DE10033515A1 - Elektrode für Elektroentladungbearbeitung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Elektrode (1) für die Elektroentladungsbearbeitung vorgeschlagen, umfassend einen Kupplungsbereich (3) und einen Arbeitsbereich (2), wobei der Kupplungsbereich mindestens eine Zentrierkontur (5, 8) zur Zentrierung der Elektrode und ein Gewinde (7) zur schraubbaren Befestigung der Elektrode aufweist und wobei der Arbeitsbereich eine Arbeitsfläche (11) zur nachträglichen Bearbeitung aufweist, und wobei die Elektrode im Kupplungsbereich eine Hartmetallschicht (10) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung umfassend einen Kupplungsbereich und einen Arbeitsbereich, wobei der Kupplungsbereich mindestens eine Zentrierkontur zur Zentrierung der Elektrode und ein Gewinde zur schraubbaren Befestigung der Elektrode aufweist und wobei der Arbeitsbereich eine Arbeitsfläche zur nachträglichen Bearbeitung aufweist.

Für die Bearbeitung von Werkstücken mittels Elektroentladung werden Elektroden benutzt. Die Bearbeitung mittels Elektroentladung zeichnet sich auf jedem Fall aus durch die hohe Präzision im Bereich von wenigen µm, die am Werkstück erreicht werden kann. Das Material, die Grösse und die Form der Elektrode hängen ab von der Aufgabenstellung in der Bearbeitung am Werkstück. Für die Befestigung der Elektroden in der Bearbeitungsmaschine, für die Handhabung und für die Ein- und Auslagerung der Werkzeuge, die oft von automatischen Handhabungssystemen durchgeführt werden, werden unterschiedlich ausgebildete Kupplungsteile und Spannfutter verwendet. Die Spannfutter dienen zur definierten Befestigung, zur Zentrierung der Zentrierkonturen der Elektrode und zur präzisen Führung der Elektroden in einem Koordinatensystem, das in einem Rechner gespeichert ist und das als Grundlage für die erreichbare hohe Präzision der Bearbeitung dient. Die Kupplungsteile können weiter auch zur Verbindung mit der Energiezufuhr dienen und können Bohrungen aufweisen für das Spülmittel, das während der Bearbeitung zur Reinigung des Werkstückes und der Arbeitsfläche der Elektrode verwendet wird. Die Bearbeitungsmaschine kann für mehrere Bearbeitungsschritte in der selben Maschine ausgelegt sein. Nicht nur das Werkstück wird erodiert, sondern auch die Arbeitsfläche der Elektrode ist während der Bearbeitung einen Verschleiss unterworfen. Um die hohe Präzision der Bearbeitung zu erreichen, kann die Arbeitsfläche der Elektrode auf weiteren Arbeitsstationen in der selben Maschine je nach Aufgabe bei der Bearbeitung des Werkstückes ausgeformt werden, im Koordinatensystem ausgerichtet, überprüft und für die Abstimmung mit dem Rechnerprogramm vorbereitet werden. Bei all diesen Aufgaben ist es wichtig, dass die Elektroden möglichst einfach, möglichst ohne Beschädigung und mit einer möglichst hohen Reproduzierbarkeit in die verschiedenen Arbeitsstationen der Bearbeitungsmaschine eingebaut und ausgewechselt werden können.

Aus der EP-A-444160 ist eine Maschine mit verschiedenen Stationen und eine Anzahl bereits bearbeitete Elektroden für die Bearbeitung von Werkstücken mittels Elektroentladung bekannt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung anzugeben, die auch bei einer langen Lebensdauer mit häufigem Ein- und Ausbauen einen möglichst hohen Widerstand gegen eventuelle Beschädigungen aufweist und eine möglichst hohe Präzision der Bearbeitung garantiert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung umfassend einen Kupplungsbereich und einen Arbeitsbereich, wobei der Kupplungsbereich mindestens eine Zentrierkontur zur Zentrierung der Elektrode und ein Gewinde zur schraubbaren Befestigung der Elektrode an einer Bearbeitungsmaschine aufweist und wobei der Arbeitsbereich eine Arbeitsfläche zur nachträglichen Bearbeitung aufweist, und wobei die Elektrode im Kupplungsbereich bereichsweise eine Hartmetallschicht aufweist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Es ist von Vorteil, dass die Elektrode im Kupplungsbereich eine höchst mögliche Verschleissfestigkeit hat. Dies wird dadurch erreicht, dass die Hartmetallschicht im Kupplungsbereich aus Nickel oder aus einer Nickellegierung ausgebildet ist.

