Titel der Erfindung
Verfahren zur Oberflächenbearbeitung, das elektrische Entladung und eine Elektrode verwendet.
Technisches Gebiet
Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung, das elektrische Entladung und eine Elektrode, die zum Erreichen der elektrischen Entladung verwendet wird, verwendet. Im Besonderen bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung, das elektrische Entladung verwendet, in welchem eine Entladungsstrecke in einer Flüssigkeit ausgeführt ist.
Stand der Technik
Ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung, das elektrische Entladung verwendet, (von hier an Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren) ist bekannt. Im herkömmlichen Verfahren wird eine Entladung in der Form von Pulsen zwischen einer Elekt-rode (von hier an Entladungselektrode) und einem Werkstück erzeugt. Die Entladungselektrode und das Werkstück sind mit einem vordefinierten Spalt (von hier an Entladungsstrecke) einander gegenüberliegend in einer Bearbeitungsflüssigkeit angeordnet. Die Entladungselektrode ist eine grüne pressgeformte Elektrode oder eine Metallelektrode. Die grüne pressgeformte Elektrode ist diejenige, die durch Zusammenpressen von Metallpulver oder Pulver einer Metallverbindung oder Keramikpulver gebildet ist.
Eine harte, dünne Überzugsschicht, die aus dem Material, aus dem die Elektrode gebildet ist, (von hier an Elektrodenmaterial) oder seinem Reaktant gemacht ist, wird wegen der infolge der elektrischen Entladung erzeugten Energie auf der Oberfläche des Werkstücks (von hier an Werkstückoberfläche) gebildet. Diese herkömmliche Methode wird in den Gazetten veröffentlichter Japanischer Patentanmeldungen offenbart (JP-A Nr. 8-300 227, JP-A Nr. 9-19 829 und JP-A Nr. 9-192 937).
In herkömmlichen Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren wird keine geformte Elektrode, sondern eine feste Entladungselektrode verwendet, die eine einfache, leicht zu produzierende Form hat, wie zum Beispiel eine runde, stabförmige Elektrode. Die Entladungselektrode ist hergestellt, um die Werkstückoberfläche abzutasten.
Wenn allerdings eine Entladungselektrode in der Form eines runden Stabs, wie in der Fig. 4(a) dargestellt, verwendet wird, ist die Länge L der Elektrodenoberfläche in der Abtastrichtung am längsten im Mittelteil der Elektrode und sie ist gegen die Seiten hin allmählich verkürzt. Folglich hat ein Gebiet, durch welches sich der Mittelteil bewegt, eine längere Zeit, der Entladungselektrode gegenüber zu liegen, während ein anderes Gebiet, durch welches sich ein Seitenteil bewegt, eine kürzere Zeit hat, der Entladungselektrode gegenüber zu liegen, wenn die Entladungselektrode während dem Abtasten vorbeigeht.
Aus diesem Grund wird die resultierende dünne Schicht, wie in der Fig. 4(b) illustriert, dicker im Gebiet, durch welches sich der Elektrodenmittelteil mit der längeren Länge L der Elektrodenoberfläche bewegt, während es im Gebiet, durch welches sich der Elektrodenseitenrandteil mit einer kurzen Länge L der Elektrodenoberfläche bewegt, dünner wird, mit dem Resultat, dass ein bloss einmaliges Durchgehen der Elektrode eine gleichmässige dünne Schicht c mit Abweichungen in der Dicke der dünnen Schicht bildet und nicht eine Oberfläche der dünnen Überzugsschicht mit einer gleichmässigen Dicke gebildet wird.
Wenn eine dünne Überzugsschicht entlang einem geradlinigen Teil gebildet wird, kann eine Entladungselektrode aus einem prismatischen Stab, der in seinem Querschnitt eine quadratische Form hat, verwendet werden. Wenn allerdings bei der Anwendung der Entladungselektrode aus einem prismatischen Stab die Abtastrichtung der Entladungselektrode geändert wird, muss die Ausrichtung der Entladungs-elektrode wie im Fall von Federverfahren gedreht werden, was eine schwierige und zeitaufwändige Aufgabe zur Folge hat.
