DD245144A1 - Verfahren zur elektrochemischen feinbearbeitung metallischer werkstuecke und elektrode hierfuer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Werkzeugelektrode zur elektrochemischen Feinbearbeitung von Werkstueckflaechen zwecks Erzielung von Passflaechen hoher Oberflaechenguete und Massgenauigkeit. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, Flaechen an Werkstuecken mit fertigungsbedingten Werkstoffvorspruengen ohne mehrfaches Umspannen feinst zu bearbeiten und Kanten hinreichend abzurunden sowie eine hierfuer geeignete Werkzeugelektrode zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass mit dem Umfang einer einseitig von einer Elektrolytfluessigkeit angestroemten rotierenden scheibenfoermigen Werkzeugelektrode durch einen vorausgegangenen Fertigungsschritt bedingte Werkstoffvorspruenge zunaechst schneidend entfernt werden und nachfolgend mit veraenderter Vorschubrichtung mittels einer Stirnseite der Werkzeugelektrode die Fertigbearbeitung der Passflaeche erfolgt, wobei die Elektrolytzufuhr ebenfalls veraendert ist. Die hierfuer verwendbare Werkzeugelektrodenscheibe besitzt einseitig eine kreisringfoermige Verdickung, die sich nach dem Umfang der Scheibe zu messerfoermig verjuengt.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Feinbearbeitung von ebenen, mit einer oder mehreren Bohrungen versehenen Werkstückflächen zu Paßflächen. Sie ist mit besonderem Vorteil bei der Bearbeitung von Werkstücken aus sich kalt verfestigenden metallischen Werkstoffen anwendbar und bei solchen Werkstücken, deren Passungsilächen schwer zugänglich sind. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Werkzeugelektrode zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung findet vor allem im Maschinen-, Fahrzeug-oder Motorenbau Anwendung'.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Bei der Bearbeitung metallischer Werkstücke dominieren die spanenden Fertigungsverfahren. In zunehmendem Maße werden aber auch elektrochemische und elektroerosive Verfahren angewendet. So ist es beispielsweise allgemein bekannt, metallische Werkstücke mittels band-, draht- oder scheibenförmiger Werkzeuge zu trennen und zu bearbeiten.

So ist in der DD-PS 136937 eine Vorrichtung zum elektrochemischen Trennen metallischer Werkstoffe beschrieben, die eine zweiteilige Trennscheibe umfaßt, deren zwei scheibenförmige Teile durch Segmente so untereinander verbunden sind, daß die scheibenförmigen Teile und die Segmente untereinander radial verlaufende Ausströmkanäle bilden, durch die der zentrisch der Trennscheibe zugeführte Elektrolyt in den Arbeitsspalt zwischen Elektrode und Werkstück strömt. Vermittels dieser Trennscheibe soll die Elektrolytzuführung in dem Arbeitsspalt vergleichmäßigt und dadurch Betriebssicherheit und Standzeit des Werkzeuges erhöht werden.

In der DD-PS 97 368 ist ein rotierendes Trennwerkzeug beschrieben, dessen Spindel durchbohrt und im Bereich der eigentlichen Trennscheibe mit radial nach außen gerichteten Bohrungen dergestalt versehen ist, daß der Elektrolyt durch die Spindel hindurch und beiderseits der Trennscheibe radial nach außen fließend austritt.

Die bekannten Trennwerkzeuge in Form rotierender Scheiben sind dafür vorgesehen, durch eine entsprechende Bewegung der Scheibe gegen das Werkstück letzteres zu trennen. Weder diese Verfahrensweise noch die dafür bekannten Werkzeuge sind geeignet, eine höheren Anforderungen genügende Passunggsgenauigkeit und Oberflächengüte der Schnittstelle zu erzielen. Aus der DD-PS 104931 ist es des weiteren bekannt, die Oberfläche eines Werkstückes mit einer feststehenden Werkzeugkathode zu bearbeiten, wobei der Elektrolyt dem Arbeitsspalt zentrisch durch das Werkzeug hindurch zugeführt wird. Auf diese Weise lassen sich zwar Flächen bearbeiten, es ist jedoch die Gefahr gegeben, daß sich durch den statischen Zustand von Werkstück und Werkzeugkathode nicht vorherbestimmbare Strömungsverhältnisse des Elektrolyten einstellen, die eine fehlerhafte Ausbildung der Oberfläche des Werkstückes, beispielsweise in Form von Riefen, bewirken.

