DE102006046765A1

DE102006046765A1 - Method for providing deep cavities in electrically conductive material, especially in automobile industry, involves mechanical processing and subsequent electrochemical processing

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Publication number: DE102006046765A1
Application number: DE200610046765
Authority: DE
Inventors: Christian Martin Dr.-Ing. Erdmann; Wolfgang Dipl.-Ing. Hansen; Karl Dr.Rer.Nat. Holdik; Thomas Kränzler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Manufacturing method for providing deep cavities in workpieces involves a first step in which the cavity is mechanically processed, and a second step in which the cavity is worked by electrochemical processing. A pulsed electrochemical processing procedure is used. An independent claim is included for an electrode for electrochemical processing of borings in electrically conductive material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer tiefen Kavität in elektrisch leitfähigem Material sowie eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung von Bohrungen.The The invention relates to a method for producing a deep cavity in electrical conductive material and an electrode for electrochemical machining of holes.

Die Herstellung einer Kavität, insbesondere einer tiefen Kavität wie einer Bohrung, mittels mechanischer Bearbeitung gehört zu den fachmännischen Grundkenntnissen der Ingenieurwissenschaften und speziell des Maschinenbaus. Dieses Wissen ist für den Fachmann in zahlreichen Standardwerken für seine ingenieurwissenschaftliche Ausbildung hinreichend dokumentiert, beispielsweise in „DUBBEL – Taschenbuch für den Maschinenbau" (Hrsg von W. Beitz und K.-H. Grothe; 20. Auflage, Springer-Verlag 2001; ISBN 3-540-67777-1; Seite S45ff. ). Dennoch treten bei verschiedenen Anwendungsfällen Probleme dergestalt auf, dass der Wärmeeintrag durch die mechanische Bearbeitung in das Werkstück, infolge unzureichender Kühlung, zu hoch ist und sich daraus resultierend an der Oberfläche der Kavität Gefügeveränderungen und/oder Veränderungen der oberflächennahen Eigenschaften des Werkstücks ergeben. Darüber hinaus unterliegt das Werkzeug auf Grund der erhöhten Bearbeitungstemperatur einem erhöhten Verschleiß, wodurch sich beispielsweise Verschleißpartikel wie Werkzeugabrieb zusätzlich locker in der Oberfläche der Kavität einlagern.The production of a cavity, in particular a deep cavity such as a hole, by means of mechanical processing is one of the basic knowledge of engineering and especially of mechanical engineering. This knowledge is sufficiently documented for the expert in numerous standard works for his engineering education, for example in "DUBBEL - Paperback for Mechanical Engineering" (Edited by W. Beitz and K.-H. Grothe; 20th Edition, Springer-Verlag 2001; ISBN 3-540-67777-1; page S45ff. ). Nevertheless, problems arise in various applications in such a way that the heat input through the mechanical processing into the workpiece, due to insufficient cooling, is too high and, as a result, microstructural changes and / or changes in the surface properties of the workpiece result on the surface of the cavity. In addition, due to the increased processing temperature, the tool is subject to increased wear, as a result of which, for example, wear particles such as tool wear are additionally loosely stored in the surface of the cavity.

Typische Verfahren für ein Auftreten der beschrieben Probleme sind zum Beispiel das Tieflochbohren, das Hochgeschwindigkeitsbohren oder das trockene Zerspanen bzw. mit Minimalmengenschmierung arbeitende Zerspanen von tiefen Kavitäten.typical Procedure for an occurrence of the problems described are, for example, the deep hole drilling, high-speed drilling or dry cutting or Cutting of deep cavities using minimum quantity lubrication.

