Experimentelle Validierung von Multiphysiksimulationen des elektrochemischen Präzisionsabtragens von Innengeometrien

Fertigungsverfahren haben immer komplexere Anforderungen in der Industrie zu erfüllen. Dabei sind vor allem die Aspekte der Präzision, der Formgenauigkeit, der Reproduzierbarkeit und der Wirtschaftlichkeit sehr präsent. Weiterhin sind die speziefschen Eigenschaften des zu bearbeitenden Werkstoffes ebenfalls in die Wahl des Fertigungsverfahrens einzubeziehen. Besonders im Bereich der spanenden Bearbeitung werden den Fertigungsverfahren durch hochfeste Werkstoffe und deren mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Härte, Grenzen gesetzt. Dies macht es notwendig weitere Verfahren zur Bearbeitung solcher schwer zerspanbaren Werkstoffe zu entwickeln. Hierbei bilden die Bearbeitungsverfahren der Laserbearbeitung (LBM), des funkenerosiven Abtragens (EDM) und die elektrochemische Bearbeitung (ECM) eine Alternativen. Im Nachfolgenden wird das Fertigungsverfahren der ECM-Bearbeitung betrachtet. Das elektrochemische Bearbeiten von Werkstoffen ermöglicht ein Abtragen der Bauteile. Im Rahmen dieser Arbeit wird das ECM-Verfahren zur Bearbeitung vonWerkstücken verwendet. Hierbei werden die Werkstücke keiner thermischen oder mechanischen Gefügebeeinflussung ausgesetzt. Weiterhin gibt es bei dieser Form der Bearbeitung keine Gratbildung und durch eine kontaktlose Fertigung zwischen Kathode und Anode, kommt es zu keinem Verschleiß des Werkzeugs. Außerdem kann mit diesem Verfahren eine hohe Präzision und Bauteilkomplexität erreicht werden. [1] Neben der Verbesserung von Produktionsprozessen und einer ressourceneffzienten Fertigung ist vor allem die genaue Auslegung der Bearbeitungsprozesse relevant. [2] Dies gestaltet sich für sehr komplexe Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel für ECM, schwierig. Hierbei können Simulationen maßgeblich eine bessere Verwendung von Ressourcen und Zeit gewährleisten, indem schon frühzeitig fertigungsrelevante Zusammenhänge verknüpft, Kathodengeometrien für eine genaue Abbildung der Zielgeometrie erstellt und Fehlerbetrachtungen durchgeführt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird Aufbauend auf die Multiphysiksimulationen des elektrochemischen Präzisionsabtragen nach Herrn Paul [3] die Validierung der in seiner Arbeit erstellten Modelle durchgeführt. Es werden hierbei mehrere Modelle mit verschieden hohem Detaillierungsgrad betrachtet. Die Validierung erfolgt anhand von Experimenten, welche mit den Berechnungen der Simulation hinsichtlich ihrer erreichbaren Abtraggeometrie miteinander verglichen werden.