Elektrochemische Bearbeitung (ECM): Kinematik, Dynamik & Werkzeugdesign erklärt

In diesem Artikel besprechen wir die elektrochemische Bearbeitung (ECM): 1. Bedeutung und Funktionsweise der ECM 2. Elektrochemie des ECM-Prozesses 3. Kinematik und Dynamik 4. Auswirkungen von Wärme und H₂-Blasenbildung 5. Einfluss der ECM auf Oberflächengüte 6. Werkzeugdesign der ECM 7. Verwendete Elektrolyte 8. ECM-Anlage 9. Auswirkungen der ECM auf Materialien 10. Eigenschaften der ECM.

Inhalt:

1. Bedeutung und Funktionsweise der elektrochemischen Bearbeitung (ECM)
2. Elektrochemie des ECM-Prozesses
3. Kinematik und Dynamik der ECM
4. Auswirkungen von Wärme und H₂-Blasenbildung in der ECM
5. Einfluss der ECM auf Oberflächengüte
6. Werkzeugdesign der ECM
7. Elektrolyte in der ECM
8. Elektrochemische Bearbeitungsanlage
9. Auswirkungen der ECM auf Materialien
10. Eigenschaften der ECM

1. Bedeutung und Funktionsweise der elektrochemischen Bearbeitung (ECM)

Die elektrochemische Bearbeitung ist einer der vielversprechendsten unkonventionellen Zerspanungsprozesse. Obwohl es ein neues Verfahren für die Metallbearbeitung ist, war das Grundprinzip lange bekannt. Man kann es als Umkehrung des Galvanisierens mit Modifikationen betrachten. Es basiert auf dem Prinzip der Elektrolyse.

In einem Metall wird Elektrizität durch freie Elektronen geleitet, aber in einem Elektrolyten erfolgt die Leitung durch Ionenbewegung. Somit ist der Stromfluss durch einen Elektrolyten immer mit Stoffbewegung verbunden.

Das Elektrolyseprinzip wird seit langem zum Galvanisieren genutzt, wo Metall auf das Werkstück abgeschieden wird. Da bei ECM Metall abgetragen werden soll, wird das Werkstück an den Pluspol und das Werkzeug an den Minuspol angeschlossen. Abb. 6.25 zeigt ein Werkstück und ein passend geformtes Werkzeug, der Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück ist mit geeignetem Elektrolyten gefüllt. Bei Stromfluss erfolgt die Anodenauflösung.

Die Auflösungsrate ist höher, wo der Spalt kleiner ist, und umgekehrt, da die Stromdichte umgekehrt proportional zum Spalt ist. Wird das Werkzeug mit einer Abwärtsbewegung versehen, neigt die Werkstückoberfläche dazu, dieselbe Form wie das Werkzeug anzunehmen, und im stationären Zustand ist der Spalt gleichmäßig (Abb. 6.25). So wird die Werkzeugform im Werkstück reproduziert.

Im ECM-Prozess wird dem Werkzeug eine konstante Vorschubbewegung gegeben. Der Elektrolyt wird unter hohem Druck durch das Werkzeug und den kleinen Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück gepumpt. Der Elektrolyt wird so gewählt, dass die Anode sich auflöst, aber keine Abscheidung an der Kathode (dem Werkzeug) stattfindet. Stromstärken von einigen tausend Ampere und Spannungen von 8–20 Volt. Der Spalt beträgt 0,1–0,2 mm.

In einer typischen Maschine beträgt die Materialabtragsrate ca. 1600 mm³/min pro 1000 Ampere. Etwa 3 kWh werden benötigt, um 16 × 10³ mm³ Metall abzutragen – fast 30-mal die Energie eines konventionellen Prozesses (bei gut zerspanbarem Metall). Da die Abtragsrate bei ECM unabhängig von der Werkzeughärte ist, wird ECM vorteilhaft, wenn entweder der Werkstoff sehr schlecht zerspanbar ist oder die zu bearbeitende Form komplex ist.

