DE1110341B

DE1110341B - Elektro-Erosions-Verfahren unter Verwendung von Kohlenwasserstoffen als Dielektrikum

Info

Publication number: DE1110341B
Application number: DEC20032A
Authority: DE
Inventors: Marc Bruma; Michel Magat; Pierre Anthelme Tardy
Original assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Current assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Priority date: 1958-10-24
Filing date: 1959-10-23
Publication date: 1961-07-06
Also published as: US3084245A; FR1254411A; GB877597A; NL120664C; CH403111A; NL244666A; BE583966A

Description

Die Bearbeitung von Werkstücken mittels Funkenerosion ist ein Verfahren, welches auf dem Prinzip der Elektro-Erosion beruht und bei welchem in einem zu bearbeitenden Metallblock der Abdruck eines Modells der gewünschten Form erzeugt wird. Im Prinzip besteht das Verfahren darin, daß zwischen einer durch das Modell gebildeten Kathode und einer durch den zu bearbeitenden Metallblock gebildeten Anode mittels Generatoren bekannter Art intermittierende elektrische Entladungen erzeugt werden. Unter der Einwirkung dieser Entladungen erfährt das die Anode bildende Metall eine Erosion, und die Kathode kann, wenn sie einen kontinuierlichen Vorschub erfährt, progressiv in die Anode eingeführt werden, in welcher sie ihren Abdruck hinterläßt. Auf diese Weise ist es möglich, ein metallisches Werkstück zu bearbeiten und dabei einfach und schnell Formen zu reproduzieren, die sich mit den üblichen spanabhebenden Bearbeitungsverfahren wie Drehen, Fräsen usw. nur schwer herstellen lassen würden.

Das Verfahren kann in jedem beliebigen Medium durchgeführt werden, jedoch wurde festgestellt, daß es sich in dielektrischen Flüssigkeiten schneller durchführen läßt als an der Luft und daß es von Vorteil ist, einen Flüssigkeitsumlauf um die Elektroden aufrechtzuerhalten. Die Flüssigkeiten erfüllen bei der Durchführung des Verfahrens mehrere Aufgaben; so machen sie insbesondere durch eine Ionisation, welche von den von der Kathode ausgesandten Initialelektronen ausgeh^ zusätzliche Elektronen frei, die ihre kinetische Energie beim Auftreffen auf die Anode abgeben. Die Flüssigkeiten nehmen ferner die frei werdende Wärme auf und erleichtern das Abführen der von der Anode losgerissenen Metallteilchen.

Es ist auch bekannt, daß bei dem geschilderten Erosionsverfahren die Oberfläche des Werkstückes aufgehärtet wird, wenn dies aus einem Werkstoff besteht, der durch Kohlenstoffaufnahme härtbar ist und ein Kohlenwasserstoff als Dielektrikum verwendet wird. Falls erhebliche Härteschichten erreicht werden sollen, wird bei dem bekannten Verfahren die Polung umgekehrt, so daß nunmehr die Elektrode positiv gepolt ist und von ihr auf das Werkstück die die Härtung bewirkenden Stoffe übertragen werden.

Man ist bemüht, den Verschleiß der Erosionselektrode, bezogen auf die abgetragene Werkstückmenge je Zeiteinheit, möglichst gering zu halten, und zwar auch bei sehr intensiver Abtragung, d. h. bei einer relativ großen Abtragungsmenge je Zeiteinheit. Hierfür sind eine Reihe von Schaltmaßnahmen bekanntgeworden, die aber relativ kostspielig und umständlich sind.

Elektro-Erosions-Verfahren

unter Verwendung von Kohlenwasserstoffen

als Dielektrikum

Anmelder:

Societe Anonyme dite:

Compagnie Francaise de Raffinage, Paris, Michel Magat, Bievres, Seine- et-Oise,

und Marc Bruma, Sceaux, Seine, (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. v. Schumann, Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr. 5

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 24. Oktober 1958

Pierre Anthelme Tardy, Le Havre, Seine-Maritime,

Marc Bruma, Sceaux, Seine, und Michel Magat, Bievres, Seine-et-Oise (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

Die Erfindung bezweckt die Verwendung besonderer dielektrischer Flüssigkeiten in Elektro-Erosions-Maschinen, die eine wesentliche und unerwartete Erhöhung des elektrischen Wirkungsgrades der Maschinen ermöglichen.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Bearbeiten von leitenden Werkstücken mit Elektro-Erosion bei negativ gepolter Elektrode und unter Verwendung von Kohlenwasserstoffen als flüssigem Dielektrikum, und die Erfindung besteht darin, daß zwecks Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit ohne Beeinträchtigung der Oberflächeneigenschaften des Werkstückes, zwecks Verringerung des spezifischen Elektrodenverschleißes, bezogen auf die abgetragene Menge je Zeiteinheit, und zwecks tiefreichender Oberflächenhärtung bei Werkstücken aus durch Kohlenstoffaufnahme härtbarem Werkstoff als Dielektrikum Kohlenwasserstoffe verwendet werden, bei denen der Gehalt an Kohlenstoff und Wasserstoff im Gewichtsverhältnis höher liegt als 7: 1 und die aus aromatischen Extrakten bestehen, die durch Lösungsmittelextraktion von Erdöldestillaten hergestellt werden. Insbesondere kann die Härtetiefe

109 620/368.

durch Einstellung der Viskosität des Dielektrikums gesteuert werden im Sinne einer Erhöhung der Härtetiefe bei steigender Viskosität, und umgekehrt. Die Erfindung und die Vorteile der gemäß der Erfindung hergestellten Erzeugnisse werden in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert.

