Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

Mikrostrukturierung von Hartmetall durch elektrochemisches Abtragen mit geschlossenem Freistrahl. Tl.2

Micro-patterning of hard metals by electrochemical machining using closed-loop jet. Pt.2
 
: Hackert-Oschätzchen, Matthias

Galvanotechnik 104 (2013), Nr.7, S.1308-1321
ISSN: 0016-4232
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IWU ()
elektrochemisches Abtragen; ECM; geschlossener Freistrahl; Hartmetall; geschlossener elektrolytischer Freistrahl; JET-ECM

Abstract
Hartmetalle bestehen aus einem Verbund von extrem harten Keramik-Partikeln in einer weicheren Metallmatrix. Sie sind durch eine hohe Härte und Sprödheit gekennzeichnet. Aufgrund der hohen Festigkeit der Materialien stellt die Bearbeitung von Hartmetallen eine Herausforderung dar, die durch mechanische Fertigungsverfahren nur unzureichend gelöst werden kann. Die Ursache dafür liegt in hohen Werkzeugkosten und langen Bearbeitungszeiten. Das elektrochemische Abtragen (ECM) ist ein potentielles Verfahren zur hochpräzisen Mikrofertigung. Ein wesentliches Merkmal ist die Möglichkeit der Bearbeitung von Werkstücken ohne thermische oder mechanische Beeinflussung. Das Auflösungsverhalten des Materials wird nur durch dessen elektrochemische Eigenschaften bestimmt. Mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise Härte und Duktilität, haben keinen Einfluss auf die Bearbeitung. Dies macht das ECM zu einem alternativen Fertigungsverfahren für schwer spanbare Materialien. In dieser Studie wurde ein spezielles Verfahren zur Herstellung von Mikrogeometrien in Carbid-Metalllegierungen untersucht, bei dem ein geschlossener elektrolytischer Freistrahl (Jet-ECM) angewandt wird. Das besondere Merkmal dieser Technologie ist die Beschränkung des elektrischen Stromes auf das Gebiet des Elektrolytstrahls, wodurch eine hohe Lokalisierung des Abtrags gewährleistet wird. Auch komplexe Strukturen können unter Anwendung von kontinuierlichem Gleichstrom bearbeitet werden. Infolgedessen sind, im Vergleich zu gepulsten elektrochemischen Prozessen, höhere Auflösungsraten erreichbar. In den Experimenten wurden auf der Oberfläche der Wolframcarbidlegierungen punkt- und linienförmige Mikrostrukturen abgetragen. Die Realisierung erfolgte für die punktförmigen Abträge ohne Düsenbewegung und für die linienförmigen Abträge durch Einzel- und Multiaxialbewegungen des Werkzeugs. Desweiteren wurde, durch das Überlappen von linearen Abträgen, eine dreidimensionale Formgebung der untersuchten Materialien realisiert.

 

Hard metals can be defined as composites containing extremely hard ceramic particles in a softer metal matrix. They are characterised by their extreme hardness and brittleness. Given the strength of these materials, their working presents a considerable challenge for which mechanical methods are often insufficient. The cause of this lies in the very high cost of machining tools and the long machining times involved which make such operations on economic.Electrochemical machining(ECM)offers the potential for high precision micromachining. Among its advantages are its ability to shape materials without imposing thermal or mechanical stress. The anodic dissolution of the workpiece depends solely on its electrochemical properties. Mechanical properties such as hardness or ductility have no effect. This makes ECM an attractive alternative machining process for materials difficult to work by mechanical means.In the present study, a specialised operation for micro-patterning of metal carbides was studied in which an electrolyte jet was used in a closed circuit electrolyte loop(Jet-ECM). A special feature of this technology is that the current is restricted to the zone on which the jet impinges. This ensures a very localised removal of material. Even complex structures can be machined in this way using continuous DC current and so high rates of metal removal can be achieved in comparison to processes using pulsed current. In this work, metal was selectively removed from the surface of tungsten carbide to form point or line microstructures. In the former case, there was no movement of the jet nozzle. In the latter case, linear or multiaxial tool movement was used. Beyond this, by creating overlapping lines, a three-dimensional pattern could be formed on the test material.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-261242.html