Zudem wird im Fall der Entladungselektrode aus einem runden Stab beim Ausführen des Verfahrens auf einem Randteil einer Form usw., die Endfläche der Elektrode beim Fortschreiten des Verfahrens verbraucht, mit dem Resultat, wie in Fig. 5 illustriert, dass der Randteil e eines Werkstücks W von der Endfläche A der Elektrode derart umgeben ist, dass das Entladen auf den Randteil e konzentriert ist, was runde Randeckenteile mit absackenden Rändern verursacht.
Um dieses Problem zu lösen wurde ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem die Entladungselektrode um seine Mittelachsenlinie herum gedreht wird. Allerdings ist es nicht möglich, das Problem der Abweichungen in der Dicke der dünnen Schicht, abhängig von der Position, durch die die Entladungselektrode geht, zu lösen, auch wenn die Entladungselektrode gedreht wird.
Hier wird im Entladungsbeschichtungsverfahren, in welchem die Spitze einer Elektrode ein Werkstück leicht berühren darf und das Elektrodenmaterial durch die Entladungsenergie nach und nach zur Beschichtung des Werkstücks übertragen und verschmolzen wird, eine hohle Röhrenelektrode, wie in den Gazetten veröffentlichter Japanischer Patentanmeldungen beschrieben (JP-A Nr. 8-53 777, JP-A Nr. 1-139 774), verwendet.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme zu lösen. Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren zu liefern, welches im Entladungs-oberflächenbearbeitungsverfahren durch Verwendung des Spaltentladungsverfahrens in einer Flüssigkeit eine dünne Überzugsschicht mit einer gleichmässigen Dicke bilden kann, und welches auch eine dünne Überzugsschicht bilden kann, ohne Randabsackung zu verursachen, und auch eine Entladungsoberflächenbearbeitungselektrode, die für ein solches Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren benötigt wird zu liefern.
Darstellung der Erfindung
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, welches ein Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren ist, in welchem eine elektrische Entladung in der Form von Pulsen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück erzeugt wird, wobei die Elektrode und das Werkstück einander gegenüberliegend mit einem dazwischen liegenden vordefinierten Spalt in einer Bearbeitungsflüssigkeit ausgerichtet sind, wobei die Elektrode eine grüne formgepresste Elektrode, die durch Zusammenpressen von Metallpulver oder Pulver einer Metallverbindung oder Keramikpulver gebildet wird, oder eine Metallelektrode ist, sodass wegen der während der elektrischen Entladung erzeugten Energie eine harte, dünne Überzugsschicht aus dem Material, aus dem die Elektrode gebildet ist oder ein Reaktant dieses Materials, auf einer Oberfläche des Werkstücks gebildet wird, wobei die Elekt-rode zylindrisch geformt ist.
Weil die Elektrode eine zylindrische Form hat, ist die Länge der Elektrodenfläche in der Abtastrichtung zwischen dem Elektrodenmittelteil und den Elektrodenseitenrandteilen im Wesentlichen zueinander gleich ausgebildet. Demnach wird eine dünne Überzugsschicht gebildet, die im Wesentlichen beim Elekt-rodenmittelteil und bei den Elektrodenseitenrandteilen die gleiche Dicke hat, sodass eine Oberfläche der dünnen Schicht gebildet werden kann, die eine gleichmässige Dicke hat. Da die Elektrode eine zylindrische Form hat, hat sie, im Unterschied zu einer quadratischen Form, keine massgebende Richtung in Bezug auf die Abtastrichtung (Schieberichtung). Demzufolge ist es nicht nötig, die Richtung der Entladungselektrode zu drehen, wenn die Abtast-richtung der Entladungselektrode geändert wird.
Zudem ermöglicht die vorliegende Erfindung ein Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren zum Bilden einer harten, dünnen Überzugsschicht während dem Drehen der Entladungselektrode, die die Zylinderform um seine Mittelachsenlinie herum hat, zu liefern.
Folglich erlaubt die Drehung der Entladungselektrode um seine Mittelachsenlinie einen gleichmässigen Verbrauch der Entladungselektrode, wodurch eine gleichmässige Dicke der dünnen Schicht geliefert und Absacken bei Randteilen verhindert wird.