Bei spiel 1

Ein Rohöl aus dem mittleren Orient wurde in üblicher Weise destilliert, und man erhielt eine Fraktion, welche bei 98,8° C eine Viskosität von

3,9 cSt, eine Dichte D.₁₅—0,894 und einen Brechungs-

index n *$ = 1,4842 aufwies. Diesem Destillat wurde hierauf Paraffin entzogen, bis es einen Tropfpunkt von —12° C erreichte, worauf es einer Extraktion mit Furfurol unterzogen wurde, bei welcher

180 Raumteile Furfurol auf 100 Raumteile des zu

behandelnden Produktes verwendet wurden.

Nach Abtrennen der Furfurolphase und Abstreifen Produkt A des Lösungsmittels erhielt man so einen Rückstand 20 Produkt B mit folgenden Eigenschaften: Produkt C

Produkt A

Dichte bei 15° C

Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß bei Verwendung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Produktes A die Bearbeitungsgeschwindigkeit etwa 30 bis 50% höher ist als mit den gewöhnlich verwendeten Produkten. Gleichzeitig ist eine Verringerung der Abnutzung der Kathode als Funktion der von der Anode abgehobenen Raumeinheit, d. h. des durchgeführten Materialabhubes, ausdrückt, erhält man folgende Werte:

Tabelle II

Leistung

6 kW
6 kW
6 kW

in 100

Kathodenabnutzung mm³ Abnutzung an der Kathode

mm³ Abhub von der Anode

10 15 15

Brechungsindex ng, .
Viskosität

bei 37,4° C

bei 50° C

bei 98,8^C C

Flammpunkt

(nach Luchaire)

1,031
1,5751

92,19 cSt
44,0
6,77

HO⁰C

Tropfpunkt -12° C

Gewichtsverhältnis C: H .. 9,2

Diese Flüssigkeit wurde in einer Funkenerosionsmaschine verwendet, in welcher als dielektrische Flüssigkeit für gewöhnlich Schmieröle mit folgenden Eigenschaften verwendet wurden:

Dichte bei 15° C
Brechungsindex n

Viskosität

bei 37,4° C

bei 50° G

bei 98,8° C

Tropfpunkt

Verhältnis C: H ..

Produkt B

0,867
1,463

20,2
14
3,9

-12° C
6,4

Produkt C

0,874 1,465

40,6

6,1

-12⁰C 6,3 Verglichen mit den üblicherweise verwendeten Produkten ermöglicht also das Produkt A eine etwa l,3fache Verlängerung der Lebensdauer einer Kathode, wobei außerdem die gleiche Bearbeitung mit einem gegebenen Energieaufwand in einer erheblich kürzeren Zeit durchgeführt werden kann.

Beispiel 2

In einer Reihe von Versuchen, welche auf einer Elektro-Erosions-Maschine durchgeführt wurden, wurde das normalerweise in dieser Maschine verwendete, oben als »Produkt B« bezeichnete öl mit dem »Produkt D« verglichen, das auf folgende Weise hergestellt wird: Eine Rohöl-Destillationsfraktion mit einer Viskosität von 7,2 cSt bei 98,8° C wurde von Paraffin befreit und einer Extraktion mit Furfurol unterzogen. Das in Furfurol gelöste Produkt wurde mittels Destillation von dem Lösungsmittel getrennt. 80 Raumteile dieses Produktes wurden zum Einstellen der Viskosität mit 20 Raumteilen Leuchtpetroleum gemischt.

45

Bei der Bearbeitung eines Blockes aus extra hartem Stahl mit 1 % C mittels der Maschine wurden die pro Zeiteinheit von der Anode abgehobenen Metallmengen gemessen. Diese Mengen sind ein Ausdruck der Bearbeitungsgeschwindigkeit als Funktion der aufgewendeten elektrischen Leistung. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengefaßt.

