AT234240B - Elektrode zur Bearbeitung durch intermittierende elektrische Entladungen - Google Patents

Description

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  Elektrode zur Bearbeitung durch intermittierende elektrische Entladungen 
Die Erfindung betrifft die Elektroden, welche als Werkzeuge zur Bearbeitung durch intermittierende elektrische Entladungen benutzt werden, bei welcher die Elektroerosion ausgenutzt wird, um Werkstücke aus Metall oder einer elektrisch leitenden Legierung beliebiger Härte durch intermittierende elektrische Entladungen zu bearbeiten, welche zwischen den Werkstücken und den Werkzeuge bildenden Elektroden lokalisiert sind, wobei diese Elektroden aus Metall oder elektrisch leitenden Legierungen bestehen, deren Härte erheblich kleiner als die der   Werkstücke   sein kann. 



   Die Erfindung bezweckt insbesondere, derartige Elektroden so auszubilden, dass die mit ihnen mögliche Arbeitsgeschwindigkeit vergrössert wird. 



   Gemäss der Erfindung sind derartige Werkzeuge bildende Elektroden, die aus einem Gemisch aus einem leicht bearbeitbaren, elektrisch leitenden Metall- oder Legierungskörper sowie aus einem nichtmetallischen Zusatzstoff, der sich im Zustande einer feinen Dispersion befindet und der Masse des leiten- 
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 dere aus Kupfer oder einer Legierung auf der Basis von Kupfer bestehen, während der fein dispergierte nichtmetallische Zusatzstoff vorzugsweise unter folgenden Stoffen ausgewählt wird : Hydride, Bor und Boride, Karbide, Nitride, Oxyde, Silizium und Silizide, Sulfide. 



   Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert, in welcher Fig.   l   und 2 Schaubilder sind, die gewisse Kenngrössen (Verarbeitungsgeschwindigkeit bzw. Abnutzung) erfindungsgemässer Elektroden darstellen. 



   Vor der eingehenderen Erläuterung der Erfindung sei zunächst daran erinnert, dass es bereits bekannt war, derartige Werkzeuge bildende Elektroden durch Gemische aus leitenden Körpern und gewissen nicht leitenden Stoffen mit hohem Schmelzpunkt herzustellen. Das Vorhandensein dieser Stoffe in diesen Gemischen sollte die Abnutzung der gebildeten Elektroden herabsetzen und ihr Gewichtsanteil war zwar nach unten nicht beschränkt, aber praktisch stets grösser als   15%   und lag vorzugsweise grössenordnungsgemäss bei   35ja.   



   Die   Patentinhaberin hat nun gefunden. dass,   wenn man unter sonst gleichen Umständen den Gewichtsanteil der Zusatzstoffe auf einen unter 10% liegenden Wert und vorzugsweise sogar auf einen unter 5% liegenden Wert verringert, man nicht nur eine Verringerung der Abnutzung des Werkzeuges erhält, sondern auch eine sehr erhebliche Vergrösserung der Arbeitsgeschwindigkeit, welche in zahlreichen Fällen das Doppelte der Geschwindigkeit übersteigt, welche mit einer Elektrode erhalten wird, welche keine Zusatzstoffe oder Zusatzstoffe in einem   15%   übersteigenden Gewichtsanteil enthält. 



   Diese bemerkenswerte Wirkung ist vollständig überraschend und kann zur Zeit noch nicht erklärt werden. 



   Es ist ferner zu bemerken, dass infolge der geringen Menge dieser Zusatzstoffe die Bearbeitungsmöglichkeiten der Elektrode ausgezeichnet bleiben. Diese wird nicht brüchig, und man kann ihr scharfe Kan- 

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 ten oder ein kompliziertes Profil geben, welches gegebenenfalls nahe beieinanderliegende winkelige Stellen enthält, was bei einer Elektrode mit einem hohen Gehalt an einem hitzebeständigen Zusatzstoff nicht möglich wäre. 



