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GEBIET
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Die
vorliegenden, hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen das
Gebiet der Zerspanung und insbesondere der Mikrozerspanung einer Oberfläche.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Es
wurden eine Reihe von nichttraditionellen Zerspanungsprozessen entwickelt,
um alternative Verfahren zum Herstellen von komplexen Werkstücken bereitzustellen.
Solche Prozesse werden oftmals bei der Bearbeitung von Gussteilen,
Schmiedeteilen, Composite- und Keramikteilen und als ein Nachbearbeitungsschritt
an Werkstücken
eingesetzt, wo eine Grobzerspanung unter Verwendung von konventionelleren
Techniken durchgeführt
wurde.
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Eine
solche Technik ist das Funkenerodieren (EDM – Electrical Discharge Machining).
EDM gestattet das Entfernen von Metall von einem Werkstück durch
die Energie eines zwischen einem Werkzeug und einer Oberfläche des
Werkstücks überspringenden
elektrischen Funkens. Während
des Einsatzes sind sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück in ein
dielektrisches Fluid wie etwa Öl
eingetaucht. Schnelle Stromimpulse werden dann an das Werkzeug geliefert,
was bewirkt, dass Funken zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück überspringen
oder überschlagen.
Die Hitze von jedem Funken bewirkt das Schmelzen eines kleinen Metallstücks an dem
Werkstück,
wodurch es von dem Werkstück
entfernt wird. Während
das Metall so entfernt wird, wird es gekühlt und durch die Zirkulation des
dielektrischen Fluids weggespült.
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EDM
kann im Allgemeinen dazu verwendet werden, komplexe und aufwendige
Formen in einem Werkstück
auszubilden. EDM ist jedoch mit einer Reihe von Beschränkungen
behaftet. Zuerst muss das Werkstück
stromleitend sein, um den elektrischen Kreis zu schließen, der
erforderlich ist, um zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug einen Funken
zu erzeugen. Somit eignet sich EDM nicht für den Einsatz an Werkstücken, die
aus vielen Materialien hergestellt sind, wie etwa den meisten Keramiken
oder Polymeren. Zweitens kann es schwierig sein, das gewünschte finale
Finish an der Oberfläche eines
Werkstücks
unter Verwendung von EDM zu erzielen, und mit EDM behandelte Oberflächen weisen in
der Regel das Aussehen einer „Orangenhaut” oder ein „sandgestrahltes” Aussehen
auf. Beispielsweise kann es wünschenswert
sein, ein finales Oberflächenfinish
mit einer Rauheit von 0,8 µm
RMS (Root Mean Square – Effektivwert)
oder eine glattere Oberflächenpolitur
von etwa 0,02 µm
RMS zu haben. EDM ergibt im besten Fall in der Regel ein Oberflächenfinish
zwischen 0,8 µm
und 3,2 µm
RMS. Während EDM
nützlich
sein kann, um ein rauheres Finish zu erhalten, eignet es sich somit
im Allgemeinen nicht für
die Bereitstellung von hochpolierten Werkstücken.
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Ein
weiterer nichttraditioneller Zerspanungsprozess, der im Allgemeinen
ein glatteres Finish liefert, ist Ultraschallpolieren, das auch
als UIG (Ultrasonic Impact Grinding) bekannt ist. Ultraschallpolieren
beinhaltet im Allgemeinen das Entfernen einer dünnen Materialschicht (zum Beispiel
bis zu 50 µm dick
oder weniger) zur Nachbearbeitung eines Werkstücks zu den gewünschten
Abmessungen. Das Polieren beinhaltet das Entfernen von Welligkeit
auf der Oberfläche
des Werkstücks,
in der Regel durch selektives Abtragen von unerwünschten halbfeinen Details
(zum Beispiel der obere Abschnitt von Merkmalen mit einer Wellenform
mit langer Amplitude, die auf der Oberfläche oder dem Werkstück vorliegen)
und unerwünschter
feiner Details oder Oberflächerauheit (zum
Beispiel der obere Abschnitt von Merkmalen mit einer Wellenform
mit kurzer Ampli tude, die auf der Oberfläche des Werkstücks vorliegen),
während
gewünschte
Oberflächenmerkmale
intakt gelassen werden.
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Das
Polieren des Werkstücks
wird durch schnelle und kräftige
Bewegung von feinen Schleifpartikeln bewirkt, die in einer Aufschlämmung suspendiert
sind, die sich zwischen der Oberfläche des Werkstücks und
der Fläche
eines Werkzeugs befindet. Um die Schleifpartikel in der Aufschlämmung während des
Betriebs des Werkzeugs zu bewegen, wird das Werkzeug bei Frequenzen
in Schwingungen versetzt, die im Allgemeinen zwischen 15 000 Hz
und 40 000 Hz liegen, wenngleich es möglich ist, entsprechend den
Erfordernissen einer bestimmten Anwendung viel höhere oder niedrigere Frequenzen
zu verwenden.
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Verschiedene
Techniken können
verwendet werden, um Schwingungen des Werkzeugs zu bewirken. Ein
Verfahren besteht darin, einen magnetorestriktiven Aktuator zu verwenden,
wobei ein Magnetfeld zyklisch an einen ferromagnetischen Kern angelegt
wird. Das Anlegen des Felds bewirkt einen als Magnetorestriktion
bekannten Effekt, wodurch sich die Kernlänge als Reaktion auf Fluktuationen
bei der Intensität
des Magnetfelds geringfügig ändert. Ein weiteres
Verfahren zum Bewirken von Schwingungen verwendet einen piezoelektrischen
Wandler, der als Reaktion auf das Anlegen eines elektrischen Felds
oszilliert, wie in der Technik bekannt ist. Der Wandler wird dann
in der Regel an ein Horn oder einen Konzentrator mit einem Werkzeug
an dem Arbeitsende davon angeschlossen. Das Horn vergrössert die
Schwingungsamplitude des Werkzeugs relativ zu der Schwingung des
Aktuators oder Wandlers. Das Horn besitzt im Allgemeinen eine Kegelstumpfgestalt,
wobei das Werkzeug mit dem schmaleren Arbeitsende verbunden ist
und der Aktuator oder Wandler an dem breiteren oder größeren Ende
befestigt ist.
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Während des
Betriebs bewirkt der magnetorestriktive Aktuator, dass das Werkzeug
in einer Richtung allgemein parallel zu der Langsachse des Horns schwingt,
die in der Regel normal zu der Oberfläche des Werkstücks verläuft. Während irgendeines
einzelnen Zyklus bewegt sich das Werkzeug von seiner von der Oberfläche des
Werkstücks
am weitesten weg liegenden obersten Position P1 (wo das Werkzeug
in Ruhe ist) durch eine mittlere Position P2 (wo sich das Werkzeug
am schnellsten bewegt) zu der der Oberfläche des Werkstücks am nächsten liegenden
untersten Position P3 (wo das Werkzeug wieder in Ruhe ist). Während der
Zyklus weiter geht, bewegt sich das Werkzeug zurück durch die mittlere Position P2
zu der obersten Position P1 und so weiter. Bei einigen Ausführungsformen
und je nach der Konfiguration einer bestimmten Ultraschallpoliervorrichtung liegt
die Schwingungsamplitude des Werkzeugs von P1 bis P3 zwischen 13
und 62 µm,
wenngleich es möglich
ist, entsprechend den Anforderungen einer bestimmten Anwendung viel
höhere
oder niedrigere Amplituden zu verwenden.
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Die
Wechselwirkung zwischen der Fläche des
Werkzeugs, dem Werkstück
und der Schleifaufschlämmung
hängt von
der Größenbeziehung
zwischen den Schleifpartikeln in der Aufschlämmung und dem Abstand zwischen
dem Werkstück
und der Werkzeugfläche
während
des Zyklus ab. Wenn die Schleifpartikel derart bemessen sind, dass
sie groß genug
sind, um von dem Werkzeug an der mittleren Position P2 kontaktiert
zu werden, dann gibt es im Allgemeinen eine Wirkung auf das Schleifmittel, wenn
sich das Werkzeug mit seiner höchsten
Geschwindigkeit bewegt. Somit wird im Allgemeinen ein größeres Moment
auf die Partikel übertragen.
Wenn Schleifpartikel jedoch von geringerer Größe sind, wird es eine Wirkung
auf sie geben, wenn sich das Werkzeug näher an der Oberfläche des
Werkstücks befindet
(zwischen P2 und P3) und sich somit mit einer geringeren Geschwindigkeit
bewegt. Somit werden kleinere Schleifpartikel im Allgemeinen ein
geringeres Moment von dem Werkzeug empfangen. Wenn die Schleifpartikel
von größerer Größe sind, gibt
es analog im Allgemeinen eine Wirkung auf sie durch das Werkzeug,
bevor es seine größte Geschwindigkeit
erreicht hat (zwischen P1 und P2). Es gibt somit in der Regel einen
effektiven Bereich von Schleifpartikelgrößen (oder Korngrößen), die
für jede bestimmte
Kombination aus Werkzeug und Werkstück funktioniert, auf der Basis
des Spalts zwischen dem Werkstück
und dem Werkzeug.
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Während des
Betriebs, wenn das Werkzeug auf irgendein bestimmtes Schleifpartikel
wirkt, wird dieses Partikel durch die Wirkung des Werkzeugs gegen
das Werkstück
gedrückt.
Dies bewirkt Stoßbeanspruchungen
auf die Oberfläche
sowohl des Werkstücks
als auch des Werkzeugs. Diese Stoßbeanspruchungen bewirken gelegentlich,
dass ein oder mehrere Schleifpartikel brechen, wodurch im Allgemeinen
die Größe der Partikel
abnimmt und was ein Grund dafür
ist, dass es wünschenswert
ist, frische Schleifpartikel in die Aufschlämmung einzuleiten, um sicherzustellen,
dass die gewünschte
Schleifmittelgröße beibehalten
wird, um sicherzustellen, dass die Polierrate aufrecht erhalten
wird. Das Einleiten von frischer Aufschlämmung unterstützt auch
das Wegspülen
von Werkstückbruchstücken von
dem Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück.
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Das
schwingende Werkzeug wirkt somit effektiv als ein Hammer, der periodisch
auf die Schleifpartikel schlägt
und kleine Abschnitte des Werkstücks
herausbricht. Material wird durch drei Hauptmodi von dem Werkstück entfernt:
(a) ballistische oder Kavitationseffekte, die bewirken, dass die Schleifpartikel
auf die Oberfläche
des Werkstücks stoßen, (b)
mechanische Effekte, die dadurch verursacht werden, dass Schleifpartikel
allgemein parallel zu der Werkstückoberfläche hin
und her strömen (durch
die Bewegung der Aufschlämmung
verursacht) und (c) mechanische Effekte, die dadurch bewirkt werden,
dass Partikel über
der Oberfläche
des Werkstücks
schwingen, oder durch eine Anhäufung von
Schleifpartikeln, die die Oberfläche
des Werkstücks
durch Überbrücken des
Spalts zwischen dem Werkstück
und dem Werkzeug zerstoßen.
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Einer
der Hauptvorteile des Ultraschallpolierens gegenüber EDM besteht darin, dass
das Ultraschallpolieren nicht-thermisch, nicht-chemisch und nicht-elektrisch
ist. Somit erfordert Ultraschallpolieren keine Änderungen bei den metallurgischen,
chemischen oder physikalischen Eigenschaften des polierten Werkstücks und
erzeugt sie auch nicht, außer dem
Entfernen von Material. Das Ultraschallpolieren kann deshalb dazu
verwendet werden, viele verschiedene Arten von Materialien zu formen,
einschließlich
harter Materialien und Materialien, die nicht stromleitend sind,
wie etwa Keramiken und Glas, die unter Einsatz von EDM im Allgemeinen nicht
geformt werden können.
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Ultraschallpolieren
kann auch ausgeführt werden,
ohne dass das bei EDM erforderliche dielektrische Fluid notwendig
wäre. In
vielen Fällen
wird lediglich eine einfache Aufschlämmungsmischung aus Schleifpartikeln
in Wasser, Öl
oder einer Emulsion benötigt.
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Ultraschallpolieren
kann auch zu viel glatteren Oberflächencharakteristiken an dem
nachbearbeiteten Werkstück
führen.
Bei einer richtigen Auswahl von Schleifmittel, Schwingungsfrequenz, Schwingungsamplitude,
Werkzeug und Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück kann
Ultraschallpolieren zu Oberflächen
mit Hochglanzpolitur führen
(unter 0,25 µm
RMS).
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Das
Ultraschallpolieren ist jedoch auch mit einer Reihe von Herausforderungen
verbunden. Das Polieren erfolgt in der Regel viel langsamer als
viele andere Materialabtragungstechniken wie etwa EDM. Somit kann
es länger
brauchen, um eine gewünschte Endoberfläche zu erhalten.
Weiterhin ist das beim Ultraschallpolieren verwendete Werkzeug im
Allgemeinen aus einem Material hergestellt, das allgemein weicher
ist als das Werkstück.
Dies kann zu sehr hohen Abnutzungsraten am Werkzeug im Vergleich
zu der Materialabtragungsrate von dem Werkstück führen, was es erschweren kann,
eine präzise
Werkzeuggestalt aufrecht zu erhalten, um sicherzustellen, dass das
Werkstück
das gewünschte
Profil erhält. Folglich
ist es oftmals notwendig, nach dem Polieren eines einzelnen Werkstücks die
Werkzeuge zu wechseln oder sogar während des Polierens des gleichen Werkstücks mehrere
Werkzeuge zu verwenden. Werkzeuge, die abgenutzt worden sind, werden
oftmals einfach weggeworfen, was teuer und verschwenderisch ist.
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Dementsprechend
besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren und einer verbesserten Vorrichtung
zum Herstellen von Werkstücken
mit glatten polierten Oberflächen.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird folgendes bereitgestellt: ein Verfahren für die Mikrozerspanung einer
Oberfläche
eines Werkstücks
mit einem komplexen Oberflächenprofil,
das gewünschte
Profilmerkmale und feinere unerwünschte
Profilmerkmale, die abgetragen werden sollen, enthält, umfassend Gestalten
eines formbaren Polierwerkzeugs entweder unter Verwendung des Werkstücks selbst
oder eines Duplikats des Werkstücks,
so dass es mindestens die gewünschten
Profilmerkmale aufweist, und Verwenden des formbaren Polierwerkzeugs
zum Mikrozerspanen der Oberfläche
zum Abtragen der feineren unerwünschten
Profilmerkmale, während
die gewünschten
Profilmerkmale beibehalten werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist das formbare Polierwerkzeug so gestaltet, dass es mindestens
die gewünschten
Profilmerkmale aufweist, durch Pressen des formbaren Polierwerkzeugs
entweder gegen das Werkstück
selbst oder das Duplikat des Werkstücks, wenn sich das formbare
Polierwerkzeug in einem formbaren Zustand befindet, und das formbare
Polierwerkzeug wird zur Mikrozerspanung verwendet, wenn sich das
formbare Polierwerkzeug in einem festen Zustand befindet.
