DE1047962B

DE1047962B - Verfahren und Vorrichtung zur Funkenerosion

Info

Publication number: DE1047962B
Application number: DEC15585A
Authority: DE
Inventors: Marc Bruma; Michel Magat
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1956-10-08
Filing date: 1957-10-07
Publication date: 1958-12-31
Also published as: US2969482A; FR1166460A; GB862901A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung durch intermittierende elektrische Entladungen, d. h. zur Funkenerosion von elektrisch leitenden Metallen und/oder Legierungen beliebiger Härte.

Die Erfindung bezweckt insbesondere die Verringerung der Abnutzung der als Werkzeug dienenden Elektrode.

Hierfür wird erfindungsgemäß periodisch am Ende der aktiven Phase einer jeden Bearbeitungsentladung durch die Impulse des Entladungsstroms eine Verringerung der Amplitude des zwischen Werkstück und Elektrode herrschenden augenblicklichen elektrischen Feldes derart gesteuert, daß diese Verringerung das Feld aufheben oder sogar sein Vorzeichen umkehren kann. Bei einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens nach der Erfindung wird an die Werkzeugelektrode mit einer entsprechenden Verzögerung gegenüber dem Beginn einer jeden Entladung ein Spannungsimpuls angelegt, dessen Vorzeichen dem des Impulses der Bearbeitungsspannung entgegengesetzt ist und dessen Dauer vorzugsweise großenordnungsmäßig etwa die Hälfte der Dauer des Bearbeitungsimpulses beträgt und dessen Amplitude etwa gleich der des Bearbeitungsimpulses ist. Vorzugsweise wird der Spannungsimpuls durch den entsprechenden Impuls des Entladungsstroms in einer Wicklung induziert, welche in einem Stromkreis mit einstellbarer Zeitkonstante liegt.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2, 3 und 4 zeigen Teilschaltbilder der wesentlichen Teile von drei anderen Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. S ist ein Schaubild, welches den zeitlichen Verlauf der Veränderungen der elektrischen Parameter zeigt, welche bei Schaltanordnungen gemäß Fig. 1 auftreten.

Ein Apparat zur Funkenerosion enthält im wesentlichen ein Werkzeug 1 und ein Werkstück 2, welche in ein Dielektrikum 3 eintauchen und mit den Klemmen eines Funkengenerators 4 beliebiger bekannter Bauart verbunden sind. Der Übergang eines jeden Funkens zwischen diesen beiden Teilen hat ein Abtragen von Werkstoff an beiden Teilen zur Folge, und bei geeigneter Einstellung des Abstands zwischen der Elektrode und dem Werkstück gelingt es, die Außenform der Werkzeugelektrode in dem Werkstück negativ wiederzugeben, wobei die Genauigkeit dieser Wiedergabe durch die Abnutzung des Werkzeugs begrenzt wird.

Diese Abnutzung des Werkzeugs, welche im allgemeinen 40 Volumprozent der Abnutzung des Werkstücks erreicht und sogar überschreitet, ist ein Nachteil des Bearbeitungsverfahrens durch Elektroerosion, da sie einen häufigen Ersatz der Werkzeuge erfordert, die Ge-Verfahren und Vorrichtung
zur Funkenerosion

Anmelder:

Centre National de la Recherche
Scientifique, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. W. Stuhlmann, Bochum,

und Dr.-Ing. B. Bloch, Berlin-Wilmersdorf,

Ballenstedter Str. 17, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 8. Oktober 1956

Marc Bruma, Pavillions-sous-Bois, Seine,

und Michel Magat, Bourg-la-Reine, Seine (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

nauigkeit der Bearbeitung verringert, den Gesamtgestehungspreis des Vorgangs erhöht, usw.

Die gegenwärtige Kenntnis des Mechanismus der Elektroerosion gestattet, sich eine Vorstellung davon zu machen, wie diese Abnutzung des Werkzeugs erfolgt.

