Gratfreies elektrochemisches Schleifen

Gratfreies elektrochemisches Schleifen (ECG) oder Trennen (ECC) ist ein hybrides Abtragsverfahren für Metalle. Hierbei werden abrasives Schleifen und elektrochemische Bearbeitung (ECM) kombiniert. ECM ist ein nicht herkömmliches Abtragsverfahren für Metalle und wurde vor vielen Jahren entwickelt, basierend auf den Gesetzmäßigkeiten der Elektrolyse nach Michael Faraday. Faraday fand heraus, dass Metalle aufgelöst werden können, wenn ein Gleichstrom unter Anwesenheit von Elektrolyt über einen kleinen Spalt fließt. Der Stromfluss zwischen zwei Elektroden -der Anode und der Kathode- bewirkt, dass sich die Anode auflöst.

In einer elektrochemischen Schleifmaschine wird eine leitfähige Schleifscheibe als Kathode verwendet und das Werkstück wird zur Anode. Das Metall wird abgetragen sowohl durch mechanisch abrasive Vorgänge als auch durch eine schonende elektrochemische Auflösung des Metalls. Somit kann das Metall mit sehr niedriger Temperatur, sehr kleiner Belastung und sehr geringer mechanischer Verformung geschliffen bzw. geschnitten werden.  Hieraus ergibt sich ein gratfreier Schliff bzw. Schnitt, der die bei den meisten anderen Bearbeitungsverfahren benötigten Entgrateprozesse eliminiert. Eine typische Anwendung ist beispielsweise das gratfreie Trennschleifen von Rohren.

In Abbildung 1 wird der typische Aufbau einer elektrochemischen Schleifmaschine gezeigt. Der Pluspol (+) der Gleichspannungsquelle ist mit der Vorrichtung verbunden, welche das Material festspannt, in diesem Beispiel Edelstahlrohr. Der Minuspol (-) ist über Kontaktbürsten und einen Kollektorring mit der Schleifspindel verbunden. Die leitfähige Schleifscheibe fungiert als Kathode und löst das Anodenmaterial auf, wobei die Schleifpartikel die Metalloxidschicht abtragen. Ein gewisser Anteil an mechanisch abrasivem Schleifen ist fast immer vorhanden. Das Verhältnis zwischen dem mechanischen und elektrochemischen Abtrag ist durch Anpassung der Systemparameter vollständig variabel. Ein häufiger Irrtum bezüglich ECG ist, dass die Scheibe keinen Kontakt zum Werkstück hat. Die Scheibe ist fast immer in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück, aber die auf die Scheibe wirkende Last hängt von mehreren Faktoren ab.

Abb. 1

Typischer Aufbau einer elektrochemischen Schleifmaschine (Zur Vergrösserung anklicken)

Das Elektrolyt spielt eine wesentliche Rolle beim elektrochemischen Schleifverfahren. Das Elektrolyt wird aus einem Vorratstank gepumpt und über eine Düse auf die zu bearbeitende Stelle aufgebracht, genau wie Kühlschmiermittel bei einem herkömmlichen Schleifverfahren. Anders als Kühlschmiermittel jedoch trägt der Elektrolytfluss Material ab. Der Elektrolyt muss richtig aufgebracht werden um präzise Schliffe sicherzustellen. Für die meisten Metalle wird eine Lösung aus Natriumnitrat (NaNO3) und anderen chemischen Zusätzen verwendet. Gewöhnliches Kochsalz (NaCl) ist im Allgemeinen zu korrosiv und wird nur bei sehr schwierig zu bearbeitende Materialien eingesetzt. Auf Natriumnitrat basierende Lösungen wie Tridex TX-1 sind einfach zu verwenden und erfordern nur geringe Wartung durch den Bediener.

Die wichtigsten Parameter beim elektrochemischen Schleifverfahren sind Spannung, Elektrolytfluss, Vorschubrate und Scheibentyp. Nachfolgend ein kurzer Überblick über die Parameter und ihren Einfluss:

Spannung – Niedrige Spannung äußert sich in geringer elektrochemischer Aktivität und stärker abrasivem Schleifen mit sehr schwachem Entgraten. Höhere Spannung bewirkt eine stärkere elektrochemische und eine geringere abrasive Aktivität. Eine richtig ausgelegte Gleichspannungsquelle (Gleichrichter) ist entscheidend für präzise Schliffe und eine hohe Oberflächengüte. In Maschinen von Tridex kommen nur die neuesten Halbleiter-Gleichrichter zum Einsatz, damit unter allen Arbeitsbedingungen eine präzise Spannungsregelung gegeben ist.

Elektrolytfluss – An der  Schleifstelle muss genügend Elektrolytfluss vorhanden sein um eine elektrochemische Zelle zu schaffen und um den Prozesskreis zu schliessen. Allerdings kann zu starker Elektrolytfluss einen Metallabtrag ausserhalb des gewünschten Bereiches bewirken. Die Maschinen von Tridex haben fortschrittliche Einstellmögichkeiten für den Elektrolytfluss, damit die richtige Menge für den Schliff bereitgestellt wird.  Tridex kann alle Elektrolyte für Ihre Schleif- und Trennschleifanwendungen liefern.

Vorschubrate – Die Vorschubrate beim elektrochemischen Schleifen ist ähnlich wie beim Tiefschleifen, üblicherweise im Bereich 13 – 100 mm/min (0.5 – 4″/min), je nach Abhängigkeit von der Schnittgröße und dem Querschnitt des Materials. Für einen gleichmäßigen Schliff und höchste Genauigkeit ist ein präziser Servoantrieb am besten geeignet. Eine langsame Vorschubrate erlaubt stärkere elektrochemische Aktivität und niedrigere Schleifkräfte. Eine schnellere Vorschubrate erhöht den Anteil abrasiver Aktivität im Schliff.

Scheibentyp – Beim elektrochemisches Schleifen kommt eine Vielzahl von Scheiben zum Einsatz, allerdings müssen alle Scheiben elektrisch leitfähig sein. Die standardmäßige ECG-Scheibe hat gewöhnlich Aluminiumoxid (AlOx) als Schleifkörper und Kupfer für die Leitfähigkeit in einer Harzbindung. Sie sind günstig, einfach zu profilieren und ergeben sehr gute gratfreie Schliffe. Die meisten gratfreien Trennschleifanwendungen für Rohre werden mit diesen harzgebundenen AlOx-Kupferscheiben durchgeführt. Auch häufig verwendet werden Schleifkörper aus Diamant, CBN oder Keramik in leitfähigen Harzbindungen. Es werden auch metallgebundene Scheiben verwendet, allerdings werden diese überwiegend für Anwendungen mit Wolframcarbid eingesetzt. Die Standzeit der Scheiben ist gewöhnlich sehr gut beim elektrochemischen Schleifverfahren. In vielen Fällen ist die Lebensdauer einer Scheibe 30-50 mal höher als bei üblichen abrasiven oder Tiefschleifverfahren. Aufgrund des niedrigen Scheibenverschleißes wird das Abrichten und Profilieren auf ein Minimum reduziert und wird in einigen Fällen nicht benötigt. Für viele Anwendungen können ECG-Scheiben mit komplexen Formen für Formschleifen profiliert werden. Tridex ist Ihr bester Ansprechpartner für  Ihren Bedarf an ECG-Scheiben.