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Bei
einigen Ausführungsformen
umfasst das formbare Polierwerkzeug ein thermoformbares Material,
das sich bei einer ersten Temperatur in dem formbaren Zustand befindet
und bei einer zweiten Temperatur in dem festen Zustand befindet,
wobei die zweite Temperatur niedriger ist als die erste Temperatur,
und das formbare Polierwerkzeug ist gestaltet worden durch Pressen
des formbaren Polierwerkzeugs entweder gegen das Werkstück selbst
oder das Duplikat des Werkstücks,
während
es sich bei der ersten Temperatur befindet, und dann Kühlen des formbaren
Polierwerkzeugs auf die zweite Temperatur.
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Bei
einigen Ausführungsformen
umfasst das Verfahren weiterhin das Oszillieren des formbaren Polierwerkzeugs
entweder gegen das Werkstück selbst
oder das Duplikat des Werkstücks
während des
Kühlens
des formbaren Polierwerkzeugs auf die zweite Temperatur, um das
Profil des formbaren Polierwerkzeugs zu modifizieren. Dadurch kann
ein größerer Spalt
zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück hergestellt werden, um größere Partikel und/oder
größere Amplituden
einer Orbitalbewegung aufzunehmen. Weiterhin erzeugt dies im Allgemeinen
einen Spalt über
etwaigen Oberflächenmerkmalen
auf dem Werkstück,
die ansonsten eine mechanische Störung oder ein Klemmen des formbaren
Polierwerkzeugs während
des Kühlens
auf die zweite Temperatur verursachen könnten.
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Bei
einigen Ausführungsformen
umfasst das Verfahren weiterhin das Bestimmen, dass das formbare
Polierwerkzeug sich in einem abgenutzten Zustand befindet, und Zurückbilden
des formbaren Polierwerkzeugs durch Erhitzen des formbaren Polierwerkzeugs
auf die erste Temperatur, Pressen des formbaren Polierwerkzeugs
entweder gegen das Werkstück
selbst oder das Duplikat des Werkstücks, während es sich auf der ersten
Temperatur befindet, und dann Kühlen
des formbaren Polierwerkzeugs auf die zweite Temperatur.
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Bei
einigen Ausführungsformen
umfasst das Verfahren weiterhin das Bereitstellen einer Schleifaufschlämmung zwischen
dem formbaren Polierwerkzeug und dem Werkstück, wobei die Verwendung des
formbaren Polierwerkzeugs bewirkt, dass die Aufschlämmung das
komplexe Oberflächenprofil des
Werkstücks
mikrozerspant.
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Bei
einigen Ausführungsformen
wird eine Hilfsbewegung während
der Mikrozerspanung der Oberfläche
auf das formbare Polierwerkzeug angewendet zum Entfernen der feineren
unerwünschten Profilmerkmale,
während
die gewünschten
Profilmerkmale beibehalten werden, wobei die Hilfsbewegung angewendet
wird, um eine Bewegung der Schleifaufschlämmung zu bewirken.
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Bei
einigen Ausführungsformen
wird ein Verfahren bereitgestellt zum Herstellen einer Komponente
aus einem Werkstück
mit einem komplexen Oberflächenprofil
mit gewünschten
Profilmerkmalen und feineren unerwünschten Profilmerkmalen, die mikrozerspant
werden sollen, umfassend: Gestalten eines formbaren Polierwerkzeugs
entweder unter Verwendung des Werkstücks selbst oder eines Duplikats
des Werkstücks,
so dass es mindestens die gewünschten
Profilmerkmale aufweist, Verwenden des formbaren Polierwerkzeugs
zum Mikrozerspanen der feineren unerwünschten Profilmerkmale, während die
gewünschten
Profilmerkmale beibehalten werden, und dann Formen der Komponente
unter Verwendung des Werkstücks.
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Bei
einigen Ausführungsformen
umfasst das Werkstück
ein Formwerkzeug, und das Verfahren umfasst weiterhin das Ausformen
der Komponente unter Verwendung des Formwerkzeugs.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
wird eine Mikrozerspanungsvorrichtung für die Mikrozerspanung eines
Werkstücks
mit einem komplexen Oberflächenprofil
bereitgestellt, das gewünschte
Profilmerkmale und fei nere unerwünschte
Profilmerkmale, die mikrozerspant werden sollen, enthält, wobei
die Vorrichtung folgendes umfasst: ein formbares Polierwerkzeug,
das konfiguriert ist, die feineren unerwünschten Profilmerkmale mikrozuzerspanen,
während
die gewünschten
Profilmerkmale beibehalten werden, wobei das formbare Polierwerkzeug
unter Verwendung entweder des Werkstücks selbst oder eines Duplikats
des Werkstücks
so geformt worden ist, dass es mindestens die gewünschten
Profilmerkmale aufweist.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
wird ein formbares Polierwerkzeug zur Verwendung mit einer Mikrozerspanungsvorrichtung
für die
Mikrozerspanung eines Werkstücks
mit einem komplexen Oberflächenprofil
bereitgestellt, das gewünschte
Profilmerkmale und feinere unerwünschte
Profilmerkmale, die mikrozerspant werden sollen, enthält, wobei:
das formbare Polierwerkzeug konfiguriert ist, die feineren unerwünschten
Profilmerkmale mikrozuzerspanen, während die gewünschten
Profilmerkmale beibehalten werden, wobei das formbare Polierwerkzeug
unter Verwendung entweder des Werkstücks selbst oder eines Duplikats
des Werkstücks
so geformt worden ist, dass es mindestens die gewünschten
Profilmerkmale aufweist.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
wird ein formbares Polierwerkzeug zur Verwendung mit einer Mikrozerspanungsvorrichtung
für die
Mikrozerspanung eines Werkstücks
mit einem komplexen Oberflächenprofil
bereitgestellt, das gewünschte
Profilmerkmale und feinere unerwünschte
Profilmerkmale, die mikrozerspant werden sollen, enthält, wobei:
das formbare Polierwerkzeug konfiguriert ist, die feineren unerwünschten
Profilmerkmale mikrozuzerspanen, während die gewünschten
Profilmerkmale beibehalten werden, und wobei das formbare Polierwerkzeug unter
Verwendung entweder des Werkstücks
selbst oder eines Duplikats des Werkstücks so geformt worden ist,
dass es mindestens die gewünschten
Profilmerkmale aufweist.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsformen
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den beiliegenden
Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein besseres
Verständnis
der hierin beschriebenen Ausführungsformen,
und um deutlicher zu zeigen, wie sie effektiv ausgeführt werden
können, wird
nun lediglich beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug
genommen, die mindestens ein Ausführungsbeispiel zeigen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Querschnittsansicht einer Mikrozerspanungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform;
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2 eine
Nahansicht der Mikrozerspanungsvorrichtung von 1;
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3 eine
Perspektivansicht eines Horns zur Verwendung in der Mikrozerspanungsvorrichtung von 1;
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4A eine
Perspektivansicht einer Werkzeughalterung und eines formbaren Polierwerkzeugs zum
Sichern an dem Horn von 3;
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4B eine
Seitenansicht der Werkzeughalterung und des formbaren Polierwerkzeugs
von 4A;
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4C eine
Seitenansicht eines Horns mit einem integrierten verjüngten Gewindeabschnitt
gemäß einer
Ausführungsform;
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5 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zum Formen eines formbaren
Polierwerkzeugs zur Verwendung mit der Mikrozerspanungsvorrichtung
von 1;
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6A eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zum Formen eines formbaren
Polierwerkzeugs unter Verwendung eines Sekundärprozesses zum Justieren der
Gestalt des formbaren Polierwerkzeugs;
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6B eine
Querschnittsansicht eines unter Verwendung des in 6A beschriebenen
Sekundärprozesses
geformten formbaren Polierwerkzeugs;
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7 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zum Zurückbilden
eines formbaren Polierwerkzeugs;
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8A eine
Profilansicht einer unter Verwendung eines Ultraschallmikrozerspanungsprozesses
nachbearbeiteten Oberfläche;
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8B eine
Profilansicht einer ohne Verwendung eines Ultraschallmikrozerspanungsprozesses
nachbearbeiteten Oberfläche;
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9 eine
Perspektivansicht einer Komponente, geformt unter Verwendung eines
Werkstücks, das
unter Verwendung der Mikrozerspanungsvorrichtung von 1 hergestellt
ist;
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10A eine Perspektivansicht einer Werkzeughalterung
und eines formbaren Polierwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform;
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10B eine Seitenansicht der Werkzeughalterung und
des formbaren Polierwerkzeugs von 10A;
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11A eine Perspektivansicht einer Werkzeughalterung
gemäß einer
Ausführungsform;
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11B eine Seitenansicht der Werkzeughalterung von 11A;
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11C eine Stirnansicht der Werkzeughalterung von 11A;
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12A bis 12C eine
schematische Darstellung einer sich in der Aufschlämmung infolge der
Hilfsbewegung eines formbaren Polierwerkzeugs entwickelnden Welle;
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13A eine Perspektivansicht einer Werkzeughalterung
und eines formbaren Polierwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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13B eine Seitenansicht der Werkzeughalterung und
des formbaren Polierwerkzeugs von 13A;
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14A eine Perspektivansicht einer Werkzeughalterung
gemäß einer
Ausführungsform;
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14B eine Seitenansicht der Werkzeughalterung von 14A;
-
14C eine Stirnansicht der Werkzeughalterung von 14A;
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15 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zum Bereitstellen einer
Hilfsbewegung des formbaren Polierwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform
und
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16 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zum Kombinieren von Mikrozerspanung mit
Funkenerodieren.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es
versteht sich, dass aus Gründen
der Einfachheit und Klarheit der Darstellung, wo dies als angemessen
angesehen wird, Bezugszahlen unter den Figuren wiederholt werden
können,
um entsprechende oder analoge Elemente oder Schritte anzugeben. Außerdem sind
zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis der
hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele
zu vermitteln. Der Durchschnittsfachmann versteht jedoch, dass die hierin
beschriebenen Ausführungsformen
ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen
Fällen
sind wohlbekannte Verfahren, Prozeduren und Komponenten nicht im
Detail beschrieben worden, um nicht die hierin beschriebenen Ausführungsformen
zu verdunkeln. Zudem soll die vorliegende Beschreibung nicht so
angesehen werden, als wenn sie den Schutzbereich der hierin beschriebenen
Ausführungsformen
in irgendeiner Weise beschränkt,
sondern lediglich so, dass sie die Implementierung der verschiedenen
hierin beschriebenen Ausführungsformen
beschreibt.
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Gemäß einigen
Ausführungsformen
wird ein verbessertes Verfahren zum Gestalten eines formbaren Polierwerkzeugs
zur Verwendung bei der Mikrozerspanung eines Werkstücks bereitgestellt.
Für den Zweck
der vorliegenden Spezifikation und Ansprüche versteht sich, dass der
Ausdruck Mikrozerspanung das Ultraschallpolieren und andere Formen
der Ultraschallzerspanung beinhaltet, einschließlich das Abtragen von einer
dünnen
gleichförmigen
Materialschichten hinunter zu den gewünschten Abmessungen (zum Beispiel
Zerspanung eines Finish oder Finishing) und Polieren einer unerwünschten
Oberflächenrauheit.
Insbesondere beinhaltet die Mikrozerspanung das Polieren der Oberflächenrauheit
auf einer Oberfläche,
wie etwa das Herunterpolieren eines C3-Oberflächenfinish zu einem B1-Oberflächenfinish.
Die Mikrozerspanung beinhaltet auch eine Zerspanung, die einen Materialabtrag
Schicht für Schicht
beinhaltet, wie etwa die Zerspanung einer glatten 0 bis 50 μm dicken
Schicht aus Material, während
gewünschte
Profilmerkmale beibehalten werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
umfasst das formbare Polierwerkzeug mindestens einen Abschnitt oder
eine Schicht, der oder die aus einem Material hergestellt ist, das
einen formbaren Zustand aufweist, in dem das Material gestaltet
werden kann, und einen festen Zustand, in dem das Material starr ist
und sich einer Verformung widersetzt. Das formbare Material könnte ein
Material enthalten, das einen schmiedbaren oder biegsamen Zustand
aufweist, wie etwa ein thermoformbares Material (zum Beispiel ein
Polymer), das bei Erwärmung
durch Ausüben
von Kraft gestaltet werden kann, sowie ein Material, das einen flüssigen oder
andere Zustände
aufweist, wobei das Material unter Verwendung einer Form gegossen
werden und härten
kann. Das Material des formbaren Polierwerkzeugs wird zuerst in dem
formbaren Zustand bereitgestellt, und das formbare Polierwerkzeug
wird dann unter Verwendung einer Form ausgeformt oder gestaltet.
Bei einigen Ausführungsformen
kann dies das Pressen eines formbaren Polierwerkzeugs, das sich
in einem schmiedbaren oder biegsamen Zustand befindet, gegen die Form
beinhalten. Bei anderen Ausführungsformen kann
dies das Bereitstellen des Materials in einer flüssigen Form und dann das Gießen des
formbaren Polierwerkzeugs in der Form beinhalten.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann diese Form das tatsächliche
Werkstück
darstellen, das durch Mikrozerspanung unter Verwendung des formbaren
Polierwerkzeugs bearbeitet werden wird. Bei anderen Ausführungsformen
kann die Form ein Duplikat oder ein Modell des ganzen Werkstücks oder
eines Segments davon sein, das durch Mikrozerspanung unter Verwendung
des formbaren Polierwerkzeugs bearbeitet werden soll. Beispielsweise
kann das formbare Polierwerkzeug nur als ein Ab schnitt eines bestimmten
Werkstücks
bereitgestellt werden, das durch Mikrozerspanung behandelt werden
soll, und eine Reihe von unterschiedlich gestalteten formbaren Polierwerkzeugen
muss möglicherweise
verwendet werden, um die Mikrozerspanung des ganzen Werkstücks zu bewirken.
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Das
formbare Polierwerkzeug wird dann aus dem formbaren Zustand in den
festen Zustand überführt. Je
nach der in dem formbaren Polierwerkzeug verwendeten Materialart
kann dies unter Einsatz verschiedener Techniken erfolgen. Wenn beispielsweise das
Material ein Polymer oder ein anderes thermoformbares Material ist,
kann das formbare Polierwerkzeug erwärmt werden, um den formbaren
Zustand zu erreichen, und gekühlt
werden, um den festen Zustand zu erreichen. Wenn alternativ das
formbare Polierwerkzeug eine bestimmte Art von Duroplast ist, muss
das formbare Polierwerkzeug möglicherweise
erwärmt
werden, um das Härten
des Materials zu bewirken. Wenn das Material des formbaren Polierwerkzeugs
in flüssiger
Form gegossen wird, dann kann der Übergang aus dem formbaren Zustand
zu dem festen Zustand durch Kühlen
oder durch chemische Reaktion erfolgen. Alternativ könnten einige
Duroplaste verwendet werden, wobei der Duroplast wiederholt geschmolzen
werden kann, ohne sich zu verschlechtern, und kann größtenteils wie
ein thermoplastisches Polymer erneut gestaltet werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug unter Verwendung von epoxidbasierten
Materialien hergestellt werden. Ein Epoxidharz kann mit einem Füllmittel
gemischt und dann in die Form (zum Beispiel Werkstück oder
Duplikat) gegossen werden, während
es sich als Flüssigkeit
in dem formbaren Zustand befindet. Das Epoxid kann sich dann ohne
Notwendigkeit für
Erwärmen oder
Kühlen
verfestigen und in den festen Zustand übergehen. Alternativ kann das
Harz oder das Füllmittel
in der Form bereitgestellt werden und das andere dann zu der Form
hinzugefügt
werden, um den Übergang
zu dem festen Zustand zu bewirken.