   In Fig. 1 und 2 sind die Änderungen der beiden obigen Kenngrössen (Bearbeitungsgeschwindigkeit V bzw. Abnutzung U der ein Werkzeug bildenden Elektrode) dargestellt, welche als Ordinaten als Funktion des prozentualen als Abszissen aufgetragenen Gewichtsanteil A des der Elektrode einverleibten Zusatzstoffes aufgetragen sind. 



   Die beispielshalber in diesen Figuren angegebenen Zahlen (welche sich auf die Kurve I der Fig. 2 beziehen) betreffen eine Kupferelektrode mit einem Zusatz von Borkarbid, mit welcher ein Werkstück aus hartem Stahl (mit 0, 9% Kohlenstoff) bearbeitet wird. 



   Die Bearbeitungsgeschwindigkeit V,   d.   h., die in der Zeiteinheit an dem Werkstück abgenommene Materialmenge, ist auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit bezogen, welche unter sonst gleichen Umständen mit einer Elektrode aus Elektrolytkupfer erhalten würde, wobei diese Geschwindigkeit als Bezugswert gewählt und mit 100 angesetzt wurde. 



   Die Abnutzung U der das Werkzeug bildenden Elektrode stellt das Verhältnis zwischen dem abgenutzten Volumen der Elektrode und dem gleichzeitig an dem Werkstück abgenommenen Materialvolumen dar, wobei dieses Verhältnis für eine gesinterte Kupferelektrode unter den gleichen Versuchsbedingungen etwa 10% beträgt. 



   Diese beiden Figuren zeigen insbesondere folgendes : 
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 mit einemhohenzwischen 2,30 und 2,35 liegenden Koeffizienten multipliziert, die Abnutzung U wird jedoch nur um 10 bis   201o   herabgesetzt, - bei einem Zusatz von   3%   Borkarbid liegt die Geschwindigkeit V noch in der Nähe des Doppelten der einer Kupferelektrode entsprechenden Geschwindigkeit, und die Abnutzung ist   grössenordnungsmässig   die Hälfte der dieser Elektrode, - bei einem Zusatz von   5%   Borkarbid wird die Geschwindigkeit V nur wenig verbessert (um etwa 15%), während die Abnutzung praktisch Null ist. 



   Es ist zu bemerken, dass die   Korngrösse   des Borkaribds nicht ohne Einfluss ist, und dass die obigen Er- 
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      :-Inungsmässig 5-10 Mkron'Die Erfahrung   zeigt, dass man für jeden der obigen Zusatzstoffe bis auf   Massstabsänderungen   folgende Ergebnisse erhält : - für die Änderungen der Bearbeitungsgeschwindigkeit V eine Kurve der in Fig. 1 dargestellten Art, . - für die Änderungen der Abnutzung U eine Kurve der in Fig. 2 bei I dargestellten Art für die Karbide und Silizide, und eine Kurve der in Fig. 2 bei II dargestellten Art für die Hydride, Boride, Nitride, Oxyde und Sulfide. 



   Nachstehend sind einige Zahlenwerte für den Zusatz von Stoffen, welche jeder der obigen Gruppen angehören, zu einer gesinterten Kupferelektrode angegeben (wobei diese Ergebnisse für den Zusatz von mikrokristallinen Gebilden gelten, bei welchen die mittlere Korngrösse unter 150 Mikron liegt) : - bei einem Zusatz A zwischen l'und 2% (vorzugsweise in der Nähe von 1,   5%)   Titanhydrid   TiH,   oder von 0,5 bis 2% eines der Hydride von Zirkonium ZrH2, Thorium ThH2 oder ThH4, Zerium CeH3 und Lanthan LaH3 wird die Geschwindigkeit V mit 2, 5-2, 8 multipliziert, während die Abnutzung U um etwa   30 - 40'10   verringert wird ;

