DE102006015443A1 - Electrode for electrochemical machining of object for producing drill-hole, has cone section and cylinder surface section provided as active sections, where cone section exhibits outer geometry that is narrow to front side of electrode - Google Patents

Electrode for electrochemical machining of object for producing drill-hole, has cone section and cylinder surface section provided as active sections, where cone section exhibits outer geometry that is narrow to front side of electrode Download PDF

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Abstract

The electrode (1) has a truncated cone section (2) and a cylinder surface section (3) that are provided as electrochemical machining (ECM)-active sections with different geometrical forms. The truncated cone section exhibits an outer geometry that is narrow to a front side of the electrode. The cylinder surface section is adjacent to the truncated cone section, and exhibits an outer shell geometry that is constant along a longitudinal extension of the cylinder surface section. The two sections exhibit a profile cross section that is designed in a thin-walled and/or one-piece manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts.The The invention relates to an electrode for electrochemical machining one of an electrically conductive Material formed object to be processed.

Die Druckschrift EP 0 801 598 B1 offenbart ein Verfahren zum ECM(ElectroChemical Machining)-Bearbeiten von Werkstücken. Allerdings handelt es sich bei den dabei offenbarten Werkstücken um im Wesentlichen kleine Bauteile, wie eine Scherfolie oder einen Scherkopf eines Elektrorasierers, so dass das gelehrte Verfahren aufgrund der Prozessrandbedingungen, insbesondere die für die ECM-Bearbeitung aufzubringenden Stromdichte und Leistungswerte der Anlage, nicht auf die Bearbeitungsfälle im Maschinen- und Kraftfahrzeugbau problemlos zu übertragen ist. Gleichfalls wird in der Druckschrift keine Elektrode gelehrt, die beispielsweise eine Bohrbearbeitung im Kraftfahrzeugbau ermöglicht.The publication EP 0 801 598 B1 discloses a method for ECM (ElectroChemical Machining) machining of workpieces. However, the workpieces disclosed therein are essentially small components, such as a shaving foil or a shaving head of an electric shaver, so that the method taught does not depend on the current conditions and, in particular, the current density and power values of the system to be applied for ECM processing Machining cases in mechanical and automotive engineering is easy to transfer. Likewise, no electrode is taught in the document that allows, for example, a drilling in the automotive industry.

Aus der EP 0 259 691 A2 ist ein Elektrodenkopf zum elektrochemischen Senken einer Außengeometrie an einem Werkstück bekannt. Allerdings wird auch hier keine Elektrode für eine ECM-Bearbeitung offenbart, die die ECM-Bearbeitung zum Beispiel einer Bohrung oder einer anders ausgestalteten tiefen Kavität in einem Werkstück ermöglicht.From the EP 0 259 691 A2 For example, an electrode head for electrochemically lowering an external geometry on a workpiece is known. However, again, no ECM machining electrode is disclosed that allows for ECM machining of, for example, a bore or otherwise configured deep cavity in a workpiece.

Weiterhin ist aus der DE 199 59 593 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrung durch ECM-Bearbeitung bekannt, das eine Bohrungsherstellung in zwei oder mehr Arbeitsschritten vorschlägt. Dabei wird eine Elektrode mit unterschiedlichen Spannungswerten und Vorschubgeschwindigkeiten beaufschlagt, so dass in einem ersten Arbeitsschritt die Bohrung mit einem Aufmaß gefertigt wird und in den anschließenden Arbeitsschritten die Bohrung auf das Endmaß bearbeitet wird. Nachteilig ist allerdings, dass die DE 199 59 593 A1 keine genaue Beschreibung der Elektrode liefert und dass das beschriebene Verfahren mehrere Arbeitsschritte erfordert.Furthermore, from the DE 199 59 593 A1 discloses a method of making a bore by ECM machining, which proposes drilling in two or more operations. In this case, an electrode is subjected to different voltage values and feed rates, so that in a first step, the bore is made with an allowance and the bore is machined to the final dimension in the subsequent work steps. The disadvantage, however, is that the DE 199 59 593 A1 does not provide a detailed description of the electrode and that the method described requires several steps.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts anzugeben, die eine prozesssichere, schnelle und wirtschaftliche Bearbeitung, beispielsweise von einer Bohrung, in einem Arbeitsschritt ermöglicht. Gleichzeitig soll eine Übertragbarkeit auf andere geometrische Ausgestaltungen von tiefen Kavitäten, wie zum Beispiel einer Innenverzahnung, gewährleistet sein.outgoing The invention is based on the object of the prior art an electrode for electrochemical machining one of an electrical conductive Specify material formed object to be processed, the one process-reliable, fast and economical processing, for example from a hole, in one step. At the same time a transferability to other geometric configurations of deep cavities, such as For example, an internal toothing, be ensured.