Dies führt speziell im Bereich der Metallbearbeitung und der Automobilindustrie, insbesondere bei der Motorenherstellung zu Problemen, da sich beispielsweise aus den Oberflächen der Kavitäten, welche veränderte Eigenschaften und/oder Gefüge aufweisen, während des langen Betriebszeitraums Partikel infolge von Korrosion oder Materialermüdung lösen können und als Verunreinigung in den Schmierölkreislauf des Motors übergehen können. Daraus resultiert wiederum ein erhöhter Verschleiß unterschiedlicher Motorenkomponenten.This leads specifically in the field of metalworking and the automotive industry, in particular in the engine manufacturing problems, as for example the surfaces the cavities, which changed Have properties and / or structure, while of the long period of operation. Particles as a result of corrosion or fatigue can solve and pass as impurity in the lubricating oil circuit of the engine can. from that again results in an increased Wear different Engine components.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer tiefen Kavität in elektrisch leitfähigem Material anzugeben, welches die aus dem Stand der Technik bekannten und zuvor beschriebenen Probleme beseitigt und eine verbesserte Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung dazu anzugeben.outgoing From the prior art, the invention is therefore based on the object an improved method for producing a deep cavity in electrical conductive Specify material, which is known from the prior art and problems previously described and improved Electrode for specify the electrochemical machining.

Die Aufgabe wird in Bezug auf das anzugebende Verfahren zur Herstellung einer tiefen Kavität in elektrisch leitfähigem Material durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. In Bezug auf die anzugebende Elektrode wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.The The task will be related to the process to be specified a deep cavity in electrically conductive Material solved by the features of claim 1. In relation on the electrode to be given the task by the features of claim 7. Further advantageous embodiments and further developments of the invention go from the subclaims and the description.

Die Aufgabe hinsichtlich des anzugebenden Verfahrens wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Herstellung einer tiefen Kavität in elektrisch leitfähigem Material ein Verfahren verwendet wird, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Kavität mechanisch bearbeitet wird und in einem zweiten nachfolgenden Verfahrensschritt die Kavität durch elektrochemische Bearbeitung bearbeitet wird.The Task with regard to the method to be specified is inventively characterized solved that for producing a deep cavity in electrically conductive material a method is used, wherein in a first method step the cavity mechanically is processed and in a second subsequent process step the cavity is processed by electrochemical machining.

Der Vorteil dieser Erfindung ist, dass so die Probleme der eingangs genannten Art hinsichtlich der Veränderung des Gefüges und der mechanischen Eigenschaften des bearbeiteten Materials an der Oberfläche der Kavität beseitigt sind. Gleichzeitig werden Einlagerungen durch Werkzeugverschleiß in der Oberfläche des bearbeiteten Materials vermieden und die Gefahr von Ausbrüchen infolge der oberflächennahen Veränderungen des bearbeiteten Materials im späteren Betriebszustand beseitigt. Damit ist auch die Gefahr eines erhöhten Verschleißes oder gar vorzeiten Versagens des bearbeiteten Materials extrem reduziert.Of the Advantage of this invention is that so the problems of the beginning mentioned type with respect to the change of the structure and the mechanical properties of the machined material at the surface the cavity are eliminated. At the same time, deposits due to tool wear in the surface of the machined material avoided and the risk of outbreaks due to the near-surface changes of the processed material in the later Operating state eliminated. This is also the risk of increased wear or even Premature failure of the machined material extremely reduced.