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Nachdem
das formbare Polierwerkzeug den festen Zustand erreicht hat, kann
es dann dazu verwendet werden, die Oberfläche des Werkstücks zu bearbeiten,
wie etwa durch Mikrozerspanung der Oberfläche des Werkstücks. Bei
einigen Ausführungsformen
kann dies durch Zusatz einer Schleifaufschlämmung zwischen einer Fläche des formbaren
Polierwerkzeugs und der Oberfläche
des Werkstücks
erfolgen. Bei anderen Ausführungsformen
können
die Schleifpartikel in das formbare Polierwerkzeug eingearbeitet
sein, was direkt auf die Oberfläche
des Werkstücks
angewendet werden kann ohne die Notwendigkeit einer Schleifaufschlämmung in
dem Spalt. Das formbare Polierwerkzeug kann dann durch einen piezoelektrischen
Wandler oder eine andere geeignete Technik in Schwingungen versetzt
werden, um die Oberfläche
des Werkstücks
durch Mikrozerspanung zu bearbeiten.
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Auf
diese Weise kann das formbare Polierwerkzeug zur Mikrozerspanung
von Werkstücken
mit hochkomplexen Oberflächenprofilen
verwendet werden, indem feinere unerwünschte Profilmerkmale abgetragen
werden, um das gewünschte
Oberflächenfinish
zu erzielen. Allgemein enthält
ein komplexes Oberflächenprofil
Oberflächen,
die mindestens eine Kombination aus einer oder mehreren primitiven
geometrischen festen Körpergestalten
aufweisen. Beispielsweise könnte
ein komplexes Oberflächenprofil einen
Zylinder mit einer V-Nut oder ein oder mehrere rechteckige Prismen
mit abgerundeten Kanten aufweisen. Ein komplexes Oberflächenprofil
kann auch eine Oberfläche
enthalten, die ohne spezifische Bezugnahme auf grundlegende geometrische
Formen ausgelegt und definiert ist, wie etwa ein Profil, das der
Oberfläche
eines physischen Objekts entsprechen soll, wie etwa einem menschlichen
Finger oder einer Gliedmaße
zur Verwendung beim Ausformen von Teilen einer künstlichen Gliedmaße.
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Weiterhin
könnte
es sich bei dem Werkstück um
eine beliebige Art eines gewünschten
komplexen Teils wie etwa einer orthopädischen Prothese, von Turbinenschaufeln
oder einer beliebigen 3D-Teilgeometrie handeln, die nicht notwendigerweise
die Gestalt eines Formwerkzeughohlraums besitzen müssen. Beispielsweise
erfordert ein begrenzter Bereich einer orthopädischen Prothese möglicherweise
ein Polieren, um eine gute Lageroberfläche bereitzustellen. Ein formbares
Polierwerkzeug könnte
zum Mikrozerspanen eines lokalen Gebiets eines Teils wie etwa der
orthopädischen
Prothese verwendet werden, um die spezifische Lageroberfläche bereitzustellen.
Die Mikrozerspanung könnte
durchgeführt werden,
ohne irgendwelche der umgebenden Oberflächen abzuändern, damit nur dort, wo dies
ausdrücklich
gewünscht
ist, ein gewünschtes
Oberflächenfinish
erhalten wird.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
gestattet die Verwendung eines formbaren Polierwerkzeugs auf die
oben beschriebene Weise das Mikrozerspanen des komplexen Oberflächenprofils
des Werkstücks,
um eine feinere Ebene von unerwünschten Profilmerkmalen
abzutragen, während
eine gewünschte
Ebene an Profildetail beibehalten wird. Dies könnte beispielsweise das Abtragen
von unerwünschten
dünnen
gleichförmigen
Materialschichten beinhalten, die über das Profilmerkmal hinausgehen, wie
etwa eine weiße
Schicht oder durch Hitze beeinflusste Zone, die durch EDM-Zerspanung
zurückbleibt,
sowie von unerwünschten
Profilmerkmalen wie etwa Werkzeugspuren, die von einem konventionellen
Zerspanungsprozess zurückbleiben,
oder Kratern oder Vorsprüngen,
die von dem EDM-Prozess zurückgelassen
werden. Die gewünschten
Profilmerkmale jedoch, wie etwa die gewünschte Geometrie des Formwerkzeugs
(einschließlich
etwaiger Krümmungen,
Schnitte, Reliefmerkmale oder anderer Elemente des komplexen Oberflächenprofils) können beibehalten
werden. Somit kann ein gewünschtes
Oberflächenfinish
erzielt werden.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug, während es sich abnutzt, nachbearbeitet
werden, indem das formbare Polierwerkzeug in den formbaren Zustand
zurückgeführt wird
und dann der gleiche oder ein ähnlicher Formprozess
wiederholt wird, um das formbare Polierwerkzeug nachzuarbeiten oder
zurückzubilden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
wird das formbare Polierwerkzeug, wenn es sich im festen Zustand
befindet, allgemein von geringfügig
kleinerer Größe sein
als die Form, die verwendet wurde, um es auszuformen, und zwar aufgrund
der Kontraktion des formbaren Polierwerkzeugs beim Übergang
aus dem formbaren Zustand in den festen Zustand. Wenn es bei einigen
Ausführungsformen
erwünscht
ist, dass das formbare Polierwerkzeug unterschiedliche Abmessungseigenschaften
besitzt, kann ein sekundärer
Prozess durchgeführt
werden, wodurch das formbare Polierwerkzeug in den formbaren Zustand
zurückgeführt werden
kann, nachdem es geformt worden ist, in die Form eingesetzt und
dann in den festen Zustand zurückgeführt werden
kann, während
eine 3D-Orbitalbewegung
angewendet wird. Auf diese Weise kann veranlasst werden, dass das
formbare Polierwerkzeug eine noch geringere Größe besitzt oder mit einer positiven
Spaltbreite über
wieder eintretende Oberflächenmerkmale
versehen wird, um während
des Kühlens
zu dem festen Zustand mechanische Störung oder Klemmen zu blockieren.
Es versteht sich natürlich,
dass dieser sekundäre
Prozess möglicherweise
nicht zur Verfügung
steht, wenn es sich bei dem Material des formbaren Polierwerkzeugs
um eine bestimmte Art von Duroplast handelt, als Beispiel, oder
wenn das Material des formbaren Polierwerkzeugs nicht in einem schmiedbaren
oder biegsamen Zustand bereitgestellt werden kann.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug über einen dünnen Film aus thermoplastischem
oder elastomeren Material ausgebildet werden, das vor dem Ausformen
des formbaren Polierwerk zeugs auf die Werkstückoberfläche aufgebracht wurde (wie
etwa durch Thermoformen, Hydroformen, Sprühen oder Bürsten auf die Oberfläche).
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Nachdem
der dünne
Film, in der Regel von allgemein gleichmäßiger Dicke, entweder die ganze Oberfläche oder
einen Abschnitt der Oberfläche
des Werkstücks
bedeckt, kann das formbare Polierwerkzeug über diesem Film ausgeformt
werden.
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Nachdem
sich das formbare Polierwerkzeug verfestigt hat, können das
formbare Polierwerkzeug und der Film (die nun ein einzelnes Composite-Teil bilden) von
dem Werkstück
entfernt werden. Der Film kann dann entfernt werden (wie etwa durch
mechanisches Entfernen des Films oder Lösen des Films in einem Lösemittel),
um das formbare Polierwerkzeug mit den gewünschten Profiloberflächenabmessungen
bereitzustellen.
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Beispielsweise
könnte
ein dünner
Film aus wasserlöslichem
thermoplastischem Material wie etwa einem zellulosebasierten wasserlöslichen
Polymer oder einem anderen wasserlöslichen Thermokunststoff, die
mit einer Hydroxygruppe(-OH) terminiert formuliert sind, über der
Oberfläche
des ganzen Hohlraums eines Formwerkzeugs thermoformiert werden,
bevor ein formbares Polierwerkzeug geformt wird, das eine UHMWPE-Polymermatrix umfasst,
die mit 10% Aluminiumoxid gefüllt
ist. Nachdem der wasserlösliche
Film und das UHMWPE-formbare Polierwerkzeug ausgeformt werden, sich
verfestigen und von dem Werkstück
entfernt werden, könnte
das formbare Polierwerkzeug dann in kochendes Wasser getaucht werden,
um den Film aufzulösen,
wodurch ein formbares Polierwerkzeug mit einer geringeren Gesamtgröße zurückbleibt,
die allgemein proportional zu den anfänglichen Werkstückabmessungen
minus der Filmdicke ist.
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Bei
einem anderen Beispiel könnte
das formbare Polierwerkzeug über
einer dünnen
flexiblen Silkonmembran, die über
das Werkstück
gespannt ist, ausgeformt werden. Mit steigendem Formwerkzeugdruck
nimmt die Membran die Gestalt des Werkstücks an, und ein formbares Polierwerkzeug
mit Untermaß wird
proportional zu den Werkstückabmessungen
minus der Dicke der gespannten Membran hergestellt. Nach dem Ausbilden
kann die Membran von dem formbaren Polierwerkzeug entfernt werden, indem
einfach die Membran von dem formbaren Polierwerkzeug abgezogen wird.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug, nachdem es geformt worden ist,
für eine
vorbestimmte Zeitdauer in ein Lösemittel
getaucht oder diesem anderweitig ausgesetzt werden, um eine vorgeschriebene
Materialmenge von der Oberfläche
des formbaren Polierwerkzeugs aufzulösen, wodurch das Werkzeug ein
kleineres Gesamtprofil erhält.
Beispielsweise kann ein formbares Polierwerkzeug, das aus 90% ABS
und 10% Aluminiumoxid besteht, mehrere Sekunden lang in Methanol oder
Aceton getaucht und dann mit Wasser abgespült werden, um den Auflösungsprozess
zu stoppen. Dadurch können
die Abmessungen des formbaren Polierwerkzeugs proportional zu der
Zeit, während
der das formbare Polierwerkzeug dem Lösemittel ausgesetzt war, gleichförmig reduziert
werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen,
wie etwa wenn das formbare Polierwerkzeug einen allgemein festen
Kern besitzt, kann während
des anfänglichen Formens
des formbaren Polierwerkzeugs eine 3D-Schwingbewegung ausgeübt werden,
während es
aus dem formbaren Zustand in den festen Zustand übergeführt wird. Dieses Verfahren
kann gestatten, dass formbare Polierwerkzeuge aus unterschiedlichen
Materialien, einschließlich
aus bestimmten Duroplastmaterialien hergestellte formbare Polierwerkzeuge,
mit den gewünschten
Abmessungen geformt werden.
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Der
Fachmann versteht, dass zwar im Verlauf dieser Spezifikation der
Ausdruck Ultraschall verwendet wird, es spezifisch in Betracht gezogen wird,
dass mit hierin beschriebenen Ausführungsformen verschiedene andere
Frequenzen verwendet werden können.
Insbesondere könnten
Schwingungen bei Frequenzen, die in den Bereich des menschlichen
Gehörs
fallen würden
(zum Beispiel Schallschwingungen), oder bei Frequenzen, die noch
niedriger sind, ebenfalls verwendet werden, einschließlich Wellen
vom reinen P-Typ (Druckwellen, auch als Wellen vom L-Typ oder Longitudinalwellen
bekannt) sowie Wellen vom S-Typ (Scherwellen, auch als Wellen vom
T-Typ oder Transversalwellen bekannt) oder eine Kombination von
beiden Typen. Analog könnten auch
Frequenzen, die viel höher
sind als die Frequenzen, die üblicherweise
als Ultraschall bezeichnet werden (zum Beispiel ungefähr bis zu
40 000 Hz) gemäß den Anforderungen
der gewünschten
Anwendung verwendet werden.
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Nun
unter Bezugnahme auf 1 wird eine Mikrozerspanungsvorrichtung 10 gemäß einer
Ausführungsform
bereitgestellt. Die Mikrozerspanungsvorrichtung 10 kann
zum Bearbeiten der Oberfläche eines
Werkstücks
durch Mikrozerspanung verwendet werden, um einer Oberfläche eines
Werkstücks
ein gewünschtes
Oberflächenfinish
zu geben, indem gewünschte
Profilmerkmale zurückbleiben,
während feinere
unerwünschte
Profilmerkmale abgetragen werden.
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Die
Mikrozerspanung erfordert im Allgemeinen zuerst eine Umwandlung
der Netzspannung (zum Beispiel 120 V oder 220 V bei 60 Hz) in eine hochfrequente
elektrische Energie (zum Beispiel 20 000 Hz) durch Verwenden eines
nicht gezeigten Leistungswandlers, wie in der Technik bekannt ist.
Diese hochfrequente elektrische Energie wird dann an einen Ultraschallwandler 12 geliefert,
der derart mit einem Stützrahmen 14 verbunden
ist und von diesem gestützt
wird, dass sich der Ultraschallwandler 12 relativ zum Stützrahmen 14 bewegen
kann. Der Ultraschallwandler 12 ist konfiguriert, als Reaktion
auf das Anlegen der elektrischen Energie, wie unten ausführlicher
erörtert,
eine Schwingungsbewegung in einer bestimmten Richtung zu generieren.
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Der
Ultraschallwandler 12 ist an einen auch als Horn 16 bekannten
Verstärker
in einem oberen Abschnitt 40 des Horns 16 gekoppelt.
Das Horn 16 besitzt auch ein Arbeitsende 44, das
an eine Werkzeughalterung 18 oder direkt an ein formbares
Polierwerkzeug 20 gekoppelt ist. Wie in 1 gezeigt, kann
das formbare Polierwerkzeug 20 an einem distalen Ende 21 der
Werkzeughalterung 18 befestigt sein.
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Bei
einigen Ausführungsformen
umfasst der Ultraschallwandler 12 einen magnetoresistiven
Aktuator mit einem ferromagnetischen Kern, der seine Länge als
Reaktion auf ein variierendes Anlegen eines Magnetfelds ändert, das
durch den Einsatz der elektrischen Energie generiert wird, um die
gewünschte
Schwingbewegung zu entwickeln. Bei anderen Ausführungsformen umfasst der Ultraschallwandler 12 ein
oder mehrere piezoelektrische Elemente, die als Reaktion auf das
Anlegen der elektrischen Energie schwingen, wie unten ausführlicher beschrieben.
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Beim
Einsatz schwingt das formbare Polierwerkzeug 20 als Reaktion
auf die Schwingungen des Ultraschallwandlers 12, die durch
das Anlegen von elektrischer Energie hervorgerufen werden. Bei einigen
Ausführungsformen
verlaufen die Schwingungen des Wandlers 12 und des formbaren
Polierwerkzeugs 20 primär
parallel zu einer Langsachse A der Bearbeitungsvorrichtung 10,
wie in 1 gezeigt. Allgemein wird der Ultraschallwandler 12 mit
einer Frequenz nahe der Resonanzfrequenz des Wandlers 12,
des Horns 16, der Werkzeughalterung 18 und des formbaren
Polierwerkzeugs 20 angesteuert, um in dem Ultraschallwandler 12 den
gewünschten
Amplitudengang zu liefern, wenn die hochfrequente elektrische Energie
in nutzbare mechanische Energie umgewandelt wird.