Es ist auch von Vorteil, dass die Elektrode auch nach der Ausbildung der Hartmetallschicht eine möglichst hohe Präzision aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Hartmetallschicht in einem galvanischen Beschichtungsverfahren ausgebildet ist. Dies wird auch dadurch erreicht, dass die Hartmetallschicht in einem stromlosen galvanischen Beschichtungsverfahren ausgebildet ist und eine Schichtdicke von mindestens 0,01 mm aufweist.

Es ist auch von Vorteil, dass die Elektrode eine möglichst gute Masshaltigkeit aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Elektrode zumindest im Kupplungsbereich bereichsweise eine Kalibrierung oder eine Prägung aufweist. Dies wird auch dadurch erreicht, dass die Schichtdicke der Hartmetallschicht eine Dickentoleranz von weniger als 0,001 mm aufweist. Eine Kalibrierung, die vor der stromlosen galvanischen Vernickelung durchgeführt wird, stabilisiert die Oberfläche und dient als Grundlage für die Dimensionsstabilität in der Vernickelung.

Es ist weiter von Vorteil, dass die Elektrode, die als Rohling aus einem verhältnismässig weichem Material ausgebildet ist, im Kupplungsbereich eine möglichst hohe Verschleissfestigkeit aufweist, vor Beschädigungen geschützt werden kann und auch nach mehrmaligem Ein- und Ausbauen eine hohe Dimensionsstabilität aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Hartmetallschicht zumindest die Zentrierkontur und weitere Präzisionsauflageflächen des Kupplungsbereichs bedeckt.

Es ist auch von Vorteil, dass die Elektrode, trotz der bereichsweisen Ausbildung einer Nickelschicht, eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kupplungsbereich mit Ausnahme des Gewindes eine Hartmetallschicht aufweist. Durch eine Schraube, die das gleiche Gewinde hat, wie die Schraube zur Befestigung an die Struktur der Bearbeitungsmaschine, und die in der stromlosen galvanischen Vernickelung in dem Gewinde im Kupplungsbereich angeordnet ist, kann die Elektrode im Elektrolysebad an eine tragende Struktur befestigt werden und gleichzeitig vor Zutritt der Elektrolyseflüssigkeit geschützt werden.

Es ist ebenfalls von Vorteil, dass für die Elektroentladungsbearbeitung möglichst wenig Bauteile verwendet und an Lager gehalten werden müssen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kupplungsbereich einstückig mit dem Arbeitsbereich der Elektrode ausgebildet ist.

Dank der selektiven Kalibrierung und Beschichtung der Elektrode ausschliesslich in dem Bereich, in dem während der gesamten Lebensdauer der Elektrode die Dimensionsstabilität gefordert wird, kann eine Elektrode angeboten werden, die einfach aufgebaut ist und ohne zusätzliche Teile eingebaut werden kann, die bei einer möglichst hohen elektrischen Leitfähigkeit einen hohen Widerstand gegen Beschädigungen aufweist und eine gleichbleibend hohe Präzision hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Sicht auf eine erfindungsgemässe Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Elektrode entlang der Linie AA von Fig. 1,

Fig. 3 einen weiteren teilweisen Schnitt durch die Elektrode entlang der Linie BB von Fig. 1 und

Fig. 4 eine teilweise seitliche Sicht auf die erfindungsgemässe Elektrode.

In Fig. 1 ist eine Elektrode 1 für die Elektroentladungsbearbeitung dargestellt. Die Elektrode 1 ist im wesentlichen ein zylindrisches Bauteil aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus einem anderen elektrisch gut leitfähigem Material. In Fig. 1 ist die Sicht in der Richtung der Achse des zylindrischen Bauteils dargestellt. Die Elektrode 1 besteht aus einem Arbeitsbereich 2 und einem Kupplungsbereich 3. Fig. 1 zeigt lediglich die Sicht auf eine Rückseite 4 des Kupplungsbereiches 3 der Elektrode 1. Die Rückseite 4 weist Zentrierkonturen 5 auf, hier bestehend aus vier sich kreuzend angeordneten und besonders ausgeformten Vertiefungen 5a bis 5d, die in die Rückseite 4 des Kupplungsbereichs 3 ausgebildet sind. In die Rückseite 4 ist auch eine Bohrung 6 ausgebildet. Die Bohrung 6 weist ein Gewinde 7 auf, das passend zur Aufnahme einer Schraube zur Verschraubung mit der übrigen Struktur der Bearbeitungsmaschine ausgebildet ist, die hier nicht dargestellt ist. In der Verlängerung der Bohrung 6 mit dem Gewinde 7 weist die Elektrode 1 einen zentralen Durchgang 12 auf. Der zentrale Durchgang 12 weist einen wesentlich kleineren Durchmesser auf als die Bohrung 6 und bildet eine Durchleitung von der Rückseite 4 der Elektrode in den vorderen Arbeitsbereich 2. Das Gewinde 7 und der Durchgang 12 sind besser ersichtlich in Fig. 2 und 3. Mit Strichlinien sind zwei weitere Zentrierkonturen 8a und 8b, die für die Handhabung durch ein automatisches Handhabungssystem in der Bearbeitungsmaschine vorgesehen sind, und eine weitere Bohrung 9 im Kupplungsbereich 3 dargestellt. Die weitere Bohrung 9 in die Aussenwand des zylindrischen Kupplungsbereichs 3 dient beispielsweise zur Aufnahme einer Identifikationsplatte für die computergesteuerte Ein- und Auslagerung der Elektrode. Die Zentrierkonturen 5, 8 weisen Auflageflächen auf, die als Referenzflächen für die exakte Positionierung der Elektrode im X-Y-Z-Koordinatensystem der computergesteuerten Bearbeitung dienen.