Darüber hinaus wird im Vergleich zu bisher in der industriellen Praxis angewendeten Lösungen durch beispielsweise anschließendes Ausbürsten der Kavität durch das erfindungsgemäße Verfahren die Prozesssicherheit der Herstellung einer tiefen Kavität in elektrisch leitfähigem Material wesentlich erhöht, da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die oberflächennahen Veränderungen des bearbeiteten Materials restlos und rückstandsfrei entfernt werden. Ferner werden durch das erfindungsgemäße Verfahren die nachgelagerten Kosten der Instandhaltung und Reparatur sehr stark reduziert, da der Verschleiß eines erfindungsgemäß bearbeitenden Bauteils wesentlich reduziert wird und somit dessen Lebensdauer wesentlich erhöht wird. Folglich führt das erfindungsgemäße Verfahren auch zu einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit, da die Kosten die aus der Verwendung eines Bauteils über dessen Lebensdauer entstehen wesentlich verringert werden.Furthermore is compared to previously used in industrial practice Solutions through for example, subsequent Brushing the cavity by the inventive method the Process reliability of producing a deep cavity in electrical conductive Material significantly increased, there with the inventive method the near-surface changes of the processed material are removed completely and residue-free. Further be through the inventive method the downstream costs of maintenance and repair very greatly reduced, since the wear of a processing according to the invention Component is significantly reduced and thus its life significantly increased becomes. Consequently, leads the inventive method also to an increase in economic efficiency, since the costs of the arising from the use of a component over its service life be significantly reduced.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei in einem ersten Verfahrensschritt eine konventionelle mechanische vorzugsweise zerspanende Bearbeitung des zu bearbeitenden Materials auf. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass das geometrische Bearbeitungsmaß um den Betrag des Bearbeitungsmaßes der nachfolgenden elektrochemischen Bearbeitung, d.h. dessen Werkstoffabtrag, korrigiert werden muss.In a first method step, the method according to the invention has a conventional mechanical, preferably machining, treatment of the material to be processed. It should be noted, however, that the geometrical machining dimension is corrected by the amount of the machining dimension of the subsequent electrochemical machining, ie its material removal must become.

In einem zweiten nachfolgenden Verfahrensschritt wird die konventionell vorbearbeitete Kavität mittels eines elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens bearbeitet. Dazu werden hinlänglich bekannte Vorrichtungen zur elektrochemischen Bearbeitung eingesetzt. Das Verfahren der elektrochemischen Bearbeitung (ECM – ElectroChemical Machining) oder auch der weiter entwickelten elektrochemischen Bearbeitung, der so genannten gepulsten elektrochemischen Bearbeitung (PECM – Pulsed ElectroChemical Machining), ist dabei gekennzeichnet dadurch, dass bei der Bearbeitung kein direkter Kontakt zwischen Werkzeug und Bearbeitungsobjekt herrscht. Zur Bearbeitung werden Werkzeug und Bearbeitungsobjekt relativ zueinander verschoben, so dass sich auf dem Bearbeitungsobjekt die Geometrie des Bearbeitungswerkzeugs abbildet. Dazu wird zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem zu bearbeitendes Objekt eine elektrische Spannung angelegt, wobei das Bearbeitungsobjekt als Anode und das Bearbeitungswerkzeug als Kathode geschaltet wird. Für die Bearbeitung wird ein vorhandener Spalt, vorzugsweise kleiner als 1mm, zwischen Werkzeug (Kathode) und Objekt (Anode) mit einer Elektrolytlösung gespült. Der Werkstoffabtrag am Bearbeitungsobjekt erfolgt somit elektrochemisch und der aufgelöste Werkstoff wird als Metallhydroxid von der Elektrolytlösung aus der Bearbeitungszone herausgespült. Das PECM-Verfahren weist eine weitaus geringere Spaltbreite zwischen Werkzeug und Objekt auf, vorzugsweise eine Spaltbreite von 0,01 bis 0,2mm, und besitzt deshalb eine wesentlich höhere Bearbeitungsgenauigkeit als das ECM-Verfahren. Charakteristisch für das PECM-Verfahren ist noch, dass der Bearbeitungsstrom nicht permanent anliegt, wie beim ECM-Verfahren, sondern als gepulster Strom zugeführt wird. Das Verfahren der elektrochemischen Bearbeitung zeichnet sich weiterhin durch hohe Prozessstabilität aus.In a second subsequent process step is the conventional pre-machined cavity by means an electrochemical machining process edited. To become sufficient known devices used for electrochemical machining. The process of electrochemical machining (ECM - ElectroChemical Machining) or the further developed electrochemical machining, the so-called pulsed electrochemical machining (PECM - Pulsed ElectroChemical Machining), is characterized by the fact that no direct contact between tool and tool during machining Machining object prevails. For editing tools and Machining object moved relative to each other, so that on the machining object represents the geometry of the machining tool. This is done between the editing tool and the editable Object applied an electrical voltage, with the processing object is switched as the anode and the machining tool as a cathode. For the Machining becomes an existing gap, preferably less than 1mm, rinsed between tool (cathode) and object (anode) with an electrolyte solution. The material removal The processed object is thus electrochemically and the dissolved material is as metal hydroxide from the electrolyte solution from the processing zone flushed out. The PECM method has a much smaller gap width between Tool and object, preferably a gap width of 0.01 to 0.2mm, and therefore has a much higher machining accuracy as the ECM procedure. Characteristic of the PECM process is still, that the machining current is not permanently applied, as with the ECM method, but is supplied as a pulsed current. The procedure of Electrochemical processing is still characterized by high process stability out.

