Referat Chemisches Abtragen (CM)

Chemisches Abtragen CM)

Beim chem schen Abtragen setzt sich der Werkstoff unter direkter Reaktion mit dem Wirkmedium in eine Verbindung um, die fl chtig oder mindestens leicht entfernbar ist. Daf r ist oft die Zuf hrung einer Reaktionsw rme erforderlich. Dann können die Verfahren auch unter Thermisch chemisch' eingeordnet werden. Werkst k oder und Medium sind elektrisch nichtleitend. Verfahrensbeispiel: Glas tzen.

Abbrennen (Thermisch-chemisches Verfahren; TCM)

Vorgang:

Das Werkst ck wird einer kurzzeitig vorhandenen Temperaturspitze von bis zu 0 C ausgesetzt d.i thermisch). Partien mit gro er Oberfläche bei kleinem Volumen, z B. Grate oder Sp ne, verbrennen bei dieser Entzündungstemperatur in Sauerstoff berschuß d. i. chemisch) Je kleiner das Verhältnis Oberfläche zu Volumen ist, desto mehr geht das Verbrennen in Schmelzen ber. Die

kompakten Werkst ckanteile werden nicht beeinflußt. weil die W rme so kurzzeitig auffritt, daß sie nur wenig in das Teil eindringen kann und dann rasch in das Volumen abflie t.

Wegen der faktischen Begrenzung auf Entgraten wird das Verfahren im deutschsprachigen Raum auch Thermische Entgratmethode' TEM) oder Explosionsentgraten' genannt.

- Technik

Die Werkst cke werden ungeordnet, geordnet oder in Haltevorrichtungen auf einen sog. Schließteller gebracht. Dieser wird hydraulisch (manchmal mechanisch) innerhalb einer Maschine gegen eine zylindrische Entgratkammer hochgedrückt und schließlich dadurch gasdicht.

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ber einen Mischblock wird hydraulisch wegen der gew nschten Verdichtung) ein Sauerstoff- Brennstoffgemisch etwa ) in die Kammer gedrückt und dann gezündet. Als Brenngas verwendet man : Wasserstoff,Methan od. Erdgas (letzters aus dem Netz, darum wird es verdichtet

Das Gasgemisch hüllt das Werkst ck überall, auch innen und an unzug nglichen Stellen ein Durch die Z ndung erfolgt die Verpuffung des Brenngases innerhalb von ms, so daß die Werkst cke nur auf < 0 C erwärmt werden Die dünnen Grate erreichen jedoch Entz ndungstemp. Und verbrennen.

Dieser Vorgang läuft solange ab, wie Sauerstoff vorhanden ist nd keine Abkühlung durch zu gro e

Querschnitte stattfindet. Gewindespitzen werden deshalb nicht angegriffen. Die entstandenen Oxide schlagen sich auf der Werkst ckoberfläche nieder. Die Oxidschicht wird nachfolgend in einem phosphorsäurehaltigen Bad behandelt. Bei Eisenwerkstoffen entsteht dabei eine korro- sionssch tzende Phosphatschicht. Diese Behandlung entfällt bei Stahl und bei Werkst cken die später galvanisiert oder lackiert werden, z. B. meist bei Zink und Aluminium.

ie Entgratkammer hat eine Absaugung. Die ganze Anlage ist schallisoliert. Damit das Beladen die Taktzeit von < 0 Sekunden nicht verlängert, ist in der Regel ein Rundschalttisch integriert, auf dem fünf oder sechs Schließteller lagern.

- Anwendung

Mit TEM zu behandelnde Werkstoffe sind blicherweise: Stahl und Graugu , Zink, Aluminium, Kupfer Zink-Legierung. - Grate, die von der Zerspanung oder vom Gie en herrühren, werden entfernt, Kanten werden verrundet beircrassivem Stahl r 5 mm). Der Aufwurf vom Bohrereintritt wird wesentlich verringert. Bei Druckguß werden Formteilungsgrate mit dickem Fuß stark abgeflacht.

Da das Verfahren auch an verdeckten Stellen sicher arbeitet und keine Späne übrig l t ist es bei funktions- und sicherheitsrelevanten Werkst cken gefordert.

Elektrochemisches Abtragen (EcM)

Beim elektrochemischen Abtragen wird Werkstoff unter Einwirkung eines Elektrolyten und von Strom anodisch aufgel st. Das Werkstück muß demnach elektrisch leitend sein. Der Stromfluß entsteht entweder durch eine äu ere Stromquelle (Elysieren) oder durch rtliche Elementbildung (elektrochemisch Atzen, d. i. Metallätzen).