Anders als bei den meisten anderen konventionellen und unkonventionellen Verfahren gibt es praktisch keinen Werkzeugverschleiß. Obwohl es scheint, dass das Werkzeug keine Kraft erfährt, da die Bearbeitung elektrochemisch erfolgt, wirken in Wirklichkeit sehr große Kräfte durch das Hochdruckfluid im Spalt auf Werkzeug und Werkstück.

2. Elektrochemie des ECM-Prozesses

Der Elektrolyseprozess wird durch die beiden von Faraday vorgeschlagenen Gesetze geregelt:

• (i) Die Menge der durch einen elektrischen Strom bewirkten chemischen Veränderung – also die Menge eines gelösten oder abgeschiedenen Materials – ist proportional zur durchgeflossenen Elektrizitätsmenge.
• (ii) Die Mengen verschiedener Stoffe, die durch dieselbe Elektrizitätsmenge gelöst oder abgeschieden werden, sind proportional zu ihren chemischen Äquivalentgewichten. In quantitativer Form lauten Faradays zwei Gesetze –

Wird ein metallischer Körper in einen Elektrolyten getaucht (Abb. 6.27), verlassen metallische Atome den Körper und werden zu Ionen, und Ionen bewegen sich zum Körper und werden zu Atomen. Der Prozess läuft kontinuierlich ab und das Gleichgewicht wird aufrechterhalten. Ein Potentialunterschied besteht zwischen einem Punkt auf der Metalloberfläche (Elektrode) und einem angrenzenden Punkt im Elektrolyten.

Dieser Potentialunterschied wird als Elektrodenpotential bezeichnet. Es variiert je nach Elektroden-Elektrolyt-Kombination. Werden zwei verschiedene Elektroden (A und B) eingetaucht, besteht ein Potentialunterschied zwischen ihnen, da ihre Potenziale bezüglich des gemeinsamen Elektrolyten unterschiedlich sind. Dieser Potentialunterschied ist die elektromotorische Kraft (EMK) der Zelle, erzeugt durch Elektroden und Elektrolyt. Dies wird in Abb. 6.27 erklärt. Beispiel: Werden Fe- und Cu-Elektroden in Salzwasser (Kochsalzlösung) getaucht (Abb. 6.28a), betragen die Elektrodenpotentiale –

Die Art des Elektrolyseprozesses hängt vom verwendeten Elektrolyten ab. Um zu verstehen, wie ECM realisiert wird, betrachten wir die wässrige Natriumchlorid-Lösung als Elektrolyt. Wird eine Spannungsdifferenz über die Elektroden angelegt (Abb. 6.28b), lauten die Reaktionen an Anode und Kathode –

Das Wasser erhält zwei Elektronen von der Elektrode, woraufhin Wasserstoffgas entsteht und Hydroxyl-Ionen gebildet werden. Die positiven Metallionen wandern zur Kathode, die negativen Hydroxyl-Ionen zur Anode. Dann verbinden sich die positiven Metallionen mit den negativ geladenen Hydroxyl-Ionen zu Eisen(II)-hydroxid –

Dieses Eisen(II)-hydroxid bildet einen unlöslichen Niederschlag. Bei dieser Elektrodenmetall-Elektrolyt-Kombination löst sich die Anode auf und H₂ entsteht an der Kathode, wobei die Kathodenform unverändert bleibt. Dies ist die wichtigste Charakteristik der Elektrochemie des ECM-Prozesses. Für ECM muss die Wahl von Elektroden und Elektrolyt so erfolgen, dass an keiner Elektrode Abscheidung stattfindet.