Die Elektrode der vorliegenden Erfindung, welche in einem Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren verwendet wird, in welchem eine elektrische Entladung in der Form von Pulsen zwischen einer Elekt-rode und einem Werkstück erzeugt wird, wobei die Elektrode und das Werkstück einander ge genüberliegend mit einem dazwischen liegenden vordefinierten Spalt in einer Bearbeitungsflüssigkeit ausgerichtet sind, wobei die Elektrode eine grüne formgepresste Elektrode, die durch Zusammenpressen von Metallpulver oder Pulver einer Metallverbindung oder Keramikpulver gebildet wird, oder eine Metallelektrode ist, sodass wegen der während der elektrischen Entladung erzeugten Energie eine harte, dünne Überzugsschicht aus dem Material, aus dem die Elektrode gebildet ist oder ein Reaktant dieses Materials, auf einer Oberfläche des Werkstücks gebildet wird,
wobei die Elektrode eine zylindrische Form hat.
Folglich ist die Länge der Elektrodenfläche in der Abtastrichtung zwischen dem Elektrodenmittelteil und den Elektrodenseitenrandteilen im Wesentlichen zueinander gleich ausgebildet. Demnach wird eine dünne Überzugsschicht gebildet, die im Wesentlichen beim Elektrodenmittelteil und bei den Elektrodenseitenrandteilen die gleiche Dicke hat, sodass eine Oberfläche der dünnen Schicht gebildet werden kann, die eine gleichmässige Dicke hat. Zudem hat diese Elektrode eine zylindrische Form, sodass sie, im Unterschied zu einer quadratischen Form, keine massgebende Richtung in Bezug auf die Abtastrichtung (Schieberichtung) hat. Demzufolge ist es nicht nötig, die Richtung der Entladungselektrode zu drehen, wenn die Abtastrichtung der Entladungselektrode geändert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung, die eine Entladungsverarbeitungsvorrichtung zeigt, die in -einem Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet wird; Fig. 2(a) und Fig. 2(b) sind Längsquerschnittsansichten und eine Endflächenansicht einer Entladungs-elektrode für die Entladungsoberflächenbearbeitung; Fig. 2(c) ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnitt einer dünnen Überzugsschicht zeigt, die durch das Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung gebildet wurde; Fig. 3 ist eine erklärende Zeichnung, die eine Abfolge von Prozessen zur Ausführung des Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 4(a) ist eine Querschnittsansicht, die eine herkömmliche Entladungselektrode zeigt;
Fig. 4(b) ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnitt einer dünnen Überzugsschicht zeigt, die durch das herkömmliche Entladungsoberflächenbearbeitungsverfahren gebildet wurde; und Fig. 5 ist eine erklärende Zeichnung, die einen Zustand von Rändern zeigt, aufweiche das herkömmliche Ent-ladungsoberflächenbearbeitungsverfahren angewandt worden ist.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die Figuren im Detail erklärt.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Verarbeitungsbehälter zum Speichern einer Bearbeitungsflüssigkeit, wie zum Beispiel \l oder Wasser usw. Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Entladungs-elektrode. Die Entladungselektrode 3 hat eine zylindrische Form. Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Energiequelle zum Anlegen einer Entladungsspannung als Pulse zwischen die Entladungselektrode 3 und ein in den Verarbeitungsbehälter 1 platziertes Werkstück W. Bezugszeichen 7 bezeichnet ein Schaltelement zum Ausführen des Schaltens zwischen einem elektrischen Strom und der Entladungsspannung, die zwischen die Entladungselektrode 3 und das Werkstück W angelegt werden soll. Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Regelkreis zum Steuern des EIN und AUS des Schaltelements 7. Schliesslich bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Widerstand.
In der Entladungsoberflächenbearbeitung, die ein Spaltentladungsverfahren in einer Flüssigkeit verwendet, steuert ein bekannter, nicht gezeigter Positionssteuerungsmechanismus, der in einer gewöhnlichen Entladungsverarbeitungsvorrichtung vorgesehen ist, den Spalt zwischen der Entladungselektrode 3 und dem Werkstück W, das heisst die Entladungsstrecke, auf einen geeigneten Spalt (10 mu m bis einige 10 mu m) in der Bearbeitungsflüssigkeit, und legt zwischen die Entladungselektrode 3 und das Werkstück W intermittierend eine Entladungsspannung an, sodass eine Entladung in der Form von Pulsen zwischen der Entladungselektrode 3 und dem Werkstück W im Wasser erzeugt wird.
