DE2153135A1

DE2153135A1 - Verfahren zur elektrochemischen herstellung eines genau definierten metallischen koerpers, vorzugsweise einer schaufel fuer stroemungsmaschinen

Info

Publication number: DE2153135A1
Application number: DE19712153135
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung P Antrag
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1971-10-26
Filing date: 1971-10-26
Publication date: 1973-05-03

Description

Verfahren zur elektrochemischen Herstellung eines genau definierten metallischen Körpers, vorzugsweise einer Schaufel für Strömungsmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrochemischen Herstellung eines genau definierten metallischen Körpers, vorzugsweise einer Schaufel für Strömungsmaschinen, wobei ein als Kathode geschaltetes Formwerkzeug in eine solche Distanz zu der zu bearbeiteten Fläche des Werkstückes (Anode) gebracht wird, daß eine unter Druck durch den entstandenen Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück geführte Elektrolyt-Lösung eine Materialabtragung an der Anode nach dem sogenannten "Faraday'schen Gesetz" herbeiführt.
Hierbei ist die herstellung des Formwerkzeuges (Kathode) vor allem wichtig und bei komplizierten Formen mit Schwierigkeiten verbunden, da der Arbeitsspalt zwischen Werkzeug (Kathode) und Werkstück (Anode) nur thesetisch gleichmäßig ist. In Wirklichkeit wird das elektrochemische Equilibrium über die gesamte, abzutragende Fläche durch Faktoren wie Strömungsgeschwindigkeit und/oder Druck des Elektrolyten, insbesondere bei kurvenförmigen oder unebenen Flächen mehr oder weniger beeinflußt.
Eine Kathode stellt also in diesen Fällen nicht die genaue Negativform des Werkstückes dar. Deshalb ist die Bestimmung der Kathodenform auf dem üblichen Wege nur empirisch möglich und erfordert meist eine größere Anzahl von Versuchen bis zur Bestimmung der endgültigen Form.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein olektrochemisches Verfahren zur Herstellung bzw. Bearbeitung eines Werkstückes und des hierfür notwendigen Werkzeuges zu schaffen, mit dem die vorstehend genannten Schwierigkeiten beseitigt werden können und ein weitestgehend einfacher, kostensparender und somit äußerst rationeller Herstellungsprozeß gewährleistet werden kann.
Dabei soll weiter eine optimale Eathodenform des Werkzeuges im Rahmen dieses Herstellungsverfahrens erzielt werden können.
Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, im Rahmen der genannten Problemstellung eine hierfür besonders geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe soll zunächst ein Schaufel modell im Maßstab 1 : 1 z.B. aus rostfreiem Stahl verstellt werden, dessen Dicke jedoch um ca. 6 mm vergrößert wird. Dadurch en-tsteht ein-Körper, dessen Außenform durch das vorgegebene Profil bestimmt ist und der in einer Schnittlinie durch die Mitte der Schaufeleintritts- und -Austrittskantenradien um eine gewisse Distanz gespreizt ist. Dadurch wird dem Modell eine höhere Steifigkeit gegeben, die vor allem dessen Herstellung wesentlich erleichtert. Um die Negativform an der Kathode herzustellen, wird diese umgepolt als Anode und das Modell als Kathode gepolt.
Dann werden zwei Werkzeugglieder gleichzeitig, d.h. auf der Konkav- und Konvexseite auf das Schaufelmodell zu bewegt, wobei nach Erreichen eines gewissen Hindestabstandes der eigentliche elektrochemische Abtragungsvorgang mit der Elektrolytflüssigkeit als Leiter zwischen den beiden Polen beginnt. Die beiden Formwerkzeuge bewegen sich unter einem Winkel von 30 - 45° solange auf das Modell zu, bis die Gesamtform auf jeder Seite (konkav und konvex) am Jeweiligen Werkzeugglied abgebildet ist. Dann werden die beiden Werkzeugglieder in die Ausgangsstellung zurückgebracht und als kathoden umgepolt. Das Modell wird durch ein Stück Rohmater-ial aus dem vorgeschriebenen E;chaufelwerkstoff ersetzt und als Anode geschaltet.
Nunmehr sind die Voraus#setzungen zur elektrochemischen Schaufel herstellung erfüllt. Durch Beibehalten der zum Herstellen der Kathoden gewählten Maschineneinstellwerte wie beispielsweise Elektrolytmischung, Temperatur und Druck sowie Vorschubgeschwindigkeit der Kathoden, Stromstärke und Spannung wird nun die Schaufelform am Werkstück hergestellt. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, d.h. es kann eine praktisch unbegrenzte Stückzahl von Schaufelprofilen mit einer hohen Genauigkeit und mit den üblicherweise guten Oberflächengüten des elektrochemischen Verfahrens hergestellt werden.
Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles in der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert: Von einem Generator 1 zweigen die Stromleitungen 2, 3 ab, die mit den Werkzeuggliedern 4, 5 verbunden sind. Mit(G)ist das Modell der herzustellenden Schaufel bezeichnet, welches über ein weiteres Stromkabel 7 mit dem Generator 1 verbunden ist.