Das Gramm-Äquivalentgewicht des Metalls ist ԑ = A / Z, wobei A das Atomgewicht und Z die Wertigkeit der gebildeten Ionen ist. Einsetzen in Gleichung (6.20) ergibt die Massenabtragsrate als –

Besteht die Anode aus einer Legierung statt eines Reinmetalls, lässt sich die Abtragsrate durch Betrachtung der Ladung bestimmen, die zum Entfernen einer Volumeneinheit jedes Elements nötig ist. Sind die Atomgewichte und Wertigkeiten (der entsprechenden Ionen, die in den Elektrolyten eintreten) A₁, A₂, A₃… und Z₁, Z₂, Z₃…, und die Zusammensetzung (gewichtsprozentual) x₁% Element 1, x₂% Element 2…, so enthält ein Volumen v cm³ der Legierung vρx_i/100 Gramm des i-ten Elements, wobei ρ die Gesamtdichte der Legierung in g/cm³ ist.

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

3. Kinematik und Dynamik der ECM

Abb. 6.31 zeigt ein Elektrodenpaar mit ebenen, parallelen Flächen. Das Werkstück (obere Elektrode) wird mit konstanter Geschwindigkeit ƒ in Richtung -y (senkrecht zu den Elektrodenflächen) vorgeschoben.

Das Problem wird als eindimensional betrachtet, der momentane Abstand der Werkstückoberfläche zur Werkzeugoberfläche sei y. Betrachtet man das Werkstück als Reinmetall, ist die Abtragsrate des Werkstückmetalls durch Gleichung (6.23) gegeben. Bei einer Überspannung ΔV ist die Stromdichte des Stromflusses durch den Elektrolyten –

Wobei K die Leitfähigkeit des Elektrolyten ist. Der Werkstoffabtrag bewirkt, dass sich die Werkstückoberfläche bezüglich der ursprünglichen Oberfläche in y-Richtung mit einer Geschwindigkeit Q' zurückzieht, wobei Q' die Volumenabtragsrate des Werkstückmetalls pro Flächeneinheit der Werkstückoberfläche ist. Die Rate, mit der sich der Spalt zwischen Werkstück und Werkzeug ändert, ist –

Wir untersuchen nun einige Grundfälle:

Nullvorschub:

…

Konstanter Vorschub:

Ein stetig wachsender Spalt ist im ECM-Prozess nicht wünschenswert. In der Praxis wird die Elektrode mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit geeigneter Größe versehen. In Gleichung (6.28) ist ƒ konstant. Offensichtlich bleibt der Spalt konstant, wenn die Vorschubgeschwindigkeit ƒ der Rückzugsgeschwindigkeit der Elektrodenoberfläche durch Materialabtrag entspricht. Dieser Spalt (abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit) heißt Gleichgewichtsspalt (y_e). Für den Gleichgewichtsspalt liefert Gleichung (6.28) –

Abb. 6.32b zeigt den Plot von ȳ versus t̅ für verschiedene Anfangsspaltwerte. Der Spalt nähert sich immer dem Gleichgewichtswert an, unabhängig von der Anfangsbedingung.

Geneigte Vorschubbewegung zur Oberfläche:

Wenn der Vorschubgeschwindigkeitsvektor zur Oberfläche geneigt ist (Abb. 6.33), beträgt die normale Komponente ƒ cos θ. Der Gleichgewichtsspalt ist dann λ / (ƒ cos θ).

Bearbeitung unebener Oberflächen:

Wird eine unebene Werkstückoberfläche der ECM unterzogen, wird Material von allen Bereichen abgetragen (anders als bei anderen Zerspanungsverfahren). Der nach außen ragende Bereich (Hügel) ist näher an der Werkzeugoberfläche und wird schneller bearbeitet als der nach innen ragende Bereich (Täler). Der ECM-Prozess glättet also die Unebenheiten.

Wie in Abb. 6.34 gezeigt, kann die Gleichgewichts-Werkstückposition (ȳ = 1) als gewünschte endgültige Werkstückoberfläche betrachtet werden. Abweichungen davon sind Defekte, charakterisiert durch die nicht-dimensionale Tiefe oder Höhe (δ̅), je nachdem ob es ein Tal oder Hügel ist. Da δ = y – y_e, …

Theoretisch würde es unendliche Zeit dauern, einen Defekt vollständig zu entfernen; in der Praxis wird der Prozess beendet, sobald δ̅ unter einen vorgegebenen zulässigen Wert fällt. Abb. 6.35 zeigt, wie Hügel und Täler geglättet werden.

