Investigation of mechanisms affecting tool surface during electrochemical machining

Abstract

Electrochemical machining (ECM) is a very important technology in the machining of difficult-to-cut materials. Pulsed electrochemical machining (PECM) is a variant of ECM that employs a pulsed voltage at high current density. PECM improves the control of the machining process when compared with direct current ECM. The contactless nature of ECM and PECM by the anodic dissolution of the workpiece propound no tool ablation. Nevertheless, in a few studies, tool damages, namely the formation of pits and geometrical changes, have been observed. The reason for these damages was not fully and properly investigated until now, which turns out to be the objective of investigation in this work. This study considers three hypotheses to research the tool changes during PECM and ECM: Hydrogen embrittlement, cavitation erosion, and cathodic corrosion. A systematic study of monitoring possible changes at martensitic stainless steel 1.4112 tool during ECM and PECM in aqueous NaNO3 electrolyte is performed. Experimental results of this study show that hydrogen embrittlement and cavitation erosion are not the reason for causing changes on the tool. It is identified for the first time that cathodic corrosion is the possible mechanism of causing the changes on the tool in this study. The approach is investigating microstructure before and after the process, as microstructure can store information regarding phenomena happening during the process.

Die elektrochemische Bearbeitung (ECM) ist eine sehr wichtige Technologie für die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Materialien. Die gepulste elektrochemische Bearbeitung (PECM) ist eine Variante der ECM, bei der eine gepulste Spannung mit hoher Stromdichte verwendet wird. PECM verbessert die Steuerung des Bearbeitungsprozesses im Vergleich zur Gleichstrom-ECM. Die berührungslose Natur von ECM und PECM durch die anodische Auflösung des Werkstücks bedingt keinen Werkzeugabtrag. Dennoch wurden in einigen Studien Werkzeugschäden, nämlich die Bildung von Pits und geometrische Veränderungen, beobachtet. Der Grund für diese Schäden ist bisher noch nicht vollständig und angemessen untersucht worden, was sich als Ziel der Untersuchung in dieser Arbeit herausstellt. In dieser Studie werden drei Hypothesen zur Erforschung der Werkzeugveränderungen während der PECM und ECM aufgestellt, welche wie folgt lauten: Wasserstoffversprödung, Kavitationserosion und kathodische Korrosion. Es wird eine systematische Studie zur Überwachung möglicher Werkzeugveränderungen bei martensitischem rostfreiem Stahl 1.4112 während der ECM- und PECM-Bearbeitung in wässrigem NaNO3-Elektrolyten durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Wasserstoffversprödung und Kavitationserosion nicht die Ursache für Veränderungen am Werkzeug sind. In dieser Studie wird zum ersten Mal festgestellt, dass kathodische Korrosion der mögliche Mechanismus ist, der die Veränderungen am Werkzeug verursacht. Der Ansatz in dieser Studie ist die Untersuchung der Mikrostruktur hinsichtlich verschiedener Aspekte vor und nach dem Prozess, da die Mikrostruktur Informationen, über die während des Prozesses auftretenden Phänomene speichern kann.