Somit wird mittels der elektrochemischen Bearbeitung die Form der Werkzeugelektrode sehr exakt und hochgenau auf das zu bearbeitende elektrisch leitfähige Material übertragen. Die Form der Werkzeugelektrode ist dabei in Abhängigkeit der herzustellenden Bearbeitungsgeometrie auszugestalten. Es wird in der Regel jedoch ein herkömmlicher Elektrodenaufbau verwendet, der eine auf die herzustellende Geometrie ausgelegte spezielle geometrische Ausgestaltung aufweist, beispielsweise den exakten Durchmesser einer herzustellenden Bohrung.Consequently becomes the shape of the tool electrode by the electrochemical machining transferred very precisely and with high precision to the processed electrically conductive material. The shape of the tool electrode is dependent on the produced Design machining geometry. It will, however, usually a conventional electrode construction used, which designed one based on the geometry to be produced has special geometric design, for example, the exact diameter of a bore to be produced.

Auf Grund des berührungslosen Bearbeitungsverfahrens ist der Werkzeugverschleiß der Elektrode äußert gering, wodurch eine hohe Reproduzierbarkeit des Verfahrens gewährleistet wird.On Reason of non-contact Machining process is the tool wear of the electrode extremely low, which ensures a high reproducibility of the process becomes.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der elektrochemischen Bearbeitung nur ein minimaler Werkstoffabtrag stattfindet, vorzugsweise im Bereich von 0,1mm bis 1mm, so dass die Bearbeitung mit einer hohen Vorschubgeschwindigkeit, vorzugsweise von 3mm bis 5mm pro Minute, der Werkzeugelektrode erfolgt bei gleichzeitig sehr hoher Oberflächenqualität der bearbeiteten Fläche. Somit wird auch die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zur konventionellen mechanischen Bearbeitung wesentlich gesteigert.Advantageous is further that in the method according to the invention in the electrochemical machining only a minimal material removal takes place, preferably in the area from 0.1mm to 1mm so that machining at a high feed rate, preferably from 3mm to 5mm per minute, the tool electrode is made with at the same time very high surface quality of the machined surface. Consequently also the economy of the method according to the invention essential compared to conventional mechanical machining increased.