In der DE-OS 3140036 ist neben einer Vorrichtung ein Verfahren zur dreidimensionalen elektroerosiven Bearbeitung von Werkstücken beschrieben, nach dem eine dünne Hohlelektrode dem Werkstück gegenübergestellt, in seitliche Schwingungen versetzt und Elektrode und/oder Werkstück je nach gewünschter Form der Oberfläche einer dreidimensionalen Bewegung unterworfen werden. Hierbei können die dünnen Hohlelektroden, durch die der Elektrolyt hindurch unter Druck dem Arbeitsspalt zugeführt wird, zu Elektrodenbündeln zusammengefaßt sein. Der Mangel dieses Verfahrens besteht darin, daß die Bearbeitung größerer Flächen, insbesondere ebener Flächen, selbst bei Verwendung mehrerer, zu einem Bündel zusammengefaßter Elektroden nur abschnittsweise erfolgen kann und demzufolge sehr zeitaufwendig ist.

Darüber hinaus heftet auch dieser Verfahrensweise der Nachteil an, daß vermittels der Elektroden zwar Trennschnitte oder Einschnitte bewirkt werden können, eine Bearbeitung der Schnittflächen selbst beispielsweise zur Erzielung eines besonderen Maßes zu einer Bezugsebene oder einer besonders hohen Oberflächengüte, aber nicht möglich ist.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, Paßflächen an Werkstücken aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus sich kalt verfestigenden Werkstoffen, mit relativ geringem Zeitaufwand sowie fehler- und gratfrei und mit großer Maßgenauigkeit feinzubearbeiten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrochemischen Feinbearbeitung von Paßflächen an metallischen Werkstücken, insbesondere an solchen Werkstücken, die, bedingt durch eine vorausgehende Fertigungsstufe, eine große Oberflächenrauheit aufweisen, zu schaffen, das ein mehrfaches Umspannen des Werkstückes vermeidet. Ein weiterer Teil der Aufgabe besteht darin, in der Paßfläche angeordnete oder die Paßfläche begrenzende Kanten mit ausreichenden Rundungen zu versehen. Die Aufgabe ist außerdem darauf gerichtet, eine für das Verfahren geeignete Werkzeugelektrode zu schaffen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender Verfahrensschritte gelöst:

a) eine rotierende scheibenförmige Werkzeugelektrode wird unter Bildung eines Arbeitsspaltes zwischen Werkzeugelektrode und der zu einer Paßfläche zu bearbeitenden Fläche des Werkstückes zwecks Abtrennen der durch eine vorangegangene Fertigungsstufe bedingten Werkstoffyorsprünge so entlang dieser Fläche verfahren, daß sich die Werkzeugelektrodenscheibe parallel zu dieser Fläche bewegt,

b) während dieser Bewegung wird die dem Werkstück zugewendete Stirnseite der Werkzeugelektrode in Richtung der Rotationsbewegung und unter einem spitzen Winkel von einem Elektrolytstrom angeströmt,

c) nach vollständiger Überdeckung der zu bearbeitenden Werkstückfläche durch die scheibenförmige Werkzeugelektrode wird deren nach Schnitt a) durchgeführte translatorische Bewegung unterbrochen und ihr eine Vorschubbewegung senkrecht und in Richtung zur Paßfläche erteilt, wobei die Rotationsbewegung der Werkzeugelektrode aufrechterhalten wird,

d) mit Beginn des Schrittes c) wird der in Richtung der Rotationsbewegung unter einem Winkel auf die Werkzeugelektrode gerichtete Elektrolytstrom unterbrochen und zumindest während der Vorschubbewegung ein senkrecht zu der dem Werkstück zugewendeten Stirnseite der Werkzeugelektrode und der Vorschubrichtung entgegengesetzt gerichteter Elektrolytstrom erzeugt und

e) die Vorschubbewegung so lange fortgesetzt, bis die Paßfläche das auf eine Bezugsfläche oder Bezugslinie bezogene gewünschte Maß erreicht hat.