Die Aufgabe wird in Bezug auf die anzugebende Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.The Task is in relation to the electrode to be specified for electrochemical Processing solved by the features of claim 1. Further advantageous embodiments and refinements of the invention go from the dependent claims and the description.

Die Aufgabe hinsichtlich der anzugebenden Elektrode wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts zwei ECM-aktive Abschnitte mit unterschiedlicher geometrischer Ausgestaltung aufweist, wobei ein erster Abschnitt eine sich zur Stirnseite der Elektrode verjüngende äußere Geometrie aufweist und ein zweiter, sich an den ersten Abschnitt anschließender Abschnitt eine, entlang seiner Längserstreckung konstante äußere Mantelgeometrie aufweist.The Task with respect to the electrode to be specified according to the invention solved that the electrode for electrochemical machining of a electrically conductive Material formed object to be machined two ECM-active sections having different geometric configuration, wherein a first portion an outer geometry tapering towards the face of the electrode and a second, subsequent to the first section section one, along its longitudinal extent constant outer shell geometry having.

Der Vorteil dabei ist, dass so in einer Elektrode Abschnitte zu einer groben Vorbearbeitung und einer sich anschließenden Fertigbearbeitung integriert sind. Die sich zur Stirnfläche der Elektrode verjüngende Geometrie der Elektrode ist der Teil der Elektrode, der zuerst in die ECM-aktive Bearbeitung gelangen wird. Dabei gewährleistet die sich zur Stirnseite hin verjüngende Geometrie, dass immer nur eine kleine Elektrodenfläche zur ECM-Bearbeitung aktiv ist und somit die Abtragsfläche und auch die Abtragsprodukte wesentlich reduziert werden. Dieses ermöglicht in vorteilhafter Weise eine weitaus höhere Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode von mehr als 3mm/min, vorzugsweise von 5 bis 6mm/min, so dass die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung weiter gesteigert wird. Zusätzlich wird die Prozesssicherheit der ECM-Bearbeitung durch die reduzierte Abtragsfläche wesentlich erhöht, da die Bearbeitungsfläche, an welcher Kurzschlüsse und somit ein ungewollter Abbruch der Bearbeitung stattfinden können, wesentlich reduziert wird. Daraus folgend steigt auch die Qualität der bearbeiteten Oberfläche.Of the The advantage here is that so in an electrode sections to a coarse pre-processing and subsequent finishing are integrated. The face to the front the electrode tapers The geometry of the electrode is that part of the electrode that is first in the ECM-active processing will arrive. Guaranteed the tapering towards the front Geometry that only ever has a small electrode area for ECM machining is active and thus the Abtragsfläche and also the Abtragsprodukte be substantially reduced. This allows in advantageously a much higher feed rate the electrode of more than 3mm / min, preferably from 5 to 6mm / min, so that the profitability of the processing further increased becomes. additionally the process reliability of ECM editing is reduced by the Abtragsfläche essential elevated, because the working surface, at which shorts and thus an unwanted termination of processing can take place, substantially reduced becomes. As a result, the quality of the machined surface also increases.

Gleichzeitig sorgt die sich verjüngende äußere Geometrie dafür, dass sich die Elektrode während der ECM-Bearbeitung selbst genau positioniert und führt.simultaneously provides the tapered outer geometry for this, that the electrode during the ECM processing itself accurately positions and guides.

Vorteilhafterweise ist die sich verjüngende Geometrie als Kegelstumpf auszubilden, da so eine gleichmäßige Strömung der Elektrolytlösung im Spalt zwischen der Elektrode und dem zu bearbeitenden Objekt erreicht wird und somit die Abtragsprodukte prozesssicher entfernt werden. Die sich verjüngende Geometrie kann aber in Abhängigkeit von der Bearbeitungsgeometrie auch in anderer Geometrie ausgebildet sein, wie zum Beispiel eine sich verjüngende Geometrie mit ovaler Bezugs- und Stirnfläche oder als Pyramidensegment.advantageously, is the tapered geometry form as a truncated cone, since so a uniform flow of the electrolyte solution in the Gap between the electrode and the object to be machined reached and thus the removal products are reliably removed. The tapered geometry but can be dependent be formed by the machining geometry in other geometry, such as a tapered geometry with oval reference and face or as a pyramidal segment.