_Vorgang:

Das Verfahren beruht auf dem Prinzip der elektrochemischen Aufl sung an der Anode

Bei einer Elektrolyse wandert das im Elektrolyten enthaltene Metall (lon) an die Katode, der S ure- rest an die Anode.

An der Katode entsteht:

2 Na + 2 H 0 wird 2 NaOH + H2

An der Anode entsteht:

2 CI + Fe wird Fe CI2

Daraus wird:

2 NaOH + FeCl2 wird 2 NaCl + Fe OH 2 1

Weitere Elektrolyte sind NaNO , KCI, NaOH.

Erkenntnisse:

- Die Katode nutzt nicht ab, ihre Substanz ist unbeteiligt. Sie wird als verschlei freies Werkzeug benutzt.

- Die Anode geht in L sung (anodischer Abtrag . Das Werkst ck muß also Anode sein. Der Abtrag

ist von der Werkstückhärte unabhängig.

Wasserstoff wird frei (Explosionsgefahr, elektrische Isolation der Katode durch Gasblasen). Der Elektrolytlösung wird ständig Wasser entzogen. Dadurch steigen Konzentration und Leitfähig- keit. Gro en Behälter verwenden,

- NaCl wird nicht verbraucht.

In der Elektrolytlösung (elektrischer Widerstand) wird W rme frei. Durch die Temperatursteige- rung steigt auch die Leitf higkeit. Die Temperatur kann nicht über 0 C ansteigen, daher besteht praktisch kein Wärmeeinfluß auf das Werkst ckgef ge.

An Elysiermaschinen wird der Elektrolyt oft gekühlt und auf + 1 oC geregelt.

- Gr ere Mengen Fe(OH)2 (Anodenschlamm) fallen an (1 cm3 Fe entspricht ca. 4 cm3 Schlamm). Also: Elektrolyt st ndig reinigen.

Im Anodenschlamm sind auch giftige Bestandteile enthalten, z. B. Nitritionen und - bei Cr legier- ten Werkst cken - Cr lonen. Also: Entgiftung, Vorschriften beachten!

- Die erreichte Rauhtiefe ist gering 5 . . . 5 m, jedenfalls rund 0 . . . % der Ausgangsrauheit

Durch den Abtrag der amorphen Schicht besteht die Oberfläche des Werkstückes aus dem kristallinen Grundgefüge.

Anwendung

Entsprechend der Elektroerosion unterscheidet man in Anlehnung an die mechanischen Fertigungs- verfahren: elektrochemisches, elektrolytisches oder Elysiersenken, -gravieren, -schleifen, honen,

drehen, entgraten usw. Meistens ist nur der Serieneinsatz wirtschaftlich. Elysiermaschinen sind

teurer als normale Werkzeugmaschinen.

Beim elektrochemischen Senken wird das Werkzeug (Katode: Kupfer, Messing, nichtrostender

Stahl) mit einer Vorschubgeschwindigkeit v, in das Werkstück zugeführt. Durch das hohle Werkzeug wird Elektrolyt mit einem Druck von 0 . . . 5 bar in den Wirkspalt gepreßt. Das ergibt eine Elektrolytgeschwindigkeit von 0 . . . 0 m s. Sie ist auch erforderlich, um die isolierenden Gas- blasen zu entfernen. Bei zu hoher Strömgeschwindigkeit des Elektrolyten entstehen an der Ober- fläche Riefen. Elektrolytreinigung ist unbedingt notwendig, weil Schlammteilchen zu unerwünschten Kurzschlüssen und Verstopfungen f hren.

Bei gro er Bearbeitungsfläche m ssen die auftretenden Kräfte ber cksichtigt werden! Durch die

Elektrolytzuf hrungskanäle im Werkzeug ergeben sich im Werkst ck Rippen oder Zapfen, die nach- träglich entfernt werden m ssen.

Die Abtragrate beträgt f r Stahl etwa 2 mm A . min), die Vorschubgeschwindigkeit ist von der

Stromdichte A/cm2 C ) abhängig. Je grö er sie ist, desto gr er kann auch v sein,

oder je gr er die Bearbeitungstläche, desto kleiner muß v, sein. Praktische Werte liegen bei mm min je nach Stromdichte, z B. Stromdichte ~ 0 A cm2 entspricht v = 5 mm min

BILD 2

Je höher die Vorschubgeschwindigkeit vf und je niedriger die Spannung U sind, desto kleiner ist der Wirkspalt s und desto gr er sind die Abbildungsgenauigkeit und die Ober- flächengüte.

