Gestaltung von Prozessen und Werkzeugen zur EC-Herstellung von 3D-Geometrien in carbidbasierten Werkstoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts wurde das Elektrochemische Abtragen von Hartmetall des Typs WC-Co6 durch enge Zusammenarbeit mit den Projektpartnern HHU Düsseldorf und TUIKTS Dresden realisiert. Zunächst wurden grundlegende Untersuchungen zum elektrochemischen Auflösungsverhalten der relevanten Einzelphasen WC und Co an der HHU Düsseldorf analysiert. Der Projektpartner TU/IKTS Dresden realisierte die Analysen der Mischphase WC-Co6 und entsprechenden Einzelphasen mit Hilfe von Experimenten in Durchflusszellen im Labormaßstab. Durch umfangreiche systematische Experimente zum elektrochemischen Abtragen mit Hilfe des Verfahrens Jet-ECM wurde schließlich an der TU Chemnitz die fertigungstechnische Umsetzbarkeit analysiert und bewertet. Als am besten für das Verfahren Jet-ECM geeignete Elektrolytlösung wurde ein Mischelektrolyt bestehend aus 2,4 mol/l NaNO3 und 1,2 mol/l NaOH gezeigt. Hiermit wurden Abträge mit der vergleichsweise höchsten Lokalisierung bei gleichzeitig höchster Abtragrate realisiert. Durch die Verwendung gepulster Spannungen lässt sich die Lokalisierung der Abträge und die Effizienz erhöhen. Durch die zusätzliche Steigerung der Abtragtiefe aufgrund der Spannungspulsation werden die realisierbaren Aspektverhältnisse zusätzlich gesteigert. Somit sind Abtragbreiten realisierbar, die mit den Ergebnissen in rein metallischen Werkstoffen vergleichbar sind. Im Allgemeinen sind die Tiefen der realisierten Abträge im Vergleich zu den Metallen jedoch deutlich geringer. Mit Hilfe von organischen Additiven wurde die Viskosität der Elektrolytlösung erhöht, wodurch eine deutliche Erhöhung der erzielbaren Oberflächenqualitäten erreicht wurde. Als Begründung hierfür wird die Begünstigung der Ausbildung des oberflächennahen Polierfilms auf der Werkstückoberfläche gesehen. Mit Hilfe des Mischelektrolyten aus NaNO3 und NaOH wurden nach Zugabe von Ethanol Rauheitskennwerte im Bereich mechanisch geschliffener Oberflächen erreicht, wobei auch in dem grobkörnigsten Werkstoff CTE Werte von Ra 0,5 µm bis 1,5 µm realisiert wurden. Aufgrund der in diesem Zusammenhang verringerten Leitfähigkeit und der dadurch begründeten Verringerung der Abtragrate, wird dieser Elektrolyt als geeignet für Endbearbeitungen bewertet. Zusammenfassend wird in fertigungstechnischer Hinsicht die lokale Mikrostrukturierung mit dem Elektrolyt aus 2,4 mol/l NaNO3 und 1,2 mol/l NaOH unter Verwendung gepulster Spannungen bevorzugt. Eine Endbearbeitung ist mit Ethanol als zusätzlichem organischen Additiv oder mit dem rein wässrigem Ammoniak-Elektrolyt aus 2,9 mol/l NaNO3 und 0,5 mol/l NH3 sinnvoll, wobei keine zusätzliche Spannungspulsation notwendig ist. Die im Rahmen dieses Projekts gewonnenen Erkenntnisse zum elektrochemischen Abtragen von Hartmetall sollen innerhalb eines angestrebten Transferprojekts mit dem Thema „Herstellung von 3D-Geometrien in Kaltschlagkernen aus Hartmetall-Werkstoffen durch elektrochemisches Abtragen - KarbidECM3“ weiterentwickelt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Effect of Tungsten Carbide Grain Size in Jet Electrochemical Machining, In: Proceedings of the 8th International Symposium on Electrochemical Machining Technology, 2012, Editor: M. Zybura-Skrabalak, ISBN 978-83-931339-5-6, S. 119-129
Hackert-Oschätzchen, M.; Martin, A.; Meichsner, G; Schubert, A.
- Micro Structuring of Carbide Metals with Jet Electrochemical Machining, Proceedings of the 12th euspen International Conference, 2012, Volume: 2, S. 528-532, ISBN 978-0-9566790-0-0
Hackert-Oschätzchen, M.; Martin, A.; Meichsner, G.; Schubert, A.
- Microstructuring of Carbide Metals Applying Jet Electrochemical Machining, In: Precision Engineering, Volume 37, Issue 3, Juli 2013, Pages 621-634
Hackert-Oschätzchen, M.; Martin, A.; Meichsner, G.; Zinecker, M.; Schubert, A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2013.01.007) - Mikrostrukturierung von Hartmetall durch elektrochemisches Abtragen mit geschlossenem Freistrahl - Teil 1, Galvanotechnik, 104:1133-1139, 2013, ISSN 0016-4232
Hackert-Oschätzchen, M.; Martin, A.; Kühn, R.; Meichsner, G.; Zinecker, M.; Schubert, A.
- Mikrostrukturierung von Hartmetall durch elektrochemisches Abtragen mit geschlossenem Freistrahl - Teil 2, Galvanotechnik, 104:1308-1321, 2013, ISSN 0016-4232
Hackert-Oschätzchen, M.; Martin, A.; Kühn, R.; Meichsner, G.; Zinecker, M.; Schubert, A.
- Electrochemical Machining of Hard Metals – WC/Co as an example. In: Powder Metallurgy, Volume 57 Issue 1, 2014, S. 21-30
Lohrengel, M. M.; Rataj, K. P.; Schubert, N.; Schneider, M.; Höhn, S.; Michaelis, A.; Hackert-Oschätzchen, M.; Martin, A.; Schubert, A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1179/1743290113Y.0000000062) - Generation of Defined Surface Waviness on Tungsten Carbide by Jet Electrochemical Machining with Pulsed Current, In: Procedia CIRP, 3rd CIRP Conference on Surface Integrity, Volume 45, 2016, S. 231-234
Martin, A.; Eckart, C.; Lehnert, N.; Hackert-Oschätzchen, M.; Schubert, A.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2016.02.076)
