Experimentelle Studie zur präzisen elektrochemischen Bearbeitung einer Innenverzahnung

Dipl.-Ing. Falko Böttcher

Zusammenfassung

In der Verzahnungsfertigung stehen Hersteller vor immer neuen Herausforderungen, da konventionelle Fertigungsverfahren bei der Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen zunehmend an Grenzen hinsichtlich Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit geraten. Darüber hinaus erfordern thermische Verzüge nach der Wärmebehandlung unerwünschte und häufig aufwändige Nacharbeit. Ein alternatives Fertigungsverfahren zur Herstellung von Verzahnungsgeometrien stellt die gepulste elektrochemische Bearbeitung (PECM) dar. Das auf der anodischen Metallauflösung basierende Fertigungsverfahren trägt metallische Werkstoffe unabhängig von deren mechanischen Eigenschaften ab. Da das Werkzeug nie im Eingriff mit dem Werkstück ist, erfolgt die Bearbeitung der Bauteile ohne Randzonenschädigung sowie gratfrei und ohne dass das formgebende Werkzeug verschleißt.

Die Studie untersucht methodisch die Herstellung einer Innenverzahnung mit Modul 2 und 39 Zähnen mittels PECM. Zuerst erfolgt die Bestimmung des elektrochemischen Auflösungsvermögens an einem Vergütungsstahl 1.8519 QT mithilfe der elektrochemischen Werkstoffcharakterisierung in Natriumnitrat nach DIN SPEC 91399. Im zweiten Schritt wird die Abbildegenauigkeit anhand von Experimenten mit einer Abtragvorrichtung bei verschiedenen Prozessparametern analysiert. Basierend auf den Ergebnissen werden erreichbare Verzahnungsqualitäten und Fertigungsgeschwindigkeiten ermittelt.

Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass die Prozessgenauigkeit eine hohe Abhängigkeit von Spannung und Pulsdauer, aber auch den werkstoffspezifischen Abtragzonen aufweist. Die Prozessgenauigkeit konnte durch Auswahl einer Abtragzone mit Oberflächenpassivierung erhöht werden. Die notwendigen Anforderungen der Verzahnungsapplikation wurden ohne konstruktive Optimierungen der Abtragvorrichtung erreicht.

Mithilfe der genutzten Methodik können auch weitere Anwendungen der PECM-Technologie abgeleitet werden, um diese anforderungsgerecht und kosteneffizient zu fertigen.