Die Bezugsfläche der sich verjüngenden Geometrie ist dabei kleiner zu dimensionieren als die herzustellende Fertiggeometrie, da diese erst bearbeitet wird, wenn der zweite ECM-aktive Abschnitt der Elektrode, d.h. der Abschnitt mit der über die Längserstreckung konstanten Mantelfläche, zur ECM-aktiven Bearbeitung gelangt. Die Geometrie der Mantelfläche ist dabei entsprechend der herzustellenden Fertiggeometrie zu wählen. Vorzugsweise ist sie dabei als kreisrunder, polygoner oder ovaler Querschnitt oder auch als Verzahnungsquerschnitt auszulegen, ist aber nicht auf diese beschränkt.The reference surface of the tapered geometry is to be dimensioned smaller than the finished geometry to be produced, since they bear only is processed when the second ECM-active portion of the electrode, ie the section with the over the longitudinal extension constant lateral surface, for ECM-active processing passes. The geometry of the lateral surface is to be selected according to the finished geometry to be produced. Preferably, it is interpreted as a circular, polygonal or oval cross-section or as a gearing cross-section, but is not limited to this.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrode ist, dass durch die Ausgestaltung der Elektrode bei der Bearbeitung der endgültigen Fertiggeometrie durch die über die Länge konstante Mantelfläche nur noch eine sehr kleine Materialmenge abzutragen ist und somit für die Fertigbearbeitung die hohe Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode der groben Vorbearbeitung aufrechterhalten werden kann, ohne dass Nachteile hinsichtlich der Oberflächenqualität der Bearbeitungsfläche oder der Prozesssicherheit zu erwarten sind.One Another advantage of the electrode according to the invention is that the configuration of the electrode in the processing of the final finished geometry through the over the length constant lateral surface only a very small amount of material has to be removed and thus for the Finishing the high feed rate of the electrode rough preprocessing can be maintained without Disadvantages regarding the surface quality of the working surface or Process reliability can be expected.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode, sind der erste und der sich daran anschließende zweite ECM-aktive Abschnitt der Elektrode als ein dünnwandig und/oder einstückig geschlossen ausgebildeter Profilquerschnitt ausgelegt.In an advantageous embodiment of the electrode according to the invention, are the first and the subsequent second ECM-active section the electrode as a thin-walled and / or in one piece designed closed trained profile cross-section.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass so die Elektrodenfläche zum Beginn der ECM-Bearbeitung durch die reduzierte Wandstärke weiter reduziert wird und somit die Prozesssicherheit bei gleicher Anlagenleistung erhöht wird oder aber eine ECM-Bearbeitung auch auf Bearbeitungsanlangen mit geringerer Leistung prozesssicher möglich ist. Die Wandstärke ist dabei vorzugsweise auf 0,1 bis 2mm auszubilden, kann aber in Abhängigkeit vom Bearbeitungsfall auch in dünnerer Wandstärke, z.B. aus Folienmaterial, oder aber in dickerer Wandstärke ausgebildet sein.Of the Advantage of this embodiment is that so the electrode surface for Start of ECM processing due to reduced wall thickness is reduced and thus the process reliability with the same system performance elevated or an ECM editing is also on Bearbeitungsungsanlangen with lower power is reliably possible. The wall thickness is preferably to form 0.1 to 2mm, but may be dependent from the processing case also in thinner Wall thickness, e.g. made of film material, or in thicker wall thickness be.

