Elektrochemisches (Draht-)Schneiden mit axialer Hochdruckspülung und innengespülten dünnwandigen Rohrwerkzeugen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Fügetechnik und Trenntechnik ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423318338

Das Fertigungsverfahren des elektrochemischen Schneidens mit einer Drahtelektrode (engl.: Wire-ECM) bietet aufgrund des Abtragprinzips und der Flexibilität ein hohes Potenzial mit einem breiten Anwendungsspektrum von der Medizintechnik bis hin zum Triebwerksbau. Die erfolgreiche Realisierung des Verfahrens scheiterte bis dato jedoch an einer effektiven Spülstrategie der Schnittfuge. Aus den Ergebnissen der ersten Projektphase können bereits die dominierenden Prozesseinflussgrößen der ECM-Schnittausbildung abgeleitet werden. Weiterhin konnte durch den Einsatz einer axialen Druckspülung sowie von rotierenden und strukturierten Drahtwerkzeugen die Schnittrate deutlich gesteigert werden. Dennoch liegen die stabil erzielbaren Abtragraten noch nicht in einem konkurrenzfähigen Bereich und die Prozessführung, insbesondere bei einer Rotation des Drahtwerkzeuges, ist geprägt von sporadischen Instabilitäten. In diesem Folgeprojekt soll daher der Ansatz einer axialen Spülung, ohne eine Rotation des Drahtes, mit weiter steigenden Spüldrücken fortgeführt werden. Zudem erscheint der Ansatz von innengespülten Werkzeugen vielversprechend um den Elektrolytaustausch im kritischen Bereich des Stirnspalts dezidiert zu verbessern. Die Forschungshypothese des Vorhabens lautet daher wie folgt: Eine axiale Hochdruckspülung und der Einsatz von innengespülten Werkzeugen verbessern effektiv die Spülung im kritischen Bereich des Stirnspalts, wodurch die Schnittrate und die Prozessstabilität signifikant gesteigert werden können. Methodisch wird der bewährte Ansatz einer numerischen Analyse in Kombination mit anknüpfenden empirischen Versuchsreihen fortgeführt. Dazu wird zunächst mit numerischen Modellen die komplexe Fluidströmung analysiert und ein Prozessfenster für die axiale Hochdruckspülung abgeleitet. Darüber hinaus wird die Wirkung einer Innenspülung durch das Werkzeug auf die Elektrolytbewegung im Schnittspalt numerisch erforscht und eine Vorauslegung strömungstechnisch und strukturmechanisch optimierter Rohrwerkzeuge abgeleitet. Die empirischen Untersuchungen folgen auf die numerischen Analysen. Dabei werden die Simulationsergebnisse validiert und die Möglichkeiten sowie Grenzen der Spülkonzepte für die Prozessführung und auf das Arbeitsergebnis erforscht. Auf Basis der analytischen und empirischen Untersuchung wird das im ersten Forschungsprojekt entwickelte Prozessmodell um Ergebnisse einer Hochdruckspülung und der Anwendung von innengespülten Werkzeugen erweitert. Darüber hinaus wird das Modell durch empirische Untersuchungen zur Bearbeitung von konischen Schnittbahnen und um die Bearbeitbarkeit von einem relevanten Stahlwerkstoff durch das ECM-Drahtschneiden ergänzt. Die abschließenden Untersuchungen zum Werkstückschaden durch einen Kurzschluss bedienen eine essentielle Fragestellung bei der wirtschaftlichen Bewertung der ECM-Schneidbearbeitung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen