Mikrozerspanung - elektrochemische Bearbeitung

1. Einführung in die elektrochemische Zerspanung.

Die chemischen Reaktionen, die mit dem Gewinn oder Verlust von Elektronen verbunden sind und auf der Oberfläche der Kathode und der Anode stattfinden, werden als elektrochemische Reaktionen bezeichnet. Die Methode, diese elektrochemischen Reaktionen für die Bearbeitung zu nutzen, wird elektrochemische Bearbeitung (ECM) genannt. Ausgehend von den Grundsätzen der elektrochemischen Bearbeitung kann die Technologie in zwei Kategorien unterteilt werden: die subtraktive Fertigung auf der Grundlage des Prinzips der anodischen Auflösung, einschließlich der elektrochemischen Bearbeitung, des elektrochemischen Polierens und des elektrochemischen Entgratens, und die additive Fertigung auf der Grundlage des Prinzips der kathodischen Abscheidung, einschließlich der Galvanoformung, des Galvanisierens und des galvanischen Bürstenbeschichtens. Im Vergleich zur Funkenerosion (EDM) bietet die elektrochemische Bearbeitung Vorteile wie höhere Materialabtragsraten, keine Wärmeeinflusszone, glatte Oberflächen und keinen Werkzeugverschleiß.

Wenn ein Metall in einer chemischen Reaktion mit seiner Salzlösung in Kontakt kommt, findet häufig ein Elektronenaustausch statt, bei dem das Metall Elektronen an die Ionen in der Lösung abgibt und Elektronen aus der Lösung aufnimmt. Wenn dieser Elektronenaustausch ein Gleichgewicht erreicht, bildet sich eine dünne Doppelschicht auf der Metalloberfläche. Die Oberfläche eines chemisch aktiven Metalls trägt eine negative Ladung, während die Lösung eine positive Ladung trägt, und die Oberfläche eines weniger reaktiven Metalls trägt eine positive Ladung, während die Lösung eine negative Ladung trägt. Durch das Vorhandensein der Doppelschicht entsteht eine Potenzialdifferenz zwischen dem Metall und seiner Salzlösung. Diese Potenzialdifferenz, die aufgrund des Gleichgewichts zwischen der Auflösung und der Ablagerung des Metalls in der Salzlösung entsteht, wird als Gleichgewichtselektrodenpotenzial bezeichnet. Wenn ein Metall in einen anderen Elektrolyten eingetaucht wird, bildet es ebenfalls eine Doppelschicht und eine Potenzialdifferenz. Wenn zwei Metallelektroden durch einen Leiter verbunden sind, fließen Elektronen durch den Leiter, wodurch eine Primärzelle entsteht. Die Elektronen fließen von der Eisenelektrode zur Kupferelektrode, und dieser Elektronenfluss ist extrem langsam. Die elektrochemische Bearbeitungstechnik nutzt dieses Prinzip des Elektronenflusses.

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Wie in Abbildung 1.1 dargestellt, wird während des Bearbeitungsprozesses ein externes elektrisches Feld angelegt, um den Elektronenfluss zu beschleunigen und so die Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen zu erhöhen und den Abtrag von Metallmaterial zu erreichen. Diese Methode des Anlegens eines externen elektrischen Feldes entspricht der Kombination einer elektrolytischen Zelle mit der Primärzelle. Nach dem Anlegen von Strom bewegen sich die Kationen im Elektrolyten unter dem Einfluss der Kraft des elektrischen Feldes zur Kathode (Cu-Elektrode) und die Anionen zur Anode (Fe-Elektrode). Die externe Stromquelle entzieht der Anode kontinuierlich Elektronen, was zu einer schnellen Auflösung der Anoden-Metallionen führt, während gleichzeitig Elektronen an die Kathode abgegeben werden, was zur Abscheidung von Kationen führt.

2. Merkmale der elektrochemischen Bearbeitungstechnik.

1. Er kann schwer zu bearbeitende metallische Werkstoffe mit hoher Festigkeit und Härte bearbeiten, wie z. B. Wolframkarbid, Titankarbid und hochwarmfeste Legierungen. Außerdem ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht von den mechanischen Eigenschaften des Metalls abhängig. Es kann für die Bearbeitung komplexer Hohlräume auf der Oberfläche hochfester Werkstoffe eingesetzt werden, z. B. für Schaufeln von Flugzeugtriebwerken, Düsen von Raketentriebwerken, integrierte Laufräder und verschiedene komplexe zwei- oder dreidimensionale Löcher und Oberflächen.
2. Bei der Bearbeitung entstehen keine Schnittkräfte und keine Schnittwärme, weshalb sie sich besonders für die Bearbeitung von dünnwandigen, verformungsanfälligen Teilen eignet. Die elektrochemische Bearbeitung ist ein Kaltbearbeitungsverfahren, das in Form von Ionen durchgeführt wird. Bei der Bearbeitung treten keine Eigenspannungen oder Wärmeeinflusszonen auf, was zu einer guten Oberflächenqualität des Werkstücks ohne Grate oder Grat führt.
3. Die für den Bearbeitungsprozess verwendeten Werkzeuge sind verschleißfrei und können lange Zeit verwendet werden. Es ist jedoch notwendig, die Ablagerung von kathodischen Produkten und die Auswirkungen von Kurzschlussverbrennungen an der Kathode des Werkzeugs zu verhindern. Die elektrochemische Bearbeitung hat einen hohen Wirkungsgrad, insbesondere bei der elektrochemischen Bearbeitung, bei der die Abtragsleistung viel höher ist als bei der Funkenerosion.
4. Die elektrochemische Bearbeitungstechnologie kann nur leitfähige Materialien verarbeiten. Im Vergleich zur herkömmlichen mechanischen Bearbeitung sind für die elektrochemische Bearbeitung größere Investitionen erforderlich und es wird mehr Platz benötigt. Außerdem kann der verwendete Elektrolyt die Geräte korrodieren lassen, und die elektrolytischen Produkte können sich auf die Umwelt auswirken.