Der Kupplungsbereich 3 ist zumindest im Bereich der Zentrierkonturen 5, 8 mit einer Hartmetallschicht 10 beschichtet. Als Hartmetall wird vorzugsweise Nickel oder einer Nickellegierung gewählt. Die Hartmetallschicht 10 ist vorzugsweise mindestens 0,01 mm dick und wird in einem stromlosen galvanischen Verfahren auf der Aussenseite des Kupplungsbereichs 3 der Elektrode 1, die selbst aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet ist, angebracht. Die Elektrode 1 wird vor der stromlosen galvanischen Vernickelung kalibriert oder geprägt um die Masshaltigkeit zu erhöhen. Die stromlose galvanische Vernickelung ist besonders vorteilhaft für die gleichmässige Beschichtung von Flächen, die wichtig sind für die Masshaltigkeit der Elektrode, weil in einem stromlosen galvanischen Beschichtungsverfahren die Schichtdicke durch Einstellung der Elektrolytkonzentration und durch Einhalten der Beschichtungsdauer genau gesteuert werden kann. Nach einer bestimmten Beschichtungsdauer sind sämtliche Flachen, die im Galvanikbad eingetaucht sind, mit einer praktisch überall gleich dicken Schicht beschichtet. Die Toleranz der Schichtdicke beträgt weniger als 0,001 mm. Von den möglichen Hartmetallen hat Nickel den Vorteil, dass es mit der darunter liegenden Kupferelektrode eine besonders feste Verbindung eingeht und keine sich nachträglich ablösende Schicht bildet, wie das beispielsweise bei der Verchromung beobachtet wird. Durch die Vernickelung wird auch ein ansprechendes Aussehen der Elektrode 1 erreicht.

In den Fig. 2 und 3 ist die Elektrode 1 geschnitten entlang zwei senkrecht zueinander verlaufenden Mittellinien dargestellt. In Fig. 2 und 3 ist mit einer Strichlinie die Grenze zwischen dem Arbeitsbereich 2 und dem Kupplungsbereich 3 angedeutet. Hier ist ersichtlich, dass nur etwa ein Viertel der Gesamtlänge der Elektrode 1 als Kupplungsbereich 3 ausgebildet ist und vernickelt wurde. Im Kupplungsbereich 3 sind der Durchgang 12 und die Bohrung 6 mit dem Gewinde 7 zur Befestigung an die Struktur der Bearbeitungsmaschine ersichtlich. Im Gewinde 7 der Bohrung 6 wird keine Vernickelung angebracht. Zur Befestigung der Elektrode an die Struktur der Bearbeitungsmaschine werden dazu passende Kupplungszapfen verwendet, die in die Bohrung 6 eingeschraubt werden. Diese Kupplungszapfen können ausser für die elektrische Energiezufuhr auch für die Zufuhr von Spülmittel zum Durchgang 12 dienen. In der Vernickelung wird die Elektrode 1 mittels einer Schraube, die das gleiche Gewinde hat wie der Kupplungszapfen, an eine Tragstruktur in das Beschichtungsbad eingebracht. Hierdurch wird der Zutritt der Badflüssigkeit zum Gewinde 7 verhindert. Hierdurch wird erreicht, dass die elektrische Energiezufuhr zur Elektrode 1 vom Kupplungszapfen direkt, das heisst ohne einen zusätzlichen Übergangswiderstand zwischen Nickel und Kupfer, erfolgen kann.