Als weiterer Vorteil ist bei dieser Ausgestaltung die Verwendung von einfach und kostengünstig herstellbaren Hohlquerschnitten möglich. Beispielsweise können so Hohlquerschnitte mit verschiedenen Abschnitten einfach und kostengünstig über Innenhochdruckumformung oder aber andere Fertigungsverfahren hergestellt werden. Vorteilhaft ist dabei, dass bei einem einstückigen Hohlquerschnitt ein homogener Übergang des ersten ECM-aktiven Abschnitts mit sich verjüngendem Querschnitt zu dem zweiten ECM-aktiven Abschnitt geschaffen werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine polygone Kontur oder Verzahnungskontur gleichmäßig von dem ersten ECM-aktiven Abschnitt in den zweiten ECM-aktiven Abschnitt übergeht.When Another advantage is the use of in this embodiment easy and inexpensive to produce Hollow sections possible. For example, you can so hollow sections with different sections easily and inexpensively via hydroforming or other manufacturing processes are produced. Advantageous is going to be that one piece Hollow cross-section a homogeneous transition of the first ECM-active section of tapered cross section to the second ECM-active section can be created. This is special then advantageous if a polygonal contour or tooth contour uniformly the first ECM-active section into the second ECM-active section.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Elektrode weist die Mantelfläche der Elektrode teilweise eine isolierende Beschichtung auf.In a further advantageous embodiment of the electrode has the lateral surface the electrode partially on an insulating coating.

Der Vorteil dabei ist, dass in den Bereichen, in denen die Mantelfläche der Elektrode beschichtet ist kein Materialabtrag mehr stattfindet und somit unzulässiger Materialabtrag vermieden wird, da die isolierende Beschichtung, vorzugsweise kohlenstoffbasiert und in einer Dicke von wenigen μm, insbesondere 5–10μm, ausgebildet, als elektrischer Isolator wirkt. Gleichzeitig wird durch die sehr geringe Dicke der Beschichtung gewährleistet, dass der Bearbeitungsspalt zwischen Elektrode und zu bearbeitendem Material bei der ECM-Bearbeitung, der vorzugsweise auf eine Spaltbreite von 0,1 bis 0,15mm eingestellt wird, nicht wesentlich reduziert wird. Somit ist eine wesentliche Beeinflussung der Strömung der Elektrolytlösung durch den Arbeitsspalt durch die isolierende Beschichtung der Mantelfläche ausgeschlossen.Of the The advantage here is that in the areas where the lateral surface of Electrode coated is no more material removal takes place and thus inadmissible Material removal is avoided because the insulating coating, preferably carbon-based and in a thickness of a few microns, in particular 5-10μm, designed, acts as an electrical insulator. At the same time, the very low Ensures thickness of the coating, that the machining gap between the electrode and to be machined Material in the ECM machining, preferably on a gap width from 0.1 to 0.15mm, not significantly reduced becomes. Thus, a significant influence on the flow of the electrolyte solution through the working gap excluded by the insulating coating of the lateral surface.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Elektrode weist die Elektrode wenigstens einen Kanal zur Elektrolytzuführung auf.In a further advantageous embodiment of the electrode has the Electrode at least one channel for supplying electrolyte.

Der Vorteil dabei ist, dass sich bei der ECM-Bearbeitung durch eine derartige Zuführung der Elektrolytlösung eine Strömung einstellt, die die Elektrode zentriert und stabilisiert und die die Abtragsprodukte prozesssicher aus dem Bearbeitungsspalt heraustransportiert.Of the The advantage is that in the ECM processing by a Such supply of electrolyte solution a flow adjusts the electrode centered and stabilized and the the removal products are transported reliably out of the machining gap.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Elektrode anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaft dargestellte Elektrode beschränkt.following becomes the electrode according to the invention based on an embodiment explained in more detail. The The invention is not limited to the exemplified electrode limited.

1 zeigt dabei eine nicht maßstabsgetreue Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Elektrode zur ECM-Bearbeitung ohne Darstellung der Anbindungsmittel der Elektrode an eine Bearbeitungsvorrichtung zur ECM-Bearbeitung. 1 shows a not to scale side view of an inventive electrode for ECM machining without representation of the bonding means of the electrode to a processing device for ECM machining.

2 zeigt eine stirnseitige Draufsicht der erfindungsgemäßen Elektrode. 2 shows a frontal plan view of the electrode according to the invention.

Die Elektrode (1) zur ECM-Bearbeitung dient zur Herstellung einer Bohrung von 20mm und weist in der Ausführungsform in einem vorderen Bereich als zwei ECM-aktive Abschnitte einen Kegelstumpfabschnitt (2) und einen über die Breite konstanten Zylinderflächenabschnitt (3) auf. Der nicht näher beschriebene hintere Bereich der Elektrode (1) umfasst unter anderem eine Zuleitung (4) über die der Elektrode (1) während der ECM-Bearbeitung eine Elektrolytlösung zugeführt wird.The electrode ( 1 ) for ECM machining serves to produce a hole of 20 mm and, in the embodiment, has a truncated cone section in a front region as two ECM-active sections ( 2 ) and a cylinder surface section which is constant over the width ( 3 ) on. The unspecified rear portion of the electrode ( 1 ) includes, inter alia, a supply line ( 4 ) over the electrode ( 1 ) during the ECM processing an electrolyte solution is supplied.