Dann wird die Entladungselektrode 3 durch die Energie der Entladung verbraucht und die verbrauchte auflösende Elektrodensubstanz wird auf der Oberfläche des Werkstücks W angebracht und abgelagert, sodass darauf eine harte, dünne Überzugsschicht, die aus Elektrodenmaterial oder seinem Reaktant besteht, gebildet wird.
Die Entladungselektrode 3 besteht aus einer grünen formgepressten Elektrode, die durch Zusammenpressen und Formen von Pulver von Metallpulver, oder Pulver einer Metallverbindung, oder Pulver von Keramik in eine Zylinderform gebildet wird, oder einer Metallelektrode, die eine Zylinderform hat. Spezifische Beispiele umfassen: eine grüne formgepresste Elektrode, die durch Zusammenpressen und Formen von Pulver gebildet wird, in welcher TiN Pulver und Co Pulver in eine Zylinderform gemischt werden, und eine grüne formgepresste Elektrode, welche durch Zusammenpressen und Formen von pulverförmigem Material, das ein Metallkarbid, wie zum Beispiel WC, TiC, TaC, ZrC, SiC und VC, ein Nitrid, wie zum Beispiel TiN und ZrN, oder ein Borid, wie zum Beispiel TiB2 und ZrB2, enthält, in eine Zylinderform gebildet wird.
Zudem wird hinsichtlich der Entladungselektrode 3 eine grüne formgepresste Elektrode, welche durch Zusammenpressen und Formen von Pulver von Hartmetall, wie zum Beispiel Ti, Zr, V und Ta, oder Pulver von hydriertem Material von diesen, oder eine Metallelektrode, die durch irgendeines dieser Metalle gebildet ist, verwendet und Entladungsverarbeitungsöl, das HC enthält, wird als Bearbeitungsflüssigkeit verwendet. Demzufolge sind dem Elektrodenmaterial und HC im Entladungsverarbeitungsöl erlaubt zu reagieren, um eine harte, dünne Überzugsschicht bestehend aus Metallkarbid, wie zum Beispiel TiC, ZrC, VC und TaC, zu bilden.
Wie in den Fig. 2(a) und 2(b) dargestellt ist, hat die Entladungselektrode 3 Zylinderform, das heisst eine hohle Röhrenform. Folglich ist die Länge L der Elektrodenfläche im Wesentlichen beim Elektrodenmittelteil und bei den Elektrodenseitenrandteilen dieselbe. Folglich wird eine dünne Überzugsschicht c gebildet, die im Wesentlichen beim Elektrodenmittelteil und bei den Elektrodenseitenrandteilen die gleiche Dicke hat, dadurch wird es möglich, eine Oberfläche der dünnen Überzugsschicht zu bilden, die eine gleichmässige Dicke hat.
Zudem hat die Entladungselektrode 3 eine Zylinderform, mit der Folge, dass sie, im Unterschied zu einer quadratischen Form, keine massge bende Richtung in Bezug auf die Abtastrichtung (Schieberichtung) hat. Demzufolge ist es nicht nötig, die Richtung der Entladungselektrode zu drehen, auch wenn die Abtastrichtung der Entladungselektrode geändert wird.
Die Entladungselektrode 3, die eine Zylinderform hat, wird verschoben, um das Werkstück W abzutasten, während sie um ihre Mittelachsenlinie herum gedreht wird, sodass eine dünne Überzugsschicht gebildet wird.
In diesem Fall, wie in der Fig. 3 illustriert, erlaubt die Drehung der Entladungselektrode 3 um ihre Mittelachsenlinie der Entladungselektrode, gleichmässig verbraucht zu werden, sodass es möglich ist, zu verhindern, dass die Elektrodenendfläche A den Randteil e des Werkstücks W umgibt, um zu vermeiden, dass Entladung sich auf den Randteil e konzentriert, und folglich um runde Randeckenteile mit absackenden Rändern zu verhindern.
Folglich ermöglicht die Kombination der Entladungselektrode 3, die eine Zylinderform hat, und der Drehung der Elektrode eine gleichmässige Dicke der dünnen Überzugsschicht zu liefern und Absacken an den Randteilen zu verhindern.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, harte, dünne Überzugsschichten auf Oberflächen von verschiedenen Maschinenteilen zu bilden.