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Die
von dem Ultraschallwandler 12 generierte mechanische Energie
wird dann verstärkt
und von dem Horn 16 übertragen,
um das formbare Polierwerkzeug 20 anzutreiben. Wie am besten
in 3 gezeigt, besitzt das Horn 16 bei einigen
Ausführungsformen
eine allgemein kegelstumpfförmige
Gestalt, wobei die Längsrichtung
des Horns 16 im Allgemeinen auf die Langsachse A der Mikrozerspanungsvorrichtung 10 ausgerichtet
ist.
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Das
Horn 16 ist allgemein breiter oder größer im Durchmesser, wo es an
den Ultraschallwandler 12 gekoppelt ist, und schmaler im
Durchmesser am Arbeitsende 44, wo es an das formbare Polierwerkzeug 20 gekoppelt
ist. Diese Größenänderung
vergrößert im
Allgemeinen die Amplitude der Schwingungen des Ultraschallwandlers 12,
was für
eine größere Bewegung
des formbaren Polierwerkzeugs 20 während des Betriebs sorgt.
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Es
versteht sich, dass das Horn 16 diverse unterschiedliche
Konfigurationen besitzen kann und nicht von kegelstumpfförmiger Gestalt
sein braucht. Beispielsweise könnte
das Horn 16 eine allgemein abgestufte, konische, kettenlinienförmige, Fourier- oder
exponentielle Gestalt aufweisen oder kann eine gerade Gestalt besitzen.
Es ist allgemein wünschenswert,
dass das Arbeitsende 44 des Horns 16 einen kleineren
Durchmesser (oder Querschnitt) aufweist als der obere Abschnitt 40 des
Horns, um eine Verstärkung
der Bewegung des formbaren Polierwerkzeugs 20 bezüglich des
Ultraschallwandlers 12 zu erleichtern.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist die Hornlänge
HL des Horns 16 so gewählt, dass
sie etwa λ/2 beträgt, wobei λ die Ultraschallwellenlänge innerhalb des
Hornmaterials ist, um eine vergrößerte Amplitude
der Ultraschallwelle an dem Arbeitsende 44 des Horns zu
erhalten. Wenn im Gegensatz dazu die Hornlänge HL so
ausgewählt
würde,
dass sich das Arbeitsende 44 des Horns an einem Knoten
ungefähr gleich λ/4 oder 3λ/4 befinden
würde,
dann würde
es an dem Arbeitsende 44 des Horns 16 wenig bis
keine Bewegung geben.
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Das
Horn 16 kann unter Verwendung verschiedener Kopplungsmechanismen
an dem Ultraschallwandler 12 gesichert werden. Beispielsweise kann
der obere Abschnitt 40 des Horns 16 durch den Einsatz
von Schweißen,
Löten,
Hartlöten
oder irgendeinem anderen permanenten oder halbpermanenten Prozess
permanent an dem Ultraschallwandler 12 befestigt werden.
Alternativ kann, wie in 1 gezeigt, das Horn 16 unter
Verwendung eines ersten Kopplers 17 entfernbar an dem Ultraschallwandler 12 angebracht
werden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst
der erste Koppler 17 eine Gewindestange, die eine separate
Komponente oder ein integraler Teil des Horns 16 oder des
Ultraschallwandlers 12 sein kann. Beispielsweise kann der
erste Koppler 17 einen von dem Wandler 12 vorstehenden
Abschnitt mit Außengewinde
umfassen, der mit einem entsprechenden Abschnitt 17a mit
Innengewinde in Eingriff tritt, der sich innerhalb des Horns 16 befindet
(wie in 3 gezeigt).
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Nun
unter Bezugnahme auf 2 ist der untere Abschnitt der
Bearbeitungsvorrichtung 10 ausführlicher gezeigt. Die Werkzeughalterung 18 ist
an das Horn 16 gekoppelt gezeigt. Die Werkzeughalterung 18 kann
unter Verwendung verschiedener geeigneter Techniken an das Horn 16 gekoppelt
sein, einschließlich
permanent durch Hartlöten,
Schweißen
oder Löten
oder durch Ausbilden der Werkzeughalterung 18 als einen
integralen Abschnitt des Horns 16. Alternativ kann, wie
am besten in 2 gezeigt, die Werkzeughalterung 18 entfernbar
an dem Horn 16 angebracht sein, wie etwa durch Verwenden
eines zweiten Kopplers 19, der ein Schraubverbindungsstück sein
könnte.
Beispielsweise kann, wie in 4A und 4B gezeigt,
die Werkzeughalterung 18 an dem zweiten Koppler 19 mit
einem Gewindeabschnitt 19a und einem gewindelosen Abschnitt 19b befestigt
sein. Wenn mit dem Horn 16 verbunden, kann der Gewindeabschnitt 19a des
zweiten Kopplers 19 mit einem entsprechenden Gewindeabschnitt auf
der Innenseite des Arbeitsendes 44 des Horns 16 in
Eingriff treten, um die Werkzeughalterung 18 an ihrem Platz
zu sichern.
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Das
formbare Polierwerkzeug 20 kann mechanisch an der Halterung 18 an
dem distalen Ende 21 der Werkzeughalterung 18 befestigt
werden.
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Dieses
Befestigen kann auf unterschiedliche Weisen erzielt werden, einschließlich permanenten Verfahren,
wo das formbare Polierwerkzeug 20 tatsächlich eine integrale Komponente
der Werkzeughalterung 18 ist und an der Werkzeughalterung 18 ausgebildet
ist oder wo das formbare Polierwerkzeug 20 Teil des Horns 16 ist.
Alternativ kann das formbare Polierwerkzeug 20 durch andere
geeignete Techniken wie etwa Schweißen, Hartlöten oder Löten des formbaren Polierwerkzeugs 20 an
der Halterung 18 oder durch den Einsatz eines Klebers befestigt
werden. Bei anderen Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug 20 auf entfernbare Weise
mechanisch an der Halterung 18 befestigt werden, wie etwa
durch Schrauben des formbaren Polierwerkzeugs 20 auf die
Halterung 18.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann, wie in 4C gezeigt, das Horn 16 mit
einem verjüngten Gewindeabschnitt 44a versehen
sein, der sich an dem Arbeitsende 44 des Horns 16 befindet.
Dieser verjüngte
Gewindeabschnitt 44a kann das Bereitstellen einer effizienten Übertragung
mechanischer Energie von dem Horn 16 zu dem formbaren Polierwerkzeug 20 unterstützen. Der
verjüngte
Gewindeabschnitt 44a kann diverse unterschiedliche Winkel aufweisen,
wie bei θ angegeben
(gemessen ab einer Linie parallel zu der Langsachse A). Beispielsweise kann
bei einigen Ausführungsformen θ etwa 45
Grad betragen, während θ bei anderen
Ausführungsformen
etwa 30 Grad oder etwa 60 Grad betragen kann. Während des Formens des formbaren
Polierwerkzeugs 20 kann das formbare Polierwerkzeug 20 über diesen
verjüngten
Gewindeabschnitt 44a verfestigen, was im Allgemeinen den
Effekt der Wärmekontraktion
auf die Bindungsstärke
zwischen dem formbaren Polierwerkzeug 20 und dem Horn 16 reduziert.
Weiterhin überträgt der verjüngte Gewindeabschnitt 44a im
Allgemeinen die Ultraschallenergie auf divergente Weise von dem
Wandler 12 durch das formbare Polierwerkzeug 20.
Dies kann das Verhindern einer vorzeitigen Verschlechterung der
Polymer-Metall-Grenzflächen zwischen
dem formbaren Polierwerkzeug 20 und dem Horn 16 oder
der Halterung 18 unterstützen. Bei einigen Ausführungsformen
könnten
die Gewinde des verjüngten
Gewindeabschnitts 44a entweder ein scharfes dreieckiges
Profil oder ein Profil mit abgerundeter Kante aufweisen.
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Wenn
das formbare Polierwerkzeug 20 auf der Oberfläche des
Horns 16 ausgeformt wird, könnte zusätzlich die Oberfläche des
Horns 16 zuerst etwa durch Sandstrahlen, chemisches Ätzen oder auf
andere Weisen texturiert werden, um die Bindungsstärke der
Grenzfläche
und die Effizienz der Energieübertragung
durch die Grenzfläche
zwischen dem formbaren Polierwerkzeug 20 und dem Horn 16 zu
verbessern.
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Wie
am besten in 2 gezeigt, steht das formbare
Polierwerkzeug 20 während
des Einsatzes mit einem Werkstück 22 in
Eingriff. Das Werkstück 22 ruht
auf einer Arbeitsplatte 24 und ist daran befestigt. Bei
einigen Ausführungsformen
kann das Werkstück an
der Arbeitsplatte 24 durch einen Koppler 23 befestigt
sein, der zusammenwirkende Gewindeabschnitte umfassen kann. Bei
anderen Ausführungsformen kann
das Werkstück 22 an
der Arbeitsplatte 24 über einen
Elektromagneten oder eine andere geeignete Befestigungsstruktur
befestigt sein.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
kann das Werkstück 22 ein
Formwerkzeug oder ein anderes ähnlich
gestaltetes Objekt sein, das unter Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung 10 mikrozerspant
werden soll. Bei einigen Ausführungsformen (wie
am besten in 9 gezeigt) kann das Werkstück 22 in
der oberen Oberfläche
eine allgemein konkave Öffnung 88 aufweisen,
die dafür
ausgelegt ist, ein vorstehendes Profil auf dem formbaren Polierwerkzeug 20 aufzunehmen.
Bei anderen Ausführungsformen
kann das Werkstück 22 eine
allgemein konvexe Gestalt aufweisen, die dafür ausgelegt ist, mit einem
entsprechenden konkaven formbaren Polierwerkzeug 20 zusammenzupassen.
Bei einigen Ausfüh rungsformen
kann das Werkstück 22 eine Kombination
aus einem oder mehreren konkaven und konvexen Abschnitten aufweisen.
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Bei
einigen Ausführungsformen
enthält
der untere Abschnitt der Mikrozerspanungsvorrichtung 10 im
Allgemeinen auch eine das Werkstück 22 umgebende
Schleifmittelkammer 28 zum Liefern der Schleifaufschlämmung S
während
der Mikrozerspanung des Werkstücks 22.
Während
des Einsatzes sind das formbare Polierwerkzeug 20 und das
Werkstück 22 im
Allgemeinen innerhalb eines Hohlraums 38 vorgesehen, wie
durch die Innenwände
der Schleifmittelkammer 28 definiert.
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Bei
einigen Ausführungsformen
sind Abschnitte des Werkstücks 22,
wo keine Mikrozerspanung gewünscht
ist, vor der Wirkung der Aufschlämmung
S und des formbaren Polierwerkzeugs 20 durch eine Schutzplatte 26 geschützt, die
in dem oberen Abschnitt eine Öffnung
aufweist zum Aufnehmen des formbaren Polierwerkzeugs 20 und
bemessen ist, dem Außenumfang
des Hohlraums 38 zu entsprechen. Die Schutzplatte 26 hält das formbare
Polierwerkzeug 20 und die Aufschlämmung S davon ab, jene Abschnitte
des Werkstücks 22,
wo keine Mikrozerspanung gewünscht
wird, oder anderweitig zu beschädigen
zu mikrozuzerspanen.
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Die
Schleifmittelkammer 28 enthält einen Aufschlämmungseinlass 32 zum
Aufnehmen sauberer Aufschlämmung
S und zum Liefern der sauberen Aufschlämmung S in den Hohlraum 38,
wo sie während
der Mikrozerspanung verwendet werden kann. Die Schleifmittelkammer 28 enthält auch
einen Aufschlämmungsauslass 34 zum
Abführen
der Aufschlämmung
S aus dem Hohlraum 30, nachdem sie durch Partikulate, die
während
des Mikrozerspanungsprozesses erzeugt worden sind, kontaminiert worden
ist.
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Während des
Einsatzes arbeitet die Schleifmittelaufschlämmung S dahingehend, dass sie
gestattet, dass Schleifpartikel zu dem Hohlraum 38 pas sieren,
um das Abführen
der Abnutzungsprodukte aus dem Hohlraum 38 zu fördern und
um frische Schleifpartikel mit der korrekten Größe zu liefern, wie oben beschrieben.
Die Aufschlämmung
S kann auch das Kühlen
des formbaren Polierwerkzeugs 20 und des Werkstücks 22 während des
Mikrozerspanungsprozesses unterstützen. Das Schleifmittel in
der Aufschlämmung
S liefert auch die akustische Verbindung zwischen dem formbaren
Polierwerkzeug 20 und dem Werkstück 22, um die Mikrozerspanung
des Werkstücks 22 zu
bewirken.
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Die
Schleifmittelkammer 28 enthält auch Dichtringe 36,
die in der Regel O-Ringdichtungen sind, die aus Silikon, BUNA-N,
Viton, anderen Arten von elastomerem Material oder sogar Weichmetallen hergestellt
sind. Die Dichtringe 36 befinden sich zwischen den Innenwänden der
Schleifmittelkammer 28 und der Schutzplatte 26 und
helfen, ein Austreten von Aufschlämmung S aus der Kammer 38 während des
Einsatzes zu verhindern, während
gleichzeitig die Absorption von Ultraschallenergie minimiert wird.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf das formbare Polierwerkzeug 20 selbst
kann bei einigen Ausführungsformen
das formbare Polierwerkzeug 20 aus einem oder mehreren
Abschnitten oder Schichten aus Komponenten aus einem einzelnen Material
hergestellt sein, wie etwa einem thermoformbaren Material (was thermoplastische
Polymere, einige Duroplaste und einige Metalle beinhalten kann)
sowie anderen duroplastischen Materialien, Metallen oder Keramiken.
Bei anderen Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug 20 aus einem Composite hergestellt
sein, das ein Matrixmaterial und ein Verstärkungsmaterial umfasst. Die
Verwendung eines Verstärkungsmaterials
macht das formbare Polierwerkzeug 20 im Allgemeinen beständiger gegenüber mechanischen
Beanspruchungen, die durch Resonanzschwingungen induziert werden,
und fördert eine
effiziente Ausbreitung der von dem Horn 16 erzeugten Schallwellen.
Bei dem Matrixmaterial kann es sich um ein beliebiges geeignetes Material
handeln, wie etwa ein Polymer entweder vom thermoplastischen oder
duroplastischen Typ, ein Metall oder eine Keramik.
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Das
formbare Polierwerkzeug 20 kann auch mit einem elektrisch
leitenden Composite-Material geformt werden, das ein Polymer-Composite
mit Graphitpulver oder Kupferpulver als Füllmittel enthalten kann. Wenn
man ein formbares Polierwerkzeug 20 aus stromleitendem
Composite hat, gestattet dies die Verwendung des formbaren Polierwerkzeugs 20 zum Ausführen eines
EDM-Prozesses sowie eines Ultraschallmikrozerspanungsprozesses.
Beispielsweise könnte,
wie unten bezüglich 16 beschrieben,
ein EDM-Prozess mit einem Ultraschallmikrozerspanungsprozess innerhalb
der gleichen Vorrichtung 10 kombiniert werden, wobei das
gleiche formbare Polierwerkzeug 10 entweder alternativ
oder sogar simultan verwendet wird, um die von jedem Prozessen gelieferten
Vorzüge
zu nutzen.
