DD149626A1

DD149626A1 - DEVICE FOR ELECTROCHEMICAL-ELECTRO-THERMAL MECHANICAL REMOVAL OF POWER-CONDUCTIVE MATERIALS

Info

Publication number: DD149626A1
Application number: DD22005780A
Authority: DD
Inventors: Hans Wicht; Klaus Nestler; Wolfgang Piersig
Original assignee: Hans Wicht; Klaus Nestler; Wolfgang Piersig
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1981-07-22

Abstract

Es ist Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum elektrochemisch-elektrothermisch-mechanischen, wie auch allem elektrischen, Abtragen stromleitender Werkstoffe zu entwickeln, die es gestattet, Werkstuecke effektiver mit besserer Oberflaechenqualitaet, Schnittgeometrie, ohne Gratbildung, material- sowie energiesparend zu trennen. Erfindungsgemaesz wird das erreicht dadurch, dasz das Werkstueck in einer Vorrichtung aufgenommen wird, die symmetrische, unmittelbar an die Abtragstelle reichende Kontaktierungselemente besitzt, die eine Werkstueckauflage und Fixierung gewaehrleisten und das zur Ableitung der Schnittwaerme symmetrisch angeordnete, werkstueckbezogene, werkstueckspannende waermeableitende Kuehlelemente vorhanden sind, wobei die Vorrichtung oder Vorrichtungsteile aus elektrisch leitendem Material, das sich mit einer elektrisch leitenden Passivschicht ueberzieht, welche fest auf dem Substratwerkstoff haftet und sich bei Beschaedigung selbstaetig regeneriert, bestehen. Moegliche Anwendungsgebiete der Erfindung sind: Profil- und Hohlkoerperschneiden, Oberflaecheneinebnung, Deckschichtenabtrag, Oberflaechenpolieren, Entgraten, Anfasen, Steigerabtrennen, Detailbearbeitung.It is an object of the invention to develop a device for electrochemical-electrothermic-mechanical, as well as all electrical, removal of electrically conductive materials, which allows workpieces more effectively with better Oberflaechenqualitaet, cut geometry, without burrs, material and energy saving to separate. Erfindungsgemaesz achieved by the fact that the workpiece is received in a device that has symmetrical, directly to the Abtragstelle reaching contacting elements, which ensure a Werkstueckauflage and fixation and for the derivation of the cut heat symmetrically arranged, workpiece related, werkstuecksspannende heat-dissipating cooling elements are present the device or device parts of electrically conductive material, which overlaps with an electrically conductive passive layer, which firmly adheres to the substrate material and regenerates automatically when damaged consist of. Possible fields of application of the invention are: profiled and hollow body cutting, surface smoothing, surface layer removal, surface polishing, deburring, chamfering, removal of stones, detail machining.

Description

-.ölvorrichtung zum elektrochemisch-elektrothermisch-mechani-Bchen Abtragen stromleitender Werkstoffe-.ölvorrichtung for electrochemical-electrothermic-mechani-Bchen removal of electrically conductive materials

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektroche misch-elektrothermisch-mechanischen Abtragen stromleitender Werkstoffe zur Bearbeitung von Werkstücken·The invention relates to a device for electrochemically mixed-electrothermic-mechanical removal of electrically conductive materials for machining workpieces ·

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß elektrisch leitende oder halbleitende Werkstücke elektrochemisch in einer Einrichtung bearbeitet werden können.It is known that electrically conductive or semiconductive workpieces can be processed electrochemically in a device.

Im DD-WP 97367 wird eine Einrichtung beschrieben, die insbesondere in Anlagen zum elektrochemischen Trennen von Metall mittels Trennscheibe oder Trennband eingesetzt wird.In DD-WP 97367 a device is described, which is used in particular in plants for the electrochemical separation of metal by means of cutting disc or separating belt.