Wenn, wie dies nachstehend angenommen ist, die Werkzeugelektrode 1 mit der negativen Klemme der Funkenquelle verbunden ist, so daß sie eine Kathode gegenüber dem Werkstück 2 bildet, welches dann als Anode dient, läuft dieser Mechanismus nach den gegenwärtigen Vorstellungen etwa folgendermaßen ab:

Unter der Einwirkung des beträchtlichen elektrischen Feldes, welches von der Funkenquelle erzeugt wird und in dem Raum zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück lokalisiert ist, sendet die Kathode (Werkzeug) spontan Elektronen aus, welche von dem elektrischen Feld beschleunigt werden und bei ihrem Auftreffen auf die Moleküle des Füllmittels diese ionisieren, wobei neue Elektronen entstehen, welche ihrerseits von dem gleichen elektrischen Feld beschleunigt werden. Dies ergibt eine Kettenreaktion, welche einerseits positive Ionen und andererseits Elektronen erzeugt, welche nach Beschleunigung durch das elektrische Feld sich lawinenartig auf die Anode stürzen. Ihr Aufprall erzeugt eine komplexe Stoßwelle (thermische Welle, elektromagnetische Welle, Schallwelle und Ultraschallwelle), welche den »Anodenkrater«· erzeugt. Die Bruchstücke des Anodenkraters

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werden durch positiv geladene Metallionen gebildet, leicht daduich einstellen, daß man den regelbaren Widerweiche mit den ionisierten Teilchen des Füllmittels durch stand 6 verändert, welcher zusammen mit der Selbstdas elektrische Feld gegen die Kathode geschleudert induktion der Spule 5 die Zeitkonstante des Stromkreises werden, und die Zerstörung des Werkzeugs rührt haupt- bestimmt,
sächlich von dem Beschüß durch diese Ionen her. 5 Die Wicklung 5 kann einen Ringkörper aus Ferrit oder

Die Bildung des Kathodenkraters erfolgt somit später einem anderen magnetischen Werkstoff enthalten, welcher als die des Anodenkraters, d. h., die beiden Vorgänge eine übermäßige Erwärmung bei Impulsbetrieb verfolgen zeitlich aufeinander. hindert, wobei dieser Ringkörper den Kern einer Spule

Die Erfindung bezweckt nun die Verringerung der bildet, welche z. B. durch etwa hundert Windungen aus Wirksamkeit dieses Rückwärtsbeschusses, wodurch die io dünnem isoliertem Draht gebildet wird, welche auf diesen Abnutzung des Werkzeugs verringert wird, und zwar Ringkörper aufgewickelt sind. Zur Festlegung der Beohne Verringerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit des griffe sei angegeben, daß dieser Ringkörper einen Außen-Werkstücks, da die Bildung des Anodenkraters beendet durchmesser von S cm, einen Innendurchmesser von ist, wenn die Bildung des Kathodenkrateis beeinflußt 3 cm, eine Länge von 1 cm und somit einen Nutzquerwerden soll. 15 schnitt von 1 cm² haben kann.

Hierfür wird erfindungsgemäß die Amplitude des elek- Der Gleichrichter 7, welcher Hochfrequenzimpulse

irischen Feldes in dem Raum zwischen den Elektroden durchlassen muß, besteht z. B. aus einem Halbleiter, wie

am Ende der aktiven Phase der Bearbeitungsentladung Germanium, Silizium usw.

verringert (wobei diese Verringerung die Amplitude des Man kann den die Wicklung 5 enthaltenden Stromkreis Feldes zu Null machen oder sogar umkehren kann). 20 gegen jede etwa von dem Generator 4 kommende Gleich-Diese Phase geht mit der Bildung des Anodenkraters zu stromkomponente mittels eines veränderlichen oder unEnde, veränderlichen, in den Stromkreis eingeschalteten Kon-

Die durch die Bruchstücke dieses Kraters gebildeten densators 8 sperren (Fig. 2).

positiven Ionen werden dann nicht mehr von der Kathode In Fig. 3 und 4 sind Abwandlungen der in Fig. 1 darangezogen oder jedenfalls weniger von dieser angezogen, 25 gestellten Schaltung gezeigt, welche die gleichen wesent- und die Außenform des Werkzeugs bleibt länger aufrecht- liehen Teile enthalten, nämlich die Wicklung 5, den erhalten. Widerstand 6, Gleichrichter 7 (von denen in Fig. 3 vier