Der erste ECM-aktive Abschnitt (2) der Elektrode (1) ist als Kegelstumpf mit einer Längserstreckung von 7mm ausgeführt. Der stirnseitige Durchmesser des Kegelstumpfes ist 5mm, während der Durchmesser an der Grundfläche des Kegels 19mm beträgt.The first ECM-active section ( 2 ) of the electrode ( 1 ) is designed as a truncated cone with a longitudinal extent of 7mm. The frontal diameter of the truncated cone is 5mm, while the Diameter at the base of the cone is 19mm.

Der zweite ECM-aktive Abschnitt (3) der Elektrode (1) ist als Zylinderabschnitt mit einer Höhe von 3mm und einen Durchmesser von 19,8mm ausgeführt. Somit wird bei einem einzustellenden Bearbeitungsspalt von 0,1mm eine Bohrung mit einem Durchmesser von 20mm hergestellt.The second ECM-active section ( 3 ) of the electrode ( 1 ) is designed as a cylinder section with a height of 3mm and a diameter of 19.8mm. Thus, a bore with a diameter of 20mm is produced at a machining gap of 0.1mm to be set.

Der Übergang vom ersten Abschnitt (2) zum zweiten Abschnitt (3) ist mit einem Radius von 0,5mm ausgeführt.The transition from the first section ( 2 ) to the second section ( 3 ) is designed with a radius of 0.5mm.

Der vordere Bereich der Elektrode (1) mit den ECM-Aktiven Abschnitten (2), (3) wird als einstückiges Tiefziehteil mit einer Wandstärke von 0,25mm hergestellt und über ein Fügeverfahren mit dem hinteren Bereich der Elektrode (1) verbunden.The front area of the electrode ( 1 ) with the ECM Active Sections ( 2 ) 3 ) is produced as a one-piece deep-drawn part with a wall thickness of 0.25 mm and a joining method with the rear portion of the electrode ( 1 ) connected.

Claims (5)

Elektrode (1) zur elektrochemischen Bearbeitung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten zu bearbeitenden Objekts, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) zwei ECM-aktive Abschnitte mit unterschiedlicher geometrischer Ausgestaltung aufweist, wobei ein erster Abschnitt (2) eine sich zur Stirnseite der Elektrode (1) verjüngende äußere Geometrie aufweist und ein zweiter, sich an den ersten Abschnitt anschließender Abschnitt (3) eine, entlang seiner Längserstreckung konstante äußere Mantelgeometrie aufweist.Electrode ( 1 ) for the electrochemical machining of an object to be machined from an electrically conductive material, characterized in that the electrode ( 1 ) has two ECM-active sections with different geometrical configuration, wherein a first section ( 2 ) one to the front of the electrode ( 1 ) has a tapering outer geometry and a second section adjoining the first section ( 3 ) has a, along its longitudinal extent constant outer shell geometry. Elektrode (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (2) und der sich daran anschließende zweite Abschnitt (3) der Elektrode (1) einen dünnwandig und/oder einstückig geschlossen ausgebildeten Profilquerschnitt aufweisen.Electrode ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the first ( 2 ) and the subsequent second section ( 3 ) of the electrode ( 1 ) have a thin-walled and / or integrally formed closed profile cross-section. Elektrode (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konstante Mantelgeometrie (3) der Elektrode (1) als Außenkontur die Kontur eines Kreises, eines Polygons oder eines Ovals aufweist.Electrode ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the constant shell geometry ( 3 ) of the electrode ( 1 ) has as outer contour the contour of a circle, a polygon or an oval. Elektrode (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (3) der Elektrode (1) teilweise eine isolierenden Beschichtung aufweisen.Electrode ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the lateral surface ( 3 ) of the electrode ( 1 ) partially have an insulating coating. Elektrode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) wenigstens einen Kanal zur Elektrolytzuführung (4) aufweist.Electrode ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electrode ( 1 ) at least one channel for supplying electrolyte ( 4 ) having.
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