Diese Einrichtung besteht aus zwei Kammerschalen aus nichtleitendem Material und ist zur Elektrolytzufuhr in elektrochemischen Bearbeitungsanlagen geeignet. Die Elektrolytzufuhr erfolgt über Schraubstutzen· In den Kammerschalen sind öffnungen, durch die das zu bearbeitende Werkstück in die Elektrolytkaramer eingeführt wird.This device consists of two chamber shells made of non-conductive material and is suitable for supplying electrolyte in electrochemical processing plants. The electrolyte is supplied via screw socket · In the chamber shells are openings through which the workpiece to be machined is introduced into the electrolyte Karamer.

Diese Einrichtung hat den Nachteil , daß das Werkstück in der Kammer ohne einen Kontakt mit den Kammerteilen schwebt, Die Folge einer solchen Konstruktion ist, daß das Werk stück in der Kammer nicht eindeutig fixiert werden kann·This device has the disadvantage that the workpiece in the chamber floats without contact with the chamber parts, the result of such a construction is that the work piece in the chamber can not be clearly fixed ·

Da die Elektrolytkammer in dieser Konstruktion nur eine Einrichtung zur Elektrolytzufuhr ist, wird das Werkstück außerhalb der Kammer aufgenommen und gespannt.Since the electrolyte chamber in this construction is only a means for supplying electrolyte, the workpiece is received outside the chamber and tensioned.

Diese Verfahrensweise hat mehrere Nachteile, Einmal ist die Spannstelle des Werkstückes einseitig und zu weit von der Bearbeitungsstelle entfernt, wodurch bei einseitiger Arretierung relativ hohe Schwingungen am abzutrennenden Ende auftreten.This procedure has several disadvantages, Once the clamping point of the workpiece is one-sided and too far away from the processing point, whereby relatively high vibrations occur at the end to be cut off at one-sided locking.

Das zu trennende Werkstück ist von den Teilen der Vorrichtung unmittelbar neben der Abtragstelle durch Luftspalte beziehungsweise Auflage auf nichtleitendem Material wärmeisoliert, so daß die beim Abtrag eingebrachte und wieder abzuführende Wärmemenge weder im unmittelbaren Wirkspalt noch im Bereich der Vorrichtung von der Elektrolytlösung schnell genug abgeleitet wird. Dieser Tatbestand wirkt sich sowohl auf die Abtraggeschwindigkeit als auch auf die Qualität der Abtragflächen und die Schnittgeometrie negativ aus. Zum anderen kann das von der Kammerhälfte eng umschloseene abgeschnittene Teil wegen auftretender Gratbildung nicht immer ohne Schwierigkeiten bei kontinuierlichem Werkstücknachschub durch die Öffnung der Kammerhälfte transportiert werden.The workpiece to be separated is thermally insulated from the parts of the device immediately adjacent to the Abtragstelle by air gaps or support on non-conductive material so that the introduced during removal and again dissipated amount of heat is dissipated fast enough neither in the immediate effective gap nor in the field of the device of the electrolyte solution. This fact has a negative effect both on the removal rate and on the quality of the removal surfaces and the cutting geometry. On the other hand, the cut-off part closely surrounded by the half of the chamber can not always be transported through the opening of the chamber half due to the occurrence of burr formation without difficulties with continuous supply of workpieces.

Weiterhin hat sich als Nachteil erwiesen, daß eine einseitige anodische Polung über die Werkstückspannung realisiert wird. Der Stromweg zur Bearbeitungsstelle ist zu weit und hat einen zu hohen Spannungsabfall zur Folge. Außerdem ist das abzutrennende Teil durch den sich beim Trennvorgang in der Schnittfuge immer mehr verringernden Leiterquerschnitt strommäßig im Vergleich zum ungeschnittenen Ende immer weniger beziehungsweise im Durchtritt der Werkzeugelektrode nicht mehr mit Strom versorgt.Furthermore, it has proven to be a disadvantage that a one-sided anodic polarity is realized via the workpiece clamping. The current path to the processing point is too far and results in too high a voltage drop. In addition, the part to be separated is no longer supplied with electricity by the conductor cross-section becoming increasingly smaller during the cutting process in the kerf compared to the uncut end or less in the passage of the tool electrode.