Alternativ zur translatorisch bewegten Elektrode bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine wesentliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit infolge der extrem verkürzten Bearbeitungszeit und der vereinfachten Prozessführung, wenn die Elektrode fest stehend ausgeführt wird und das zu bearbeitende Objekt definiert und unbeweglich relativ zur Elektrode positioniert wird. Dabei wird dann der Bearbeitungsspalt mit der Elektrolytlösung gespült und durch Anlegen einer Spannung wird das abzutragende Material aufgelöst. Der Materialabtrag wird durch die Leitfähigkeit der Elektrolytlösung und/oder durch die angelegte Spannung gesteuert. D.h. für eine abzutragende höhere Materialdicke ist eine Elektrolytlösung mit höherer Leitfähigkeit also erhöhtem Salzanteil zu wählen und/oder die angelegte Spannung ist zu erhöhen. Für diese Alternative ist zu beachten, dass die Elektrode zur Durchführung des Verfahrens mit einem elektrochemisch aktiven Bereich, an dem ein Werkstoffabtrag stattfindet, entsprechend der zu bearbeitenden Geometrie ausgestaltet sein muss. Für die Bearbeitung einer Bohrung entspricht die Elektrode maximal dem Durchmesser der mechanisch hergestellten Bohrung, vorzugsweise ist der Elektrodendurchmesser um 0,1mm bis 1mm kleiner zu wählen als der Durchmesser der mechanisch hergestellten Bohrung. Durch diese Ausgestaltung verkürzt sich die Bearbeitungszeit je nach Werkstoffabtrag auf wenige Sekunden, vorzugsweise bei einem Materialabtrag von 0,1mm auf unter 10sec.alternative to the translationally moving electrode provides the inventive method a substantial increase in profitability due to the extreme shortened Machining time and simplified process control when the electrode is stationary accomplished is defined and the object to be processed and immovable relative is positioned to the electrode. In this case, then the machining gap with the electrolyte solution rinsed and by applying a voltage, the material to be removed is dissolved. Of the Material removal is due to the conductivity of the electrolyte solution and / or controlled by the applied voltage. That for a higher material thickness to be removed is an electrolyte solution with higher conductivity so elevated Salt content to choose and / or the applied voltage should be increased. For this alternative is too Note that the electrode for performing the method with a electrochemically active area where a material removal takes place, must be configured according to the geometry to be machined. For the Machining a hole corresponds to the electrode maximum diameter the mechanically produced bore, preferably the electrode diameter to select 0.1mm to 1mm smaller than the diameter of the mechanically produced bore. Through this Design shortened Depending on the material removal, the processing time can be reduced to a few seconds, preferably at a material removal of 0.1 mm to less than 10 sec.

Eine weitere vorteilhafte Steigerung zu der zuvor beschriebenen Ausführung des Verfahrens ergibt sich, wenn für die Bearbeitung einer rotationssymmetrischen tiefen Kavität anstatt der feststehenden Elektrode eine rotierende Elektrode verwendet wird. Durch diese Ausgestaltung wird die Bearbeitungszeit nochmals deutlich reduziert, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung weiter gesteigert wird, und gleichzeitig wird die Prozesssicherheit der Bearbeitung vorteilhaft erhöht, da die Strömung der Elektrolytlösung während der Bearbeitung durch Ausgestaltung der Elektrode und definierter Rotationsbewegung besser gesteuert werden kann.A further advantageous increase to the previously described embodiment of Procedure arises, if for the machining of a rotationally symmetric deep cavity instead the fixed electrode is a rotating electrode is used. This embodiment makes the processing time even clearer reduces, thereby furthering the cost-effectiveness of machining is increased, and at the same time the process reliability of the processing advantageously increased, there the flow the electrolyte solution while the processing by design of the electrode and defined Rotation movement can be controlled better.

