CH625732A5

CH625732A5 -

Info

Publication number: CH625732A5
Application number: CH253477A
Authority: CH
Inventors: Curt Arthur Luegstenmann
Original assignee: Supla Ets
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1977-03-01
Publication date: 1981-10-15
Also published as: BR7701648A; FR2344651A1; JPS52138798A; AR213516A1; IT1084457B; SE7702228L; DE2611425A1; ES456908A1; NL7702880A; DD129114A5; US4166011A; GB1511222A

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäss auf ein Verfahren zur Herstellung einer Muttermatrize entsprechenden Formmaske aus Kupfer oder aus Kupferlegierung für ein Elektroerosionswerkzeug, wobei auf eine Oberfläche, die der Oberfläche der herzustellenden Formmaske entspricht, eine leitende Schicht aufgebracht, auf die leitende Schicht galvanisch eine Metallschicht aus Kupfer oder aus Kupferlegierung aufgebaut sowie die Metallschicht als Formmaske abgehoben wird. - Formmaske bezeichnet dabei das formdefinierende Werkzeugteil eines Elektroerosionswerkzeuges, welches allerdings noch mit einem mechanischen Träger verbunden wird.

Bei einem bekannten gattungsgemässen Verfahren (DE-OS 1 690 577) wird die leitende Schicht auf einen Former aufgebracht, dessen Oberfläche der herzustellenden Formmaske entspricht. Der Former ist ein Hilfselement, welches der Muttermatrize nachgebildet ist und zum Beispiel aus Kunststoff, Wachs oder einer leichtschmelzenden Legierung besteht. Es wird also insofern gleichsam mit einer Reproduktion der Muttermatrize gearbeitet, was notwendigerweise eine Ungenauigkeit zur Folge hat. Die über die Vermittlung des Hilfselementes gewonnene Formmaske genügt daher nicht extremen Anforderungen an die Präzision. Das gilt auch und insbesondere dann, wenn zusätzlich (DE-OS 1 912 312) mit Leitlack und/oder Trennlack gearbeitet wird. Anderseits stellt der moderne Werkzeugbau, insbesondere bei Werkzeugen für die Feinwerktechnik, zunehmende Forderungen an die Präzision. Diese Forderungen können mit Hilfe der bekannten

Verfahren nicht mehr erfüllt werden, was zur Folge hat, dass Elektroerosionswerkzeuge für eine solche Präzisionsfertigung nicht mehr nach gattungsgemässen Verfahren hergestellt und damit nicht mehr einfach vervielfältigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Muttermatrize entsprechenden Formmaske für ein Elektroerosionswerkzeug anzugeben, welches zu Formmasken extremer Präzision, nämlich mit praktisch Nulltoleranz, führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem gattungsgemässen Verfahren aus. Die Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar auf die Oberfläche der Muttermatrize galvanisch als leitende Schicht eine dünne Überzugsschicht mit geschlossener Oberfläche aus einem in bezug auf den Werkstoff der herzustellenden Formmaske neutralen Metall aufgebracht wird, die danach gereinigt wird, und dass auf dieser Überzugsschicht die aus Kupfer oder Kupferlegierung bestehende Metallschicht für die Formmaske so lange aufgebaut wird, bis sie als Formmaske abhebbar ist. Der Ausdruck «neutrales Metall» bezeichnet im Rahmen der Erfindung alle Metallle, die zwar auf dem Werkstoff der Muttermatrize eine Überzugsschicht bilden, die aber mit dem Werkstoff der Formmaske, d.h. mit dem Kupfer oder der Kupferlegierung, chemisch und/oder physikalisch nicht so reagieren, dass eine chemische oder physikalische Verbindung zwischen dieser Überzugsschicht und der Metallschicht entsteht, aus der die Formmaske aufgebaut wird. Eine chemische und/oder physikalische Verbindung würde nämlich die Formmaske mit der Überzugsschicht stoffschlüssig so verbinden, dass die Formmaske nicht mehr abhebbar ist. Neutrale Metalle bezeichnet im Rahmen der Erfindung damit insbesondere solche Metalle, die mit dem Werkstoff der herzustellenden Formmaske, zumindest nach Niederschlag auf dem Werkstoff der Muttermatrize, weder eine Legierung noch eine intermetallische Verbindung bilden. Geeignete Metalle lassen sich leicht durch Probieren finden. Zu der angestrebten extremen Präzision kommt man deshalb, weil beim erfindungsgemässen Verfahren nicht zunächst ein Abbild der Muttermatrize ein Former hergestellt wird, was bereits eine Ungenauigkeit bedingen würde. Es wird vielmehr gleichsam die Muttermatrize selbst als Former verwendet, wobei die Muttermatrize im Rahmen dieser Verwendung keinerlei Veränderung durch elastische Verformung oder andere Kräfte erfährt. Die auf die Muttermatrize aufzubringende Überzugsschicht lässt sich extrem dünn aufbringen und ist extrem dünn, wie schon der Begriff Überzugsschicht zum Ausdruck bringt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, dass auf die Muttermatrize eine Überzugsschicht mit einer Schichtdicke von, grössenordnungsmässig, Tausendstelmillimeter und weniger aufgebracht wird. Das bedeutet mit anderen Worten, dass für die Werkzeugfertigung auch eine Toleranz dieser Grössenordnung vorgegeben werden kann und sicher eingehalten wird. Auf die Überzugsschicht lässt sich dann eine Metallschicht für die Formmaske mit einer Schichtdicke von, grössenordnungsmässig, Zehntelmillimeter bis Millimeter oder mehr aufbringen, wobei die Schichtdicke der Formmaske so gewählt wird, dass die Formmaske beim Abheben von der Muttermatrize und danach alle mechanischen Beanspruchungen ohne jede bleibende Verformung aufnimmt. Es versteht sich von selbst, dass die Formmaske beim Abheben vorsichtig gehandhabt wird. Ein vorsichtiges Abheben der Formmaske von der Muttermatrize geschieht im allgemeinen aus Ausziehen, wobei die Formmaske über einen Kunstharzkleber an einen Ausziehstempel oder Abhebstempel angeschlossen wird und mit geringer spezifischer Flächenbeanspruchung abgehoben oder ausgezogen wird.

Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

625 732

dass auf die Muttermatrize als Überzugsschicht eine Chromschicht, vorzugsweise eine Hartchromschicht (möglichst hoher Härte von z.B. 70 Rc und mehr), aufgebracht wird.

Überraschenderweise gelingt ohne Schwierigkeiten dann der Aufbau einer ohne weiteres abhebbaren Formmaske, und 5 zwar insbesondere bei der Ausführungsform mit Hartchrom Schicht, wenn die Metallschicht für die Formmaske auf die Überzugsschicht, insbesondere also auf die Hartchromschicht, in nach Stunden bis Tagen zählendem Langzeitauftrag galvanisch aufgebaut wird, und wenn dabei die Badspannung des 10 Kupferbades oder Kupferlegierungsbades von zunächst, grössenordnungsmässig, Zehntelvolt und weniger bis zu ein bis einigen Volt gesteigert wird. Im Rahmen dieser generellen Angabe lassen sich die Verhältnisse stets so wählen, dass beim Aufbau der Kupferschicht oder Kupferlegierungsschicht der 15 Formmaske weder gleichsam pulverförmiger Kupferniederschlag noch Bildung von Knollen oder singulären Strukturen entsteht. Selbstverständlich müssen Badbewegung und Badtemperatur den Verhältnissen angepasst werden. Überschneidungen und Unterschneidungen sind sowohl bei dem Aufbau 20 der Uberzugsschicht, insbesondere also der Hartchromschicht, als auch beim Aufbau der Formmaske zu vermeiden. Die übliche Badströmung soll stets möglichst senkrecht auf die formdefinierende Oberfläche der Muttermatrize gerichtet sein.

25

Ausführungsbeispiel

Es mag sich darum handeln, eine Formmaske für ein Elektroerosionswerkzeug herzustellen, welches seinerseits dazu dient, Spritzgiessformen für im Präzisionsspritzguss herzustellende Bauteile der Feinwerktechnik zu formen. Wie üblich 30 wird zunächst eine sogenannte Original-Muttermatrize, z.B.

durch Gravieren, mit optimaler Präzision hergestellt. Sie möge aus Stahl bestehen.

Die Muttermatrize soll als Former für die Herstellung der Formmaske unmittelbar eingesetzt werden. Sie wird dazu in 35 diesem Ausführungsbeispiel vollständig oder lediglich auf ihrer Formfläche in üblicher Weise mit einer dünnen, vorzugsweise mit einer extrem dünnen, grössenordnungsmässig, nur Tausendstelmillimeter dicken, Hartchromschicht versehen, und zwar mit einer Hartchromschicht möglichst grosser Härte nach 40 Rockwellc. Das kann beispielsweise nach Dettner/Elze «Handbuch der Galvanotechnik» (1966), Band II, 17,05 Chrom, geschehen. Die Hartverchromung wird in bekannter Weise so geführt, dass eine blanke und geschlossene Oberfläche entsteht. Auf jede Schleifbehandlung der hartverchromten 45 Oberfläche wird verzichtet. Allerdings kann zusätzlich nach der Hartverchromung eine passivierende Behandlung, z.B.

eine benetzende oder spülende Behandlung mit einer Lösung von Bichromat, zweckmässig sein. Jedenfalls wird die dünn bis extrem dünn hartverchromte Oberfläche der Muttermatrize 50 durch Spülen so gereinigt, wie es in der Galvanotechnik zur Vorbereitung weiterer galvanischer Verfahrensschritte üblich ist. Vor der nächsten Bearbeitung müssen alle Tropfen, Luftblasen und dergleichen von der hartverchromten Oberfläche entfernt werden.