Die Folge ist eine unterschiedliche Oberflächengüte der Schnittflächen, wobei am Abschnitt eine verstärkte Gratbildung auftritt.The result is a different surface quality of the cut surfaces, with increased burr formation occurring at the section.

Gekennzeichnet sind solche Schnitte durch langsamen Vorschub, verbunden mit mangelhafter Schnittgeometrie und zu großen Schnittbreiten sowie niedriger Produktivität und relativ hohem spezifischen Energieverbrauch.Such cuts are characterized by slow feed, combined with poor cutting geometry and large cutting widths as well as low productivity and relatively high specific energy consumption.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum elektrochemisch-elektrothermisch-mechanischen Abtragen von stromleitenden Werkstoffen zu entwickeln, die es gestattet, Werkstücke effektiver mit besserer Oberflächenqualität und Schnittgeometrie sowie ohne Gratbildung material- und energiesparend zu trennen. Desweiteren soll die Vorrichtung auch für das rein elektrochemische Abtragen sowie der weiteren elektrischen Abtragverfahren anwendbar sein.It is an object of the invention to develop a device for electrochemical-electrothermic-mechanical removal of electrically conductive materials, which allows to separate workpieces more effectively with better surface quality and cut geometry and without burr material and energy saving. Furthermore, the device should also be applicable for purely electrochemical removal as well as the further electrical removal method.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum elektrochemisch-elektrothermisch-mechanischen Abtragen stromleitender Werkstoffe, insbesondere zum Schneiden von Profilmaterial und Hohlkörpern sowie zum Einebnen, Polieren, Entgraten und Anfasen zu entwickeln, die eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit, Oberflächenqualität und Schnittgeometrie sowie keine Gratbildung bei hoher Produktivität verbunden mit Material- und Energieeinsparung ermöglicht.The object of the invention is to develop a device for electrochemical-electrothermic-mechanical removal of electrically conductive materials, in particular for cutting profile material and hollow bodies as well as for leveling, polishing, deburring and chamfering, the high machining accuracy, surface quality and cut geometry and no burr formation at high Productivity combined with material and energy savings.

Erfindungsgemäß wird das erreicht dadurch, daß das jeweilige Werkstück in einer Vorrichtung aufgenommen wird, die so konstruiert ist, daB sie den speziellen Besonderheiten des elektrochemisch-elektrothermisch-mechanischen Abtragens gerecht wird, aber auch für das rein elektrochemische Abtragen sowie weiterer elektrischer Abtragverfahren anwendbar ist. According to the invention this is achieved in that the respective workpiece is received in a device which is designed so that it meets the special features of the electrochemical-electrothermic-mechanical abrasion , but also for purely electrochemical ablation and other electrical removal method is applicable.

Neben dem elektrochemischen Abtragen wird auch elektrisch kombiniert abgetragen, zum Beispiel elektrochemisch-elektrothermisch-mechanisch. Dabei nutzt man einen Teil derIn addition to the electrochemical removal is also removed electrically combined, for example, electrochemical-electrothermic-mechanical. It uses a part of the

primär zugeführten Elektroenergie unmittelbar im Wirkspalt zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück als Schmelz- und V«rdampfungswärme zum Zwecke des Abtragens stromleitender Werkstoffe.primary supplied electric energy directly in the effective gap between the tool electrode and the workpiece as a melting and V rrampfampfwärme for the purpose of removing electrically conductive materials.

