chevron_left
chevron_right

Gratwanderung mit perfekter Ausrüstung

Berührungslos, verschleissarm, aber vor allem präzise und wirtschaftlich – das sind die positiven Eigenschaften des elektrochemischen Entgratens (ECM – Electro Chemical Machining). Nicht nur der Automobilbereich, sondern auch andere Branchen wie die Medizinaltechnik und die Luftfahrtindustrie profitieren zunehmend von den Vorteilen des innovativen Verfahrens.

(re) Das Entgraten ist in der Zerspanung sicher kein Kernprozess. Vielmehr wird es bisher stets als notwendiges Übel betrachtet. Dies führt immer wieder dazu, dass zwar die Zerspanprozesse optimal aufeinander abgestimmt sind, dass jedoch beim Entgraten die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems sinkt, da dieser Prozess nicht von Anfang an in der Prozesskette berücksichtigt wurde. Mit der Emag ECM GmbH schliesst die Emag-Gruppe nun diese Lücke und bietet als erstes Unternehmen den gesamten Zerspanprozess inklusive Entgraten aus einer Hand. Werkstücke mit komplexer Formgebung beinhalten häufig schwer zugängliche Bearbeitungsstellen. Hinterschnitte, Taschen oder auch innenliegende Bohrungsverschneidungen stellen an die mechanische Bearbeitung meist keine grossen Herausforderungen. Dies ändert sich jedoch häufig beim erforderlichen Entgraten, denn dabei muss auch an schwer zugänglichen Stellen der Grat sauber und ohne negative Beeinflussung des Materials entfernt werden. Mit den herkömmlichen mechanischen und thermischen Verfahren oder auch der Wasserstrahltechnik sind aber häufig weder die beabsichtigte Produktivität noch die gewünschte Wirtschaftlichkeit und Reproduzierbarkeit sicherzustellen.

Materialabtrag ganz nach Wunsch
Speziell bei der Mittel- und Grossserienfertigung wird auf hohe Qualität besonderer Wert gelegt, denn innenliegende Grate und Gratfahnen können die Funktion von Bauteilen beeinträchtigen. Eine andere Schwierigkeit liegt in den sogenannten Sekundärgraten: Bei der Entfernung von Graten aus der normalen Bearbeitung mittels Zerspanprozess entstehen wiederum Folgegrate oder auch umgeklappte Grate und somit undefinierte Endbearbeitungszustände. Abhilfe schafft das berührungslos und verschleissarm arbeitende elektrochemische Entgraten (ECM) der Emag ECM GmbH, ehemals Dorner GmbH. ECM steht für Electro Chemical Machining und ist im Gegensatz zum Erodieren ein sanftes elektrochemisches Abtragen ohne Funkenbildung. Dabei wird das Werkstück positiv als Anode und das Werkzeug negativ als Kathode über eine Gleichstrom- oder Pulsquelle polarisiert. Die Ladung zwischen Kathode und Anode im Arbeitsspalt fliesst über eine Elektrolytlösung, meist Natriumnitrat oder -chlorid. Hierbei werden Metallionen vom Werkstück gelöst. Das abgetragene Material kann dann als Metallhydroxid aus der Elektrolytlösung ausgefiltert werden. Die Form der Werkzeugkathode wird an die Bearbeitungsaufgabe angepasst. So wird ohne mechanische oder thermische Belastung nur dort entgratet, wo wirklich ein Materialabtrag erwünscht ist. Speziell darin liegt auch ein Hauptvorteil des Verfahrens. Durch die eng definierte Bearbeitung lassen sich selbst filigrane Bauteile reproduzierbar und präzise entgraten. Ein Beispiel einer anspruchsvollen Entgrataufgabe ist die Herstellung eines Pumpengehäuses für die Common-Rail-Technik. Die mechanische Bearbeitung des Pumpengehäuses sowie das Entgraten sind zunächst vermeintlich Stand der Technik. Voraussetzung hierfür ist allerdings die Beherrschung des gesamten Prozesses. Im konkreten Fall kommen Zerspanung, Automation und das Entgraten aus dem durchgängigen Technologieangebot der Emag-Gruppe. Das bedeutet, dass nur ein Ansprechpartner für alle Schnittstellen zuständig ist. Bezogen auf das Entgraten ist dies besonders wichtig, denn das zunächst kleine Problem Entgraten kann schnell zu einem grossen werden. Um dem vorzubeugen, ist es von Beginn an wichtig, bei der Auslegung des Prozesses respektive der Bearbeitungsreihenfolge die Spanrichtung zu bestimmen, denn nur so lässt sich der Grat später wirtschaftlich und präzise entfernen. In der Praxis lag die grosse Herausforderung bislang darin, dass das Entgraten als letzte Station im eigentlichen Zerspanprozess berücksichtigt wurde, was einen kostenintensiven Aufwand für das ausgewählte Verfahren mit sich brachte. Kam dagegen bereits ECM zum Einsatz, stiegen die Kosten für Vorrichtung und Kathoden aufgrund erforderlicher Änderungen. Künftig kann jedoch in Fällen wie dem des Pumpengehäuses der gesamte Prozess sowie die Maschinenverkettung von Beginn an optimal ausgelegt werden. Dies gilt auch für den Zylinder des Einspritzsystems, der mit über 2000 bar arbeitet und an unterschiedlichen Bohrungen entgratet und auf definierte Rauigkeitswerte geglättet werden musste. Diesen hohen Ansprüchen wurde Emag ECM mit der entwickelten Leistungselektronik auf wirtschaftliche Weise gerecht. Die Pulsform und Stromdichte sorgen für qualitativ optimierte Oberflächen.