Für den Erfolg des Arbeitsschrittes nach Buchstaben d) ist es zweckmäßig, daß der Elektrolyt unter einem Druck und als gleichmäßiger Strom gegen die Werkzeugelektrode geführt wird, so daß infolge der Rotation der Werkzeugelektrode innerhalb des Arbeitsspaltes eine turbulente, von Vorzugsrichtungen freie Elektrolytströmung entsteht, die den Arbeitsspalt völlig ausfüllt und auf der die Werkzeugelektrode quasi schwimmt. Dadurch werden eine gleichmäßige und von „Strömungsriefen" freie Abtragung der Paßfläche bis auf das gewünschte Bezugsmaß erreicht und nachteilige elektrothermische Auswirkungen auf Werkstück und Werkzeugelektrode vermieden.

Die Werkzeugelektrode zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer an sich bekannten Kreisscheibe mit einer dem Werkstück zugewendeten und einer vom Werkstück abgewendeten Seite, wobei gemäß der Erfindung die dem Werkstück zugewendete Seite eine ebene Fläche ist und die vom Werkstück abgewendete Seite eine kreisringförmige Verdickung besitzt, die in Richtung des Umfangs der kreisförmigen Werkzeugelektrode messerförmig ausläuft.

Die Werkzeugelektrode besteht vorzugsweise aus einem kohlenstoffarmen Stahl, um eine Wasserstoffversprödung bzw. Aufhärtung zu vermeiden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1: eine schematische Darstellung der Situation während der Arbeitsschritte a) und b), Fig. 2: eine solche Darstellung der Situation während der Arbeitsschritte c) und d), Fig. 3: einen Querschnitt durch eine ausgeführte Werkzeugelektrode.

In Fig. 1 ist der Ausschnitt eines Werkstückes 1 mit einer darin angeordneten Bohrung 2 dargestellt, dessen Oberfläche zu einem Teil zwecks Erzielung einer Paßfläche 3 (Fig. 2) einer Feinbearbeitung zu unterziehen ist. Die Oberfläche des Werkstückes 1 weist infolge einer vorausgegangenen Fertigungsstufe, beispielsweise eines Sandgießverfahrens, eine große Oberflächenrauheit in Form von Werkstoffvorsprüngen 4 auf.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrochemischen Feinbearbeitung des Werkstückes 1 im Bereich der zu erzielenden Paßfläche 3 wird zunächst die rotierende scheibenförmige Werkzeugelektrode 5, mit einer ihrer Stirnseiten zum Werkstück 1 zeigend, in Richtung des Pfeiles 6 unter Ausbildung eines Arbeitsspaltes 7 so über das Werkstück 1 geführt, daß zunächst die Werkstoffvorsprünge 4 vermittels elektrochemischer Erosion abgetragen werden. Während dieser Elektrodenbewegung wird die dem Werkstück 1 zugewendete Stirnseite der Werkzeugelektrode 5 von einem durch die Leitung bzw. Düse 8 zugeführten Elektrolyten so angeströmt, daß der Arbeitsspalt? gleichmäßig mit Elektrolytflüssigkeit ausgefüllt wird. Zu diesem Zweck wird die Elektrolytflüssigkeit im Drehsinne der Werkzeugelektrode 5 gegen deren Stirnseite geführt, so daß sie infolge der Rotation der Werkzeugelektrode in den Arbeitsspalt 7 gelangt. Hierbei ist vorteilhafterweise zwischen dem Elektrolytstrom und der Stirnseite der Werkzeugelektrode 5 ein Winkel von 15 bis 30Grad einzustellen. Nachdem alle Werkstoffvorsprünge 4 im Bereich der späteren Paßfläche 3 abgetragen sind, werden sowohl die Vorschubbewegung der Werkzeugelektrode 5 in Richtung des Pfeiles 6 als auch die Zufuhr des Elektrolyten durch die Leitung 8 unterbrochen und der Werkzeugelektrode 5 eine Vorschubbewegung in Richtung des Pfeiles 9 gemäß Fig. 2 erteilt, wobei gleichzeitig, vorteilhafterweise kurz vor Beginn dieser Vorschubbewegung, unter einem Druck von etwa 4kp/cm² durch die Bohrung 2 hindurch ein Elektrolytstrom gegen die Arbeitsfläche der Werkzeugelektrode gerichtet wird, auf dem die