Die Vorrichtung besteht aus linken und rechten Seiten zwischen denen ein Spalt vorhanden ist, der den ungehinderten Durchgang der Werkzeugelektrode ermöglicht, wobei die Breite des Spaltes der Vorrichtung nur wenig größer als die Dicke der Werkzeugelektrode ist. In den linken und rechten Seiten der Vorrichtung befinden sich Hohlräume, die zur Aufnahme des Arbeitsmediums dienen, welches gleichzeitig mehrere Aufgaben zu erfüllen hat. Dazu gehören die Herstellung der ionenleitenden Verbindung für den elektrochemischen Abtraganteil und die Ableitung der beim elektrochemischen Abtraganteil freiwerdenden Wärme und die durch den elektrothermischen Anteil in die wärmeableitenden Kühlelemente übertragene Wärme und der Austrag der Abtragprodukte aus dem WirkspaltThe device consists of left and right sides between which there is a gap which allows unimpeded passage of the tool electrode, the width of the gap of the device being only slightly greater than the thickness of the tool electrode. In the left and right sides of the device are cavities that serve to accommodate the working medium, which has to fulfill several tasks simultaneously. These include the preparation of the ion-conducting compound for the electrochemical Abtraganteil and the derivation of the heat released during the electrochemical Abtraganteil heat and transmitted through the electrothermal component in the heat-dissipating cooling elements heat and the discharge of Abtragprodukte from the effective gap

Die Versorgung dieser Hohlräume erfolgt mit Elektrolytlösung über Einströmstutzen, wobei der Elektrolyt zwischen Werkzeugelektrode und den linken und rechten Seiten der Vorrichtung austritt. An den Seiten der Vorrichtung befinden sich Öffnungen für den Werkstückdurchlauf. In der Vorrichtung befindet sich eine symmetrisch und unmittelbar an die Abtragstelle reichende Kontaktierung, die eine Werkstückauflage gewährleistet und das Werkstück fixiert. Desweiteren sind in der Vorrichtung symmetrisch angeordnete wärmeableitende Kühlelemente vorhanden, um die Spannungs- und Energieverluste minimal zu halten. The supply of these cavities takes place with electrolyte solution via inflow, wherein the electrolyte emerges between the tool electrode and the left and right sides of the device. On the sides of the device are openings for the workpiece pass. In the device is a symmetrical and directly to the Abtragstelle reaching contact, which ensures a workpiece support and fixes the workpiece. Furthermore, in the device symmetrically arranged heat dissipating cooling elements are present to minimize the voltage and energy losses.

Die wärmeableitenden Kühlelemente weisen eine definierte Oberfläche zum Zwecke der Wärmeableitung Metall-Elektrolytlösung auf. Bei entsprechender Dimensionierung dieser Kühlelemetite wird durch rasche Ableitung der Wärme eine Gratbildung am Werkstück während der Bearbeitung vermieden.The heat-dissipating cooling elements have a defined surface for the purpose of heat dissipation metal electrolyte solution. With appropriate dimensioning of this Kühlelemetite a burr formation on the workpiece during processing is avoided by rapid dissipation of heat.

Gleichzeitig übernehmen die wärmeableitenden Kühlelemente eine erforderliche Werkstückspannung in der Vorrichtung.At the same time take over the heat-dissipating cooling elements required workpiece voltage in the device.

Die Kühlelemente sind auswechaelbar und so dimensioniert, daß eine optimale Werkstückspannung, entsprechend der Form des zu bearbeitenden Werkstückes, erfolgen kann. Als Werkstoff für die Vorrichtung wird ein mit einer elektrisch leitenden Passivschicht, zum Beispiel Titan, überzogener Werkstoff eingesetzt. Bei Anwendung eines nichtpasaivierenden Werkstoffs* löst sich, infolge anodischer Polung, dieser langsam auf und gestattet damit keine vollständige Kontaktierung und genaue Fixierung sowie ausreichende Wärmeabfuhr.The cooling elements are auswechaelbar and dimensioned so that an optimal workpiece clamping, according to the shape of the workpiece to be machined, can take place. The material used for the device is a material coated with an electrically conductive passive layer, for example titanium. When using a nonpasivating material *, it dissolves slowly due to anodic polarity and thus does not allow complete contacting and precise fixation and sufficient heat dissipation.