4. Auswirkungen von Wärme und H₂-Blasenbildung in der ECM

Die verschiedenen Parameter und Eigenschaften wurden als gleichmäßig über die Elektrodenflächen angenommen. In der Praxis ist dies nicht der Fall. Eine Variation dieser Eigenschaften beeinflusst den Bearbeitungsprozess. Auch die Elektrolytleitfähigkeit ändert sich, während der Elektrolyt entlang des Spalts strömt, aufgrund von – (i) Erhöhung der Elektrolyttemperatur, (ii) Entwicklung von Wasserstoffblasen, und (iii) Bildung von Niederschlägen (der letzte Effekt ist gering).

Wegen des Stromflusses steigt die Elektrolyttemperatur allmählich an und die Leitfähigkeit ändert sich, was zu Uneinheitlichkeit der Stromdichte entlang der Elektrolytströmungsrichtung führt. Daneben entstehen Blasen, da Wasserstoff während der Bearbeitung generiert wird. Diese Blasen werden vom Elektrolyten mitgerissen, und ihre Konzentration nimmt entlang der Strömungsrichtung zu. Dadurch variieren die Gesamtleitfähigkeit und die Stromdichte in gleicher Richtung. Der resultierende Effekt bewirkt, dass der Gleichgewichtsspalt zwischen den Elektroden variiert.

5. Einfluss der ECM auf Oberflächengüte

Da allgemein eine sehr gute Oberflächengüte bei ECM-bearbeiteten Teilen gewünscht ist, ist eine Untersuchung der Möglichkeiten, die zu schlechter Güte führen können, wichtig.

Die Oberflächengüte wird nachteilig beeinflusst durch:

(i) Selektive Auflösung:

In Legierungen haben die verschiedenen Bestandteile unterschiedliche Elektrodenpotentiale. Auch in Reinmetallen unterscheiden sich die Auflösungspotentiale an Korngrenzen von denen im Korninneren. Betrachten wir die Werkstückoberfläche (mit zwei Bestandteilen A und B) in Abb. 6.38a. Dort ist auch das Spannungsprofil über den Spalt dargestellt. Sei das Auflösungs-Potential von B (V_dB) größer als das von A (V_dA).

Der erforderliche Potentialunterschied zwischen einem Punkt auf der Oberfläche und dem angrenzenden Elektrolyt für den ECM-Start muss entweder V_dA oder V_dB betragen, je nach lokalem Bestandteil. Da die gesamte Anodenfläche equipotential ist und das Elektrolytpotential über den Spalt wie gezeigt variiert, muss die Oberfläche eines B-Korns von der Oberfläche des Bestandteils A wegragen (um den Elektrolyten mit niedrigerem Potential zu treffen), damit der größere Unterschied V_dB erreicht wird. Im stationären Zustand wird die Werkstückoberfläche also uneben und nicht sehr glatt.

Bei höherem Potentialgradienten ist die Unebenheit geringer. Abb. 6.38b zeigt zwei Situationen mit unterschiedlichen Potentialgradienten, sonst gleichen Parametern. Offensichtlich ist die Höhe der Vorsprünge eines B-Korns geringer, wenn der Potentialgradient höher ist. Ein approximativer Ausdruck für die Vorsprunghöhe lässt sich ableiten. Aus Abb. 6.38b –

(ii) Sporadischer Zusammenbruch des Anodenfilms:

Der Hauptgrund für den sporadischen Zusammenbruch des Anodenfilms ist der allmähliche Abfall des Potentialunterschieds zwischen Werkstückoberfläche und Elektrolyt im Bereich fernab der Bearbeitungszone. Abb. 6.39 zeigt die Variation des Anodenoberflächenpotentials in diesem Bereich. Bis Punkt P₁ ist das Potential ausreichend, um alle Phasen aufzulösen. Bei P₁ fällt das verfügbare Potential unter das Auflösungs-Potential einer Phase, und die Anode hört auf, sich aufzulösen.