Für die Durchführung dieser Verfahrensvariante ist es von Vorteil die Elektrode derart auszugestalten, dass sie mindestens einen elektrochemisch aktiven Bereich aufweist, der sich über die Länge der Elektrode erstreckt. Dabei kann die erfindungsgemäße Elektrode mit einem elektrochemisch aktiven Bereich in der Form einer schmalen Fläche entlang einer zylindrischen Schraubenlinie entlang ihrer Längserstreckung ausgestaltet sein, wobei die Steigung der Schraubenlinie in Längserstreckungsrichtung konstant oder variabel sein kann. Dies entspricht im Wesentlichen der Art der Nebenschneide eines Spiralbohrers. Der elektrochemisch aktive Bereich der Elektrode ist im Rahmen der Erfindung aber auch auf andere Ausgestaltungen übertragbar, beispielsweise als in Längserstreckung der Elektrode durchgehendes gerades Flächenelement einer zylindrischen Elektrode, beispielsweise analog der Schneide eines Einlippenbohrers für das Tieflochbohren. Auf Grund der großen Längserstreckung der Elektrode ist auf ausreichende Knicksteifigkeit zu achten.For carrying out this process variant, it is advantageous to design the electrode such that it has at least one electrochemical active region extending the length of the electrode. In this case, the electrode according to the invention can be designed with an electrochemically active region in the form of a narrow surface along a cylindrical helix along its longitudinal extent, wherein the pitch of the helix in the longitudinal direction can be constant or variable. This essentially corresponds to the type of secondary cutting edge of a twist drill. However, the electrochemically active region of the electrode can also be transferred to other designs within the scope of the invention, for example as a straight surface element of a cylindrical electrode, for example analogously to the cutting edge of a single-lip drill for deep-hole drilling. Due to the large longitudinal extent of the electrode is to ensure sufficient buckling rigidity.

Vorteilhafterweise weist die Elektrode direkt benachbart zum elektrochemisch aktiven Bereich mindestens eine Vertiefung in Form einer Nut auf, durch die die Elektrolytlösung besser in den Bearbeitungsspalt gespült und auch wieder herausgespült werden kann. Weiterhin kann die Elektrode additiv zur zuvor beschriebenen Ausgestaltung einen weiteren elektrochemisch aktiven Bereich an ihrer Stirnseite aufweisen, wodurch beispielsweise ein stirnseitiger Materialabtrag bei der Bearbeitung einer Sackbohrung ermöglicht wird.advantageously, indicates the electrode directly adjacent to the electrochemically active Area at least one recess in the form of a groove, through the the electrolyte solution be rinsed better in the machining gap and also rinsed out again can. Furthermore, the electrode may be additive to the previously described Design a further electrochemically active area have their front side, whereby, for example, a frontal Material removal during the processing of a blind hole is made possible.

In Bezug auf die hochgenaue Bearbeitung des Verfahrens wird diese speziell durch das PECM-Verfahrens weiter vorteilhaft gesteigert, wodurch eine hohe Oberflächenqualität im Bereich von Oberflächenrauheiten R_Z kleiner als 5μm erzielt wird, vorzugsweise R_Z im Bereich von 0,5μm bis 2μm. Damit wird im Vergleich zur konventionellen mechanischen Bearbeitung eine Oberfläche hergestellt, die wesentlich gleichmäßiger und geglättet ist.With regard to the high-precision machining of the method, this is further advantageously increased particularly by the PECM method, whereby a high surface quality in the range of surface roughness R _{Z is achieved} smaller than 5 .mu.m, preferably R _Z in the range of 0.5 .mu.m to 2 .mu.m. This produces a surface that is much smoother and smoother than conventional mechanical machining.