Um nunmehr die Formmaske galvanisch aufzubauen, wird zunächst ein galvanisches Kupferbad hergestellt, beispielsweise wie es in der Literaturstelle Dettner/Elza I.e., 17,02 Kupfer, beschrieben ist. Es mag sich um ein Kupferbad aus Pyrophos-phat handeln. Stets wird mit extrem reinem Kupfer gearbeitet, wie es z.B. auch für die Herstellung gedruckter Schaltungen eingesetzt wird. Die Muttermatrize selbst mit ihrer Hartchromschicht wird in das Kupferbad als eine Elektrode eingehängt. Im übrigen werden die Elektroden des Kupferbades an einen Präzisionsgleichrichter angeschlossen. Bei dem angegebenen Kupferbad wird die Badtemperatur auf eine Temperatur von 61 Grad Celsius eingestellt und über entsprechende Einrichtungen zur Regelung der Badtemperatur auf dieser Temperatur auch konstant gehalten. Das Kupferbad selbst wird wie üblich, gegebenenfalls über eine Filtergruppe bewegt bzw. umgepumpt. Überdeckungen und Überschneidungen sind zu vermeiden und die hartverchromte formdefinierende Oberfläche der Muttermatrize wird zweckmässigerweise vom Strom des Kupferbades orthogonal angeströmt.

Danach beginnt der Aufbau der Formmaske. Und zwar wird zunächst eine extrem niedrige Gleichspannung an die Elektroden angelegt, die in der Grössenordnung von 0,1 Volt oder sogar niedriger liegt. Diese galvanische Behandlung wird so lange geführt, bis sich auf der hartverchromten Formoberfläche der Muttermatrize ein erster hauchartiger, dünner Kupferniederschlag mit dem blossen Auge erkennen lässt. Dazu gehören im allgemeinen ein bis einige Stunden. Nunmehr kann die Badspannung in Stufen von stets 1 bis mehreren Stunden bis 0,5 Volt erhöht werden. Nach weiteren Stunden kann sie auf 1 Volt erhöht werden. Danach kann stufenweise eine weitere Steigerung durchgeführt werden, bis am Ende einer Behandlungszeit von etwa 24 Stunden die Badspannung 5 Volt beträgt. Inzwischen hat sich nicht nur auf der hartverchromten Oberfläche die Formmaske in Form einer allen mechanischen Beanspruchungen genügenden Kupferschicht von einigen Zehntelmillimetern Dicke bis Millimetern Dicke aufgebaut, es hat sich vielmehr und überraschenderweise die so hergestellte Formmaske von der Hartchromschicht auch so weit gelöst,

dass sie mit Hilfe eines angepassten Stempels unter Verwendung eines Kunstharzklebers oder Weichlotes abgehoben werden kann. Mit angepassten Stempel und Kunstharzkleber wird gearbeitet, um beim Abheben singuläre Beanspruchungen und dadurch bedingte Verformungen zu vermeiden. Die so hergestellte Formmaske besitzt bezüglich ihrer eigenen Formoberfläche, bis auf die gleichsam hauchdünne Überzugsschicht aus Hartchrom, die auf die Muttermatrize aufgebracht worden ist, identisch die Form der Muttermatrize und damit eine Präzision mit praktisch Nulltoleranz. Die Formmaske wird wie üblich mit einem Träger vereinigt.

Claims

625 732

1. Verfahren zur Herstellung einer Muttermatrize entsprechenden Formmaske aus Kupfer oder aus Kupferlegierung für ein Elektroerosionswerkzeug, wobei auf eine Oberfläche, die der Oberfläche der herzustellenden Formmaske entspricht,

eine leitende Schicht aufgebracht, auf die leitende Schicht galvanisch eine Metallschicht aus Kupfer oder aus Kupferlegierung aufgebaut sowie die Metallschicht als Formmaske abgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar auf die Oberfläche der Muttermatrize galvanisch als leitende Schicht eine dünne Überzugsschicht mit geschlossener Oberfläche aus einem in bezug auf den Werkstoff der herzustellenden Formmaske neutralen Metall aufgebracht wird, die danach gereinigt wird, und dass auf dieser Überzugsschicht die Metallschicht für die Formmaske so lange aufgebaut wird, bis sie als Formmaske abhebbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Muttermatrize eine Uberzugsschicht mit einer Schichtdicke von, grössenordnungsmässig, Tausendstelmillimeter aufgebracht wird.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Überzugsschicht eine Metallschicht für die Formmaske mit einer Schichtdicke von, grössenordnungsmässig, Zehntelmillimeter bis Millimeter aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Muttermatrize als Überzugsschicht eine Chromschicht, vorzugsweise eine Hartchromschicht möglichst hoher Härte von z.B. 70 Rockwell und mehr, aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht für die Formmaske auf die Überzugsschicht, insbesondere auf die Hartchromschicht, in nach Stunden bis Tagen zählendem Langzeitauftrag galvanisch aufgebaut wird, und dass dabei die Badspannung von zunächst weniger als Zehntelvolt bis zu einigen Volt gesteigert wird.