DD231752A1 - Verfahren und werkzeugkatode zum elektrochemischen entgraten und runden von metallkanten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrochemischen Entgraten und Runden von Metallkanten und ist anwendbar, wenn bei der Bearbeitung metallischer Werkstoffe an der Oberflaeche des Werkstueckes Kanten auftreten, die zur Gewaehrleistung der Funktionsfaehigkeit der Erzeugnisse entgratet und definiert gerundet werden muessen, ohne dass sich dabei das Werkstueck selbst in seinen Abmessungen merklich aendert. Die Aufgabe wird durch elektrochemisches Entgraten geloest, wobei der bevorzugte und definierte Metallabtrag an den Kanten unter transpassiven anodischen Aufloesungsbedingungen durch mehrmalige kurzzeitige lokale Einwirkung der Werkzeugkatode bei einer Stromdichte von 1-15 kA/m2 in einem Zeitintervall von 3-200 ms erfolgt. Die Werkzeugkatode, relativ zur Werkstueckoberflaeche bewegt, besteht aus Lamellen mit gemeinsamer Elektrolytzufuehrung, deren Verhaeltnis von Breite und der mit dem Werkstueck im Eingriff stehenden groessten Laenge kleiner als 1:20 ist. Verfahren und Vorrichtung sind anwendbar in Textil-, Bueromaschinen-, Hydraulikindustrie, Feingeraetebau und Praezisionsmechanik. Fig. 1

Description

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Verfahren und Werkzeugkatode zum elektrochemischen Entgraten und Runden von Me tallkanteη

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrochemischen Entgraten und Runden von Metallkanten, die eine Oberfläche eines Werkstückes durchbrechen. Das Verfahren und die Vorrichtung finden Anwendung im Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinenbau, z.B. in der Büromaschinen-, Textilmaschinen- und Verpackungsmaschinenindustrie.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Es sind eine große Anzahl von Verfahren zum Entgraten und Kantenrunden bekannt, bei denen der Grat mechanisch mit geometrisch bestimmten und geometrisch unbestimmten Schneiden beseitigt wird. Alle diese Verfahren, wie z.B. das Schleifen, verschiedene Ausführungsformen des Gleitschleifen, des Strahlspanens und des Bürstens entfernen den Grat nie vollständig. Bei der Bearbeitung selbst wird der alte Grat teilweise nur verformt bzw. es entsteht neuer Grat. (Schäfer, F. Entgraten. Theorie, Verfahren, Anlagen. Mainz: 0. Krauskopf-Verlag 1975)

Durch abtragende Entgratverfahren, wie z.B. das chemische oder das elektrochemische Abtragen kann der Grat vollständig entfernt werden. Das chemisch-thermische Entgraten, auch als Explosionsentgraten bezeichnet, erfordert einen hohen apparativen Aufwand und entsprechende Sicherheitsvorkehrungen.

2 Z 8.8 4 - 01 9 3 3 3 8

Es wird deshalb zum Unterschied von den elektrochemischen Entgratverfahren nur vereinzelt angewendet. Einfacher zu handhaben und deshalb breiter einsetzbar sind die elektrochemischen Entgratverfahren in Bädern in Form des Ätzentgraten oder des EC-Badentgraten, die auch kombiniert mit verschiedenen Verfahren des Gleitschleifen angewendet werden. Bei diesen Verfahren wird nicht nur der Grat elektrochemisch aufgelöst und die Kanten gerundet, sondern auch die Oberfläche des Werkstückes unerwünscht abgetragen. Die Produktivität ist gering.

Durch das EC-Pormentgraten läßt sich die Metallauflösung auf die Kanten konzentrieren (Simon, W., Kleinfeld, H. Elektrochemische Metallbearbeitung - Anwendungsmöglichkeiten und Rationälisierungslösungen für die Teliefert igung. FZW-Information 34> FZ des Werkzeugmaschinenbaues Karl-Mars-Stadt) Für jedes zu entgratende Werkstück mui3 eine besondere Formkatode vorhanden sein. Konstruktion und Positionierung der SC-Formkatode wird schwierig, wenn an der Werkstückoberfläche eine große Anzahl von Kanten vorhanden ist, die dicht beieinander liegen. Durch Anwendung von Segmentkatoden versucht man die Abmessungen der Werkzeugkatoden zu verkleinern. Das Problem der Positionierung wird dabei nicht gelöst.