Der Rest der Elektrode 1, die als Rohling aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet ist, wird als eigentlicher Arbeitsbereich 2 bezeichnet, weil dieser Teil der Elektrode 1 zur Bearbeitung des Werkstückes mittels Elektroentladung (= EDM) verwendet wird. Der Arbeitsbereich 2 der Elektrode 1 kann vor dem Einsatz in die EDM-Maschine mit einer Arbeitsfläche 11 versehen werden. Die Kontur der Arbeitsfläche 11, die in Fig. 2 noch im Rohzustand als einer Ebene dargestellt ist, kann als Abdruck der Oberfläche ausgebildet werden, die später am Werkstück gewünscht wird. Durch die Übereinstimmung der Arbeitsfläche 11 mit der Oberfläche des Werkstückes und durch die Programmsteuerung der EDM- Maschine wird gewährleistet, dass die Distanz zwischen der Arbeitsfläche 11 der Elektrode 1 und dem Werkstück, das im Stromkreis als Gegenelektrode betrachtet werden kann, überall gleich bleibt und deshalb mit gleichbleibender elektrischer Stromdichte gearbeitet werden kann. Während der Elektroentladungsbearbeitung wird das Spülmittel von der Rückseite 4 durch den Durchgang 12 an die Arbeitsfläche gefördert. Hierdurch wird das Material, das durch die Einwirkung des elektrischen Stroms vom Werkstück und von der Arbeitsfläche 11 abgetragen wird, weggespült.

In Fig. 4 ist in einer Seitenansicht der Kupplungsbereich 3 und einen Teil des Arbeitsbereichs 2 der Elektrode 1 dargestellt. In Fig. 4 ist eine der Zentrierkonturen 8a, 8b ersichtlich, die für die Handhabung durch den Roboter für die Ein- und Auslagerung vorgesehen sind. Auch ist den Bereich der Bohrung 9 ersichtlich, der zur Aufnahme der Identifikationsplatte dient.

Bei der Bearbeitung mittels Elektroentladung ist die Arbeitsfläche 11 der Elektrode 1 einen Verschleiss unterworfen. Ausserdem sind für unterschiedlich gewünschte Konturen am Werkstück unterschiedliche Elektroden erforderlich. Deshalb muss die Elektrode 1 in der Bearbeitungsmaschine häufig ein- und ausgebaut werden. Das häufige Ein- und Ausbauen der Elektrode 1 sollte jedoch ohne Beschädigung des Kupplungsbereiches 3 und ohne Verlust der Präzision, die in der Grössenordnung von 0,001 mm liegen kann, möglich sein. Eine Abnutzung des Arbeitsbereichs 2 ist unumgänglich und kann wieder aufgearbeitet werden. Eine Beschädigung des Kupplungsbereiches 3 hat jedoch einen grossen Einfluss auf die Präzision der Bearbeitung mittels Elektroentladung und somit auf die Präzision des Werkstückes und sollte, wo immer möglich verhindert werden. Die selektive stromlose galvanische Vernickelung des Kupplungsbereiches 3 führt zu einer härteren und widerstandsfähigeren Beschichtung in den Bereichen der Elektrode, die während der gesamten Lebensdauer der Elektrode ohne jeglichen Verschleiss und mit höchster Masshaltigkeit funktionieren müssen. Dadurch kann die Zuverlässigkeit garantiert werden, die für die in der EDM-Bearbeitung erreichbaren Präzision des Werkstückes in der Grössenordnung von 0,001 mm eine erste Voraussetzung ist.

Claims (9)

1. Elektrode (1) für die Elektroentladungsbearbeitung umfassend einen Kupplungsbereich (3) und einen Arbeitsbereich (2), wobei der Kupplungsbereich mindestens eine Zentrierkontur (5) zur Zentrierung der Elektrode und mindestens ein Gewinde (7) zur schraubbaren Befestigung der Elektrode aufweist und wobei der Arbeitsbereich eine Arbeitsfläche (11) zur nachträglichen Bearbeitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode im Kupplungsbereich eine Hartmetallschicht (10) aufweist.

2. Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallschicht (10) aus Nickel oder aus einer Nickellegierung ausgebildet ist.

3. Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Kupplungsbereich (3) eine Kalibrierung aufweist.

4. Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallschicht (10) zumindest die Zentrierkonturen (5, 8) und weitere Präzisionsauflageflächen des Kupplungsbereichs (3) bedeckt.

5. Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallschicht (10) in einem galvanischen Beschichtungsverfahren ausgebildet ist.

6. Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallschicht (10) in einem stromlosen galvanischen Beschichtungsverfahren ausgebildet ist und eine Schichtdicke von mindestens 0,01 mm aufweist.

7. Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Hartmetallschicht (10) eine Dickentoleranz von weniger als 0,001 mm aufweist.

8. Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsbereich (3) mit Ausnahme des Gewindes (7) eine Hartmetallschicht (10) aufweist.

9. Elektrode für die Elektroentladungsbearbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsbereich (3) einstückig mit dem Arbeitsbereich (2) der Elektrode (1) ausgebildet ist.