Es ist daher zweckmäßig, diese Verringerung des elek- und in Fig. 4 zwei vorhanden sind) sowie gegebenenfalls

frischen Feldes durch einen Spannungsimpuls vorzu- einen oder mehrere Kondensatoren 8.

nehmen, welcher durch den Augenblicksentladungsstrom 30 Es ist ferner möglich, z. B. mit Hilfe von bekannten

ausgelöst wird, aber zeitlich um eine zweckmäßige Größe elektronischen Einrichtungen den entgegengesetzten Im-

gegen diese Entladung verschoben ist. Das Vorzeichen puls zu verstärken.

dieses Impulses ist dem des die Entladung erzeugenden Zur Schwächung des Ionenbeschusses auf die Kathode

Spannungsimpulses entgegengesetzt, seine Dauer ist kann man die Funlcenbearbeitungsvorrichtung noch so

z. B. kleiner als die Hälfte der Dauer des Entladungs- 35 ausbilden, daß die Elektrode 1 und das Werkstück 2 am

impulses, und seine Amplitude hat die gleiche Größen- Ende der aktiven Periode der Entladungsbearbeitung,

Ordnung wie die Entladungsstromamplitude. d. h. nach der Bildung des Anodenkraters in dem Teil 2,

Ein einfaches Mittel zur Erzeugung eines derartigen voneinander entfernt werden. Die die anodischen Bruch-Impulses besteht darin, um einen der Leiter zur Zu- stücke bildenden positiven Metallionen müssen dann führung des Entladungsstroms eine Wicklung 5 anzu- 4° einen größeren Weg durchlaufen, bevor sie auf die ordnen, welche einem elektrischen Stromkreis angehört, Kathode gelangen, und sie können auf diesem Weg ihre der parallel zu den Klemmen des Funkengenerators liegt Ladung ganz oder teilweise dadurch verlieren, daß sie und im wesentlichen einen Widerstand 6 und einen Elektronen einfangen, auf Teilchen des Füllmittels Gleichrichter 7 enthält, welcher den richtigen Sinn des zwischen den Elektroden treffen, welche ihre Bewegung Spannungsimpulses gewährleistet. 45 verlangsamen, usw.

Der Augenblicksentladungsstrom I, für welchen eine Da der Abstand zwischen den Elektroden zu Beginn

in der Praxis erhaltene Form in Fig. 5 a angegeben ist, der nächsten Bearbeitungsentladung wieder auf seinen

induziert in der Wicklung 5 bei seinem Durchgang durch kleineren Anfangswert gebracht werden muß, ist es

diese einen in Fig. 5 b angegebenen Spannungsimpuls Vl, zweckmäßig, den Abstand zwischen Elektrode und Werk-

, , j ,,, ., dl , „, _T , j „ . 50 stück durch eine an sich bekannte Vibrationsvorrich-

welcher zu der Ableitung -r- des Stroms / nach der Zeit t , _n , ι ι. -ι. ο i. ■ τ. t

^b dt tung 9 zu steuern, welche ihre Schwingungen z. B. auf

proportional ist. die Kathode überträgt, und sie mit der Frequenz der Be-

Diese Spannung Vl weist zwei Maximalamplituden arbeitungsentladungen zu erregen. Eine derartige Erentgegengesetzter Polarität auf, welche kurz nach Beginn regung der Vibrationsvorrichtung kann durch die Arbeitsbzw, etwas vor dem Ende des Impulses des Entladungs- 55 impulse insbesondere nach dem Durchgang durch ein Stroms I auftreten. Verzögerungssystem geliefert werden, in welchem sie eine

Die verschiedenen Verbindungen und der Sinn des bestimmte geeignete Verschiebung erfahren, welche ins-

Gleichrichters 7 sind so gewählt, daß der in Fig. 5 c an- besondere von der Trägheit der Vibrationsvorrichtung

gegebene, der Spannung Vl entsprechende Stromimpuls i_t und dem Zeitpunkt abhängt, an welchem der Funkenspalt

der Kathode 1 etwa am Ende der Bearbeitungsentladungs- 60 vergrößert werden soll.