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Bei
einigen Ausführungsformen
versieht das Verstärkungsmaterial
das formbare Polierwerkzeug 20 mit einer härteren Oberfläche. Bei
einer anderen Ausführungsform
verleiht das Verstärkungsmaterial dem
formbaren Polierwerkzeug 20 eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden
90 Volumenprozent thermoplastische Polystyrolmatrix mit 10 Volumenprozent
Aluminiumoxidkeramik als Verstärkungsmaterial
und als Promoter für
eine effizientere Schallenergieübertragung
verwendet. Bei anderen Ausführungsformen
können eine
Siliziumcarbidverstärkung
und Schleifmaterial innerhalb eines weichen elastomeren Siliziummaterials
verwendet werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
könnten
bestimmte duroplastische Polymere verwendet werden, die Eigenschaften
besitzen können,
die ähnlich
denen von Thermoplasten sind. Beispielsweise sind PBT-Oligomere
von geringem Molekulargewicht thermoplastische Formen von Polyester,
die zum Polymerisieren eine chemische Reaktion erfordern (wie ein
Durop last), die aber größtenteils
wie ein thermoplastisches Material bis zu einer bestimmten Temperatur
geschmolzen werden können,
bevor sie zu einem regelmäßigen Polyester-Duroplast
werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
könnte
eine Metalllegierung mit niedrigem Schmelzpunkt zum Formen des formbaren
Polierwerkzeugs 20 verwendet werden. Beispielsweise könnten als
das formbare Polierwerkzeug 20 ganz wie Polymere Legierungen mit
einem niedrigen Schmelzpunkt wie etwa Cerrolow-117-Bismuth-Legierung
(44,7% Bi, 22,6% Pb, 8,3% Sn, 5,3% Cd, 19,1% In) mit einem Schmelzpunkt
von nur 48 Grad Celsius verwendet werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug 20 einen Abschnitt oder eine
Schicht enthalten, der oder die aus einem oder mehreren thermoplastischen
Polymeren hergestellt sind, wie etwa Polyethylen (LDPE, HDPE, UHMWPE),
Polypropylen, Nylon, PEEK und anderen. Bei einigen Ausführungsformen
können
Additive wie etwa 20% festes Füllmittel
(zum Beispiel Aluminiumoxidpulver oder -korn, Aluminiumpulver oder
-korn, Holzpulver, Rußpulver,
Siliziumpulver oder schwarze oder grüne Siliziumcarbidschleifmittel-Pulver
oder -korn) dem Polymer zugesetzt werden, um die Steifheit des Polymers,
die Wärmeleitfähigkeit
und/oder die Schallgeschwindigkeit in dem Material zu steuern. Bei
einigen Ausführungsformen
können
3–7 mm
lange Fasern oder Haarkristalle (wie etwa Faserglas, Kohlenstoff
oder sogar Holz) zugesetzt werden, um die Festigkeit des formbaren
Polierwerkzeugs 20 zu steuern.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist es wünschenswert,
die Schallgeschwindigkeit zwischen dem Horn 16 und dem
formbaren Polierwerkzeug 20 anzupassen, da dies im Allgemeinen
die effiziente Übertragung
der Schallenergie oder der mechanischen Energie fördert. Das
Bereitstellen von Additiven in einem aus thermoplastischen Materialien
hergestellten formbaren Polierwerkzeug 20 könnte somit dazu
verwendet werden, den Frequenzgang des formbaren Polierwerkzeugs 20 wie
gewünscht „abzustimmen”.
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Das
formbare Polierwerkzeug 20 kann unter Einsatz mehrerer
verschiedener Techniken geformt werden. Bei einigen Ausführungsformen
besitzt das formbare Polierwerkzeug 20 mindestens einen
Abschnitt oder mindestens eine Schicht, die aus einem ausformbaren
Material hergestellt ist, das aus einem formbaren Zustand, in dem
das formbare Polierwerkzeug 20 biegsam ist und durch das
Ausüben
von ausreichendem Druck ausgeformt oder gestaltet werden kann, in
einen festen Zustand überführt werden
kann, in dem das formbare Polierwerkzeug 20 fest ist und sich
einem Ausformen oder Gestalten widersetzt.
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Der Übergang
von dem formbaren Zustand zu dem festen Zustand kann auf andere
Weise gemäß der Natur
des ausformbaren Materials bewerkstelligt werden. Wenn beispielsweise
das ausformbare Material ein thermoformbares Material wie etwa ein
Thermokunststoff ist, dann kann das Material in den formbaren Zustand
versetzt werden, indem das Material auf eine ausreichende erste
Temperatur über
der Glasübergangstemperatur
des Polymers erhitzt wird. Das Material kann dann erstarren, indem das
Material auf eine zweite Temperatur unter der Glasübergangstemperatur
des Polymers herunter gekühlt
wird. Bei anderen Ausführungsformen,
wo zum Ausbilden des formbaren Polierwerkzeugs 20 eine
thermoformbare Metalllegierung mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet
wird, würde
der Übergang von
dem formbaren Zustand zu dem festen Zustand in der Nähe des Schmelzpunktes
oder des Solidus-Liquidus-Punkts des formbaren Polierwerkzeugs 20 anstatt
der Glasübergangstemperatur
für Polymere
erfolgen. Somit würde
das Material in einem formbaren Zustand über dem Schmelzpunkt bereitgestellt und
dann auf den festen Zustand unter dem Schmelzpunkt gekühlt werden.
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Bei
anderen Ausführungsformen,
wo das verwendete Material ein Duroplast ist, kann das Material
durch eine Wirkung einer chemischen Reaktion verfestigen, wie etwa
durch eine vernetzende Polymerisation. Um eine Verfestigung herbeizuführen, kann
es erforderlich sein, das Duroplast zu erhitzen, um die Vernetzung
auszulösen
und den festen Zustand zu erhalten. Bei anderen Ausführungsformen kann
das Material ein Harz und ein Füllmittel
enthalten, die sich beim Mischen verfestigen, um von dem formbaren
Zustand in den festen Zustand zu wechseln.
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Ein
Verfahren 100 zum Gestalten des formbaren Polierwerkzeugs 20 ist
allgemein in 5 gezeigt. Bei 102 wird
das formbare Polierwerkzeug 20 mit einem Abschnitt bereitgestellt,
der sich in einem formbaren Zustand befindet. Wie allgemein oben
beschrieben, kann dies das Erhitzen des formbaren Polierwerkzeugs 20 auf
eine bestimmte Temperatur oder das Bereitstellen einer Mischung
in einem bestimmten chemischen Stadium beinhalten.
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Bei 104 wird
das formbare Polierwerkzeug 20 dann unter Verwendung einer
Form gestaltet. Gemäß einiger
Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug 20 gestaltet werden durch
Pressen des formbaren Polierwerkzeugs 20 gegen eine Form, während sich
das formbare Polierwerkzeug 20 in dem formbaren Zustand
befindet und schmiedbar oder biegsam ist. Bei einigen Ausführungsformen
ist die Form das Werkstück 22,
das poliert werden soll. Bei anderen Ausführungsformen ist die Form ein
Modell oder ein Duplikat von der ganzen gewünschten Gestalt des Werkstücks 22 oder
eines Abschnitts davon. Da sich das formbare Polierwerkzeug 20 in
einem formbaren Zustand befindet und schmiedbar ist, wenn ausreichend
Druck ausgeübt
wird, nimmt das formbare Polierwerkzeug 20 eine Gestalt
oder ein Profil an, die oder das zu der Form komplementär ist, gegen
die oder das das formbare Polierwerkzeug 20 gepresst wird.
Bei anderen Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug 20 unter Verwendung der
Form bei 104 aus einem flüssigen Material gegossen werden.
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Bei 106 wird
das formbare Polierwerkzeug 20 von dem formbaren Zustand
in den festen Zustand überführt. Bei
einigen Ausführungsformen kann
dies das Kühlen
des formbaren Polierwerkzeugs 20 unter die Glasübergangstemperatur
oder das Bewirken einer chemischen Reaktion (wie etwa Vernetzen
eines Duroplasts) beinhalten, während das
formbare Polierwerkzeug 20 gegen die Form festgehalten
wird. Bei einigen Ausführungsformen
ist das Material des formbaren Polierwerkzeugs 20 selbst
in dem formbaren Zustand ausreichend viskos, dass, nachdem das gewünschte komplementäre Profil
erreicht worden ist, das formbare Polierwerkzeug 20 aus
der Form genommen werden kann, bevor der Übergang zu dem festen Zustand
eintritt.
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Bei 108 hat
das formbare Polierwerkzeug 20 den festen Zustand erreicht,
und das formbare Polierwerkzeug 20 wird zur Mikrozerspanung
des Werkstücks 22 verwendet.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
kommt es während
des Übergangs
von dem formbaren Zustand zu dem festen Zustand zu einer Kontraktion des
formbaren Polierwerkzeugs 20 bei den Abmessungen. Diese
Kontraktion erzeugt eine geringfügige Differenz
bei der Profilgeometrie des formbaren Polierwerkzeugs 20 und
der zum Formen des formbaren Polierwerkzeugs 20 verwendeten
Form. Diese geringfügige
Differenz fungiert als ein Hohlraum oder Spalt zwischen dem formbaren
Polierwerkzeug 20 und dem Werkstück 22 während des
Betriebs. Während
der Mikrozerspanung kann dieser Hohlraum mit der Schleifaufschlämmung S
gefüllt
werden, um die Mikrozerspanung des Werkstücks 22 zu bewirken.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist die Größe des Spalts
oder des Hohlraums, der durch die dimensionale Kontraktion des formbaren
Polierwerkzeugs 20 erzeugt wird, für eine bestimmte Anwendung
möglicherweise
nicht groß genug.
In solchen Fällen
kann die Größe des Spalts
oder Hohlraums vergrößert werden,
indem ein sekundärer
Prozess zum erneuten Gestalten des formbaren Polierwerkzeugs 20 verwendet
wird. Dies kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn die Größe des Spalts
im Vergleich zu der Schleifpartikelgröße klein ist, die bei einem
bestimmten Mikrozerspanungsprozess verwendet wird, oder wenn das
Werkstück 22 wiedereintretende Oberflächenmerkmale
aufweist, die einen derartigen sekundären Prozess erfordern, um zu
verhindern, dass das formbare Polierwerkzeug 20 das Werkstück 22 mechanisch
stört,
sich daran festsetzt oder festklemmt.
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Ein
Verfahren 140 zum Durchführen des sekundären Prozesses
wird allgemein unter Bezugnahme auf 6A als
eine Variation des in 5 gezeigten Verfahrens 100 beschrieben.
Das Verfahren 140 läuft
ab als Verfahren 100 bei 102 durch Bereitstellen
des formbaren Polierwerkzeugs 20 in einem formbaren Zustand,
bei 104 durch Gestalten des formbaren Polierwerkzeugs 20 gegen
eine Form und bei 106 durch Umwandeln des formbaren Polierwerkzeugs 20 in
den festen Zustand.
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Bei 142 erfolgt
eine Bestimmung dahingehend, ob sich das formbare Polierwerkzeug 20 genügend zusammengezogen
hat, um die gewünschten Abmessungen
zu erzielen, um einen ausreichenden Spalt oder Hohlraum zur Verwendung
bei der Mikrozerspanung des Werkstücks 22 zu liefern.
Wenn das formbare Polierwerkzeug 20 die gewünschten
Abmessungen besitzt, dann kann das Verfahren 140 weitergehen
zu 108, wo es zur Mikrozerspanung des Werkstücks 22 kommt.
Wenn sich jedoch das formbare Polierwerkzeug 20 nicht in
einem ausreichenden Ausmaß zusammengezogen
hat, dann geht das Verfahren 140 weiter zu 144,
wo ein Abschnitt des formbaren Polierwerkzeugs 20 in den
formbaren Zustand zurückgeführt wird.
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Beispielsweise
könnte,
wie in 6B gezeigt, das formbare Polierwerkzeug 20 als
ein Composite-Thermokunststoff mit einer Polystyrolmatrix und Aluminiumoxid
als einem Verstärkungsmaterial geformt
werden. Nachdem das formbare Composite-Polierwerkzeug 20 bei 106 gestaltet
worden ist, wird es ein allgemein als 20a angegebenes erstes Oberflächenprofil
aufweisen. Dieses erste Oberflächenprofil 20a sorgt
allgemein für
eine erste Spaltbreite G1 zwischen dem ersten Oberflächenprofil 20a und
dem Werkstück 22,
die durch die thermische Kontraktion des formbaren Polierwerkzeugs 20 verursacht
wird. Wenn bei 142 bestimmt wird, dass die erste Spaltbreite
G1 nicht ausreichend groß ist,
dann kann das formbare Polierwerkzeug 20 bei 144 Strahlungswärme ausgesetzt
werden, um den äußeren Abschnitt
oder die äußere Schicht
zu erweichen, um das erste Oberflächenprofil 20a des
formbaren Polierwerkzeugs 20 zu modifizieren. Alternativ
könnte das
formbare Polierwerkzeug 20 gegen das Werkstück 22 oder
eine Form gepresst werden, das oder die auf eine Temperatur in der
Nähe der
spezifischen Glasübergangstemperatur
dieses Polymers vorgeheizt worden ist.
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Bei
Schritt 146 kann, nachdem das formbare Polierwerkzeug 20 den
formbaren Zustand wieder angenommen hat, das erste Oberflächenprofil 20a des
formbaren Polierwerkzeugs 20 nun erneut so gestaltet werden,
dass es ein allgemein als 20b angegebenes kleineres zweites
Oberflächenprofil
aufweist. Bei einigen Ausführungsformen
kann dieses Gestalten erfolgen, nachdem die Außenschicht des formbaren Polierwerkzeugs 20 erhitzt
worden ist, um eine ausreichende Schmiedbarkeit zu erhalten, indem
das formbare Polierwerkzeug 20 in die Form eingesetzt wird
(zum Beispiel entweder das Werkstück 22 selbst oder
ein Duplikat des Werkstücks). Während beispielsweise
das formbare Polierwerkzeug 20 in den festen Zustand übergeht
(zum Beispiel abkühlen
gelassen wird), kann eine 3D-Bewegung (wie etwa eine Orbital- oder
eine andere Schwingungsbewegung) von bekannter vorbestimmter Amplitude
dem formbaren Polierwerkzeug 20 aufgezwungen werden. Dies
verursacht eine Störung zwischen
der Oberfläche
des formbaren Polierwerkzeugs 20 und dem Werkstück 22 oder
der Form, wodurch der Druck gegen die Oberfläche des formbaren Polierwerkzeugs 20 vergrößert wird
und die das zweite Oberflächenprofil 20b mit
geringfügig
kleineren Abmessungen proportional zu der Amplitude der aufgezwungenen
3D-Bewegung geformt wird. Wie in 6B gezeigt,
sorgt das geringfügig
kleinere zweite Oberflächenprofil 20b für eine zweite
Spaltbreite von G2 zwischen dem formbaren Polierwerkzeug 20 und dem
Werkstück 22,
der allgemein grösser
als G1 ist.