Jenseits von P₁ fällt das Anodenoberflächenpotential weiter, und eine zunehmende Anzahl von Phasen hört auf, sich aufzulösen, was zu einer unebenen Oberfläche führt. Schließlich, wenn nur noch wenige Phasen aktiv sind und sich auflösen, resultiert eine Konzentration des elektrischen Feldes, da die aktiven Phasen einen kleinen Anteil der Anodenoberfläche ausmachen. Diese Feldkonzentration lässt diese Phasen sehr schnell auflösen und tiefe Gruben bilden (Abb. 6.39). Jenseits von P₂ fällt das Anodenoberflächenpotential so niedrig, dass keine Auflösung mehr stattfindet.

(iii) Strömungsablösung und Wirbelbildung:

Hügel und Täler auf der Anodenoberfläche können eine Ablösung der Elektrolytströmung und Wirbelbildung verursachen. In diesen Wirbeln, abgetrennt vom Hauptstrom, kann sich eine hohe Konzentration an Metallionen aufbauen, was zu einer hohen Konzentrationsüberpotential in den Wirbeln führt.

Dies führt zu lokaler Variation der Abtragsraten und damit zu unebener Fertigungsfläche. Neben Hügeln und Tälern kann Strömungsablösung durch fehlerhaftes Werkzeugdesign und Elektrolytströmungspfad verursacht werden. Daher ist große Sorgfalt beim Design des Elektrolytströmungspfads im Werkzeug erforderlich.

(iv) Entwicklung von H₂-Gas:

Der fließende Elektrolyt sammelt das an der Kathode entstehende Wasserstoffgas. Die Anwesenheit von H₂ im Elektrolyten verringert die spezifische Leitfähigkeit der Lösung. Dieser Effekt nimmt zu, je mehr die H₂-Konzentration stromabwärts ansteigt, und der Gesamteffekt ist eine Verschlechterung der Oberflächengüte.

Abgesehen von den vier genannten Mechanismen gibt es weitere Quellen der Oberflächenverschlechterung, deren Bedeutung jedoch geringer ist.

6. Werkzeugdesign der ECM

Es gibt zwei Hauptaspekte des Werkzeugdesigns.

Diese sind:

• (i) Bestimmung der Werkzeugform, damit die gewünschte Werkstückform unter gegebenen Bearbeitungsbedingungen erreicht wird.
• (ii) Werkzeugdesign für Aspekte außerhalb von (i), z. B. Elektrolytströmung, Isolierung, Festigkeit, Befestigung.

Theoretische Bestimmung der Werkzeugform:

Wenn die gewünschte Form der bearbeiteten Werkstückoberfläche bekannt ist, lässt sich die erforderliche Geometrie der Werkzeugoberfläche für gegebene Bearbeitungsbedingungen theoretisch bestimmen.

Seien die angelegte Spannung, die Überspannung und die Vorschubgeschwindigkeit V, ΔV und ƒ. Der Gleichgewichtsspalt zwischen Anoden- und Kathodenoberfläche lässt sich ausdrücken als –

Design für Elektrolytströmung:

Eine ausreichende Elektrolytströmung zwischen Werkzeug und Werkstück ist notwendig, um Wärme und Bearbeitungsprodukte abzutragen und den Prozess bei der erforderlichen Vorschubgeschwindigkeit mit zufriedenstellender Oberflächengüte zu unterstützen. Kavitation, Stagnation und Wirbelbildung sind zu vermeiden, da sie zu schlechter Oberflächengüte führen. Eine Grundregel: Keine scharfen Ecken im Strömungspfad. Alle Ecken im Strömungspfad sollten einen Radius von mindestens 0,7–0,8 mm haben.

Die Ausgangsform eines Bauteils entspricht allgemein nicht der Werkzeugform, und nur ein kleiner Flächenbereich ist anfangs dem Werkzeug nahe. Das Problem der Elektrolytzufuhr über einen solchen Bereich wird meist durch Strömungsbeschränkungstechniken gelöst.