Die Passivschicht haftet auf dem Substratwerkstoff fest und regeneriert sich bei mechanischer Beschädigung selbetätig.The passive layer adheres firmly to the substrate material and regenerates itself in the event of mechanical damage.

embodiment

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.The invention will be explained using an exemplary embodiment.

In der entsprechenden Zeichnung zeigen:In the corresponding drawing show:

Fig. 1: einen Schnitt durch die Vorderansicht der Vorrichtung mit aufgenommenem V/erkstück und eingefahrener Werkzeugelektrode1 shows a section through the front view of the device with recorded V / erkstück and retracted tool electrode

Auf einer Grundplatte 1 einer Vorrichtung sind ein linkes Unterteil 2 und ein rechtes Unterteil 3 montiert. Dabei enthält das linke Unterteil 2 ein wärmeableitendes Kühlelement 4 und ein Kontaktelement 5» Das rechte Unterteil 3 enthält ebenfalls ein wärmeableitendes Kühlelement 6 sowie ein Kontaktelement 7.On a base plate 1 of a device, a left lower part 2 and a right lower part 3 are mounted. The left lower part 2 contains a heat-dissipating cooling element 4 and a contact element 5. The right-hand lower part 3 likewise contains a heat-dissipating cooling element 6 and a contact element 7.

Auf die Unterteile 2 und 3 werden ein linkes Oberteil 8 mit wärmeableitendem Kühlelement 9 und einem Kontaktelement 10 sowie ein rechtes Oberteil 11 mit wärmeableitendem Kühlelement 12 und einem Kontaktelement 13 über Scharniere drehbar gelagert und mittels eines Schnellspanners mit den Unterteilen 2 und 3 der Vorrichtung kraftschlüssig verbunden.On the lower parts 2 and 3, a left upper part 8 with heat dissipating cooling element 9 and a contact element 10 and a right upper part 11 with heat-dissipating cooling element 12 and a contact element 13 rotatably mounted via hinges and non-positively connected by means of a quick release with the lower parts 2 and 3 of the device ,

Die in den Unterteilen 2 und 3 und den Oberteilen 8 und 11 angeordneten wärmeableitenden Kühlelemente 4, 6, 9 und 12 übernehmen die erforderliche Werkstückspannung und sind auswechselbar gestaltet.The arranged in the lower parts 2 and 3 and the upper parts 8 and 11 heat-dissipating cooling elements 4, 6, 9 and 12 take over the required workpiece clamping and are designed interchangeable.

Die Werkstückspannung erfolgt über die beweglichen Oberteile 8 und 11, im geschlossenen Zustand, indem die wärmeableitenden Kühlelemente 9 und 12 durch Druckfedern 14 gegen ein Werkstück 15 gedrückt werden, welches durch die wärmeableitenden Kühlelemente 4 und 6, die verbunden mit den beiden Unterteilen 2 und 3 der Vorrichtung sind, aufgenommen wird.The workpiece clamping via the movable upper parts 8 and 11, in the closed state by the heat-dissipating cooling elements 9 and 12 are pressed by compression springs 14 against a workpiece 15, which by the heat-dissipating cooling elements 4 and 6, connected to the two lower parts 2 and 3 the device are recorded.

In den Unterteilen 2 und 3 sowie den Oberteilen 8 und 11 sind Hohlräume 16 zur Aufnahme der Elektrolytlösung einge-In the lower parts 2 and 3 and the upper parts 8 and 11, cavities 16 for receiving the electrolyte solution are inserted.

arbeitet. Für die Zufuhr der .Elektrolytlösung in die Hohlräume 16 dienen in die Vorrichtung eingebrachte Einströmstutzen 17.is working. For the supply of .Elektrolytlösung in the cavities 16 are inserted into the device inflow 17th