periode eine positive Polarität erteilt. Wenn zur Erzeugung der obenerwähnten entgegen-

Die Dauer dieses »umgekehrten* Impulses ist kleiner gesetzten Impulse zu diesem Zeitpunkt in der Bearbei-

als die des Bearbeitungsimpulses, da eine seiner Halb- tungsvorrichtung bereits eine Wicklung 5 oder ein ent-

v/ellen infolge des Gleichrichters 7 unwirksam bleibt. sprechendes Glied benutzt wird, ist es zweckmäßig, die

Die Verschiebung zwischen den Anfängen der beiden 65 Vibrationsvorrichtung 9 nach geeigneter Verstärkung aus

Stromimpulse (»Bearbeitungsimpuls« und »entgegen- dieser Wicklung zu erregen, wie dies strichpunktiert in

gesetzter Impuls») ist z. B. größenordnungsmäßig gleich Fig. 1 dargestellt ist.

der Hälfte der gesamten Dauer des Bearbeitungsimpulses, Die Vibrationsvorrichtung 9 kann eine beliebige (elek-

d. h. 10 Mikrosekunden, wenn der Bearbeitungsimpuls tromagnetische, piezoelektrische, magnetostriktive oder

20 Mikrosekunden dauert. Man kann diese Verschiebung 70 andere) Bauart aufweisen, welche ihr gestattet, bei ihrer

Erregung durch die entgegengesetzten Impulse mit einer hohen Frequenz (z. B. 50 000 Hz) zu schwingen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Funkenerosion, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch am Ende der aktiven Phase einer jeden Bearbeitungsentladung durch die Impulse des Entladungsstroms eine Verringerung der Amplitude des zwischen Werkstück (2) und Elektrode (1) herrschenden augenblicklichen elektrischen Feldes derart gesteuert wird, daß diese Verringerung das Feld zu Null machen oder sogar sein Vorzeichen umkehren kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Werkzeugelektrode (1) mit einer geeigneten Verzögerung gegenüber dem Beginn einer jeden Entladung ein Spannungsimpuls (Fig. 5b) angelegt wird, dessen Vorzeichen dem des die Bearbeitung bewirkenden Spannungsimpulses entgegengesetzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls entgegengesetzten Vorzeichens (Fig. 5 b, 5 c) eine Dauer hat, welche größenmäßig etwa die Hälfte der Dauer des Bearbeitungsimpulses (Fig. 5 a) beträgt, und eine Amplitude besitzt, welche etwa gleich der des Bearbeitungsimpulses ist.

4. Verfahren nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstück oder Elektrode in an sich bekannter Weise in der gemeinsamen Achsrichtung vibrieren.

5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch eine Wicklung (5), welche einem eine Selbstinduktion und einen Widerstand (6) enthaltenden elektrischen Stromkreis mit vorzugsweise regelbarer Zeitkonstante angehört, wobei der Impuls des Entladungsstroms (Fig. 5 a) in dieser Wicklung den Impuls entgegengesetzten Zeichens (Fig. 5 b) induziert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wicklung (5) enthaltende Stromkreis zwischen die Elektrode (1) und das Werkstück (2) geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer der Wicklung (5) und einem vorzugsweise regelbaren Widerstand (6) wenigstens einen Gleichrichter (7) aufweist, welcher insbesondere durch einen Halbleitergleichrichter gebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wicklung (5) enthaltende Stromkreis außerdem wenigstens einen Kondensator (8) zur Fernhaltung einer Gleichstromkomponente von diesem Stromkreis aufweist.

9. Vorrichtung nach wenigstens Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (5) um einen von dem Entladungsstrom durchflossenen Leiter herum angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (5) in an sich bekannter Weise durch Windungen aus dünnem isoliertem Draht gebildet wird, welche auf einen Ferritringkörper aufgewickelt sind, in dessen Achse der Leiter angeordnet ist.

11. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vibrationsvorrichtung (9), welche mit der Frequenz der Bearbeitungsentladungen erregt wird und ihre Schwingungen auf die Elektrode (1) oder das Werkstück (2) überträgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 und einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsvorrichtung (9) nach geeigneter Verstärkung durch die in der Wicklung (5) induzierten Impulse erregt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen