DE69403817T2

DE69403817T2 - Verfahren zum elektrolytischen Polieren mit einer STEM-Elektrode

Info

Publication number: DE69403817T2
Application number: DE69403817T
Authority: DE
Inventors: Willis Neil Peters
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1994-01-17
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2014-01-18
Also published as: KR940018155A; EP0607894B1; JPH06226539A; DE69403817D1; EP0607894A1; KR100311241B1; US5320721A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein STEM- Bearbeitungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die elektrochemische Bearbeitung ist eine weitläufig benutzte Technik zum Erzeugen von Löchern in schwierig zu bearbeitenden Metallteilen. Im allgemeinen beinhalten diese Verfahren die Benutzung der elektrochemischen Kraft (im Gegensatz zur mechanischen Kraft) zum Lösen oder Abtragen von Material von einem Werkstück.
Eine hochspezialisierte Anpassung der elektrochemischen Bearbeitung, welche als STEM-Bearbeitung bekannt ist, wird dazu benutzt, kleine tiefe Löcher in elektrisch leitende Materialien zu bohren. Die STEM-Bearbeitung ist ein kontaktloses elektrochemisches Bohrverfahren, das sich von allen übrigen Bohrverfahren durch seine Möglichkeit zur Erzeugung von Löchern mit Aspektverhältnissen von bis zu 300:1 unterscheidet. Da sie ein elektrochemisches Verfahren ist, wird die STEM-Bearbeitung weder durch die Materialhärte noch durch die Materialfestigkeit beeinflußt. Sie benutzt ein säurebasierendes Elektrolyt anstelle von Salzelektrolyten, die normalerweise bei der elektrochemischen Bearbeitung verwendet werden. Die Benutzung von Säureelektrolyten gewährleistet, daß die Metallschlamm-Beiprodukte vom elektrolytischen Abtragen gelöst werden und als Metallionen abtransportiert werden. Dies eliminiert die Verstopfung des Elektrolyt-Strömungswegs um die Elektrode, was ein wichtiges Merkmal beim Bohren von tiefen Löchern ist. STEM- Bearbeitungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sind detaillierter in Machining Data Book, Band 2, Seiten 11-71 bis 11-75 (dritte Auflage 1980) erörtert. E.J. Weller, Nontraditional Machining Processes, Seiten 109-13 (zweite Auflage 1984); und G.F. Benedict, Nontraditional Manufacturing Processes, Seiten 181-87 (1987) enthalten weitere Informationen.
Fortschritte in der Strahltriebwerk-Technologie resultieren in der Notwendigkeit, Superlegierungen und -metalle zu bearbeiten. Die Eigenschaften dieser Metalle und die komplexen Designs, welche sich bei Strahltriebwerk-Hardware finden, haben Bearbeitungsprobleme aufgeworfen, welche über die Fähigkeit üblicher Bearbeitungsverfahren hinausgehen. Daraus resultierend haben STEM-Bearbeitungsverfahren besondere Anwendbarkeit bei der Herstellung von Flugzeugtriebwerken gefunden. Diese Verfahren sind besonders nützlich beim Bohren von Löchern durch Turbinenblätter, Turbinenschaufeln, Propellerblätter, und Streben, damit die Kühlflüssigkeit durch diese Komponenten während des Turbinenbetriebs zirkulieren kann. Da solch eine Kühlung durch die Turbulenz innerhalb der Kühlpassagen verbessert wird, gibt es wenig Grund zur Feinbearbeitung dieser Passage. Beispiele der Benutzung von STEM-Bearbeitungsverfahren in Zusammenhang mit der Flugzeugtriebwerkherstellung sind im US-Patent-Nr. 3,352,770 von Crawford et al., Nr. 3,352,958 von Andrews, Nr. 3,793,169 von Joslin, Nr. 3,805,015 von Andrews und Nr. 4,088,557 von Andrews offenbart.
In den vergangenen Jahren haben STEM-Bearbeitungsverfahren ebenfalls eine Anwendung bei der Herstellung von Extrusionsformen zur Herstellung keramischer Warenstrukturen gefunden. Solche Strukturen sind besonders für Kraftfahrzeug-Katalysatoren nützlich.
Die Herstellung von Extrusionsformen aus diesen ultraharten Materialien ist ein extrem aufwendiger Prozess. Die Extrusionsformen werden mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen, durch die das Extrudat unter hohem Druck gepreßt wird. Bei einem Verfahren zur Herstellung der Extrusionsform werden mechanische Bohrer zur Erzeugung der Extrusionsöffnungen benutzt. Falls die Extrusionsformen aus ultraharten Materialien, wie z.B. rostfreiem Stahl 17-4PH oder Inconel 718 (registrierte Marke von International Nickel Co., Inc.) gebildet sind, ist die zur Öffnungsbildung verwendete Bohrrate sehr langsam, und eine große Menge an Zeit und Anstrengungen wird zur Herstellung der Extrusionsform aufgewendet. Falls weichere Formmaterialien benutzt werden, ist zwar die Bohrrate erhöht, aber die Lebensdauer der resultierenden Extrusionsform ist dementsprechend kürzer.
Wegen dieser Schwierigkeiten werden die Öffnungen in Extrusionsformen jetzt durch elektrochemische Bearbeitungstechniken und nicht durch mechanisches Bohren gebildet. Bei einem elektrochemischen Bearbeitungsprozess liegt das Werkstück, aus dem die Form zu bilden ist, in einer festen Position relativ zu einem beweglichen Verteiler. Der Verteiler haltert eine Vielzahl von Bohrröhren, von denen jede zur Bildung einer Öffnung im Werkstück benutzt wird. Die Bohrröhren arbeiten als Kathoden beim elektrochemischen Bearbeitungsprozess, während das Werkstück die Anode bei diesem Prozess darstellt. Wenn das Werkstück mit einem Säureelektrolyt aus dem Verteiler überströmt wird, wird Material selektiv im Werkstück in der Nähe der Bohrröhren abgetragen, um das erforderliche Öffnungsmuster zu bilden. Das US-Patent-Nr. 4,687,563 von Hayes und die europäische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 0,245,545 von Peters offenbaren solche Verfahren. Obwohl diese Herstellungstechnik eine signifikante Nützlichkeit im Stand der Technik gefunden hat, können die resultierenden Extrusionsformen unter dem Problem der Oberflächenrauhigkeit in oder nahe den Löchern leiden.
Bei der Benutzung des STEM-Bearbeitungsverfahrens zur Herstellung von Extrusionsformen ist die Gegenwart von Rauhigkeit in den Passagen der Formen unerwünscht. Solche Rauhigkeit erzeugt eine Reibung gegenüber der Extrusion des Materials. Diese Reibungskräfte sind oft so stark, daß der Kolben der Extruders nicht in der Lage ist, das Material durch die Form zu pressen. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Überwindung dieses Problems.

ZUSAMMFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe durch ein STEM-Polierverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 aufgeführt.
Vorteilhafter Weise werden gemäß der Erfindung die Oberflächen der elektrochemisch gebohrten Löcher, welche bereits ziemlich glatt sind, elektrochemisch poliert. Dieser spezielle Polier schritt ist aus dem Machinung Data Handbook, Band 2, dritte Auflage, 1980, Seiten 11.71 bis 11.75, aus der EP-A-0,247,209 oder aus der EP-A-61-204400 weder bekannt noch nahegelegt, und zwar insbesondere deshalb, weil die letzteren Druckschriften sich auf das Polieren der Innenseiten von Stahlröhren und nicht auf das elektrochemische Bohren von Löchern in ein Werkstück beziehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines STEM-Systems;
Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Systems nach Figur 1, aufgenommen innerhalb des Kreises 2-2 von Figur 1;
Figur 3 eine Elektronenmikroskop-Aufnahme mit einer 1000- fachen Vergrößerung eines Lochs, das gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik gebohrt, aber nicht poliert ist;
Figur 4 eine Elektronenmikroskop-Aufnahme des Gegenstandes von Figur 3 mit einer 5000-fachen Vergrößerung;
Figur 5 eine Elektronenmikroskop-Aufnahme mit einer 1000- fachen Vergrößerung eines Loches, das gebohrt und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung poliert wurde; und
Figur 6 eine Elektronenmikroskop-Aufnahme des Gegenstands von Figur 5 mit einer 5000-fachen Vergrößerung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND DER ERFINDUNG

Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines STEM-Systems, das zum sequentiellen Ausführen der Bohr- und der Polierschritte nach der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Das System enthält ein Arbeitsgehäuse, gebildet durch die Basis 2 und die Abdeckung 4. Innerhalb des Arbeitsgehäuses ist eine Halterung 6 angeordnet, auf der das Werkstück W ruht. Wie illustriert, werden Löcher H in das Werkstück W durch Durchlassen eines Elektrolyts durch den Zufuhrverteiler 9 in die Hohlröhrenelektroden 10 gebohrt. Zur Erzielung der elektrolytischen Bearbeitung ist ein Elektrodenhalter 8 mit einem Kathodenkontakt 40 versehen, der mit einer Spannungsquelle 32 durch eine Verbindungseinrichtung 38 mit einem Strommeßgerät 42 verbunden ist. Das Werkstück W ist mit einem Anodenkontakt 36 versehen, der durch die Verbindungseinrichtung 34 mit der Spannungsquelle 32 verbunden ist. Daraus resultierend trägt das Elektrolyt E, das durch die Hohlröhrenelektroden 10 entladen wird, Metall vom Werkstück W ab, um die Löcher H zu bilden. Dies wird detaillierter in Figur 2 gezeigt, die eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts des Systems von Figur 1 innerhalb des Kreises 2-2 ist. Wie dargestellt, fließt das Elektrolyt E durch die zentrale Passage, die durch die Hohlröhrenelektrode 10 definiert ist. Am Ende der Hohlröhrenelektrode 10 kontaktiert das Elektrolyt E das Werkstück W, was die Tiefe des Lochs H erhöht. Das Elektrolyt E fließt dann nach oben weiter aus dem Loch H, wie durch die Pfeile in Figur 2 gezeigt. Diese Strömung des Elektrolyts E bewirkt, daß das von dem Werkstück W abgetragene Metall innerhalb des Lochs H aus dem Loch befördert wird. In Figur 1 ist eine stationäre Führungsplatte 16 zur Ausrichtung der Hohlröhrenelektroden 10 in derartiger Weise, daß die Löcher H geeignet im Werkstück W liegen, vorgesehen.
Wie ebenfalls in Figur 2 gezeigt, enthält die Hohlröhrenelektrode 10 eine Metallröhre 12 und eine Beschichtung aus dielektrischem Material 14. Das Ende der Metallröhre 12 ist jedoch nicht mit dem dielektrischen Material bedeckt, so daß eine Elektrolytzelle zwischen diesem Abschnitt der Metallröhre 12 und dem Werkstück W gebildet ist. Im allgemeinen ist dieser Abschnitt der Hohlröhrenelektrode 10 derart angeschrägt, daß der Winkel α vorzugsweise 11º beträgt. Durch Beschichten der Metallröhre 12 mit dem dielektrischen Material 14 werden im Elektrolyt E nach Entfernung von dem Werkstück W vorhandene Metallionen davon abgehalten, sich auf der Hohlröhrenelektrode 10 abzuscheiden, und zwar dort, wo sie beschichtet ist. Diese Beschichtung beschränkt jedenfalls das Bohren auf den Bereich um das Ende 13 der Metallröhre 12. Die Abscheidung kann nur dort auf der Hohlröhrenelektrode 10 stattfinden, wo die Metallröhre 12 nicht mit dem dielektrischen Material 14 beschichtet ist. Jedoch können irgendwelche Ablagerungen durch periodisches Umkehren der Polarität der Spannungsquelle 32 entfernt werden. Solch ein Polaritätswechsel der Spannungsfälle 32 wird typischerweise 0,05 bis 3,0 s lang nach einem Betrieb von 0,1 - 30 s der Hohlröhrenelektrode 10 durchgeführt.
