Recording, processing and use of material-specific data in pulse electrochemical machining

Abstract

The present work focuses on the manufacturing process based on pulsed electrochemical dissolution. The quality of the Electrochemical Machining is dependent on the properties and composition of the processed material, the process parameters and the machine capability. Both, the reproduction accuracy and the possible feed rates, resulting from the dissolution rates of the materials and consequently also processing times differ, depending on the material and alloy components. The basic machine-dependent, yet material-independent processes are explained and presented in this work. Based on an experimental and simulation-based evaluation, a method for the acquisition of machine-independent material data under a number of influencing parameters is investigated. The focus of the investigation lies on a widely used stainless steel and a powder metallurgically produced high speed steel in different hardness conditions. The gathering of material-specific data will be presented for the use in a process simulation and will be validated against an in-process geometry measurement. For this purpose, an experimental set-up was designed, built and tested, which allows the observation of the dissolution process over a longer period of time under industrial process conditions. A theoretical approach focusing on the inverse tool simulation based on material data concludes the work.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem gepulsten, elektrochemisch abtragenden Fertigungsverfahren. Die Qualität der elektrochemischen Bearbeitung ist abhängig von den Eigenschaften und der Zusammensetzung des zu bearbeiteten Materials, den Prozessparametern und der Maschinenfähigkeit. Sowohl Abbildgenauigkeit als auch mögliche Vorschübe, welche aus den Auflöseraten der Materialien resultieren, und somit folglich auch Bearbeitungszeiten, unterscheiden sich je nach Material und Legierungsbestandteilen. Die grundlegenden, maschinenabhängigen jedoch materialunabhängigen Prozesse werden in dieser Arbeit erläutert und vorgestellt. Darauf aufbauend werden experimentelle und simulationsgestützte Auswerteverfahren zur Erfassung von maschinenunabhängigen Materialdaten unter einer Vielzahl von Einflussparametern untersucht. Der Fokus dieser Untersuchungen liegt hierbei auf einem weitverbreitet eingesetzten Edelstahl und einem pulvermetallurgisch hergestellten Schnellarbeitsstahl in unterschiedlichen Härtezuständen. Abschließend wird die Nutzung der erfassten werkstoffspezifischen Daten zur Prozesssimulation vorgestellt und anhand einer in-Prozess Geometrieerfassung validiert. Hierzu wurde eine Versuchsanordnung konzipiert, gebaut und getestet, welche die Beobachtung des Formgebungsprozesses über einen längeren Zeitraum unter industriellen Prozessbedingungen ermöglicht. Ein theoretischer Ansatz zur inversen Werkzeugsimulation auf Basis von Materialdaten bildet den Abschluss der Arbeit.