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Es
versteht sich natürlich,
dass zum Verwenden des sekundären
Prozesses gemäß dem Verfahren 140 das
formbare Polierwerkzeug 20 aus einem Material hergestellt
sein muss, das aus dem festen Zustand in einen formbaren Zustand
zurückgeführt werden
kann. Somit kann ein formbares Polierwerkzeug 20, das aus
einem oder mehreren thermoformbaren Materialien (wie etwa einem
thermoplastischen Polymer) hergestellt ist, das durch Ausüben von
Wärme erweicht
werden kann, mit diesem Verfahren 140 verwendet werden.
Ein aus anderen Materialien wie etwa bestimmten duroplastischen
Polymeren hergestelltes formbares Polierwerkzeug 20 ist jedoch
möglicherweise
nicht in der Lage, leicht in den formbaren Zustand zurückzukehren
und eignet sich somit möglicherweise
nicht zur Verwendung mit dem Verfahren 140.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
jedoch kann es möglich
sein, den sekundären
Prozess von Verfahren 140 zu integrieren, indem die 3D-Bewegung während des
anfänglichen
Formens des formbaren Polierwerkzeugs 20 angewendet wird. Dies
kann eine größere Kontrolle über die
Kontraktion des formbaren Polierwerkzeugs 20 während des anfänglichen
Formungsstadiums gestatten und kann das Verwenden eines sekundären Prozesses
gestatten, wenn das formbare Polierwerkzeug 20 aus zusätzlichen
Materialien einschließlich
wärmehärtenden
Polymermaterialien hergestellt ist.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug 20 unter Verwendung eines
mehrstufigen Prozesses geformt werden. Bei sol chen Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug 20 anfänglich aus Basismaterial in
feiner Pulverform ausgeformt werden, das durch Taumeln im trockenen
Zustand vermischt und dann als eine Pulvermischung, in der Regel
bei niedrigen Drücken
von unter 2500 psi, in eine rauhe Form formgepresst wird. Bei solchen
Ausführungsformen
kann die rauhe Form des formbaren Polierwerkzeugs 20 dann einem
oder beiden des Verfahrens 100 und des Verfahrens 140 unterzogen
werden, um das gewünschte Endprofil
des formbaren Polierwerkzeugs 20 zu erhalten.
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Nachdem
das formbare Polierwerkzeug 20 unter Verwendung von einem
oder mehreren der oben beschriebenen Verfahren gestaltet worden
ist, kann die Mikrozerspanung des Werkstücks 22 beginnen. Wenn
die zum Gestalten des formbaren Polierwerkzeugs 20 verwendete
Form das Werkstück 22 war,
dann kann dies erfordern, dass das formbare Polierwerkzeug 20 aus
dem Hohlraum 30 herausgenommen wird, nachdem das Gestalten
abgeschlossen ist, und dann die Schutzplatte 26 über dem
Werkstück 22 eingesetzt
wird. Alternativ kann bei einigen Ausführungsformen die Schutzplatte 26 während des Formens
des formbaren Polierwerkzeugs 20 vorliegen. Eine Schleifmittellösung oder
Schleifaufschlämmung
S wird dann dem Hohlraum 38 und/oder dem Werkstück 22 zugesetzt
oder dort hinein injiziert, und die Mikrozerspanung kann beginnen.
Das formbare Polierwerkzeug 20 wird dann zurück in den
Hohlraum 38 hinunter zu einer vorbestimmten Tiefe eingesetzt. Bei
einigen Ausführungsformen
ist diese Tiefe durch Justieren der Höhe des Stützrahmens 14 relativ
zur Arbeitsplatte 24 gesteuert, was dadurch geschehen kann,
dass der Stützrahmen 14 und/oder
die Arbeitsplatte 24 justiert werden. Diese Justierung
kann die gewünschte
Spaltbreite zwischen der Fläche
des formbaren Polierwerkzeugs 20 und der Oberfläche des
Werkstücks 22 liefern,
wodurch die Schleifaufschlämmung
S sich allgemein gleichmäßig in dem Spalt
zwischen dem formbaren Polierwerkzeug 20 und dem Werkstück 22 verteilen
kann.
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Dann
wird der Ultraschallwandler 12 mit einer gewünschten
Frequenz (in der Regel zwischen 20 000 und 40 000 Hz) und einer
gewünschten Schwingungsamplitude
betätigt,
um eine mechanische Bewegung des formbaren Polierwerkzeugs 20 bezüglich des
Arbeitsstücks 22 zu
bewirken, die im Allgemeinen normal zu der Oberfläche des
Werkstücks 22 und
entlang der Längsachse
A ist, wodurch eine Mikrozerspanung des Werkstücks 22 bewirkt wird.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann während
der Mikrozerspanung frische Schleifaufschlämmung S dem Hohlraum 38 zugefügt werden,
indem die Aufschlämmung
S durch den Aufschlämmungseinlass 32 gepumpt
wird. Die Aufschlämmung
S kann dann in den Hohlraum zwischen der Schutzplatte 26 und
der Oberfläche
des formbaren Polierwerkzeugs 20 weiterlaufen, wo sie dann über die
oberen Kanten des formbaren Polierwerkzeugs 20 laufen kann,
um den Spalt zwischen dem formbaren Polierwerkzeug 20 und
dem Werkstück 22 zu
infiltrieren.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann das formbare Polierwerkzeug 20, nachdem ein gewünschtes
Ausmaß an
Mikrozerspanung ausgeführt worden
ist, aus dem Hohlraum 38 herausgenommen werden und die
Schleifmittelgröße (oder
Qualität) und/oder
der Typ des Schleifmittels in der Aufschlämmung S wird verändert. In
der Regel werden mit dem Fortschreiten des Mikrozerspanungsprozesses Schleifmittelpartikel
feinerer Qualität
für die
früheren (größeren) Partikel
von rauherer Qualität
substituiert, was von einer entsprechenden Justierung der Spaltgröße begleitet
werden kann. Rauhere Partikel in der Aufschlämmung S können unter Einsatz verschiedener
Verfahren entfernt werden, einschließlich Strahlen von Luft, Wasser
oder einer Öl-Wasser-Emulsion, die
in den Hohlraum 30 gerichtet sind, oder Ultraschallwirbelbetttechniken
zum Ausspülen
der Partikel. Die Mikrozerspanung kann dann unter Verwendung der
Aufschlämmung
von feinerer Qualität
fortgesetzt werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen,
wie unter Bezugnahme auf 7 erörtert, kann das formbare Polierwerkzeug 20 bei
einer Unterbrechung bei der Mikrozerspanung unter Verwendung des
Verfahrens 120 neu gestaltet oder zurückgebildet werden. Dies kann
beispielsweise erfolgen, wenn bestimmt wird, dass das formbare Polierwerkzeug 20 hinreichend abgenutzt
ist, dass es nicht langer ein ausreichend präzises Profil liefert, wie es
erforderlich ist, um die gewünschte
Mikrozerspanung des Werkstücks 22 zu bewirken.
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Gemäß dem Verfahren 120 wird
bei 122 das Werkstück
unter Verwendung eines formbaren Polierwerkzeugs 20 poliert.
Bei einem gewissen Stadium wie etwa während eines Wechsels der Aufschlämmung S,
nachdem ein oder mehrere Werkstücke
fertig gestellt worden sind, oder anderweitig an einem bestimmten
Punkt während
des Mikrozerspanungsprozesses wird bei 124 eine Bestimmung durchgeführt, ob
das formbare Polierwerkzeug 20 ausreichend abgenutzt ist,
so dass es zurückgebildet oder
nachbearbeitet werden sollte. Wenn keine Nacharbeitung erforderlich
ist, dann kehrt das Verfahren 120 zu 122 zurück und die
Mikrozerspanung kann fortgesetzt werden.
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Wenn
jedoch eine Nachbearbeitung des formbaren Polierwerkzeugs 20 erforderlich
ist, dann geht das Verfahren 120 weiter zu 126,
wo ein Abschnitt des formbaren Polierwerkzeugs 20 in den formbaren
Zustand zurückgeführt wird.
Dies kann beispielsweise erfolgen, indem ein Abschnitt eines formbaren
Polymer-Polierwerkzeugs 20 über die Glasübergangstemperatur
des Polymers erhitzt wird.
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Bei 128 kann
ein Abschnitt des formbaren Polierwerkzeugs 20 dann unter
Verwendung der Form nachgearbeitet werden, wenn sich das formbare
Polierwerkzeug 20 in dem formbaren Zustand befindet. Bei
einigen Ausführungsformen,
wie etwa dann, wenn das formbare Polierwerkzeug 20 aus
einem thermoformbaren Material (zum Beispiel einem thermoplasti schen
Polymer) hergestellt ist, erfolgt dies durch Pressen des formbaren
Polierwerkzeugs 20 gegen die Form, um das formbare Polierwerkzeug 20 zu
der gewünschten
Form nachzuformen. Wie bei dem oben beschriebenen Verfahren 100 kann
die Form das Werkstück 22 selbst
oder ein Duplikat davon sein. Weiterhin kann wie beim Verfahren 140 das formbare
Polierwerkzeug 20 optional während des Formens bei 128 mit
einer 3D-Bewegung
versehen werden, um die Abmessungen für das gewünschte formbare Polierwerkzeug 20 zu
erreichen.
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Bei 130 wird
das formbare Polierwerkzeug 20 dann in den festen Zustand
zurückgeführt. Bei
einigen Ausführungsformen,
ob das formbare Polierwerkzeug 20 ein thermoplastisches
Polymer umfasst, erfolgt dies allgemein durch Kühlen des formbaren Polierwerkzeugs 20 auf
eine Temperatur unter der Glasübergangstemperatur
des Polymers. Das formbare Polierwerkzeug 20 wird zu dem
gewünschten
Oberflächenprofil
zurückgekehrt
sein, und die Mikrozerspanung des Werkstücks kann bei 122 wieder aufgenommen
werden.
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Wenn
das formbare Polierwerkzeug 20 auf diese Weise aufgearbeitet
wird, kann das Profil des formbaren Polierwerkzeugs 20 so
nahe wie möglich an
dem gewünschten
Profil des Werkstücks 22 gehalten
werden, um ein vorhersagbares und gleichförmiges Oberflächenfinish
zu erhalten. Weiterhin kann ein derartiges Aufarbeiten gestatten,
dass das formbare Polierwerkzeug 20 für Änderungen in der Oberfläche des
Werkstücks 22 während der
Mikrozerspanung für
den Fall justiert wird, dass sich das Werkstück 22 während der
Mikrozerspanung verändert. Weiterhin
können
bei einigen Ausführungsformen Partikulate
in der Schleifaufschlämmung
S möglicherweise
an der Oberfläche
des formbaren Polierwerkzeugs 20 haften, und es könnte schwierig
sein, sie zu entfernen, wenn die Schleifkorngröße zu einer feineren Qualität verändert wird.
Das Aufarbeiten des formbaren Polierwerkzeugs 20 kann ein
leichteres Entfernen der Partikulate gestatten oder kann alternativ
gestatten, dass durch Aufarbei ten des formbaren Polierwerkzeugs 20 etwaige
solche Partikulate mit der Matrix des formbaren Polierwerkzeugs 20 verschmelzen.
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Bei
einigen Ausführungsformen
sollte, nachdem die unerwünschte
Welligkeit der Oberfläche
des Werkstücks 22 beseitigt
worden ist, diese Welligkeit nicht auf dem formbaren Polierwerkzeug 20 erscheinen,
da nur die gewünschten
Oberflächenmerkmale zum
Formen der Oberfläche
des formbaren Polierwerkzeugs 20 verwendet werden sollten,
damit es zu einer gleichmäßigen Mikrozerspanung
kommt.
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Das
Mikrozerspanen unter Verwendung eines formbaren Polierwerkzeugs 20 auf
diese Weise kann fortgesetzt werden, bis das gewünschte Oberflächenfinish
erhalten wird. Bei einigen Ausführungsformen
ist es durch Polieren oder Mikrozerspanen auf diese Weise möglich, ein
Oberflächenfinish
im Bereich von 0,05 bis 0,01 µm
Ra zu erhalten, welches ein Spiegelglanzfinish ist.
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Beispielsweise
kann, wie in 8A und 8B gezeigt,
die Verwendung der Ultraschallmikrozerspanungsvorrichtung 10 für ein viel
glatteres Oberflächenfinish
sorgen, als wenn andere Verfahren verwendet werden. Das Profil 96 in 8A zeigt ein
beispielhaftes Profil, das durch einen Ultraschallmikrozerspanungsprozesse
bereitgestellt wird, mit relativ glatten Spitzen und Tälern, gekennzeichnet durch
ein niedriges Ry (maximaler Wert Spitze zu Tal) und Ra (arithmetischer
Mittelwert). Im Profil 96 wurden einige unerwünschte Oberflächenmerkmale entfernt,
während
gewünschte
Oberflächenmerkmale
beibehalten wurden. Im Gegensatz dazu zeigt das Profil 98 in 8B eine
Oberfläche,
die ohne den Einsatz von Ultraschallmikrozerspanung zerspant wurde
und viel größere Ry- und Ra-Werte aufweist.
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Da
der Typ der Schleifmittelqualität,
die Härte
des formbaren Polierwerkzeugs 20 und die piezoelektrische
Wirkung wie gewünscht
justiert wer den können,
ist dieser Prozess nicht darauf beschränkt, lediglich ein Polierprozess
zu sein, und eine Zerspanung mit signifikanten Materialabtragsraten
kann mit der richtigen Kombination aus Schleifmittelqualität, Material
des formbaren Polierwerkzeugs 20, Schwingungsfrequenz und
-amplitude und Spaltbreite zwischen formbarem Polierwerkzeug 20 und
Werkstück erreicht
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
standardmäßige Schleifmittellösungen (wie
etwa ölbasierte
oder wasserbasierte Lösungen,
Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Diamant und andere) mit einem formbaren
Polierwerkzeug 20 und Werkstück 22 verwendet werden,
wobei der Spalt zwischen dem formbaren Polierwerkzeug 20 und
dem Werkstück 22 im Bereich
vom ein- bis zehnfachen der Schleifmittelkorngröße liegt. Bei einigen Ausführungsformen könnte die
Viskosität
der Schleifmittellösung
heraufgesetzt werden, um die Materialabtragsrate zu fördern, indem
eine langkettige Polymerlösung
wie etwa Poliox zugesetzt wird.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann der Materialabtrag von dem Werkstück 22 weiter dadurch gefördert werden,
dass das formbare Polierwerkzeug 20 während des Polierens direkt
in Kontakt mit dem Werkstück 22 gebracht
wird. Die hämmernde
oder reibende Wirkung des formbaren Polierwerkzeugs 20,
das direkt gegen das Werkstück 22 wirkt,
könnte stärkeren Materialabtrag
fördern,
was beispielsweise dafür
vorteilhaft sein könnte,
weiße
EDM-Schichten und eine durch Wärme
beeinflusste Zone abzutragen.
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Durch
Variieren der Größe der Partikel
in der Schleifaufschlämmung
und Verwenden einer fein gesteuerten Spaltabmessung können recht
scharfe Ecken und Kanten in dem Werkstück 22 insbesondere
im Vergleich zu anderen automatisierten Prozessen erlangt werden,
wo größerer Spalte
verwendet werden. Dies gestattet das Formen von recht komplexen
Ge stalten in dem Werkstück 22 mit
den gewünschten
Oberflächencharakteristiken.
