Elektrochemisches Fräsen hält Einzug in die Fertigung

Ursächlich für die Entwicklung des elektrochemischen Fräsens waren die Schwächen der bereits etablierten elektrochemischen Verfahren (electrochemical Machining, ECM) und des gepulsten ECM-Verfahrens (PECM). So erschweren beim ECM-Verfahren konturabhängige Abformfehler die Fertigung präziser Teile, und beim PECM-Verfahren lässt sich die Spaltbreite nur auf 10 µm verringern.

„An diesem Problem setzt das elektrochemische Fräsen an, indem ultrakurze Spannungsimpulse verwendet werden“, erläutert ECMTEC-Geschäftsführer W. Thomas Gmelin. Auf diese Weise könne der Arbeitsspalt nicht nur voreingestellt werden, sondern sei außerdem um das Hundert- bis Tausendfache kleiner als bei derzeitig eingesetzten ECM- und PECM-Verfahren.

Gratfreier und thermisch stressfreier Abtrag dank elektrochemischem Fräsen

„Die klaren Vorteile des elektrochemischen Fräsens liegen im werkzeugverschleißfreien, berührungslosen, gratfreien und thermisch stressfreien Abtrag grundsätzlich aller metallischer Werkstoffe“, erklärt Gmelin, schränkt allerdings gleich ein: „Nahezu jeder Werkstoff benötigt einen angepassten Elektrolyten.“

Derzeit können CrNi-Stähle, einige Werkzeugstähle sowie Reinmetalle wie Kupfer, Nickel, Gold und Wolfram bearbeitet werden. „Weil die Pulsleistung durch die Bearbeitungsfläche des Werkstücks limitiert wird, eignet sich das Verfahren noch nicht zum Bearbeiten großflächiger Teile“, zeigt Gmelin eine weitere Verfahrensgrenze auf.

Zustellgeschwindigkeit beim elektrochemischen Fräsen beträgt etwa 1 µm/s

Typische Werkzeugdurchmesser beim elektrochemischen Fräsen liegen zwischen 2 und 500 µm, die Zustellgeschwindigkeit beträgt etwa 1 µm/s. Laut Gmelin sind charakteristische Anwendungen die Herstellung kleinster Bohrungen, Nuten oder Stege, wie sie bei Verdüsungssystemen, Steckverbindungen oder medizinischen Bauelemente benötigt werden. Aber auch für den Spitzgusswerkzeugbau ist dieses Verfahren interessant. „Dort werden Kavitäten mit anderen Verfahren, wie Erodieren oder Fräsen vorbearbeitet“, so Gmelin, „und nur die Bereiche elektrochemisch gefräst, die wegen der erforderlichen Genauigkeit oder Strukturfeinheit nicht anders bearbeitet werden können.“

Als weiteren wichtigen Anwendungsfall nennt er die Bearbeitung von Bauelementen, bei denen eine thermische Belastung durch die Bearbeitung wegen drohender Gefügeveränderungen oder entstehender Spannungen zu einem verfrühten Verschleiß führen kann.