   - bei einem Zusatz A zwischen 0, 3 und   3'10   Bor, oder zwischen 1 und   4%   Bornitrid BN, oder zwischen 
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 der Boride von Molybdän MoB2, Zerium CeB4 oder Thorium ThB4 wird die Geschwindigkeit V mit 2, 2 bis 2,5 multipliziert und die Abnutzung U um etwa 50-60% herabgesetzt ; - bei einem Zusatz A zwischen 0, 7 und   1, 3% Molybdänkarbid Mo C   wird die Geschwindigkeit V mit 2, 3 - 2, 5 multipliziert und die Abnutzung U um etwa 60% herabgesetzt ; bei einem Zusatz A zwischen 0, 5 und   5%   eines der Karbide von Titan TiC, Zirkonium ZrC, Vanadium VC, Tantal TaC, Silizium SiC, Zerium C3C2.

   Thorium ThC, Chrom Cr3C2, Wolfram WC wird die Geschwindigkeit Vfastverdoppeltund die Abnutzung U wird fast auf die Hälfte herabgesetzt ; der Zusatz von Borkarbid wurde oben unter Bezugnahme auf die Figuren im einzelnen untersucht ; - bei einem Zusatz A zwischen 0,5 und   3%   eines der Nitride von Titan TiN, Zirkonium ZrN oder Thorium ThN sind die Verbesserungen der Geschwindigkeit V und der Abnutzung U durchaus mit denen durch einen Zusatz von Hydrid erhaltenen vergleichbar ; der interessante Zusatz von Bornitrid wurde oben in dem Rahmen der Zusätze von Borverbindungen erläutert, während der ebenfalls interessante Zusatz 

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 die Abnutzung U mit 0,75 multipliziert ;

   bei einem Zusatz A von etwa 6,   5%   Kupferoxyd   CuO   wird die
Geschwindigkeit V mit 1, 5 multipliziert und die Abnutzung U wird auf die Hälfte herabgesetzt ; die Oxyde   , von   Thorium   ThO   und von Titan   Tri02   scheinen weniger zweckmässig, da die Gewichtsprozente dieser
Oxyde, welche der Elektrode zugesetzt werden müssen, um die Geschwindigkeit V mit Faktoren von
1,8 bis   1,   9 zu multiplizieren, betragen wenigstens   lolo   des Gewichts der Elektrode, was die Bearbeit-   barkeit   derselben herabsetzt, da sie brüchig wird ;

   - bei einem Zusatz A zwischen 0, 2 und 0,   3%   Silizium oder zwischen 1 und 5% einer der nachste- henden hitzebeständigen   Siliziümverbindungen :  
Siliziumnitrid SigN, Silicide von Molybdän MoSi2, Titan TiSi2, Zirkonium ZrSi2, Zerium CeSi2 und Thorium   ThSi, 2 wird   die Geschwindigkeit V mit 2, 2-2, 4 multipliziert und die Abnutzung U um 60 bis 70% verringert ; 
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 odergung entsprechend sein. Zur Festlegung der Begriffe kann angegeben werden, dass er grösser als   0, 1 Gew.-%   des Gesamtgemisches sein muss. 



   Es ist zu bemerken, dass sich unter den Zusatzstoffen eine grosse Menge von Stoffen befindet, welche durch die Kombination des einen der Metalloide Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Si- lizium und Schwefel mit einem der Metalle der durch die sogenannten "Übergangsmetalle" (Titan, Zir- konium, Hafnium, Vanadium, Niobium, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram) und durch gewisse der "seltene Erden" genannten Metalle (Lanthanserien und Thoriumserie) gebildeten Gruppe erhalten wer- den. 



   Der gleichen Elektrode können mehrere jer obigen Körper zugesetzt werden, um z. B. gleichzeitig eine grosse Beschleunigung der Bearbeitungsgeschwindigkeit und eine geringe Abnutzung zu erhalten. 



   Der den grössten Teil der Elektrode bildende leicht bearbeitbare elektrisch leitende Körper ist im allgemeinen Kupfer oder eine Legierung auf Kupferbasis, welche z. B. ausser dem Kupfer einen geringen
Prozentsatz von Silber, Kadmium, Chrom usw. enthält. 