Für die Durchführung der Erfindung wird also zunächst das hinsichtlich der Formgebung der später herzustellenden Schaufel entsprechende, jedoch gegenüber diesem um etwa 6 mm dickere Modell (@) hergestellt und durch hier nicht weiter dargestellte Einrichtungen in seiner Lage fixiert. Um den grundsätzlich als kathode (-) geschalteten Werkzeuggliedern 4, 5 die notwendige und optimale Negativform für die spätere Schaufelherstellung zu vermitteln, wird durch einen gegebenenfalls am Generator 1 installierten Polwechselschalter (nicht dargestellt) das Modell (6) als Kathode gepolt (-) und die Werkzeugglieder 4, 5 werden als Anode gezielt (t). Awlsellließend werden dann die Werkzeugglieder 4, 5 in Richtung der Pfeile G, H sowie in zum Modell (6) geneigten Vorschubbewegungsbenen 7', 8 auf die Konkav- und Konvexseite des Modells (6) der Schaufel zu bewegt, wobei nach Erreichen eines gewissen Nindestabstandes der Stirnprofile 9, 1o der Werkzeugglieder 4, 5 zum Modell (6) der elektrochemische Abtragungsvorgang mit der Elektrolytflüssigkeit (Pfeile K, L) als Leiter zwischen den beiden Polen (+, -) beginnt.
Die beiden Werkzeugglieder 4, 5 bewegen sich solange auf das Modell (6) der Schaufel zu, bis die Gesamtform auf jeder Seite 9, 10 (konkav und konvex) am jeweiligen Werkzeugglied 4, 5 abgebildet ist. Dann werden die beiden Werkzeugglieder 4, 5 in Richtung der pfeile M, N wieder in ihre Ausgangslage gebracht und als Kathoden (-) epoJ L. Das inzwischen durch einen Schaufel rohling 6' ersetzte Modell (6) der Schaufel wird als Anode (+) geschaltet. Herauf sind die Voraussetzungen der elektrochemischen Materialabtragung des Schaufelrohlings 6' erfüllt. Unter vorteilhafter BeibehaLtung der eingangs bereits genannten Maschineneinstellwerte bzw. Betriebsgrößen kann nun der Schaufelrohling 6' in die Schaufelform gebracht werden, indem die Werkzeugglieder 4, 5 aus der Ausgangslage in Hichtung der Pfeile G, H nunmehr auf den Schaufelrohling 6' zu bewegt werden.
Weiter ist in der Zeichnung ein Maschinenkopf 11 angedeutet, dessen Vorschubbewegung im Falle der gewünschten elektrochemischer Materialabtragung durch den Pfeil V gekennzeichnet ist und welcher mittels hebeln 12, 13 gelenkig mit den Werkzeuggliedern 4, 5 verbunden ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Verfahren zur elektrochemischen Herstellung eines genau definierten metallischen Körpers, vorzugsweise einer Schaufel für Strömungsmaschinen, wobei ein als Kathode geschaltetes Formwerkzeug in eine solche Distanz zu der zu bearbeiteten Fläche des Werkstückes (Anode) gebracht wird, daß eine unter Druck durch den entstandenen Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück geführte Elektrolyt-Lösung eine Materialabtragung an der Anode nach dem sogenannten ''Faradaylschen Gesetz" herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein im wesentlichen den Dimensionen und der gewünschten Profilgebung einer Schaufel entsprechendes, Jedoch gegentiber der später zu fertigenden Schaufel etwas dickeres Modell hergestellt wird, worauf die Negativform der Schaufel an dem später als Kathode wirkenden i?ormwerkzeug hergestellt wird, indem dieses als Anode und das Modell als Kathode gepolt werden, hiernach das Formwerkzeug in die Ausgangsstellung gebracht wird und-nach Ersetzen des Modells durch einen Schaufelrohling -das Eormwerkzeug als Kathode und der Schaufelrohling als Anode umgepolt werden, um dann anhand des mit der Negativform versehenen Formwerkzeuges unter Beibehaltung der für die Herstellung der Negativform gewählten Betriebsgrößen im Pahmen einer geeigneten Vorschubbewegung in Richtung auf bzw. entlang des Schaufelrohlings die elektrochemische Materialabtragung herbeizuführen.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug aus mindestens zwei unter einer gleichmäßigen Vorschubbewegung beidseitig in Richtung auf das Modell bzw. den Schaufelrohling zu oder von diesem weg bewegbaren Werkzeuggliedern besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubbewegung der Werkzeugglieder in einer jeweils von oben außen nach innen unten auf das Modell bzw. den Schaufelrohling gerichteten Ebene erfolgt.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Ebene für die Vorschubbewegung der Werkzeugglieder mit einer waagerechten, duicli die Mittelachse des Werkzeugs bzw. Schaufelrohlings hindurchgehenden Ebene einen Winkel zwischen 30 und 45° einschließt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet7 daß den Werkzeuggliedern ein gemeinsamer, deren jeweilige Vorschubbewegung steuernder Maschinenkopf zugeordnet ist.