DD274999A1 - Verfahren zur bearbeitung elektrisch nichtleitender werkstoffe in einer erodiereinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung elektrisch nichtleitender Werkstoffe in einer Erodiereinrichtung. Aufgabe der Erfindung ist es, elektrisch nichtleitende Werkstoffe in einer Erodiereinrichtung zu bearbeiten, ohne diese Werkstoffe zusaetzlichen, vorherigen Behandlungen zu unterziehen. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass durch Anbau einer Laserstrahlungsquelle und weitere spezifische Verfahrensschritte zeitweise Laserbearbeitungen in einer Erodiereinrichtung durchgefuehrt werden und dass im Falle thermisch empfindlicher Werkstoffe das Arbeitsmedium der Erodiereinrichtung als Kuehlmittel bei der Laserbearbeitung genutzt wird. Das erfindungsgemaesse Verfahren ermoeglicht, in einer Erodiereinrichtung elektrisch nichtleitende Werkstoffe ohne vorherige Behandlungen zu bearbeiten sowie zusaetzliche Bearbeitungen metallischer Werkstoffe zu realisieren. Als wesentlichster Vorteil ist die Erhoehung der Vielseitigkeit der Erodiereinrichtungen zu sehen, so dass ihr Einsatz in der computerintegrierten Fertigung erleichtert wird. Die Anwendung der Erfindung erbringt bei Einzel- und Kleinserienfertigung den groessten Nutzen, muss aber nicht darauf beschraenkt werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung elektrisch nichtleitender Werkstoffe in einer Erodiereinrichtung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß in der Einzel- und Kleinserienfertigung eine von der Arbeitsgangfolge her mögliche Konzentration auf wenige Werkzeugmaschinen angestrebt wird, um die einzelnen technologischen Zeiten je Werkstück möglichst gering zu halten. Um die Werkzeugmaschinen während des Bearbeitungsprozesses möglichst wenig zu wechseln, müssen diese unter Beachtung der jeweiligen betriebsspezifischen Bedingungen derart sein, daß mit ihnen möglichst viele unterschiedliche Fertigungsverfahren realisierbar sind. Dies gilt insbesondere im Ratiomittelbau der Mikroelektronik, wo im Vergleich zu anderen Fertigungsbereichen vielfältigere Fertigungsverfahren praktiziert und eine größere Anzahl unterschiedlicher metallischem und nichtmetallischer Werkstoffe meist in Einzel- und Kleinserienfertigung zu bearbeiten sind. Aus ökonomischen Gründen ist es dort auch nicht sinnvoll, für jedes der nur zeitweise benötipten Fertigungsverfahren eine hochproduktive, spezielle Werkzeugmaschine zu installieren. Es ist weiter Stand der Technik, daß elektrisch leitende Werkstoffe durch periodische elektrische Funken- oder Lichtbogenentladungen zwischen zwei Elektroden unter einem Arbeitsmedium vorwiegend gesenkt, gebohrt, geschliffen und geschnitten werden. Bedingungen für dieses als Elektroerodieren bekanntes Verfahren sind elektrische Entladungen in einem Gleichstromkreis zwischen zwei elektrisch leitenden Elektroden, d. h. der Werkstück- und Werkzeugelektrode. Aus diesem Grund ist e3 nicht möglich, in den bekannten Elektroerosionseinrichtungen elektrisch nichtleitende Werkstoffe ohne Vorbehandlung zu bearbeiten oder elektrisch leitende, metallische Werkstoffe an der Oberfläche partiell zu härten.

Nach DE-OS 2404857 (B23P) ist ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks aus nichtleitendem Material, insbesondere Diamanten bekannt. Bei dieser Verfahrensweise werden insbesondere Diamanten mit Graphit beschichtet und dementsprechend in den zu bearbeitenden Bereichen elektrisch leitend, so daß eine elektroerosive Bearbeitung erfolgen kann. Diese Beschichtung ist technisch aufwendig und für die meisten elektrisch nichtleitenden Werkstoffe nicht geeignet. Diese Mängel, insbesondere der Nichteignung für eine Vielzahl von Bearbeitungsaufgaben besitzt auch das nach DE 2718156 bekannte Verfahren zum Schleifschneiden eines Körpers aus im wesentlichen nichtleitenden Material, bei dem Körper mit elektrisch leitenden Schichten, vorzugsweise durch Aufdampfen, Plattieren, Aufstäuben oder Aufkleben von Klebeband versehen werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Vielseitigkeit der Bearbeitungsverfahren in Elektroerodiereinrichtungen zu erhöhen.