   Zur Einverleibung des Zusatzstoffes in den Grundstoff kann man auf beliebig gewünschte Weise vor- gehen, insbesondere dadurch, dass die die Elektroden bildenden Materialien in Pulverform übergeführt werden, worauf diese Pulver innig miteinander gemischt werden, worauf das erhaltene pulverförmige Ge- misch in die gewünschte Form gebracht wird, z.

   B. durch (gegebenenfalls hydrostatische) Verdichtung in   kaltem oder warmem Zustand in einer Form   beliebiger Ausbildung, welche aus Metall oder auch aus Gum- mi, aus Kunstharz oder einem beliebigen andern Werkstoff besteht, oder auch durch Walzen, Spritzen usw., worauf das auf seine Form gebrachte Gebilde gegebenenfalls unter Druck auf eine unter der Schmelztemperatur des Gemisches liegende Sintertemperatur erhitzt wird,   u. zw.   gegebenenfalls in einer bestimmten Atmosphäre, worauf schliesslich der erhaltene Körper einer zusätzlichen Fertigbearbeitung und gegebenenfalls einer neuerlichen Verdichtung unterworfen wird. 



   Die anfängliche Verdichtung und die am Ende vorgenommene neuerliche Verdichtung können auf beliebige geeignete Weise verwirklicht werden,   z. B.   in gewissen Fällen in Form von plötzlichen heftigen Impulsen, welche durch eine Explosion erzeugt werden, welche durch chemische Explosivstoffe oder durch eine elektrische Entladung in einem Mittel, welches Stosswellen übertragen kann, ausgelöst werden kann. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Ein Werkzeug bildende Elektrode zur Bearbeitung durch intermittierende elektrische Entladungen aus einem Gemisch aus einem leicht bearbeitbaren, elektrisch leitenden   Metall- oder Legierungskörper,   sowie aus einem nicht metallischen Zusatzstoff, der sich im Zustande einer feinen Dispersion befindet und der Masse des leitenden Metall- oder Legierungskörpers einverleibt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Zusatzstoffes 0,   1. 8 Gew. -0/0   des Gemisches beträgt.

Claims (1)

1. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff unter folgenden Stoffen ausgewählt ist : Hydride, Bor und Boride, Karbide, Nitride, Oxyde, Silizium und Silicide, Sulfide. <Desc/Clms Page number 4>

   3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff durch eine zwischen 1 und 3 Gel.-% des Gemisches liegende Menge Borkarbid B4C gebildet wird.

   4. Elektrode nach Anspruch 2,'dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff durch eine zwischen 1 und 4 Gew. -0/0 des Gemisches liegenden Menge Bornitrid BN gebildet wird.

   5. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff durch eine zwischen 1 und 5 Grew.-% des Gemisches liegende Menge Siliziumnitrid Si3N4 gebildet wird.

   6. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff durch eine zwischen 0,2 und 0, 3 Gew.-% des Gemisches liegende Menge Silizium gebildet wird.

   7. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff eine Verbindung eines der Metalloide Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff. Silizium und Schwefel mit einem der Metalle der'durch die sogenannten "Übergangsmetalle" (Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niobium, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram) und durch gewisse "seltene Erden" genannte Metalle (Lanthanserien und Thoriumserie) gebildeten Gruppe ist.

   8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff durch eine zwischen 1 und 2 Gew.-% des Gemisches liegende Menge Titanhydrid TiHz gebildet wird.

   9. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff durch eine zwischen 0,5 und 2 Gel.-% des Gemisches liegende Menge Zirkoniumhydrid ZrHz gebildet wird.

   10. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff durch eine zwischen 1 und 5 Gel.-% des Gemisches liegende Menge Titanborid TiB, gebildet wird.

   11. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff durch eine zwischen EMI4.1 und 0,7 Gew.-% des Gemisches in Schwefelgewicht ausgedrückte Menge Molybdänsulfid MoS gebildet wird.