbindungen verwendet. Tabelle 6.4 listet die verwendeten Elektrolyte für verschiedene Legierungstypen auf.

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8. Elektrochemische Bearbeitungsanlage:

Bei der Auslegung einer elektrochemischen Maschine sind einige wichtige Punkte zu beachten. Dazu gehören die Steifigkeit und das Material der Bauteile. Obwohl die Bearbeitungskraft auf den ersten Blick vernachlässigbar erscheint, da kein Körperkontakt zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche besteht, können aufgrund des hohen Drucks des Elektrolyten, der zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Menge erforderlich ist, sehr große Kräfte zwischen ihnen entstehen Strömungsgeschwindigkeit durch den schmalen Spalt.

Daher muss die Maschine eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um eine signifikante Durchbiegung des Werkzeugs zu vermeiden, die die Genauigkeit der zu bearbeitenden Teile beeinträchtigen könnte. Eine Temperaturänderung kann auch eine relative Verschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verursachen, und die Konstruktion sollte dies berücksichtigen.

Um Korrosion zu vermeiden, sollten nach Möglichkeit nichtmetallische Werkstoffe verwendet werden. Wenn Festigkeit und Steifigkeit erforderlich sind, sollten kunststoffbeschichtete Metalle verwendet werden. Das zum Halten des Werkstücks verwendete Material ist anodischen Angriffen ausgesetzt und Ti scheint aufgrund seiner Passivität am geeignetsten zu sein. Bei Kontakt unterschiedlicher Metalle in Gegenwart des Elektrolyten, insbesondere im Stillstand der Maschine, kann es zu Korrosion kommen.

Um dies zu minimieren, sollten die in Kontakt stehenden Metalle so gewählt werden, dass sie sich in ihrem elektrochemischen Verhalten nicht wesentlich unterscheiden. Die Gleitbahnen können nicht dauerhaft geschützt werden und sind daher stark mit Fett überzogen. Manchmal kann ein Korrosionsschutz durch Anlegen eines kleinen elektrischen Potentials in einer solchen Richtung bereitgestellt werden, dass die gesamte Struktur elektrochemisch edler wird. Dies wird allgemein als kathodischer Schutz bezeichnet.

Die Pumpe ist das wichtigste Element der Nebenanlage. Generell werden Verdrängerpumpen (ähnlich Zahnradpumpen) aus Edelstahl verwendet. Der Tank für den Elektrolyten, die Rohrleitung und die Ventile bestehen normalerweise aus PVC.

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9. Auswirkungen von ECM auf Materialien:

Im Gegensatz zu herkömmlichen Bearbeitungsverfahren ist der Materialabtrag beim ECM sanft und schonend. Dadurch ist die maximale Druckeigenspannung in der Werkstückoberfläche sehr gering. Außerdem ist die Tiefe der kaltverfestigten Oberflächenschicht vernachlässigbar. Wenn die Tiefe der kaltverfestigten Randschicht beim Drehen und Fräsen etwa 0,5 mm bzw. 1,5 mm beträgt, beträgt diese beim ECM nur etwa 0,001 mm. In ähnlicher Weise beträgt die Größenordnung der Restspannung in einer durch ein konventionelles Verfahren bearbeiteten Oberfläche etwa 50 kg / mm ² . , während die bei ECM fast Null ist.

Dies führt zu einer um 10-25% geringeren Dauerfestigkeit der von ECM hergestellten Teile. Dies liegt daran, dass die Mikrorissspitzen an der durch ECM erzeugten Oberfläche freiliegen und auch, weil der Prozess eine spannungsfreie Oberfläche hinterlässt. Zur Erhöhung der Dauerfestigkeit können einige mechanische Verfahren (z. B. mechanisches Polieren, Glasperlenstrahlen und Dampfstrahlen) eingesetzt werden.

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10. Eigenschaften von ECM:

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