-
Wie
oben kurz erörtert
und wie am besten in 9 gezeigt, kann das Werkstück 22 bei
einigen Ausführungsformen
eine allgemein konkave Öffnung 88 umfassen,
die durch die Wirkung des formbaren Polierwerkzeugs 20 poliert
wird. Bei einigen Ausführungsformen
ist dieses Werkstück 22 das
fertig gestellte Produkt. Bei anderen Ausführungsformen jedoch stellt
das fertig gestellte Werkstück 22 ein
Formwerkzeug oder ein anderes Werkzeug dar, das dann zum Ausformen
oder anderweitigen Formen einer gewünschten Komponente verwendet
werden kann. Beispielsweise kann, wie in 9 gezeigt,
das Werkstück 22 aus
einem Metall hergestellt sein und in einem Ausformprozess zum Herstellen
einer entsprechenden Komponente 94 verwendet werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann die Komponente 94 aus einem beliebigen geeigneten Material
wie etwa einem Thermokunststoff oder einem Duroplast hergestellt
sein, der ausgeformt werden kann. Somit besitzt die Komponente 94 einen glatten
unteren Abschnitt 90a und einen glatten oberen Abschnitt 92a,
entsprechend einer flachen Werkstückoberfläche 90b bzw. einer
Tiefenwerkstückoberfläche 92b.
Bei einigen alternativen Ausführungsformen
kann das Werkstück 22 aus
einem Keramikmaterial hergestellt sein und in einem Gießprozess verwendet
werden, um die Komponente 94 aus einem Metall herzustellen.
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Es,
versteht sich, dass beim Formen der Komponente 94 mehrere
Werkstücke 22 bereitgestellt
werden könnten,
so dass jeweils mehrere Komponenten 94 geformt werden könnten. Weiterhin könnte eine
Kombination aus mehreren unterschiedlich geformten Werkstücken 22 bei
einer mehrstufigen Ausformung von Komponenten 94 verwendet werden,
wenn dies gewünscht
ist.
-
Bei
einigen Ausführungsformen
können
je nach der Größe des Werkstücks 22,
das mikrozerspant werden soll, mehrere verschiedene formbare Polierwerkzeuge 20 zum
Mikrozerspanen der verschiedenen Bereiche des Werkstücks 22 verwendet werden.
Wenn beispielsweise das Werkstück 22 besonders
groß ist,
könnte
eine Anzahl unterschiedlicher formbarer Polierwerkzeuge 20 bereitgestellt werden,
die jeweils ein anderes Oberflächenprofil
zur Mikrozerspanung eines anderen Abschnitts des Werkstücks 22 in
aufeinanderfolgenden überlappenden
oder nicht überlappenden
Sequenzen aufweisen. Dies gestattet, die Größe des formbaren Polierwerkzeugs 20 auf
einer handhabbaren Größe zu halten
und die Beschränkungen
einer bestimmten Bearbeitungsvorrichtung 10 zu berücksichtigen,
während immer
noch große
Werkstücke 22 mikrozerspant werden.
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Wenngleich
die Hauptbewegung bei der Mikrozerspanung allgemein in einer Richtung
parallel zur Längsachse
A der Bearbeitungsvorrichtung 10 verläuft, können gemäß einiger Ausführungsformen eine
oder mehrere Hilfsbewegungen ebenfalls während der Mikrozerspanung des
Werkstücks 22 angewendet
werden, um gewünschte
Oberflächencharakteristiken
zu erhalten. Beispielsweise können
auch Quer- oder Kreisbewegungen angewendet werden, was bewirkt,
dass sich das formbare Polierwerkzeug 20 zusätzlich zu
oder als Alternative zu einer Bewegung entlang der Längsachse
A entlang einem 3D-Weg bewegt (orbital oder anderweitig).
-
Bei
einigen Ausführungsformen
kann eine derartige seitliche Bewegung dadurch erhalten werden,
dass die Geometrie des Horns 16 justiert wird und bewirkt
wird, dass sie als ein Verstärker
für Schallschwingungen
wirkt, wie am besten unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, weist der obere Abschnitt 40 des
Horns 16 bei einer Ausführungsform
im Allgemeinen eine Zylinderform auf, und das Horn 16 besitzt
einen verjüngten Abschnitt 42,
der sich von dem oberen Abschnitt 40 zu dem Arbeitsende 44 verengt.
Bei einigen Ausführungsfor men
kann der verjüngte
Abschnitt 42 eine asymmetrische Topologie aufweisen, um
eine variierende seitliche Bewegung des formbaren Polierwerkzeugs 20 zu
erzeugen. Insbesondere kann der verjüngte Abschnitt 42 bei
einer Ausführungsform
eine oder mehrere Vertiefungen oder Dellen aufweisen, wie etwa eine
erste Delle 46, die sich in einem ersten Abstand D1 von
dem Arbeitsende 44 befindet, und eine zweite Delle 48,
die sich in einem zweiten Abstand D2 von dem Arbeitsende 44 befindet.
Die erste und zweite Delle 46, 48 können sich
auch an unterschiedlichen Winkelpositionen um den verjüngten Abschnitt 42 herum
befinden. Beispielsweise können die
erste Delle 46 und die zweite Delle 48 mit etwa
90 Grad winkelmäßig versetzt
sein, wie in 3 gezeigt.
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Während des
Betriebs des Ultraschallwandlers 12 erzeugen die erste
und zweite Delle 46, 48 unterschiedliche seitliche
Bewegungen in dem Arbeitsende 44 des Horns 16,
was bewirkt, dass das formbare Polierwerkzeug 20 entlang
einem komplexen 3D-Weg schwingt.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
wird das Verändern
der Position der Dellen 46, 48 entlang dem verjüngten Abschnitt 42 des
Horns 16 die seitliche Resonanzfrequenz des Arbeitsendes 44 modifizieren,
auf dem das formbare Polierwerkzeug 20 befestigt ist. Im
Allgemeinen tendiert ein größerer Abstand
zwischen den Dellen 46, 48 und dem Arbeitsende 44 des
Horns 16 dazu, zu einer niedrigeren seitlichen Resonanzfrequenz
und einer höheren
Trägheit des
Arbeitsendes 44 zu führen.
Eine derartige niedrigere seitliche Resonanzfrequenz wird im Allgemeinen
von einer niedrigeren seitlichen Verschiebung des Arbeitsendes 44 begleitet.
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Bei
einigen Ausführungsformen
könnte
die seitliche Verschiebung des formbaren Polierwerkzeugs 20 weiter
dadurch gefördert
werden, dass der Ultraschallwandler 12 auf einem Gelenk
(wie etwa einem Kugelgelenk) montiert ist, das es dem Wandler 12 gestatten
würde,
vertikal geneigt zu werden, wie etwa zwischen 0 und 90 Grad in einer
vertikalen Ebene, und um 0 bis 360 Grad in einer horizontalen Ebene
um die Langsachse A gedreht zu werden. Eine derartige Konfiguration
würde eine
Möglichkeit
liefern, durch den Spalt zwischen dem Werkstück 22 und dem formbaren
Polierwerkzeug 20 unabhängig von
der Spaltgeometrie eine gleichförmige
seitliche Bewegung zu induzieren.
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Die
Hilfsbewegung des formbaren Polierwerkzeugs 20 kann auch
eine kleinere komplexe 3D-Orbitalbewegung innerhalb der Grenzen
der Spaltbreite beinhalten, um den Fluss des Schleifmittelfluids
innerhalb des Spalts zu fördern.
Eine komplexe Orbitalbewegung des formbaren Polierwerkzeugs 20 kann
unter Einsatz verschiedener Techniken bewirkt werden, beispielsweise
unter Einsatz von standardmäßigen Elektromotoraktuatoren
wie etwa denen, die auf einer herkömmlichen CNC-Werkzeugmaschine
zur Verfügung
stehen, oder durch niederfrequente (0–2000 Hz) piezoelektrische
Aktuatoren, wie unten bezüglich
der 10A bis 11C und 13A bis 14C ausführlich erörtert.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann die Verwendung von einem oder mehreren piezoelektrischen Ultraschallaktuatoren,
die mit ihren Eigenfrequenzen (in der Regel zwischen 20 000 und
40 000 Hz) schwingen, die bei dem formbaren Polierwerkzeug 20 selbst
angeordnet sind, eine Hilfsbewegung des formbaren Polierwerkzeugs 20 hervorrufen.
Diese Hilfsbewegung kann allgemein entweder entlang einer einzelnen
Achse (wie etwa entlang einer Bahn parallel zu der einen oder der
in 4A gezeigten X-, Y- oder Z-Achse) oder entlang
einer komplexeren Bahn mit Komponenten entlang von zwei oder mehr Achsen
erfolgen. Bei anderen Ausführungsformen können stetige
seitliche Bewegungen (entlang einer durch zwei der in 4A gezeigten
X-, Y- und Z-Achse definierten Ebene) des formbaren Polierwerkzeugs 20 erreicht
werden, um die gewünschte
Mikrozerspanung des Werkstücks 22 durchzuführen.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf die 10A bis 14C kann der Fluss der Schleifaufschlämmung S
innerhalb des Hohlraums 38 gemäß einigen Ausführungsformen
durch eine Bewegung des formbaren Polierwerkzeugs 20 in
verschiedenen 3D-Richtungen gesteuert werden, verursacht durch eine
Anordnung aus einem oder mehreren piezoelektrischen Aktuatoren,
die auf der Halterung 18 montiert sind, die wie ein 3-Phasen-Ultraschallmotor
wirken, der in das ausgeformte formbare Polierwerkzeug 20 eingebettet
ist. Auf diese Weise kann während
der vertikalen Bewegung des formbaren Polierwerkzeugs 20 eine
Hilfsbewegung erzeugt werden.
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Bei
einer Ausführungsform
kann, wie in 10A bis 11C gezeigt,
die Halterung 18 mit einem zweiten Koppler 52 versehen
werden, der von allgemein dreieckiger Gestalt ist. Mehrere piezoelektrische
Wandler können
dann montiert werden, jeweils einer auf jeder Fläche des dreieckigen Kopplers 52,
und konfiguriert werden, wie ein 3-Phasen-Ultraschallmotor zu arbeiten.
Beispielsweise können,
wie in 11A bis 11C gezeigt,
vier piezoelektrische Aktuatoren 51, 54, 56, 58 einen
Schleifmittelfluidfluss innerhalb des Hohlraums 38 (der
bei einigen Ausführungsformen
parallel zu der Oberfläche
des Werkstücks 22 und/oder
des formbaren Polierwerkzeugs 20 verläuft) in der XY-, YZ- und XZ-Ebene
und Kombinationen davon erzeugen, indem die Zeit synchronisiert
wird, bei der jeder piezoelektrische Wandler 51, 54, 56, 58 in
Relation mit den anderen piezoelektrischen Wandlern 51, 54, 56, 58 betätigt wird. Durch
Steuern der Aktivierungssequenz können die piezoelektrischen
Wandler 51, 54, 56, 58 dazu
verwendet werden, über
der Oberfläche
des ganzen formbaren Polierwerkzeugs 20 eine sich drehende Welle
zu erzeugen. Durch Justieren der Synchronisation der Aktuatoren 51, 54, 56, 58 können in
einer beliebigen gewünschten
Ebene unterschiedliche Wellen erzeugt werden, wodurch die Schleifaufschlämmung S
gezwungen wird, auf einer derartigen Welle zu „surfen” und infolge dessen innerhalb
des Spalts zwischen dem Werkstück 22 und
dem formbaren Polierwerkzeug 20 gemäß einem gewünschten Flussmuster zu fließen.
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Beispielsweise
können
ein erster piezoelektrischer Wandler 54, ein zweiter piezoelektrischer Wandler 56 und
ein dritter piezoelektrischer Wandler 58 an einer ersten
Seite 53 und einer zweiten Seite 55 bzw. einer
dritten Seite 57 des Kopplers 52 befestigt sein,
wobei der vierte Wandler 51 am Boden 59 des Kopplers 52 befestigt
ist. Gemäß einer
zyklischen Sequenz werden der erste 54 und zweite 56 Wandler
betätigt,
während
der dritte Wandler 58 in Ruhe ist, gefolgt von dem Ansteuern
des zweiten 56 und dritten 58 Wandlers, während der
erste Wandler 54 in Ruhe ist, und dann Ansteuern des ersten 54 und
dritten 58 Wandlers, während
der zweite Wandler 56 in Ruhe ist. Somit wird diese zyklische
Sequenz im Allgemeinen wirken, dass sich die Aufschlämmung S
in einer durch die piezoelektrischen Wandler 54, 56 und 58 vorgegebenen
Ebene dreht. Der vierte Wandler 51 kann auch aktiviert
werden, der Welle W der Aufschlämmung
S eine vertikale Flussorientierung zu verleihen.
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Wie
in 10A und 10B gezeigt,
sind die piezoelektrischen Wandler 51, 54, 56 und 58 im Allgemeinen
innerhalb des Körpers
von einem oder mehreren der Halterung 18 und des formbare
Polierwerkzeugs 20 umgeben, so dass sie normalerweise nicht
exponiert sind, nachdem das formbare Polierwerkzeug 20 geformt
worden ist. Dies schützt
die piezoelektrischen Wandler 51, 54, 56 und 58 davor,
der Schleifaufschlämmung
S exponiert zu werden, und verhindert, dass sie beschädigt werden,
wenn die Bearbeitungsvorrichtung 10 sich im Einsatz befindet. Die
auf diese Weise verwendeten piezoelektrischen Wandler 51, 54, 56 und 58 sind
in der Regel niederfrequente (0 bis 2000 Hz) piezoelektrische Aktuatoren.
Es versteht sich jedoch, dass unterschiedliche Konfigurationen von
piezoelektrischen Wandlern einschließlich Wandlern, die bei sehr
verschiedenen Frequenzen arbeiten, verwendet werden können, um innerhalb
des Hohl raums 38 verschiedene Bewegungsarten der Aufschlämmung S
zu bewirken.
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Beispielsweise
kann sich, wie in 12A bis 12C gezeigt,
das formbare Polierwerkzeug 20 während eines Zyklus von einer
Position über
der Aufschlämmung
S hinunter in sie hinein bewegen, wie in 12A gezeigt.
In diesem Stadium sitzt die Aufschlämmung S relativ ungestört auf dem
Werkstück 22.
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Während sich
das formbare Polierwerkzeug 20 weiter herab bewegt, wie
in 12B gezeigt, bewirkt die Wirkung von einem oder
mehreren der piezoelektrischen Wandler (wie etwa der piezoelektrischen
Wandler 51, 54, 56 und 58),
dass sich das formbare Polierwerkzeug 20 von der Längsachse
A weg zu einer Seite verschiebt, während das formbare Polierwerkzeug 20 die
Aufschlämmung
S in Eingriff nimmt. Diese seitliche Bewegung des formbaren Polierwerkzeugs 20 bewirkt
die Entstehung einer Welle W, die sich vor dem formbaren Polierwerkzeug 20 ausbreitet.
