Gepulste elektrochemische Bearbeitung von Kupferelektroden und deren Einsatz zur funkenerosiven Strukturierung von Hartmetall

Abstract

Die Strukturierung von Hartmetall ist eine fertigungstechnische Herausforderung, der oft mit Funkenerosion begegnet wird. Ein potentielles Elektrodenmaterial für das in dieser Arbeit betrachtete funkenerosive Senken ist Elektrolytkupfer. Der auftretende Verschleiß und die damit einhergehende Ungenauigkeit bedingt den regelmäßigen Austausch der vorbearbeiteten Elektroden, was je nach Struktur zeit- und kostenintensiv ist. Die elektrochemische Bearbeitung arbeitet dagegen verschleißfrei nach dem Prinzip der anodischen Metallauflösung, sodass die Werkzeugelektrode nur einmalig zu fertigen ist. Eine Ausbildung passiver Schichten oder eine unterschiedliche Löslichkeit bei mehrphasigen Werkstoffen, wie beispielsweise Hartmetall, kann jedoch eine erfolgreiche Bearbeitung verhindern. In der Arbeit werden diese Eigenschaften konstruktiv zum Aufbau einer Prozesskette genutzt, die elektrochemisch strukturierte Elektroden im funkenerosiven Prozess zur Strukturierung von Hartmetall einsetzt. Dazu werden die Prozesse an industriellen Serienanlagen hinsichtlich des Einflusses der Bearbeitungsparameter untersucht. Zudem werden die Zusammenhänge zwischen den Prozessen untersucht, etwa Wärmeeinfluss bei der Funkenerosion, Einfluss der durch die elektrochemische Auflösung entstehenden Oberflächenrauheit und Abbildungsgüte der Prozesse. Mit der Prozesskombination ergeben sich Potentiale zur Weiterentwicklung von Werkzeugen mit verbesserten Eigenschaften und spezifischen Anwendungsfeldern.

From the point of view of production engineering the structuring of hard metal is a challenge which is usually handled by electrical discharge machining. A suitable electrode material for the die sinking used in this work is electrolytic copper. The electrode wear leads to geometry losses which necessitates the regular exchange of the electrodes. In contrast, electrochemical machining, using anodic metal dissolution, works wear-free, thus the tool electrode has to be manufactured only once. The formation of passive layers and the potentially different solubility of components when using multiphase materials like hard metal can inhibit a successful machining. These process characteristics are combined in this work to form a process chain which uses electrochemically structured copper electrodes in electrical discharge machining for structuring hard metal. For doing so, the processes are investigated towards the influence of the machining parameters using industrial-size machines. In addition, the connections between the processes, like the heat influence during electrical discharge machining, the influence of the tool roughness produced by the electrochemical machining and the reproducibility throughout the process chain are investigated. Using this process chain potentials for the improvement of tools for specific applications arise.