In vielen Situationen, wenn die ursprüngliche Werkstückform der Werkzeugform entspricht, …

Ein Werkzeug mit Elektrolytzufuhrschlitz ist einfach herzustellen, hinterlässt aber kleine Grate am Werkstück. Diese können durch ausreichend schmale Schlitze sehr klein gehalten werden. Die Schlitzbreite muss jedoch für ausreichenden Durchfluss sorgen. Die Strömung aus einem Schlitz erfolgt senkrecht zum Schlitz, am Ende ist der Durchfluss schlecht. Daher sollte der Schlitz nahe den Werkstückecken enden (Abb. 6.43a).

Der Abstand zwischen Schlitzende und Ecke sollte mindestens 1,5 mm betragen, eine Schlitzbreite von 0,7–0,8 mm wird empfohlen. Bei gerundeten Werkstückecken sollte das Schlitzende größer ausgeführt werden (Abb. 6.43b). Form und Lage des Schlitzes müssen so sein, dass jeder Oberflächenbereich mit Elektrolyt versorgt wird und keine passive Zone existiert. Abb. 6.44 zeigt zwei Situationen mit passiven Zonen durch fehlerhaftes Schlitzdesign.

In Abb. 6.44a erhält der passive Bereich keine Zufuhr wegen des Außenraums zwischen Schlitz und diesem Bereich; in Abb. 6.44b entsteht der passive Bereich durch einen scharfen Knick im Schlitz (und da die Strömung senkrecht zum Schlitz verläuft). Korrekte Designs sind in Abb. 6.45 dargestellt. Manchmal wird ein Rückströmwerkzeug verwendet, um präzise zu schneiden und überlegene Oberflächen zu erzeugen, aber der Prozess ist komplexer und teurer und wird allgemein nicht empfohlen.

Techniken zur Steuerung der Elektrolytströmung, wenn die ursprüngliche Werkstückoberfläche nicht der Werkzeugform entspricht, sind in Abb. 6.46 illustriert. Allgemeine Regeln für Strömungsbegrenzer: Der Begrenzer muss an den Bereich der anfänglichen großen Nähe (zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche) angrenzen und den Strömungspfad nicht nennenswert verlängern. Er muss an der Elektrolytein- oder -austrittsposition sitzen.

Design für Isolierung:

Bereiche am Werkzeug, an denen elektrochemische Bearbeitung nicht erwünscht ist, müssen isoliert werden. Beim Senkenerodieren muss das Werkzeug ebenfalls ordnungsgemäß isoliert werden, um Streubearbeitung zu minimieren. Abb. 6.47 zeigt ECM ohne und mit richtiger Isolierung. Abb. 6.48 illustriert Senkenerodieren ohne und mit richtiger Isolierung.

Die Isolierung muss zäh und fest mit der Werkzeugoberfläche verbunden sein. Sie kann durch Befestigen von verstärktem Kunststoffmaterial mit Epoxidharzkleber und Kunststoffschrauben am Werkzeug erfolgen. Manchmal kann Isolierung auch durch Aufbringen einer synthetischen Gummibeschichtung auf künstlich oxidierte Kupferwerkzeugoberfläche realisiert werden (heiße chemische Oxidationslösung). Die Grenzen der Isolierschicht dürfen nicht hochgeschwindiger Elektrolytströmung ausgesetzt sein, da dies die geklebte Schicht abreißen könnte.

7. In der ECM verwendete Elektrolyte

Ein Elektrolyt in der ECM erfüllt drei Grundfunktionen:

• (i) Elektrischen Stromkreis schließen und große Ströme ermöglichen
• (ii) Erforderliche elektrochemische Reaktionen aufrechterhalten
• (iii) Entstandene Wärme und Abfallprodukte abführen

Die erste Funktion erfordert idealerweise große elektrische Leitfähigkeit. Die zweite erfordert, dass an der Anode das Werkstückmaterial kontinuierlich aufgelöst wird und keine Abscheidung von Metallionen an der Kathode erfolgt. Allgemein ist der kationische Bestandteil des Elektrolyten Wasserstoff, Ammoniak oder Alkalimetalle. Die Anodenauflösung muss mit hohem Wirkungsgrad aufrechterhalten werden.