Mittels einer fixierten ¥/erkzeugelektrode 18 auf einer rotierenden Welle mit Kontaktierung 19 erfolgt der elek trochemisch-elektrothermisch-mechanische Abtrag stromleitender Werkstoffe an einem Werkstück 15.By means of a fixed ¥ / erkzeugelektrode 18 on a rotating shaft with contact 19 carried the elec trochemisch-electrothermic-mechanical removal of electrically conductive materials on a workpiece 15th

Zwischen den Unterteilen 2 und 3 sowie den Oberteilen 8 und 11 ist ein Spalt 20 erforderlich, damit die Werkzeugelektrode 18 ungehindert bis zum Werkstück 15 vordringen kann. Dabei darf dieser Spalt nur wenig größer sein als die Dicke der Werkzeugelektrode 18·Between the lower parts 2 and 3 and the upper parts 8 and 11, a gap 20 is required so that the tool electrode 18 can freely penetrate to the workpiece 15. In this case, this gap may only be slightly larger than the thickness of the tool electrode 18 ·

Bei in den Spalt 20 eingefahrener Werkzeugelektrode 18 wird auf dem Y/ege bis zum Werkstück 15 die Fläche für die über den Spalt 20 austretende Elektrolytlösung mehr und mehr verringert. Damit steht die Elektrolytlösung zur gleichzeitigen Erfüllung mehrerer Aufgaben beim elektrochemischelektrothermisch-mechanisehen Abtragen von stromleitenden Werkstoffen und zur ständigen und intensiven Versorgung der Abtragstelle zur Verfügung.When the tool electrode 18 has retracted into the gap 20, the area for the electrolyte solution emerging via the gap 20 is reduced more and more on the Y / ege up to the workpiece 15. Thus, the electrolyte solution is available for the simultaneous fulfillment of several tasks in the electrochemical-electrothermic-mechanical removal of electrically conductive materials and for the constant and intensive supply of the ablation site available.

Zur Gewährleistung der gewünschten Abschnittlängen dient ein am rechten Oberteil 11 der Vorrichtung dreh- und arretierbar angebrachter Werkstückanschlag 21 mit Stellschrau-· be«In order to ensure the desired section lengths, a workpiece stop 21 with adjusting screw, mounted rotatably and lockably on the right upper part 11 of the device, serves

Zur Sicherung der hohen Produktivität ist es erforderlich, die Drehzahl der rotierenden Vtelle mit Kontaktierung 19 so auszulegen, daß die relative Verschiebegeschwindigkeit am Umfang der Werkzeugelektrode 18 die für das Verfahren notwendigen Werte erreicht.To ensure high productivity, it is necessary to design the rotational speed of the rotating cell with contacting 19 so that the relative displacement speed at the circumference of the tool electrode 18 reaches the values necessary for the method.

Als Werkzeugelektrode 18 können außerdem ein stromleitendes Band beziehungsweise stromleitende Drähte eingesetzt werden.As a tool electrode 18, a current-conducting band or current-conducting wires can also be used.

Für die Vorrichtung wird als Werkstoff ein mit einer elektrisch leitenden Passivschicht, zum Beispiel Titan , überzogener Werkstoff eingesetzt.For the device, a material coated with an electrically conductive passive layer, for example titanium, is used as the material.

Claims

Erfindungsangpruch

1. Apparatus for electro-mechanical-electrothermal-mechanical removal of electrically conductive materials, in particular for cutting profile material and hollow bodies and for leveling, Oberschichtabtrag, polishing, deburring and chamfering, characterized in that in the device symmetrical, directly to the removal point-reaching contacting elements (5 , 7, 10 and 13) are arranged, a workpiece support and

Ensure fixation, continue to drain
the heat generated during ablation symmetrically arranged heat-dissipating cooling elements (4 »6, 9 and 12) are present in the device, which are interchangeable according to the workpiece shape to be machined and

at the same time take over the puncture of a workpiece voltage, and that an electrically conductive non-dissolving passive layer, as occurs preferably on titanium, is applied to the substrate material of the device and / or other device elements as a coating is applied, which firmly adheres to the substrate material and damage regenerated automatically.

To this 1SeHo drawing