Werkzeugelektrode 5 quasi aufschwimmt. Infolge der Drehbewegung der Werkzeugelektrode 5 wird die Elektrolytflüssigkeit im Arbeitsspalt gleichmäßig verwirbelt, so daß die Werkstückfläche fehlerfrei bis auf das gewünschte Bezugsmaß abgetragen wird. Durch die erfindungsgemäße Elektrolytzuführung ist außerdem sichergestellt, daß elektrothermische Wirkungen sowohl am Werkstück als auch an der Werkzeugelektrode vermieden werden und letztere somit verschleißfrei arbeitet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der durch das Herstellen der Bohrung 2 in der Paßflächenebene entstehende sogenannte „Sekundär"-Grat infolge der erfindungsgemäßen Paßflächenbearbeitung abgetragen und eine gebrochene Bohrungskante gebildet wird. Sofern die zu bearbeitende Paßfläche keine anderweitig bedingte zentrale oder dezentrale Bohrung aufweist, ist hilfsweise eine entsprechende Bohrung vorzusehen. In Fig. 3 ist eine gemäß der Erfindung abgebildete Werkzeugelektrode dargestellt. Sie besteht aus einer rotationssymmetrischen Scheibe, deren während der Feinbearbeitung dem Werkstück zugewendete, als Stirnseite 10 bezeichnete Seite in Form einer ebenen Fläche ausgebildet ist. Die dieser abgewendete Seite der Werkzeugelektrode weist eine nahe dem Umfang angeordnete kreisringförmige Verdickung 11 auf, die nach dem Umfang der Werkzeugelektrode zu in eine messerförmige Schneide 12 ausläuft.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur elektrochemischen Feinbearbeitung metallischer Werkstücke mit einer rotierenden, scheibenförmigen Werkzeugelektrode, die unter Ausbildung eines mit einem Elektrolyten ausgefüllten Arbeitsspaltes in den Bereich des zu bearbeitenden Werkstückteiles bewegt wird, gekennzeichnet dadurch, daß

   a) in einem ersten Arbeitsschritt die Werkzeugelektrode (5) mit einer ihrer Stirnseiten (10) unter Ausbildung des Arbeitsspaltes (7) parallel über die zu einer Paßfläche (3) zu bearbeitenden Werkstückfläche hinwegbewegt wird, bis die Werkstückfläche vollständig von der Werkzeugelektrode überdeckt und die durch vorangegangene Fertigungsstufen bedingten Werkstoffvorsprünge (4) entfernt sind,

   b) während dieser Bewegung die der zu bearbeitenden Werkstückfläche zugewendete Stirnseite der Werkzeugelektrode in Richtung.der Rotationsbewegung und unter einem spitzen Winkel zur Ebene der Stirnseite von einem Elektrolyten angeströmt wird,

   c) nach vollständiger Überdeckung der zu bearbeitenden Werkstückfläche durch die Stirnseite der Werkzeugelektrode deren translatorische Bewegung gemäß Verfahrensschritt a) unterbrochen und ihr eine axiale Vorschubbewegung in Richtung der Werkstückfläche bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung ihrer Rotationsbewegung so lange erteilt wird, bis die gewünschte Feinbearbeitung der Werkstückfläche zur Paßfläche (3) erreicht ist und

   d) spätestens mit Beginn der axialen Vorschubbewegung der Werkzeugelektrode~der Elektrolytstrom gemäß Verfahrensschritt b) unterbrochen und zumindest während der Dauer der axialen Vorschubbewegung der Werkzeugelektrode ein senkrecht zu der der Werkstückfläche zugewendeten Stirnseite (10) dieser Elektrode und der Vorschubbewegung entgegengesetzt gerichteter Elektrolytstrom erzeugt wird.
2. 2. Werkzeugelektrode für elektrochemische Feinbearbeitung metallischer Werkstücke aus einer kreisförmigen Scheibe, gekennzeichnet dadurch, daß die während der Feinbearbeitung vom Werkstück abgewendete Seite der Werkzeugelektrode (5) eine kreisringförmige Verdickung (11) aufweist, die in Richtung des Umfanges der Werkzeugelektrode (5) in eine messerförmige Schneide (12) ausläuft.