Für sich drehende rotationssymmetrische Werkstücke sind Werkzeugelektroden bekannt, an denen die Werkstückoberfläche kontinuierlich vorbeibewegt wird (DD-WP 75920). Mit solchen Vorrichtungen wird in bestimmten Anwendungsfällen eine gute Entgratung und Kantenrundung erreicht, wenn man Elektrolytlösungen verwendet, bei denen sich der Werkstoff anodisch aktiv auflöst, z.B. Natriumchloridlösung für Eisenwerkatoffe. Bei diesen Verfahren und Vorrichtungen wird aber die Oberfläche des Werkstückes stark abgetragen.

Benutzt man Elektrolytlösungen, bei denen die Metallauflösung im transpassiven Bereich erfolgt, z.B. Nitratlösungen für Eisenwerkstoffe, so vermindert sich der Metallabtrag an der Oberfläche, gleichzeitig gehen aber auch Entgratwirkung

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Kantenrundung und Produktivität zurück. Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Werkzeugkatode zum elektrochemischen Entgraten und Runden von Metallkanten an einer Werkstückoberfläche zu schaffen, die einen effektiven Metallabtrag vor allem an den Kanten bewirken. Die dazu notwendige Vorrichtung soll einfach aufgebaut sein, sich leicht an verschiedene Werkstückoberflächen anpassen lassen und durch Gestaltung und Kombination von Werkzeugen unterschiedliche Kantenrundung in verschiedenen Bereichen der Oberfläche ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, den Nachteil der bisherigen elektrochemischen Entgratverfahren bzw. Vorrichtungen zu beseitigen, der in einem unerwünschten Metallabtrag an den Stellen des Werkstückes besteht, die durch vorangegangene Bearbeitung bereits ihre Endform erhalten haben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektrolyse zwischen dem als Anode geschalteten Werkstück und der 7/erkzeugkatode mit einer Elektrolytlösung im Arbeitsspalt, die eine transpassive Metallauflösung bewirkt, bei einer Stromdichte von 1-15 kA/m lokal und zeitlich begrenzt über ein Zeitintervall von 3 - 200 ms mehrmals hintereinander erfolgt. Die mehrmalige Einwirkung der Elektrolyse wird dadurch realisiert, daß die Werkzeugkatode mit einer kleinen Eingriffsfläche zum Werkstück entlang zur Oberfläche des Werkstückes periodisch bewegt wird, wobei die Länge der Werkzeugkatode in Bewegungsrichtung klein ist im Vergleich zu ihrer Breite.

Es wurde gefunden, daß unter den angegebenen Verfahrensbedingungen an Werkstücken mit Kanten an der Oberfläche der Werkstoff bevorzugt an diesen Kanten abgetragen wird, der Metallabtrag an der Werkstückoberfläche selbst dagegen ver-

nachlässigbar klein bleibt.

Der Arbeitsspalt zwischen Werkstückoberfläche und Werkzeugkatode wird durch Eintauchen oder durch Anströmen mit Elektrolytlösung ausgefüllt.

Die Kantenrundung läßt sich im konkreten Bearbeitungsfall durch Erhöhen der Anzahl,der aufeinanderfolgenden Einwirkungen, durch Vermindern der Länge der Werkzeugkatode in Bewegungsrichtung oder durch Erhöhen der Stromdichte verstärken.

Es wurde gefunden, daß für die Bearbeitung von Eisenwerkstoffen unter den Elektrolytlösungen, die eine transpassive Eisenauflösung bewirken, die Alkalinitratlösungen besonders geeignet sind. Damit lassen sich die Vorteile der Kantenrundung, wie sie von Chloridelektrolytlösungen bekannt sind, erreichen, ohne daß ein merklicher Abtrag der Werkstückoberfläche auftritt und ohne daß die korrosionsfördernde Wirkung der ChlorideIektrolyte befürchtet werden muß.

Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zweckmäßig mit Hilfe einer Vorrichtung, die als wesentliches Bauteil eine Werkzeugkatode enthält, welche aus mehreren nebeneinander angeordneten Lamellen aus elektrisch leitendem Material besteht. Die Stirnseiten der Lamellen, die in ihrer Form der Werkstückoberfläche angepaßt sind, stehen einem bestimmten Teil der Werkstückoberfläche gegenüber und bilden dadurch den Arbeitsspalt. Durch die Anordnung der Lamellen nebeneinander läßt sich die erfindungsgemäß notwendige mehrmalige Einwirkung der Elektrolyse effektiv realisieren. Es wurde gefunden, daß bei erfindungsgemäßer Durchführung des Verfahrens die Vorteile des bevorzugten Kantenabtrages dann wirksam werden, wenn die Stirnseiten der Lamellen, die mit dem Werkstück im Singriff stehen,' ein Verhältnis von Breite zu ihrer größten Länge von kleiner als 1 : 20 aufweisen.

Die Elektrolytzuführung zum Arbeitsspalt erfolgt günstig über die Zwischenräume zwischen den Lamellen. Dazu werden die Lamellen in seitlichen Aufnahmen aus elektrisch leiten-

dem Material fixiert, mit Deckelplatten and einer Verschlußplatte mit einer Öffnung so umgeben, daß auf der Seite der Lamellen, die nicht der Fixierung dient und die nicht mit der Werkstückoberfläche im Eingriff steht, ein Elektrolytversorgungsraum entsteht. Durch eine Öffnung in der Verachlußplatte tritt Elektrolytlösung in den Elektrolytversorgungsraum ein und strömt gleichmäßig sswischen den Lamellen durch den Arbeitsspalt.

Bei der Bearbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Werkzeugkatode und Werkstück in Richtung der Werkstückoberfläche relativ zueinander bewegt, wobei die gleiche Stelle der Werkstückoberfläche mehrmals der Werkzeugkatode gegenüberstehen kann. Die Bewegung der Lamellen in bezug auf die Kanten" in der Werkstückoberfläche erfolgt zweckmäßig so, daß die Kanten der Stirnseiten der Lamellen die zu entgratenden Kanten unter einem Winkel von kleiner 60° schneiden. Durch Wahl der Geschwindigkeit der Bewegung, der Breite der Stirnseite der Lamellen in Bewegungsrichtung, der Größe des Arbeitsspaltes, der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Elektrolytlösung und der Spannung werden die erfindungsgemäßen Verfahrensparameter eingestellt und die Bearbeitungszeit entsprechend der gewünschten Kantenrundung festgelegt.

Durch den Einsatz mehrerer Werkzeugkatoden mit Lamellen, Wahl des Arbeitsspaltes, getrennte Stromzuführung lassen sich an einer Kante des Werkstückes Bereiche unterschiedlicher Rundung erreichen.

Die Art der EIektrolytzuführung erfordert nur einen geringen EIektrolytüberdruck. Dadurch kann der bei EC-Verfahren oft notwendige Spritzschutz entfallen.

Die Lamellen sind leicht zu fertigen und können, auswechselbar in der Werkzeugkatode fixiert, den verschiedenen Oberflächenformen des Werkstückes angepaßt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel des Entgratens

und Kantenrundena eines Uadelzylinders erläutert werden. Dabei zeigen

Pig. 1 Werkzeugkatode mit Werkstück in Seitenansicht im Schnitt

Pig. 2 Werkzeugkatode nach Pig. 1 in Draufsicht im Schnitt

In Pig. 1 ist eine Werkzeugkatode dargestellt, die mit Oberflächenbezirken eines Werkstückes 1, einem Nadelzylinder von 750 min Durchmesser aus dem Material 16 Mn Cr 5 > an dessen Oberfläche sich 3400 gratbehaftete Kanten befinden, im Eingriff steht. Das Werkstück 1 ist auf einer Planscheibe zentrisch aufgespannt, die, mechanisch angetrieben, eine Rotation des Werkstückes 1 um seine Achse zuläßt.