Derlitgung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, elektrisch nichtleitende Werkstoffe in einer Erodiereinrichtung zu bearbeiten, ohno o^!ese Werkstoffe zusätzlichen, vorherigen Behandlungen zu unterziehen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, ein Verfahren zur Bearbeitung elektrisch nichtleitender Werkstoffe in einer Erodiereinrichtung zu schaffen, dadurch gelöst, daß eine Senkerodinreinrichtung mechanisch und elektronisch mit einer Lnserstrahlungsquelle gekoppelt wird nr.J daß wahlweise Elektroerudierwerkzeuge oder Laserbearbeitungsköpfe in Verbindung mit bekannten Laserstrahleinrichtungen in Werkzeughalterungen der Senkerodiereinrichtung eingesetzt werden.

Es ist zweckmäßig, daß als Laserstrahlungsquelle ein CO₂-Laser eingesetzt wird.

Es ist weiterhin /weckmäßig, daß bei der Laserbearbeitung thermisch empfinüiicher Werkstoffe odor Werkstoffkombinationen das Arbeitsmedium der Senkerodiereinrichtung als Kühlmittel verwendet wird.

Ausführungsbeispiol

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Eine ebene Platte aus einerr. Plastwerkstoff soll mit einer Anzahl Durchgangsbohrungen versehen werden, die jeweils unterschiedliche, von der Kroisform abweichende, komplizierte geometrische Formen aufweisen. Anschließend soll beispielsweise aus der Platte ein Teil mit komplizierter Geometrie ausgeschnitten werden, welches diese Durchgangsbohrungen enthält (Düsenplatte). Dazu wird die zu bearbeitende Platte in einer Erodiereinrichtung, vorzugsweise Ssnkerodiereinrichtung in deren Werkstückhalterung eingespannt. In einem Elektrodenhalter der Erodiereinrichtung wird ein bekannter Laserbearbeitungskopf eingespannt, dessen laserspezifische Teile beispielsweise für eine Wellenlänge von 10,6pm ausgelegt sind. Beispielsweise ein CO.-.-Laser kleiner bis mittlerer Leistung wird neben der Erodiereinrichtung aufgestellt und elektronisch mit ihr gekoppelt derart, daß der Laser von de* Erodiereinrichtung aus durch zusätzliche Bedienelemento ein- und ausgeschaltet sowie in seinen technologischen Parametern geregelt werden kann. Weiter wird der Laser mit der Erodiereinrichtung mechanisch gekoppelt. Beginnend ab Strahlaustritt des Lasers werden bekannte Laserstrahleblenk- und Strahlumformanordnungen sowie rohrförmige Schutzabdeckungen im Strahlengang der Laserstrahlung angeordnet, daß letztlich das Laserstrahlbündel vertikal nach unten in den in der Elektrodenhalterung eingespannten Laserbearbeitungskopf einstrahlt. Anschließend wird durch Koordinateneinstellung in der Erodiereinrichtung dieser LaserbearbeitunQskopf anstelle der Werkzeugeiektrode in die gewünschten Bearbeitungslagen gebracht, wobei das Vorschubsystem der Elektroerodiereinrichtung eine feinfühlige und genaue Vorschubregelung gestattet. Während dieser Abläufe tritt Laserstrahlung aus dem Laserboarbeitungskopf vertikal nach unten aus und beauflagt die Platte aus Plastwerkstuff. Durch werkstoffabhängige Umstellung der technologischen Parameter dos Laserstrahlbündels und seine bedarfsweise Focussierung beispielsweise durch eine verstellbare Linse im Laserbearbaitungskopf werden sowohl die Durchgangsbchrungen als auch die Außenkontur der Düsenplatte mittels Laserstrahlung gebohrt bzw. getrennt. Während der Laserbearbeitung entstohende Reaktionsprodukte können mit bekannten technischen Mitteln entfernt werden, beispielsweise gasförmige Reaktionspiodukte durch Absaugung. Bei der Bearbeitung thermisch empfindlicher Werkstoffe oder Werkstoffpaarungen kann beispielsweise das Arbeitsmedium der Erodiereinrichtung zur Kühlung eingesetzt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können in der Erodiereinrichtung sowohl elektrisch leitende Werkstoffe mit den bekannten Erodierverfahren bearbeitet werden als auch elektrisch nichtleitende, indem diese durch wahlweise Laserbearbeitung getrennt, gebohrt - bei metallischen Werkstoffer' auch mittels Laser partiell oberflächengehärtet werden. Insbesondere bei Kleinserien bringt die Erfindung Vorteile. Es können außerdem weitere Zusatzeinrichtungen der Erodiereinrichtung für die Laserhearbeitung genuizt werden, beispielsweise rotierende Arbeitsspindeln für rotationssymmetrische Einer* aitungen in elektrisch nichtleitenden Werkstoffen. Beispielsweise kann eine Plexiglasabdeckung der Erodierbearbeitung auch ι ' ·· Funktion einer Schutzabdeckung gegen CO₂-Lo serstrahlung übernehmen. Bei der Erodiereinrichtung elektrisch Ie ider Werkstoffe sind schwingende Werkzeugelektroden Stand der Technik. Diese Vorrichtungen können beim erfinuungsgemäßen Verfahren genutzt werden, um beispielsweise beim partiellen Oberflächenhärten mittels Laser das Lasersirahlbündel zu scannen.

