Die elektrochemische Metallbearbeitung als Prozess mit chemischer

Forschungsstelle
RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor
Die elektrochemische Metallbearbeitung als Prozess mit chemischer Hauptwirkung
Teilprojekt Prozesse mit chemischer Hauptwirkung (F03)
Zielsetzung und Vorgehensweise
Ziel des Teilprojektes F03 ist die Entwicklung einer Prozesssignatur für Prozesse mit chemischer
Hauptwirkung. Dafür sollen die während der elektrochemischen Metallbearbeitung ablaufenden chemischen
Reaktionen energiebasiert beschrieben werden, um Veränderungen der Oberflächen- sowie
Randzoneneigenschaften und somit der späteren Funktionalität an Bauteilen vorherzusagen. Wesentliche
Teilziele umfassen die präzise Bestimmung der eingekoppelten elektrischen Energie sowie die detaillierte
Untersuchung zum lokalen Auflöseverhalten mehrphasiger Werkstoffe. Aus diesen Untersuchungen soll ein
Modell der zeitlichen Veränderung einzelner Phaseneinteile im Fertigungsprozess entwickelt werden.
Aktueller Kenntnisstand (März 2016)
In der Literatur wird der Prozess des elektrochemischen
Metallabtrags nur durch die chemische Zusammensetzung
Elektrochemisch erzeugte Oberflächen
des Werkstoffs bestimmt. Im bisherigen Verlauf der ersten
Werkstoff: 42CrMo4
Förderphase des SFB / TRR 136 konnte gezeigt werden,
Vergütetes Gefüge
dass auch der Wärmebehandlungszustand signifikanten Normalisiertes Gefüge
Einfluss auf die Oberflächenausbildung und die
resultierenden Randzoneneigenschaften hat. Weiterhin
ergab sich, dass verschiedene Phänomene wie zum
Beispiel Lochfraßkorrosion, Strömungsriefen oder die
Veränderung von Phasenanteilen durch selektive
Auflösung einzelner Phasen in einem Werkstoff
maßgeblich durch die Werkstoffbeanspruchung des
1 µm
1 µm
elektrischen Feldes beeinflusst wird. Zur Vorhersage der
entstehenden
Oberflächentopographie
und
der Einfluss der Mikrostrukur auf die Werkstoffmodifikation bei
gleicher Werkstoffbeanspruchung
Veränderung von Phasenanteilen wurde begonnen die
Effekte in ein Simulationsmodell zu übertragen.
Schlussfolgerungen und weiteres Vorgehen
Im Gegensatz zu dem Stand der Technik in der Literatur verändert der Prozess der elektrochemischen
Metallauflösung die Oberfläche und Randzone. Die selektive Auflösung einzelner Werkstoffphasen und die
damit einhergehende metallurgische Veränderung von Phasenanteilen in der Randzone führen sekundär
auch zu Veränderungen in der Härte, dem Eigenspannungsverlauf und ähnlichen Modifikationen. Aus
diesem Grund ist es notwendig, dass ein Modell des elektrochemischen Abtrags einzelner Phasen in
Abhängigkeit von der lokalen elektrischen Feldstärke erstellt und verifiziert wird.
Zur Entstehung von Strömungsriefen im elektrochemischen Senkprozess wurde eine Hypothese mit dem
Konzept der Prozesssignaturen entwickelt. Im weiteren Verlauf soll diese Hypothese verifiziert und die
Entstehung der Strömungsriefen in Abhängigkeit von den Beanspruchungen quantifiziert werden. Zukünftig
soll außerdem der Einfluss von Prozessketten und damit einhergehend der Einfluss der Werkstoffhistorie auf
die Randzonenausbildung während der elektrochemischen Bearbeitung untersucht werden.
Veröffentlichungen (u.a.)
• Modellierung des Abtragprozesses der elektrochemischen Senkbearbeitung von Triebwerksschaufeln
Dissertation, 2015
• Energetic Analysis of the Anodic Double Layer during Electrochemical Machining of 42CrMo4 Steel. Procedia
CIRP 18th Conference on Electro Physical and Chemical Machining (ISEM) 2016, 42, pp. 396 – 401
• Energy-based Analysis of Material Dissolution Behavior for Laser-Chemical and Electrochemical Machining.
Procedia CIRP 3rd Conference on Surface Integrity (CSI) 2016, 45, pp. 347 – 350
• Interdisciplinary modelling of the electrochemical machining process for engine blades. CIRP Annals –
Manufacturing Technology, Vol. 64 , 2015, pp. 217 –220