Nicht nur an der Stirnseite der Katode, sondern auch an der Mantelfläche findet ein dauernder Werkst ckabtrag statt. Dadurch entsteht eine bogenf rmige Mantellinie der Bohrung, die eigentlich achsparallel gew nscht war. Zur Abhilfe wird das Werkzeug au en elektrisch isoliert, und zwar

mit kleinerem Durchmesser, damit der Elektrolyt besser abflie en kann ( Bild ).

Beim Formentgraten liegt die Bearbeitungszeit unter 1 min, beim Badentgraten Stromdichte bis

3A cm ) h her.

ELEKTROCHEMISCHE SPANNUNGSERZEUGUNG ELEKTROCHEMISCHE SPANNUNGSREIHE

H lt man ein St ck Metall in einen Elektrolyten so gehen Metallionen im Elektrolyten in Lösung bis bei

einer bestimmten Konzentration an Metallionen ein Gleichgewichtszustand erreicht wird. Das Metall- st ck, die Elektrode, w rd gegen den Elektrolyten elekrisch negativ aufgeladen - es kommt zu einer elektrolytische Polarisation. Verbindet man zwei Elektroden ungleichen Materials über einen Spannungsmesser, so zeigt dieser einen Ausschlag in Folge der ungleichen Polarisationsspannungen der beiden Metalle an Differenzspannung . Die folgende Tabelle zeigt die elektrochemischen Spannungen verschiedener Elemente gegenüber Wasserstoff. Die zwischen zwei beliebigen Elementen auftretende Spannung folgt aus der Differenz der Zahlen werte. Je gr er die Differenz der elektrochemischen Spannung zweier Metalle ist, desto schneller und in grö erem Umfang erfolgt die Zerstörung des jeweils elektronegativeren 'unedleren' Metalls.

TABELLE

_{Galvanische Elemente}

Diese sind Spannungsquellen, die nach dem Prinzip der elektrolytischen Polarisation arbeiten. Die erzielbare Spannurig hängt nicht von der Gr e der Elektroden oder deren Abstand ab, sondern lediglich von den Materialien der Elektroden.

L t man von der Spannung einen Strom ber einen äu eren Kreis treiben, so verschieben sich die Potentiale an den Elektrodenoberflächen, wodurch im Elektrolyten ein elektrisches Feld entsteht, welches die negativen lonen im Elektrolyten zur positiveren Oberfl che treibt, das ist die der negativen Elektrode; entsprechend wandern die positiven lonen zum positiven Pol mit dessen negativerer Oberfl che.

Durch chemische Umsetzungen an den Elektroden mit dem Elektrodenmaterial oder anderen beteiligten Substanzen werden im Lauf der Zeit alle an der Umsetzung beteiligten Ausgangsmaterialien verbraucht; das galvanische Element verliert seine Spannung und damit die F higkeit elektrische Leistung abzugeben. Bei den s g. Trockenlementen wird der fl ssige Elektrolyt durch Beimengungen von pulverigen Massen bis zur Breiform verdickt, wodurch eine robustere Ausführung solcher Zellen möglich ist.

Elektrochemische Spannungsreihe

Um die vielen Metalle bez glich ihrer Reaktionsfähigkeit - zumindest im ungef hren miteinander vergleichen zu k nnen, ging man daran, sie nach einem bestimmten System zu ordnen. Dabei gilt als Ordnungsprinzip das verschieden starke Bestreben, Elektronen abzugeben, d h. Kationen in einer L sung auszubilden.

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In der Spannunqsreihe stehen links vom Wasserstoff unedle, rechts edle Metalle. Unedle Metalle lösen sich leichter, d h. werden leichter oxidiert, als die edlen Metalle.

Da in der Spannungsreihe links stehende Metalle leichter oxidierbar sind als die rechts stehenden, ist es verständlich, daß die links stehenden Metalle, rechts stehende Metalle, die als lonen in Lösungen vorliegen, reduzieren können Dabei werden sie selbst gleichzeitig oxidiert Mittels der Spannungsreihe kann man solche Redoxreaktionen vorausbestimmen.

Möglichkeiten der Reinigung

Die verfahren zur Reinigung von Oberflächen werden in die Gruppen mechanische, chemische und elektrolytische Behandlungen unterteiit.

mechanische Oberflächenbehandlungen

- Schleifen

- Polieren

- Strahlen

Chemische Oberflächenbehandlungen

- Beizen

Elektrolytische Oberflächenbehandlung