Ein weiterer Vorteil des PECM-Verfahrens ist, dass durch die hochgenaue und präzise Bearbeitung eine Strukturierung der Bearbeitungsoberfläche ermöglicht wird, beispielsweise eine Mikrostrukturierung in Form von Mikroschmierstofftaschen oder definiert ausgerichteten Mikroriefen, wodurch die Bandbreite der herstellbaren Geometrien weiter gesteigert wird.One Another advantage of the PECM process is that due to the highly accurate and precise Processing a structuring of the processing surface is made possible For example, a microstructuring in the form of micro-lubricant pockets or defines aligned micro-grooves, reducing the bandwidth the manufacturable geometries is further increased.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass die elektrochemische Bearbeitung für elektrisch leitfähige Materialien ein werkstoffunabhängiges Bearbeitungsverfahren ist. D.h. auch elektrisch leitfähige Materialien bearbeitet werden können, die durch reine mechanische Bearbeitung nur unzureichend oder unter hohem Kostenaufwand auf Endkontur bearbeitbar sind, beispielsweise sehr schwer zerspanbare moderne Eisengusslegierungen wie Vermikulargraphit-Guss (GGV) oder aber bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI – Austempered Ductile Iron). Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit eine prozesssichere und hochgenaue Bearbeitung dieser Materialien ermöglicht bei gleichzeitig verbesserter Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung.Advantageous is still that electrochemical machining for electric conductive Materials a material independent Processing method is. That also electrically conductive materials can be edited which by pure mechanical processing only inadequate or under high cost on the final contour editable, for example very difficult to machine modern cast iron alloys such as vermicular graphite cast iron (GGV) or bainitic spheroidal graphite cast iron (ADI - Austempered Ductile iron). The inventive method is thus a process-reliable and high-precision machining of these materials enables at the same time improved cost-effectiveness of processing.

Eine weitere vorteilhafte Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ergibt sich, wenn durch die gezielte Ausgestaltung der Elektrode weitere, bei einer konventionellen mechanischen Bearbeitung zusätzliche Bearbeitungsumfänge, in den Verfahrensschritt der elektrochemischen Bearbeitung integriert werden. Durch entsprechende Ausgestaltung der Elektrode kann so beispielsweise die herzustellende Kavität direkt entgratet oder definiert verrundet werden, wodurch die Bearbeitungszeit einer konventionellen mechanischen Bearbeitung dafür eingespart wird und die Wirtschaftlichkeit wie schon erwähnt weiter gesteigert wird.A further advantageous increase in the efficiency of the process arises when, through the targeted design of the electrode additional, in a conventional mechanical machining additional Processing volumes, be integrated into the process step of electrochemical machining. By appropriate design of the electrode can so for example the cavity to be produced directly deburred or defined rounded, reducing the machining time a conventional mechanical processing is saved for it and the economy as already mentioned is further increased.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.following The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

Für die Fertigung von Motoren für Kraftfahrzeuge werden endkonturnah gegossene Kurbelwellen aus dem Werkstoff ADI mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet.For the production of engines for Motor vehicles are near-net cast crankshafts from the Material ADI processed by the method according to the invention.

In einem ersten Verfahrensschritt werden die Gussteile mechanisch durch Zerspanung bearbeitet. Hierbei werden die Lagersitze, d.h. die Hauptlager und die Hubzapfen, bearbeitet und auch vier Ölversorgungsbohrungen mit einem Durchmesser von 5mm. Auf Grund des schwer zerspanbaren Materials entsteht beim Bohren der Ölversorgungsbohrungen ein großer Wärmeeintrag in das Gussgefüge. Dies führt zu einer weiteren Steigerung der Härte und zu einer Versprödung des Gussgefüges. Die Tiefe der Veränderung der Materialeigenschaften im Gussgefüge infolge der Bohrbearbeitung beträgt ausgehend von der Oberfläche der Bohrung 0,2mm.In In a first process step, the castings are mechanically through Machining processed. Here, the bearing seats, i. the main camps and the crank pin, machined and also four oil supply holes with a Diameter of 5mm. Due to the difficult to machine material arises when drilling the oil supply holes greater heat input into the cast structure. this leads to to a further increase of the hardness and to an embrittlement of the Cast structure. The depth of change the material properties in the cast structure as a result of drilling is starting from the surface the bore is 0.2mm.

Zur Beseitigung der Materialveränderung erfolgt in einem folgenden Verfahrensschritte eine Bearbeitung der Bohrungen mittels PECM. Die elektrochemische Bearbeitung erfolgt auf einer herkömmlichen hier nicht weiter beschriebenen Vorrichtung zur PECM-Bearbeitung. Die für die Bearbeitung erforderlichen Anschlussmittel zur Aufnahme der Elektroden, zur Stromversorgung und zur weiteren Prozessteuerung sind hierbei nicht näher erläutert aber selbstverständlich vorhanden.to Elimination of material change In a subsequent method steps, a processing of the Drilling by means of PECM. The electrochemical machining takes place on a conventional not further described apparatus for PECM processing. The for the processing required connection means for receiving the Electrodes, for power supply and for further process control are not closer explained but of course available.

Eine Elektrode für die PECM-Bearbeitung ist für die Bearbeitung derart ausgestaltet, dass sie einen isolierten Teil aufweist, der die Elektrode in der Bohrung führt, und einen zweiten Teil aufweist, der elektrochemisch die Bohrung auf einen Durchmesser von 5,5mm aufweitet und die Bohrungsoberfläche umfänglich glättet. Gleichzeitig weist die Elektrode noch einen weiteren Abschnitt zur elektrochemischen Bearbeitung auf, der eine Bohrung definiert entgratet und verrundet.An electrode for PECM machining is designed for machining to have an isolated part that leads the electrode in the bore and a second part that electrochemically widens the bore to a diameter of 5.5mm and the bore surface smoothes circumferentially. At the same time, the electrode points yet another section for electrochemical machining, which defines a hole deburred and rounded.

Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit der PECM-Bearbeitung erfolgt die elektrochemische Bearbeitung aller vier Ölversorgungsbohrungen parallel.to Increasing the cost-effectiveness of PECM processing is the electrochemical machining of all four oil supply holes in parallel.

Im Verfahren zur PECM-Bearbeitung wird eine Kurbelwelle definiert in der Vorrichtung aufgenommen und eingespannt. Anschließend wird das Bearbeitungswerkzeug mit den vier Elektroden exakt zur Kurbelwelle positioniert und relativ zu dieser verschoben. Dazu taucht das Bearbeitungswerkzeug entlang der Vorschubrichtung von oben in die zu bearbeitenden Bohrungen ein. Die Elektrolytlösung, eine gebräuchliche Salzlösung, wird ebenfalls von oben der Bearbeitung unter Umgebungsdruck zugeführt. Das Bearbeitungswerkzeug wird mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 5mm/min relativ zur Kurbelwelle verschoben.in the Method of PECM machining is defined in a crankshaft taken up and clamped the device. Subsequently, will the machining tool with the four electrodes exactly to the crankshaft positioned and moved relative to this. To do this, the processing tool dips along the feed direction from above into the holes to be machined one. The electrolyte solution, a common saline solution, is also supplied from the top of the processing under ambient pressure. The Machining tool is at a feed rate of 5mm / min shifted relative to the crankshaft.

Der Verfahrensablauf findet vollautomatisiert statt, so dass nach Beendigung der PECM-Bearbeitung das Bearbeitungswerkzeug wieder an die Ausgangsposition verfahren wird und die bearbeitete Kurbelwelle entnommen wird.Of the Procedure takes place fully automated, so that after completion the PECM machining the machining tool back to the starting position is moved and the machined crankshaft is removed.

Claims

A method for producing a deep cavity in electrically conductive material, wherein in a first method step, the cavity is mechanically processed, characterized in that in a second subsequent process step, the cavity is processed by electrochemical machining.

Method according to claim 1, characterized in that that uses a pulsed electrochemical machining process becomes.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the electrochemical machining with a fixed electrode is carried out.

Method according to claim 1 or 2, characterized that electrochemical machining with a rotating electrode is carried out.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the surface the cavity at least partially smoothed and / or designed with a defined surface structuring becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the cavity at least partially deburred.

Electrode for the electrochemical machining of bores in electrically conductive Material, characterized in that the electrode is at least having an electrochemically active region, which in the Art a minor cutting edge of a spiral drill along a constant diameter spiral the longitudinal extent the electrode is formed.

Electrode according to Claim 7, characterized that the spiral Embodiment along the longitudinal axis has a constant slope.