Elektrochemische Herstellung von Präzisionsteilen bei Scerox Erodiertechnik

Typische Einsatzbereiche sind Turbinenschaufeln, Zahnräder, Einspritzdüsen, medizinische Werkzeuge oder Implantate sowie Bauteile, die eine Mikrostrukturierung erhalten sollen.(Bild: PEMTec)

„Wir haben uns auf die Herstellung von Zeichnungsteilen mit Genauigkeiten bis zu 0,5 µm spezialisiert“, sagt Werkzeugmacher Christian Stumpf, Geschäftsführender Gesellschafter und Vertriebsleiter der Scerox Erodiertechnik GmbH in Redwitz a. d. Rodach. Mit derzeit 130 Mitarbeitern betreibt das Unternehmen über 30 Drahterodiermaschinen sowie zahlreiche Senkerodiermaschinen. Dank durchgängiger Automatisierung laufen die Anlagen im 24/7-Betrieb rund um die Uhr – ein wesentlicher Faktor, um wettbewerbsfähig am Markt zu bleiben.

Für weiterführende Bearbeitungsaufgaben steht ein umfangreicher Maschinenpark zur Verfügung: Universalfräsen, HSC-Mikrocenter, Innen- und Außenrundschleifmaschinen sowie Profilschleiftechnik. Ergänzt wird die Ausstattung durch moderne Präzisionsmesstechnik zur Qualitätssicherung und Softwarelösungen zur Umsetzung von CAD-Daten in CAM-Programme. Zum Materialportfolio gehören neben Stahl, Edelstahl und Aluminium auch anspruchsvolle Werkstoffe wie Wolfram, Lanthan oder Hochtemperaturlegierungen, etwa für Turbinen. Zu den Kunden zählen vor allem Hightech-Unternehmen aus den Bereichen Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Wehrtechnik und Maschinenbau, aber auch die Automobilindustrie.

Die bei Scerox eingesetzte PEM 800 S ist das Flaggschiff der Maschinenreihe von PEMTec. Ihre nutzbare Arbeitsraumhöhe liegt zwischen 375 bis 545 mm.

Christian Stumpf
Geschäftsführender Gesellschafter und Vertriebsleiter, Scerox Erodiertechnik GmbH

„Mit dem PECM-Verfahren können wir unseren Kunden nicht nur höchste Präzision, sondern auch deutlich kürzere Bearbeitungszeiten bieten – ein entscheidender Vorteil in einem immer härter umkämpften Markt.“

Das PECM-Verfahren

„Die Erodiertechniken sind zwar sehr präzise, ihre Produktivität ist jedoch begrenzt“, erinnert sich Werkzeugmacher-Meister Hermann Stumpf, Geschäftsführender Gesellschafter und Produktionsleiter der Firma. Die Laufzeiten liegen meist im Bereich von Stunden oder gar Tagen. Kundenwünsche nach kürzeren Terminen bzw. höheren Stückzahlen konnten daher nicht immer erfüllt werden. Auf der Suche nach Alternativen stieß er auf das PECM-Verfahren (Pulsed Electro-Chemical Machining), das gewisse Parallelen zum Senkerodieren aufweist: Auch hier erfolgt die Bearbeitung über elektrischen Strom in einem Wasserbad. Im Unterschied dazu nutzt PECM jedoch Salzwasser statt deionisiertem Wasser. Das Werkzeug ist eine Negativform des gewünschten Bauteils und wird aus Werkzeugstahl statt aus Graphit oder Kupfer hergestellt. Die Abtragung erfolgt rein elektrochemisch durch oberflächliche Auflösung des als Negativpol geschalteten Werkstücks. Dank hoher Stromstärken erfolgt die Bearbeitung sehr schnell. Typische Arbeitsgeschwindigkeiten sind für das Schruppen 0,5 bis 2,0 mm/min, für das Schlichten 0,1 bis 0,5 mm/min und für das Polieren < 30 sec. Die Bearbeitungszeiten für das Teilespektrum bei Scerox liegen typischerweise zwischen 30 und 120 Sekunden. Die Abmessungen liegen meist unterhalb von 300 × 300 × 150 mm, die Anlage könne jedoch auch größere Teile aufnehmen. Beim berührungslosen, kalten PECM-Verfahren wird das Werkstück ohne Schäden an der Kristallstruktur aufgelöst, die grat- und riefenfreie Oberfläche erscheint glatt und glänzend. Besonders erwünscht ist dies beispielsweise bei Bauteilen wie Turbinenschaufeln oder Leitapparaten, die in strömenden Medien eingesetzt werden sollen, aber auch bei optischen oder medizintechnischen Anwendungen.