Taktzeiten von unter 10 s möglich
Das Entgraten oder Glätten der Werkstücke mittels ECM ist nicht nur präzise, sondern auch wirtschaftlich. Dadurch, dass sich die Zykluszeit und Ausbringleistung über den Parallelisierungsgrad – also die Anzahl der gleichzeitig in einer Vorrichtung bearbeiteten Bauteile – skalieren lässt, können die Taktzeiten pro Bauteil auf unter 10 s ausgelegt werden. Der genannte Zylinder des Pumpengehäuses wurde mithilfe der Emag-Technik sowohl mit einer Vier- als auch Sechsfach-technik ausgeführt. Je nach Bauteil wurden schon Parallelisierungen bis zwanzig Teile gleichzeitig realisiert. Den Punkt Qualitätssicherung beim Entgraten beantwortet Emag ECM durch die gut skalierbare Leistungselektronik, mit der in jedem Bearbeitungsnest jede einzelne Kathode nach Wahl separat überwacht werden kann. Damit lässt sich die geflossene Ladungsmenge und somit der Materialabtrag auf jeder Kathode monitoren. Eine Steigerung des ECM-Verfahrens ist das PECM-Verfahren, das Emag ECM ebenfalls einsetzt und weiterentwickelt hat. «P» steht dabei für Precise – erhöhte Präzision, die über gepulsten Strom sowie eine oszillierende Kathode und Pulspakete erreicht wird. Die erzielbare Qualität hängt dabei wesentlich von einer guten Pulsstromquelle sowie einem steifen Maschinenkonzept ab. Sowohl das ECM- als auch das PECM-Verfahren werden nicht nur im Automobilbereich, sondern auch in anderen Branchen wie der Medizinaltechnik und der Luftfahrtindustrie zunehmend eingesetzt. AMB, Halle 3, D 32

Emag ECM GmbH DE-74405 Gaildorf, Tel. +49 7971 96 200
ecm@emag.com, www.ecm.emag.com

Emag Maschinenfabrik GmbH DE-73084 Salach, Tel. +49 7162 170
info@emag.com, www.emag.com