Außerdem muss der Elektrolyt gute chemische Stabilität besitzen. Abgesehen davon sollte er kostengünstig, sicher und so wenig korrosiv wie möglich sein. Allgemein werden wässrige Lösungen anorganischer Verbindungen verwendet. Tabelle 6.4 listet Elektrolyte für verschiedene Legierungstypen auf.

8. Elektrochemische Bearbeitungsanlage

Bei der Konstruktion einer elektrochemischen Maschine sind einige wichtige Punkte zu beachten: Steifigkeit und Material der Komponenten. Obwohl auf den ersten Blick die Bearbeitungskraft vernachlässigbar scheint (kein physischer Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche), können durch den hohen Druck des Elektrolyten, der für ausreichende Strömungsgeschwindigkeit durch den engen Spalt nötig ist, sehr große Kräfte zwischen ihnen entstehen.

Die Maschine muss daher ausreichend steif sein, um nennenswerte Durchbiegung des Werkzeugs zu vermeiden, die die Genauigkeit der bearbeiteten Teile zerstören würde. Temperaturschwankungen können auch relative Verschiebungen zwischen Werkzeug und Werkstück verursachen – das Design muss dies berücksichtigen.

Zur Korrosionsvermeidung sollten wo möglich nichtmetallische Materialien verwendet werden. Wenn Festigkeit und Steifigkeit gefordert sind, sollten kunststoffbeschichtete Metalle eingesetzt werden. Das Werkstückhaltematerial ist anodischem Angriff ausgesetzt; Ti scheint wegen seiner Passivität am geeignetsten. Wenn unterschiedliche Metalle im Elektrolyten in Kontakt kommen (besonders im Stillstand), kann Korrosion auftreten.

Um dies zu minimieren, sollten die kontaktierenden Metalle so gewählt werden, dass sie sich in ihrem elektrochemischen Verhalten nicht stark unterscheiden. Führungen können nicht dauerhaft geschützt werden und werden daher stark mit Fett beschichtet. Manchmal wird Kathodenschutz durch Anlegen eines kleinen elektrischen Potentials in Richtung, dass die gesamte Struktur elektrochemisch edler wird, realisiert.

Die Pumpe ist das wichtigste Element der Hilfsanlage. Allgemein werden Verdrängerpumpen (ähnlich Zahnradpumpen) aus Edelstahl verwendet. Der Elektrolyttank, Leitungen und Ventile bestehen normalerweise aus PVC.

9. Auswirkungen der ECM auf Materialien

Im Gegensatz zu konventionellen Zerspanungsverfahren ist der Materialabtrag bei ECM glatt und schonend. Daher ist die maximale verbleibende Druckeigenspannung in der Werkstückoberfläche sehr gering. Auch die Tiefe der werkzeugverfestigten Oberflächenschicht ist vernachlässigbar. Während diese Tiefe beim Drehen ca. 0,5 mm und beim Fräsen ca. 1,5 mm beträgt, liegt sie bei ECM nur bei ca. 0,001 mm. Ebenso beträgt die Größenordnung der Eigenspannung bei konventioneller Bearbeitung ca. 50 kg/mm², bei ECM nahezu null.

Dies führt zu 10–25 % geringerer Ermüdungsfestigkeit der durch ECM gefertigten Teile. Grund: Mikrorissspitzen liegen an der durch ECM erzeugten Oberfläche frei, und der Prozess hinterlegt eine spannungsfreie Oberfläche. Zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit können mechanische Verfahren (z. B. mechanisches Polieren, Glasperlenstrahlen, Dampfstrahlen) eingesetzt werden.

10. Eigenschaften der ECM