Anspruchsvolle Technik: Die Gesamtanlage besteht aus der Bearbeitungseinheit PEM 800 S, der Bedienkonsole, der Steuerung PEM Control (rechts, vorderer Schaltschrank), der dahinter anschließenden Leistungseinheit PEM Power sowie der ganz hinten stehenden Elektrolytaufbereitung PEM Aqua (Bild: mrazek)

Breites Werkstoff- und Teilespektrum

„Mit dem PECM-Verfahren können wir nahezu das gleiche Teilespektrum bearbeiten wie bisher mit dem Funkenerodieren“, freut sich C. Stumpf. Typische Einsatzbereiche sind Turbinenschaufeln, Zahnräder, Einspritzdüsen, medizinische Werkzeuge oder Implantate sowie Bauteile, die eine Mikrostrukturierung erhalten sollen. Ebenso geeignet ist es für Miniaturkomponenten für Branchen wie Uhren, Sensoriken oder Optiken. Die Toleranzen liegen im Bereich von ± 2 bis 5 µm (bei sehr komplexen Geometrien ggf. ± 10 µm) bei Wiederholgenauigkeiten < 1,5 µm. Die glatten und gratfreien Bauteile sind hochglänzend bis fast poliert mit Ra-Werten von 0,05 bis 0,20 µm. Dadurch fällt nur geringer Nahbearbeitungsaufwand an, oft können Schleif- und Polierarbeiten komplett entfallen, weil eine einfache Reinigung reicht. Je nach Elektrodenform sind Radien ab 0,01 mm möglich. Mikrobohrungen können ab etwa 0,01 mm Ø erzeugt werden. Verarbeitbar sind so gut wie alle Industriemetalle. Dazu gehören niedrig- und hochlegierte Stähle und die üblichen NE-Metalle, aber auch Nickelbasislegierungen und Hochtemperaturwerkstoffe wie Inconel. Das Gleiche gilt auch für Exoten wie Titan, Cobalt, Molybdän und Hartmetalle.

Bestens geeignet für Serienherstellung

„Das PECM-Verfahren ist ideal für die Serienproduktion“, erklärt Hermann Stumpf. Zwar seien die Werkzeugkosten für Elektroden aus Stahl höher als bei den üblichen Kupfer- oder Graphitelektroden im Senkerodieren, doch verschleißen sie nicht und können quasi unbegrenzt genutzt werden. Das garantiert gleichbleibende Qualität aller Werkstücke. Dank der kurzen Bearbeitungszeiten ist das Verfahren hochproduktiv – besonders wirtschaftlich bei mittleren bis großen Serien ab ca. 100 Stück. Auf Kundenwunsch lassen sich jedoch auch kleinere Stückzahlen oder Prototypen realisieren, sofern sich der Aufwand für die Kathodenherstellung rechtfertigt.

Erfahrungen mit Betrieb und Service

„Unsere Anlage haben wir im März 2023 erhalten“, erinnert sich H. Stumpf. Die Erfahrungen mit dem Hersteller PEMTec seien durchgehend positiv, die Anlage laufe sehr zuverlässig und die Unterstützung bei der Schulung und später bei Problemen sei gut. Die Bedienbarkeit der Maschine sei gut, doch brauchten die Mitarbeiter wegen der Besonderheit der Technologie eine vergleichsweise lange Ausbildungszeit. Dies habe weniger mit der Maschine selbst als mit den stark unterschiedlichen Herangehensweisen im Bereich der Konstruktion des Werkzeugs und der Elektrode zu tun. Gewöhnungsbedürftig waren auch die hohen Werkzeugkosten, insbesondere bei kleinen Stückzahlen. „Per Saldo sind wir mit der Technologie und dem Lieferanten PEMTec so zufrieden, dass wir trotz der gedämpften wirtschaftlichen Gesamtlage über die Beschaffung von zwei weiteren Systemen dieses Typs nachdenken“, bilanziert C. Stumpf.