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Wenn
schließlich
das formbare Polierwerkzeug 20 seine Richtung umkehrt und
sich von der Oberfläche
des Werkstücks 22 weg
zu bewegen beginnt (wie in 12C gezeigt)
breitet sich diese Welle W dann weiter von der Langsachse A weg
auf und nimmt im Allgemeinen verbrauchte Schleifpartikel und Materialien
weg, die von dem Werkstück 22 und dem
formbaren Polierwerkzeug 20 abgenutzt worden sind.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
könnten verschiedene
andere Konfigurationen von piezoelektrischen Aktuatoren verwendet
werden, um in der Oberfläche
der Aufschlämmung
S verschiedene Wellenformen zu erzeugen. Beispielsweise können, wie in 13A bis 14C gezeigt,
insgesamt sieben piezoelektrische Wandler 64, 66, 68, 70, 72, 74 und 76 auf
sechs äußeren Oberflächen 63, 65, 66, 67, 69, 71 und 73 und
der unteren Oberfläche 75 eines Kopplers 62 platziert
werden. Die piezoelektrischen Wandler 64, 66, 68, 70, 72 und 74 können paarweise angeordnet
werden, um drei Phasen entlang der XY-Ebene und andere Phasen in
einer Kombination der XZ- und YZ-Ebene zu bilden, wodurch eine Kombination
von vertikalen 0°-,
60°- und
120°-Ebenen
gebildet wird. Beispielsweise könnte
ein erstes Paar aus piezoelektrischen Aktuatoren 64 und 70 bestehen,
ein zweites Paar könnte
aus piezoelektrischen Aktuatoren 66 und 72 bestehen
und ein drittes Paar könnte
aus piezoelektrischen Aktuatoren 68 und 74 bestehen.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann die Verwendung von sieben piezoelektrischen Aktuatoren 64, 66, 68, 70, 72, 74 und 76 eine
symmetrischere Bewegung liefern, was dazu führt, die Stabilität und Effizienz
des „Pumpens” oder der
Wellenwirkung, die erzeugt wird, zu verbessern. Beispielsweise kann
jedes Paar von piezoelektrischen Aktuatoren in direkter Opposition
zu seinem gepaarten Partner wirken, wobei gleich große, aber
entgegengesetzte Kräfte
verwendet werden, um eine signifikante, aber gesteuerte Bewegung
des formbaren Polierwerkzeugs 20 und der Aufschlämmung S
zu bewirken, ohne dass der Einsatz von schweren Gegengewichten erforderlich
ist, um zu verhindern, dass sich übermäßige oder potentiell schädigende
Kräfte
aufbauen.
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Bei
einigen Ausführungsformen
könnte
die Verwendung von gepaarten piezoelektrischen Aktuatoren zu der
Erzeugung von kleinen seitlichen Verlängerungen und Kontraktionen
des formbaren Polierwerkzeugs 20 entlang einer Achse führen, die
durch jedes Paar von piezoelektrischen Aktuatoren nahe der Mittellinie
verläuft.
Diese seitliche Bewegung würde
den Spalt zwischen dem formbaren Polierwerkzeug 20 und
dem Werkstück
in dem Spaltbereich lokal reduzieren, der durch die durch jedes
Paar von piezoelektrischen Aktuatoren verlaufende Achse vorgeschrieben
ist. Durch Synchronisieren der Wirkung jedes Paars von piezoelektrischen
Aktuatoren kann in der Ebene jedes der drei piezoelektrischen Aktuatorenpaare
eine Pumpwirkung erzeugt werden, was eine Bewegung der Aufschlämmung S
bewirkt.
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Beispielsweise
könnten
bei einigen Ausführungsformen
die piezoelektrischen Aktuatoren in einer Sequenz gemäß dem Verfahren 200 betätigt werden.
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Bei 202 expandiert
ein erstes Paar von piezoelektrischen Aktuatoren (wie etwa die piezoelektrischen
Aktuatoren 64 und 70), ein zweites Paar von piezoelektrischen
Aktuatoren (wie etwa die piezoelektrischen Aktuatoren 66 und 72)
könnten
inert bleiben und keine Wirkung haben, und ein drittes Paar von
piezoelektrischen Aktuatoren (wie etwa die piezoelektrischen Aktuatoren 68 und 74)
könnten
kontrahieren.
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Bei 204 besitzt
das erste Paar von piezoelektrischen Aktuatoren keine Wirkung, das
zweite Paar von piezoelektrischen Aktuatoren expandiert und das dritte
Paar von piezoelektrischen Aktuatoren kontrahiert.
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Bei 206 kontrahiert
das erste Paar von piezoelektrischen Aktuatoren, das zweite Paar
von piezoelektrischen Aktuatoren expandiert und das dritte Paar
von piezoelektrischen Aktuatoren hat keine Wirkung.
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Bei 208 kontrahiert
das erste Paar von piezoelektrischen Aktuatoren, das zweite Paar
von piezoelektrischen Aktuatoren hat keine Wirkung und das dritte
Paar von piezoelektrischen Aktuatoren expandiert.
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Bei 210 besitzt
das erste Paar von piezoelektrischen Aktuatoren keine Wirkung, das
zweite Paar von piezoelektrischen Aktuatoren kontrahiert und das dritte
Paar von piezoelektrischen Aktuatoren expandiert.
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Bei 212 expandiert
das erste Paar von piezoelektrischen Aktuatoren, das zweite Paar
von piezoelektrischen Aktuatoren kontrahiert und das dritte Paar
von piezoelektrischen Aktuatoren hat keine Wirkung.
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Bei 214 erfolgt
eine Bestimmung dahingehend, ob das Verfahren 200 wiederholt
werden soll. Wenn das Verfahren 200 wiederholt werden soll, dann
kehrt das Verfahren 200 zu 202 zurück. Wenn alternativ
das Verfahren 200 nicht wiederholt werden soll, geht das
Verfahren 200 zu 216 weiter und endet.
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Auf
diese Weise kann in der Aufschlämmung S
eine Welle W erzeugt und durch das Ausdehnen und Zusammenziehen
jedes Paars von Aktuatoren mit einem hohen Grad an Präzision kontrolliert
werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist der vierte piezoelektrische Aktuator 76 nicht mit einem
anderen piezoelektrischen Aktuator in einem Paar geschaltet, da
die Hornträgheit 16,
die Halterung 18 und das formbare Polierwerkzeug 20 der
Bewegung des vierten piezoelektrischen Aktuators 76 entlang
der Langsachse A natürlich
entgegenwirken. Unter Verwendung des vierten piezoelektrischen Aktuators 76 in
Verbindung mit zwei anderen Paaren von piezoelektrischen Aktuatoren
könnte
dazu verwendet werden, das vertikale Pumpen der Aufschlämmung S
wie erwünscht
zu fördern.
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Bei
einigen Ausführungsformen
könnten
die sieben piezoelektrischen Aktuatoren auf der Halterung 18 des
formbaren Polierwerkzeugs, dem Horn 16 oder der Struktur 14 angeordnet
sein, anstatt in das formbare Polierwerkzeug 20 integriert
zu sein.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
kann die Mikrozerspanung des Werkstücks 22 dadurch bewerkstelligt
werden, dass das formbare Polierwerkzeug 20 ohne den Einsatz
einer Aufschlämmung
S in direktem Kontakt mit dem Werkstück 22 platziert wird.
Ein ähnliches
Mikrozerspanungsverfahren wird wie oben beschrieben mit der Ausnahme
angewendet, dass das formbare Polierwerkzeug 20 die Oberfläche des
Werkstücks 22 durch
direkten Kontakt zwischen der Fläche
des formbaren Polierwerkzeugs 20 und der Oberfläche des
Werkstücks 22 mikrozerspant.
Bei solchen Ausführungsformen
würde,
anstatt ein hartes formbares Polierwerkzeug 20 zu verwenden,
ein weicheres nachgiebiges Material für die Mikrozerspanung mit direktem
Kontakt verwendet werden. Beispielsweise kann ein weiches elastomeres
Siliziumpolymer entweder wie geliefert oder mit Schleifpulver gefüllt verwendet
werden. Anstatt zwischen dem formbaren Polierwerkzeug 20 und
dem Werkstück 22 während des
Polierens einen Spalt beizubehalten, wird dann das formbare Polierwerkzeug 20 derart
gegen die Oberfläche
des Werkstücks 22 gedrückt, dass
der Druck auf die Oberfläche
des Werkstücks 22 fein
kontrolliert werden kann, indem das Ausmaß der in dem elastomeren formbaren
Polierwerkzeug 20 zugelassenen Verformung kontrolliert
wird. Die Grundschwingungsbewegung kann durch eine komplexe 3D-Hilfsorbitalbewegung
komplementiert werden, die auf die Halterung 18 ausgeübt wird,
um die komplexe Oberflächengeometrie
auf dem Werkstück 22 gleichförmiger mikrozuzerspanen.
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Gemäß einer
Variation des obigen Polierprozesses kann eine elastomere Verbindung
in dem formbaren Polierwerkzeug 20 mit einem Schleifpartikel
gewünschter
Qualität
gesättigt
werden. Dann kann die Mikrozerspanung ohne das Zusetzen einer Schleiflösung in
dem Spalt erfolgen, aber mit nur einem Schmiermittel wie etwa Wasser, Öl, Emulsion oder überhaupt
ohne Schmiermittel, falls erwünscht.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 16 wird ein Verfahren 300 zum
Kombinieren eines Ultraschallmikrozerspanungsprozesses mit einem
Funkenerodierungsprozess (EDM – Electric
Discharge Machining) gemäß einer
Ausführungsform
beschrieben. In bestimmten Fällen
kann der Ult raschallmikrozerspanungsprozess, wenn er mit einem formbaren
Polierwerkzeug 20 verwendet wird, das elektrisch leitend
ist (zum Beispiel wenn das formbare Polierwerkzeug aus einem elektrisch
leitenden Composite-Material wie etwa einem Polymer-Composite mit
Graphitpulver oder Kupferpulver als Füllmittel geformt ist), mit
einem Funkenerodierungsprozess innerhalb der gleichen Bearbeitungsvorrichtung 10 kombiniert werden,
um Material von einem Werkstück 22 entweder
in einer alternierenden oder simultanen Sequenz abzutragen.
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Allgemein
könnte
die in dem oben detaillierten Ultraschallmikrozerspanungsprozess
verwendete Schleifaufschlämmung
S ohne weiteres als dielektrisches Medium verwendet werden, da ihre
Hauptkomponente in der Regel Wasser oder Öl ist, was die elektrischen
Grundfluide sind, die bei der Funkenerodierung verwendet werden.
Zudem erfordern einige Funkenerodierungsanwendungen den Zusatz von feinen
Partikeln in dem dielektrischen Fluid, wie etwa Silizium, um die
Funkenentladung besser auszubreiten und folglich das Oberflächenfinish
auf dem Werkstück 22 zu
verbessern, ähnlich
den feinen Schleifpartikeln in der Schleifaufschlämmung. Beispielsweise könnte bei
der Ultraschallmikrozerspanung die Aufschlämmung aus 10 Gew.-% bis 50
Gew.-% SiC-Pulver in Qualitäten
von 5 bis 200 µm
mit einem jeweiligen Gewichtsprozentsatz an Wasser oder Öl hergestellt
werden. Außerdem
könnte
das formbare Polierwerkzeug 20 aus 70 Gew.-% Graphitpulver
mit einer UHMWPE-Polymermatrix bestehen, die sowohl für Ultraschall-
als auch Funkenerodierungsprozesse funktional wäre.
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Beispielsweise
könnte
das Verfahren 300 des Durchführens einer Mikrozerspanung
und Funkenerodierung in Kombination bei 302 die Mikrozerspanung
eines Werkstücks
unter Verwendung eines formbaren Polierens zum Entfernen von Werkzeugmarkierungen
auf dem Werkstück
beinhalten. Dies könnte
das Durchführen
einer Ultraschallmikrozerspanung un ter Verwendung einer ölbasierten
Aufschlämmung
mit 150- µm-Schleifpartikeln
beinhalten.
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Bei 304 kann
ein Funkenerodierungsprozess unter Verwendung des gleichen formbaren
Polierwerkzeugs und der gleichen dielektrischen Aufschlämmung durchgeführt werden,
um eine etwaige Welligkeit zu entfernen, die möglicherweise in der Oberfläche des
Werkstücks
aufgetreten ist.
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Bei 306 kann
der Spalt zwischen dem Werkstück
und dem formbaren Polierwerkzeug gereinigt werden, um etwaige Partikulate
zu entfernen, die möglicherweise
während
des Mikrozerspanungs- und Funkenerodierungsprozesses entstanden
sein können,
und die ölbasierte
Aufschlämmung
wird entfernt.
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Bei 308 kann
ein Funkenerodierungsprozess simultan mit einem Ultraschallmikrozerspanungsprozess
ausgeführt
werden, um einen Teil der durch die Hitze beeinflussten Zone auf
dem Werkstück
unter Verwendung einer wasserbasierten Aufschlämmung mit 40 Gew.-% 60-λm-SiC-Schleifpartikeln
abzutragen.
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Bei 310 wird
der Spalt zwischen dem Werkstück
und dem formbaren Polierwerkzeug wieder gereinigt, um etwaige Partikulate,
die sich ausgebildet haben können,
zu entfernen.
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Bei 312 kann
ein Ultraschallmikrozerspanungsprozess unter Verwendung von graduell
feineren Schleifpartikeln durchgeführt werden, um auf dem Werkstück das gewünschte Oberflächenfinish zu
erhalten. Dies könnte
beispielsweise die Mikrozerspanung unter Verwendung von Aufschlämmung mit graduell
feineren SiC- und Diamantpartikeln wie etwa 25 Gew.-% 12- µm- und
15 Gew.-% 5-µm-Schleifpartikel
beinhalten.
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Wenngleich
die obige Beschreibung eine Reihe von Ausführungsbeispielen enthält, ergeben sich
dem Durchschnittsfachmann viele Modifikationen, Substitutionen, Änderungen
und Äquivalente. Es
versteht sich deshalb, dass die beigefügten Ansprüche alle solchen Modifikationen
und Änderungen abdecken
sollen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Mikrozerspanung einer Oberfläche eines
Werkstücks mit
einem komplexen Oberflächenprofil
beinhaltend gewünschte
Profilmerkmale und feinere unerwünschte
Profilmerkmale, die entfernt werden sollen, beinhaltend das Gestalten
eines formbaren Polierwerkzeugs entweder unter Verwendung des Werkstücks selbst
oder eines Duplikats des Werkstücks, um
mindestens die gewünschten
Profilmerkmale zu haben, und unter Verwendung des formbaren Polierwerkzeugs
zum Mikrozerspanen der Oberfläche
zum Abtragen der feineren unerwünschten
Profilmerkmale, während
die gewünschten
Profilmerkmale beibehalten werden. Das formbare Polierwerkzeug kann so
gestaltet werden, dass es mindestens die gewünschten Profilmerkmale aufweist,
indem das formbare Polierwerkzeug entweder gegen das Werkstück selbst
oder das Duplikat des Werkstücks
gepresst wird, wenn sich das formbare Polierwerkzeug in einem formbaren
Zustand befindet, und das formbare Polierwerkzeug kann für die Mikrozerspanung
verwendet werden, wenn sich das formbare Polierwerkzeug in einem
festen Zustand befindet.