Precise electrochemical machining of superalloys with helical motion

Die Produktion von großen Verbrennungsmotoren erfordert die Herstellung von zunehmend komplexeren Geometrien in Verbindung mit schwer zerspanbaren Werkstoffen. Präzises elektrochemisches Abtragen mit oszillierender Werkzeugelektrode (PECM, PEM) stellt eine Alternative zur mechanischen Bearbeitung dar und bietet hohe technologische und wirtschaftliche Potentiale. Werkzeugverschleiß ist vernachlässigbar bei PECM. Komplexe Geometrien und hohe Oberflächenqualitäten können durch PECM in einem einstufigen Verfahren bei niedriger Temperatur erzeugt werden, wobei ein vergleichsweise hohes Zeitspanvolumen erreicht wird. Dieser Artikel behandelt einen Ansatz für ein Herstellungsverfahren, das ein einachsiges PECM-Verfahren mit einem rotierenden Werkstück kombiniert, um helixförmige Geometrien herzustellen. Ein Versuchsaufbau wurde entworfen und realisiert. Für die Versuche wurde die Nickelbasis-Superlegierung Inconel 718 verwendet. Eine komplexe Geometrie wurde aus diesem anspruchsvollen Werkstoff hergestellt, wobei gute Oberflächengüte und hohe Genauigkeit erreicht wurden. Die Oberflächeneigenschaften wurden optisch und mechanisch bestimmt. Selektiver Materialabtrag von metallischen Phasen wurde anhand von REM und EDXAnalysen festgestellt.

Production of large modern combustion engines requires manufacturing of increasingly complex geometries in combination with difficult-to-machine materials. Precise Electrochemical Machining with oscillating electrode (PECM, PEM) provides an alternative to mechanical machining, offering high technological and economic potential. While tool wear is practically negligible for PECM, complex geometries and high surface qualities can be produced in a low-temperature singlestep process with comparably high material removal rates. This paper deals with an advanced manufacturing approach combining a single-axis PECM process with oscillating electrode and a rotating workpiece in order to generate a helical geometry. An experimental setup including a complex motion system was designed and realised. The Nickel-based superalloy Inconel 718 was used for the experiments. A complex geometry has been manufactured using this challenging material, achieving good surface quality and precision. Surface properties were qualified optically and mechanically. Selective material removal of metal phases was observed with SEM and EDX analysis.