Es ist beispielsweise auch möglich, auch andere bekannte tec'inologische Laser η it einer Erodiereinrichtung zu koppeln, beispielsweise wegen der besseren Focussierbark?^:t der Strahlung. Versuche mit unterschiedlichen Konstruktionswerkstoffen zeigten jedoch, daß die mit CO₂-Laser erreichbare Sohnittfu^enbteite von 0,065... 0,2 mm für viele Bearbeitungsaufgaben insbesondere im Ratiomittelbau der Mikroelektronik ausrei' ht bei im Vergleich zu anderen technologischen Lasurn (einschließlich Excimer-Laser) geringen Anlagen- und Betriebskosten. Versuche zeigten weiter, daß auch bekannte CO₂-Laser (iinsetzbar sind, die wahlweise im kontinuierlichen Betrieb oder gepulst betrieben v/erden können. Zur Erläuterung des Anwendungsgebietes des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen nachstehend weitere, spezielle Anwendungsgebiete bzw. Bearbeitungsaufgaben aufgezeigt werden, bei denen aber wegen obiger ausführlicher Erläuterungen des Ausführungsbeispiels auf weitere Angaben verzichtet wird:

- definiortes Bohren von Teflon-Teilen für den Zyklus I,

- Schlitzen von Lüfterrädern der Belastungstechnik im Zyklus III,

- ocr-Beschriftung von Trägerstreifenmagazinen im Zyklus II,

- flächenvariable Öffnungen in Federbandstahl einbringen (ohne spezielle Erodiorwe: kzeuge),

- Bearbeitung von Glas- und Keramikteilen (Trennen, Gravieren, Fügen),

- Ausschneiden von Dichtungen mit komplizierter Form aus asbesthaltigem Material und

- partielles Oberflächenhärten von metallischen Teilen der Feinwerktechnik.

Eine erweiterte Ausführung der Erfindung besteht beispielsweise darin, daß in den Strahlengang der Laserstrahlung eine bekannte Strahlweiche eingeblendet wird und derart Laserstrahlung zu mehreren Lasoroearbeitungsköpfen geschi Itel werden kann. Dadurch ist es möglich, bei CIM geeigneten (Computer Integrated Manufacturing) Erodiereinrichtiingen das erfindungsgemäße Verfahren zu nutzen bzw. deren Einsatzmöglichkeit in der computerintegrierten Fertigung zu verbessern. Zusätzlich besteht dadurch die Möglichkeit, während einer Elektrourosionsbearbeitung ir der Erodiereinrichtung die ausgeblendete Laserstrahlung in einer weiteren, beigeordnete?! Einrichtung zu nutzen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bearbeitung elektrisch nichtleitender Werkstoffe in einer Erodiereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Senkerodiereinrichtung mechanisch und elektronisch mit einer Laserstrahlungsquelle gekoppelt wird und daß wahlweise Elektroerodierwerkzeuge oder Laserbearbeitungsköpfe in Verbindung mit bekannten Laserstrahleinrichtungen in Werkzeughalterungen der Senkerodiereinrichtung eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Laserstrahlungsquelle ein CO₂-Laser eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Laserbearbeitung thermisch empfindlicher Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen das Arbeitsmedium der Erodiereinrichtung als Kühlmittel verwendet wird.