Die Werkzeugkatode besteht aus fünf Lamellen, 2 aus Stahlblech von 0,5 mm Dicke. Das Verhältnis von Breite der Stirnseiten der Lamellen 2 -zu ihrer größten Länge,, die mit dem 'Werkstück 1 im Eingriff steht, beträgt 1 : 65. Die Lamellen sind in einer Aufnahme 3 auswechselbar fixiert und bilden zusammen mit Deckplatten 4 und einer Verschlußplatte 5 einen Elektrolytversorgungsraum 6, in dem sich eine Öffnung in einer Verschlußplatte 5 zum Eintritt einer Elektrolytlösung befindet. Die Lamellen 2 sind so geformt und die Werkzeugelektrode in bezug auf die Rotationsachse eines Werkstückes so positioniert, daß ein Arbeitsspalt 7 von 0,6 mm entsteht. Durch Änderung des Abstandes des Arbeitsspaltes 7 an einzelnen Stellen kann die Intensität der Kantenrundung beeinflußt werden. Zum Entgraten und Kantenrunden wird als Elektrolytlösung eine ^Q m% Kaliumnitratlösung mit einer Durchflußmenge von 0,01 Is"' dem Elektrolytversorgungsraum 6 zugeführt. Die Elektrolytlösung verteilt sich über die Zwischenräume der Lamellen .2, füllt den Arbeitsspalt 7 gleichmäßig auf und läuft ab ohne zu verspritzen.

Werkstück 1 rotiert mit einer Drehzahl von 0,05 s . Zwischen Werkstück 1, als Anode geschaltet und der Werkzeugkatode wird eine Gleichspannung von 22 V angelegt und damit der Abtragvorgang gestartet.

Nach einer Bearbeitungszeit von 720 s sind alle 3400 Kanten auf der Oberfläche des Werkstückes 1 vollständig entgratet und mit einem Radius von 0,4 mm gerundet. Der Metallabtrag der Zylinderoberfläche des Werkstückes in radialer Richtung ist mit 4/um im angegebenen Beispiel vernachlässigbar gering. UaCh der Bearbeitung kann das Werkstück 1 mit Spül- oder Konservierungsflüssigkeit behandelt werden, die anstelle der Elektrolytlösung über die Werkzeugkatode zugeführt und getrennt aufgefangen werden.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch

   1. Verfahren und Werkzeugkatode zum elektrochemischen Entgraten und Runden von Metallkanten unter Verwendung einer Werkzeugkatode und einer Elektrolytlösung, die einen Metallabtrag im transpassiven Bereich bewirkt, gekennzeichnet dadurch, daß die Werkzeugkatode bei einer Strom-

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   dichte von 1-15 kA/m lokal und mehrmals kurzzeitig in einem Zeitintervall von 3-200 ms mit dem Werkstück (1) im Eingriff steht, wobei dazu eine Relativbewegung von Werkzeugkatode und Werkstück (1) in Richtung der Mantelfläche des Werkstückes (1) unter einem Winkel von kleiner 60° erfolgt.
2. 2. Werkzeugkatode zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Werkzeugkatode im wesentlichen aus einem Grundkörper besteht, in dem Lamellen (2) angeordnet sind, deren Verhältnis von Breite zur größten mit einem Werkstück (1) in Eingriff stehenden Länge kleiner als 1 : 20 ist und, daß die Werkzeugkatode einen Elektrolytversorgungsraum (6) aufweist, der mit den Zwischenräumen der Lamellen (2) verbunden ist.
3. 3. Werkzeugkatode nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Lamellen (2) aus dünnem stromleitenden Werkstoff bestehen und parallel zueinander angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungea ' ' .