Das Elektrolyt E, das von den Löchern H im Werkstück W herausläuft, wird in einen Versorgungstank 20 abgeleitet. Der Versorgungstank 20 ist mit einem Wärmetauscher 22 versehen, der das Elektrolyt zur Aufrechterhaltung einer erwünschten Temperatur erwärmt oder abkühlt. Eine Pumpe 24 ist mit dem Versorgungstank 20 zum Recyceln des Elektrolyts durch den Filter 26, die Zufuhrröhre 28, den Druckcontroller 31 und den Strömungsmesser 30 in den Verteiler 9 verbunden.
Im Betrieb zirkuliert das in Figur 1 gezeigte STEM-System das Elektrolyt durch das System, bis Löcher H mit ausreichender Tiefe im Werkstück W gebildet sind. Wenn das Loch H tiefer wird, rückt die durch den Verteiler 9, den Elektrodenhalter 8 und die Hohlröhrenelektroden 10 gebildete Struktur zum Werkstück W in Richtung eines Pfeils A durch ein Konstantvorschub- Servosystem (nicht gezeigt) vor. Daraus resultierend werden die Enden 13 der Hohlröhrenelektroden 10 in einer geeigneten Position zum optimalen Abtragen des Metalls vom Werkstück W gehalten. Im allgemeinen ist die Rate, mit der diese Komponenten entlang des durch den Pfeil A definierten Wegs vorgerückt werden, im wesentlichen gleich der Rate, mit der das Werkstückmaterial aufgelöst wird. Das System von Figur 1 ist mit einem (nicht gezeigten) Mechanismus versehen, der im Stand der Technik wohlbekannt ist und zur Steuerung des Betriebs der Spannungsquelle 32, des Konstantvorschub-Servosystems und des Elektrolyt-Zirkulationssystems dient.
Das STEM-Bearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Bohren von Löchern in eine Vielzahl leitender Materialien, wie z.B. rostfreien Stahl 304, rostfreien Stahl 321, rostfreien Stahl 414, Inconel-Legierung 718, Inconel-Legierung 625, Inconel-Legierung X-750 und Inconel-Legierung 825 verwendet werden. Löcher mit einer Tiefe von 610 mm können mit Länge- Durchmesser(d.h. Aspekt)-Verhältnissen von bis zu 300:1 und Durchmessern im Bereich von 0,5 bis 6,4 mm erzeugt werden. Ovale und andere Formen sollten eine Minimalbreite von 0,5 mm und ein Verhältnis der größeren zur kleineren Achse von 3:1 aufweisen.
Das Elektrolyt ist eine Lösung, das eine Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salpetersäure, Schwefelsäure, Salzsäure und Mischungen davon enthält. Im allgemeinen weist das Elektrolyt eine volumetrische Säurekonzentration von 16 bis 18 Volumenprozent auf. Das Elektrolyt wird auf das Werkstück W bei einer Temperatur von 18 bis 32ºC unter der Wirkung des Wärmetauschers 22 und unter einem Druck von 344 bis 551 KPA, der durch den Entladungsdruck der Pumpe 24 erzeugt wird, welcher durch den Druckcontroller 31 geregelt wird, aufgebracht. Der Gehalt an Metallpartikeln im Elektrolyt beträgt maximal 45 bis 2500 mg/Liter. Im allgemeinen steigt die Leitfähigkeit mit der Konzentration von Metall und Säure im Elektrolyt. Höhere Säurekonzentrationen resultieren in einer erhöhten Metallentfernung vom Werkstück. Jedoch können beschleunigte chemische Angriffe auf die Elektroden stattfinden. Eine erhöhte Säurekonzentration im Elektrolyt erhöht ebenfalls die Lochgröße. Erhöhungen der Elektrolyttemperatur haben denselben Einfluß wie Konzentrationserhöhungen.
Die Spannungswelle 32 ist im allgemeinen eine Gleichstromversorgung. Sie weist eine Spannung von 1 bis 15 Volt, eine Vorwärtseinschaltzeit von 0,1 bis 3 5 und eine Umkehrzeit von 0,05 bis 3 s auf. Im allgemeinen wird die Querschnittsfläche des gebohrten Lochs größer, wenn die Spannung zunimmt. Jedoch ist es nicht wünschenswert, am oberen Grenzwert des Spannungsbereichs zu arbeiten, da die resultierende erzeugte Wärme die Beschichtung aus dem dielektrischen Material 14 beschädigen kann und den Aufbau von Metallionen an der Elektrode beschleunigt.