Tabelle I

Leistung	Bearbeitungsgeschwindigkeit (mm³/Min.)	Produkt B	Produkt C
	Produkt A	160	150
2 kW	f 200 !	350	330
4 kW	440 '	550	515
6 kW	700 :	600	560
7 kW	790

55

6o Diese Mischung wies folgende Eigenschaften auf: Produkt D

Dichte 15° C ....,/. 0,965

Viskosität

bei 37,4° C 34,9 cSt

bei 98,8° C..-: 4,6 cSt

Flammpunkt

(nach Luchaire) 55° C

Tropfpunkt -9° C

Gewichtsverhältnis C: H .. 8,10

Die Bearbeitungsergebnisse sind in Tabelle III angegeben:

- Tabelle III

Produkt B Produkt D Leistung

6 kW
6 kW

Bearbeitungsgeschwindig keit
in mnWMin

550
670

Kathodenabnutzung . ..„ mm³Kathode ^ml0°· mnr< Anode

15 11

Beispiel 3

Eine Rohöl-Destillationsfraktion wurde von Paraffin befreit und einer Extraktion mittels Phenol unterzogen. Das mittels des Phenols extrahierte Produkt wurde nach Entfernen des Phenols mit 10 % Kohlenwasserstoffen vermischt, die durch Waschen mit flüssigem Schwefligsäureanhydrid aus einer Kerosinfraktion extrahiert wurden. Die im folgenden als »Produkt E« bezeichnete Mischung hat die in Tabelle IV angegebenen Eigenschaften. Diese Tabelle enthält ferner die Ergebnisse, welche auf einer Elektro-Erosions-Maschine bei einem Vergleich mit dem oben als »Produkte« bezeichneten Öl erzielt wurden.

Wenn man die im Beispiel 1 aufgeführten Produkte A und B hinsichtlich der Oberflächenhärtung vergleicht, ergeben sich im Falle einer Bearbeitung extra harten Stahls die in der nachstehenden Tabelle V aufgeführten Werte:

Tabelle V

Leistung, kW

Bearbeitungsgeschwindigkeit,
mm³/Min

Dicke der Härteschicht, mm ...

Produkt A

850

2 Q

Produkt B

7 600

Tabelle	Analyse:	IV	Produkt E
	Dichte 15° C	Produkt C
Viskosität		0,988
bei 37,4° C	0,874
bei 98,8° C		73,4
Tropfpunkt . .	40,6	6,4
Gewichtsverhältnis C: H	6,1	—20°C
Ergebnis des Bearbeitungs	— 12° C	8,48
versuches:	6,3
Bearbeitungs
geschwindigkeit
(6 kW) in mm³/Min.
Kathodenabnutzung		685
mm³ Kathode • λ r\[\	515
in IUU · oAj mm³ Anode		1 1
1 C	11
15

Es wurde festgestellt, daß die Selbsthärtung der Oberfläche weitgehend von dem als Dielektrikum verwendeten Produkt abhängt. Durch Auswahl ge-

zo eigneter Mischungen ist es möglich, die Tiefe der Oberflächenhärtung gemäß den hinsichtlich des Endzustandes des bearbeiteten Werkstücks zu stellenden Anforderungen durch entsprechende Einstellung der Viskosität zu regeln. Zur Erläuterung sei folgendes Beispiel angegeben:

Beispiel 4

Das im Beispiel 1 beschriebene Produkt A wurde mittels Vakuumdestillation fraktioniert, wobei man eine Kopffraktion (Produkt F) erhielt, die 25 °/o des Gesamtproduktes ausmachte.

Die Produkte A und F sowie eine Mischung beider Produkte zu gleichen Teilen (Produkt G) wurden bei der Bearbeitung eines Blockes aus extra hartem Stahl verwendet.

Die Ergebnisse sind in Tabelle VI angegeben:

Tabelle	VI	Produkt A	Produkt F	Produkt G
	1,031 6,77 6 700 2,8 9,2	1,018 4,77 6 780 0,3 9,5	1,023 5,8 6 740 1,4 9,4
Dichte bei 15° C
Viskosität bei 210° F (98,79° C) Leistung, kW
Bearbeitungsgeschwindigkeit, mnWMin Dicke der Härteschicht, mm Gewichtsverhältnis C: H

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Bearbeiten von leitenden Werkstücken mittels Elektro-Erosion bei negativ gepolter Elektrode und unter Verwendung von Kohlenwasserstoffen als flüssigem Dielektrikum, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit ohne Beeinträchtigung der Oberflächeneigenschaften des Werkstückes, zwecks Verringerung des spezifischen Elektrodenverschleißes, bezogen auf die abgegetragene Menge je Zeiteinheit, und zwecks tiefreichender Oberflächenhärtung bei Werkstücken aus durch Kohlenstoffaufnahme härtbarem Werkstoff als Dielektrikum Kohlenwasserstoffe verwendet werden, bei denen der Gehalt an Kohlen-

stoff und Wasserstoff im Gewichtsverhältnis höher liegt als 7 : 1 und die aus aromatischen Extrakten bestehen, die durch Lösungsmittelextraktion von Erdöldestillaten hergestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtetiefe durch Einstellung der Viskosität des Dielektrikums gesteuert wird im Sinne einer Erhöhung der Härtetiefe bei steigender Viskosität, und umgekehrt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

»Schriftenreihe des Verlages Technik«, SVT 177,

S. 70;
Buch »Elektroerosive Metallbearbeitung« von

Lazarenko, 1954, S. 14 und 15.