Die Hohlröhrenelektroden 10 sind im allgemeinen aus Titan wegen seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber der elektrolytischen Wirkung hergestellt. Die Schicht aus dem dielektrischen Material 14 muß ebenfalls glatt sein, eine gleichmäßige Dicke aufweisen, konzentrisch mit der Röhre sein, fest an der Metallröhre 12 anhaften und frei von Nadellöchern oder fremdem Material sein. Die Geradlinigkeit ist wesentlich zur Erzielung einer zufriedenstellenden Lochqualität. Geeignete dielektrische Materialien enthalten Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Keramiken und Gummis. Ein besonders bevorzugtes dielektrisches Beschichtungsmaterial ist ALKANEX .
Im allgemeinen weist das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zwei Stufen auf -- d.h. Bohren von Löchern in ein Werkstück und darauffolgendes Polieren der gebohrten Löcher. Während der Lochbohrphase des Verfahrens werden die Löcher vorzugsweise in einem festen Werkstück wie dem Werkstück W in Figur 1 durch das oben beschriebene Verfahren erzeugt. Nachdem Löcher einer geeigneten Länge im Werkstück W gebildet sind, zieht ein Konstantvorschub-Servosystems (nicht gezeigt) den Abschnitt der Vorrichtung, der aus dem Zufuhrverteiler 9, dem Elektrodenhalter 8 und den Hohlröhrenelektroden 10 besteht, weg vom Werkstück W und aus den Löchern H heraus. Als Resultat des Bohrprozesses weisen die Löcher H eine Oberflächenrauhigkeit von 0,8 - 1,0 µm auf. Dies wird mit einer Bohrgeschwindigkeit (d.h. einer Rate, unter der die Hohlröhrenelektroden 10 in die Löcher 10 vorrücken) von 0,4 bis 5,0 mm pro Minute erreicht.
Die Oberflächen der Löcher H können durch den folgenden Schritt des Polierens geglättet werden. Dieser umfaßt wiederum das Vorrücken des Verteilers 9, des Elektrodenhalters 8 und der Hohlröhrenelektroden 10 zurück in die Löcher H unter Benutzung des Konstantvorschub-Servosystems (nicht gezeigt), wobei ein Elektrolyt E aus dem Verteiler 9 durch die Hohlröhrenelektroden 10 und in die Löcher H geleitet wird. Das Elektrolyt E wird dann durch die Röhre 18 in den Versorgungstank 20 zurückgeführt und durch die Pumpe 24 über den Filter 26, die Zufuhrröhre 28, den Druckcontroller 31 und das Strömungsmeßgerät 30 recycelt. Während dieser Zeit bildet die Spannungsquelle 32 eine elektrochemische Zelle über den Anodenkontakt 36 und den Kathodenkontakt 40.
Die Hauptunterscheidung zwischen dem Rohrschritt und dem Polierschritt ist die Geschwindigkeit, mit der das Konstantvorschub-Servosystem den Verteiler 9, den Elektrodenhalter 8 und die Hohlröhrenelektroden 10 in die Löcher H vortreibt. Insbesondere beträgt die Poliergeschwindigkeit 12 bis 36 mm pro Minute, wohingegen, wie oben erwähnt, die Bohrgeschwindigkeit 0,4 bis 5,0 mm pro Minute beträgt. Somit beträgt das Verhältnis der Bohrgeschwindigkeit durch das Werkstück W zur Poliergeschwindigkeit durch das Werkstück W etwa 1:2,5 bis 1:25. Als Resultat des Polierschritts beträgt die Oberflächenrauhigkeit des Lochs H nach dem Polieren 0,4 bis 0,5 µm. Solche erhöhte Glätte reicht dazu aus, daß eine Extrusion von Material durch Formen, welche in Übereinstimmung mit diesem Verfahren hergestellt sind, durchführbar ist.

BEISPIELE

Beispiel 1

Unter Benutzung einer STEM-Vorrichtung wie der in Figur 1 gezeigten wurden zwei Teile aus rostfreiem Stahl nach USN # S45000 mit 6,35 mm × 29,083 mm × 203,2 mm, die zusammen geklemmt waren, mit einem 1,448 mm großen Testloch durch ihre in Eingriff stehenden Oberflächen gebohrt. Solch ein Bohren wurde bei 9 Volt, 165 Ampere, einer Elektrodenzufuhrrate von 0,889 mm pro Minute und einem Elektrolytdruck von 448 KPA durchgeführt. Nach Vervollständigung des Bohrens wurden die zwei Teile getrennt und ihre Oberflächenrauhigkeit gemessen. Es stellte sich heraus, daß der Bereich der Löcher, der gebohrt, aber nicht poliert war, eine mittlere Oberflächenrauhigkeit von 0,787 - 0,862 Mikrometer, und zwar gemessen mit einem Perthen Modell S6P Perthometer, das von Feinpruef Corp., Charlotte, NC geliefert wird, aufwies. Nach Durchführung solcher Messungen wurden die Teile zum Polieren zusammengeklemmt.
Ein Abschnitt des gebohrten Lochs wurde durch Durchlassen der Elektrode der STEM-Vorrichtung zum Teil in das zuvor gebohrte Loch poliert. Während dieser Prozedur wurde die Vorrichtung mit 9 Volt, 165 Ampere, einer Elektrodenzufuhrrate von 25,4 µm pro Minute und einem Elektrolytdruck von 448 KPA betrieben. Nachdem das Polieren vervollständigt war, wurden die Teile entklammert, und die Oberflächenrauhigkeit des Abschnitts des Lochs, der sowohl gebohrt als auch poliert wurde, wurde gemessen, und es stellte sich heraus, daß er einen Wert von 0,337 bis 0,375 Mikrometer aufwies. Somit hat der Polierschritt gemäß der vorliegenden Erfindung die Oberflächenrauhigkeit des zuvor gebohrten Lochs in signifikanter Weise reduziert.
Unter Benutzung eines Rasterelektrodenmikroskops wurden Aufnahmen von den Abschnitten des Lochs gemacht, die nur gebohrt wurden, und von denen, die sowohl gebohrt als auch poliert wurden. Figur 3 ist eine Elektrodenmikroskop-Aufnahme mit 1000-facher Vergrößerung vom Loch, das nur gebohrt wurde. Figur 4 ist eine Elektrodenmikroskop-Aufnahme vom Gegenstand von Figur 3 mit einer 5000-fachen Vergrößerung. Figur 5 ist eine Elektrodenmikroskop-Aufnahme mit einer 1000-fachen Vergrößerung von dem Abschnitt des Loches, der sowohl gebohrt als auch in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung poliert wurde. Figur 6 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme des Gegenstandes von Figur 5 mit einer 5000-fachen Vergrößerung.

Beispiele 2-14

Löcher wurden in Testteile wie die in Beispiel 1 beschriebenen unter Benutzung der Bohrausrüstung und der in diesem Beispiel eingestellten Parameter gebohrt. Nachdem die Teile entklammert waren, wurden sie hinsichtlich der Oberflächenrauhigkeit, wie in Beispiel 1 beschrieben, vermessen, und es stellte sich heraus, daß sie Rauhigkeitswerte von 0,787 bis 0,862 Mikrometer aufwiesen.
Nach erneuten Zusammenklemmen der Testteile wurden sie durch Durchlassen der Elektrode der STEM-Vorrichtung durch das zuvor gebohrte Loch poliert. Diese Prozedur wurde unter den nachstehend in Tabelle I aufgestellten Bedingungen ausgeführt. Die Oberflächenrauhigkeit der polierten Löcher wurde dann so wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Resultate dieser Messungen sind in Tabelle I aufgeführt. TABELLE I
Die Oberflächenrauhigkeitswerte, die in Tabelle I aufgelistet sind, demonstrieren wiederum, daß das Polierverfahren nach der vorliegenden Erfindung die Oberflächenrauhigkeit der zuvor mit der STEM-Ausrüstung gebohrten Löcher in signifikanter Weise reduziert.

Beispiele 15-17

Zusammengeklemmte Testteile wie die in Beispiel 1 benutzten wurden mit einer STEM-Vorrichtung wie der in Beispiel 1 offenbarten gebohrt, wobei das Bohren mit 8 Volt, mit 165 Ampere, einer Elektrodenzufuhrrate von 0,889 mm pro Minute und einem Elektrodendruck von 448 KPA ausgeführt wurde. Nach Vervollständigung des Bohrens wurden die zusammengeklemmten Teile getrennt und ihre Oberflächenrauhigkeit unter Benutzung der in Beispiel 1 beschriebenen Ausrüstung gemessen. Daraus resultierend stellte sich heraus, daß die gebohrten Löcher eine Oberflächenrauhigkeit von 0,787 - 0,862 Mikrometer aufwiesen.
Nachdem die Teile wieder zusammengeklemmt waren, wurden die gebohrten Löcher durch Durchlassen der Elektrode der STEM- Vorrichtung durch die zuvor gebohrten Löcher unter den nachstehend in Tabelle Ii aufgeführten Betriebsbedingungen poliert. Die polierten Löcher wurden dann hinsichtlich ihrer Oberflächenrauhigkeit vermessen, wie in Beispiel 1 beschrieben, und es stellte sich heraus, daß sie die in Tabelle II aufgewiesenen Werte aufwiesen. TABELLE II
Die Daten für die Beispiele 15-17 demonstrieren somit wiederum die verbesserte Oberflächenrauhigkeit, die mit dem Polierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt wird.

Claims

1. STEM-Bearbeitungsverfahren zum Bilden eines Loches (H) in einem Metallwerkstück (W) durch Vorrücken einer Metallröhrenelektrode (10) gegen das Werkstück (W) und gleichzeitigem Durchlassen eines Elektrolyts (E) durch die Röhre (10) und in Kontakt mit dem Werkstück (W) und gleichzeitigem Fließenlassen eines elektrischen Stroms zwischen der Röhre (10) und dem Werkstück (W) durch das Elektrolyt (E) zur Abtragung von Metall von dem Werkstück (W) zur Bildung eines gebohrten Lochs (H),

dadurch gekennzeichnet, daß

das gebohrte Loch (H) nach dem Bohren durch Vorrücken einer Metallröhrenelektrode (10) in das Loch (H) unter gleichzeitigem Durchlassen eines Elektrolyts (E) durch die Röhre (10) und in das Loch (H) und unter gleichzeitigem Fließenlassen eines elektrischen Stroms zwischen der Röhre (10) und dem Werkstück (W) durch das Elektrolyt (E) poliert wird, wobei das Vorrücken der Metallröhrenelektrode (10) in das gebohrte Loch (H) unter einer Rate durchgeführt wird, welche zur Reduzierung der Rauhigkeit der Oberflächen des gebohrten Lochs (H) wirksam ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnisse der Bohrgeschwindigkeit durch das Werkstück (W) zur Poliergeschwindigkeit durch das Werkstück (W) 1:2,5 bis 1:25 beträgt und/oder daß die Bohrgeschwindigkeit 0,4 - 5,0 mm / Minute beträgt und/oder daß die Poliergeschwindigkeit 12 - 36 mm / Minute beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (H) eine Oberflächenrauhigkeit von 0,4 - 0,5 µm nach dem Polieren aufweist und/oder daß das Loch (H) eine Oberflächenrauhigkeit von 0,8 - 1,0 µm nach dem Bohren aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolyt (E) für das Polieren und das Bohren eine Säure ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Salpetersäure, Schwefelsäure, Salzsäure und Mischungen davon, enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolyt (E) eine volumetrische Säurekonzentration von 16 - 18 Volumenprozent aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch den Schritt: periodisches Umkehren der Spannungsquellenpolarität während des Polierens und des Bohrens zur Verhinderung eines Aufbaus von abgeschiedenem Metall auf der Metallröhrenelektrode (10).

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallröhrenelektrode (10) außen mit einem dielektrischen Material (14) mit Ausnahme ihres Endes (13), wo das Elektrolyt (E) gegen das Werkstück (W) entladen wird, bedeckt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Loch (H) ein Länge-Durchmesser-Verhältnis von bis zu 300:1 aufweist und/oder daß das Werkstück (W) eine Loch(H)- Konfiguration von einer Extrusionsform aufweist, welche zur Benutzung beim Extrudieren keramischer Wabenmaterialien geeignet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere der folgenden Schritte (a, b, c):

(a) Sammeln des Elektrolyts (E), nachdem es das Werkstück (W) während des Polierens und des Bohrens kontaktiert hat,

(b) Recyceln des gesammelten Elektrolyts (E) zur Metallröhrenelektrode (10) zur Wiederbenutzung beim Polieren und Bohren,

(c) Filtern des Elektrolyts (E) während des Recycelns.