DE1242987B - Verfahren zum Herstellen eines nichtkreisfoermigen Querschnitt aufweisenden Loches in einem Metallwerkstueck - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B 23 ρ

Deutsche KL: 491-12

Nummer: 1 242 987

Aktenzeichen: E 198851 b/491

Anmeldetag: 6. September 1960

Auslegetag: 22. Juni 1967

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Herstellen wenigstens eines im Querschnitt nichtkreisförmigen Kapillarlochs in einem Metallwerkstück, und im besonderen auf das Herstellen von Spinndüsen, vorzugsweise Mehrfachspinndüsen, in der Form von an der Austrittsfläche einer Düsenplatte mündenden, · im Querschnitt nichtkreisförmigen Kapillarlöchern. Solche Kapillarlöcher können, um nur einige Beispiele zu nennen, einen Y- oder X-förmigen, im allgemeinen also sternförmigen oder auch einen halbmond- oder C-förmigen Querschnitt aufweisen. Im allgemeinen handelt es sich also um Kapillaren, welche nicht in der herkömmlichen Weise mit einem rotierenden Werkzeug gebohrt werden können. Die dadurch bedingten Herstellungsprobleme werden vielfach durch die zwingende Wahl von nur schwer bearbeitbaren Werkstoffen für die Platte bzw. den Düsenkörper noch erhöht. Dies ist beispielsweise der Fall beim Herstellen von Spinndüsen, welche unter hohen Temperaturen von etwa 300 bis 500° C und unter verschleißfördernden Bedingungen während einer möglichst langen Standzeit maß- und formtreu bleiben müssen und die Glätte ihrer Wandungen nicht verlieren dürfen. Dazu kommt noch, daß die gewöhnlich relativ dünne Lochplatte bzw. der Düsenkörper manchmal, z. B. beim Schmelzspinnverfahren, relativ stark dimensioniert werden muß. Es versteht sich, daß unter solchen Umständen das Herstellen von maß-formgerechten Kapillardüsen besondere Schwierigkeiten bietet, die bisher kaum zu überwinden waren, wenn — wie dies z. B. bei Mehrfachdüsen der Fall ist — außer der Genauigkeit noch die Gleichmäßigkeit der Kapillaren einer Düsenplatte gefordert wird.

Die Erfindung geht vom Herstellen eines nichtkreisförmigen Querschnitt aufweisenden Loches in einem Metallwerkstück durch mindestens einen elektroerosiven Arbeitsgang und mindestens einen Nachbearbeitungsvorgang aus und besteht unter Überwindung der geschilderten Schwierigkeiten darin, daß zum Herstellen von Löchern in kapillaren Abmessungen das Nachbearbeiten durch Räumen erfolgt.

Dadurch ergibt sich gegenüber dem Nachbearbeiten durch Läppen oder Polieren der Vorteil erhöhter Genauigkeit, weil das Räumwerkzeug keine hin- und hergehende Bewegung ausführt, wie eine Läppnadel. Die Genauigkeit wird ferner noch dadurch erhöht, daß das Räumwerkzeug wesentlich stabiler ausgebildet werden kann als ein Läpp- oder Polierdraht. Solche Drähte müssen außerdem an beiden Enden eingespannt werden, während bei einem Räumwerkzeug eine einseitige Einspannung vollkommen genügt.

Verfahren zum Herstellen eines
nichtkreisförmigen Querschnitt aufweisenden
Loches in einem Metallwerkstück

Anmelder:

Engelhard Industrien A. G., Frick,

Aargau (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 14. Juli 1960 (8062)

Wegen der geringen Abmessungen von Kapillarlöchern wurde es bisher als undurchführbar angesehen, diese Nachbearbeitung mit Räumwerkzeugen vornehmen zu können.

_z5 Durch den Elektrodenabbrand entstehen Löcher, die in Richtung ihrer Längsachse konvergieren. Es ist bekannt, solche Löcher durch weiteres Elektroerodieren nachzubearbeiten und dadurch die Konizität zu verringern.

Demgegenüber kann durch das erfindungsgemäße Nachbearbeiten durch Räumen der verlangte, in Richtung der Längsachse gleichbleibende Lochquerschnitt leichter erreicht und vor allem die erforderliche, nur minimale Oberflächenrauhigkeit in einer Güte erzielt werden, die durch Erodieren nicht zu erhalten ist.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 das Querschnittsprofil einer Elektrode,

F i g. 2 einen Ausschnitt der Rückseite eines Metallwerkstücks mit einer im Querschnitt nichtkreisförmigen Kapillardüse,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der F i g. 2,

F i g. 4 einen Ausschnitt der Austrittsfläche des Metallwerkstücks,

F i g. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V der F i g. 4,
F i g. 6 ein erstes,

F i g. 7 ein zweites,

F i g. 8 ein drittes und

709 607/284

F i g. 9 ein viertes Räumwerkzeug zur Bearbeitung der Wandungen der Kapillaren nach der Erosion,

Fig. 10 einen Ausschnitt der Austrittsfläche des Metallwerkstücks mit der Austrittsöffnung einer fertig bearbeiteten Kapillare.

Ein Metallwerkstück 1 ist mit einer Anzahl Sacklöcher 2, die einen flachen Boden 3 enthalten, versehen, welche mittels herkömmlicher Bohrwerkzeuge herstellbar sind. Durch eine mit einem der Löcher 2 gleichachsig geführte Elektrode wird elektroerosiv eine Kapillare 4 erzeugt. Diese Elektrode besitzt, wie aus F i g. 1 hervorgeht, ein Endteil, das im Querschnitt nichtkreisförmig ist, sondern beispielsweise Y-förmig, mit untereinander gleich breiten, radialen Schenkeln 5, 6 und 7. Die Länge des Endteiles der Elektrode übersteigt die Entfernung der Austrittsfläche des Metallwerkstücks 1 vom Boden 3 der Sacklöcher2. Die Fig. 2, 3, 4 und 5 zeigen eine Kapillare 4, welche mit der Elektrode gemäß F i g. 1 erzeugt ist. Die Dimensionen des Querschnitts der durch Elektroerosion erhaltenen Kapillare 4 sind etwas größer als jene des Elektrodenquerschnitts.

Wenn z. B. bei einer Elektrode gemäß F i g. 1 die Schenkel 5, 6 und 7 in ihrer Breite jeweils 65 Mikron messen, werden sich die entsprechenden Arme der Kapillare 4 über eine Breite von etwa 100 Mikron erstrecken. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die Schenkel 5, 6 und 7 jeweils zueinander parallele Seitenflächen aufweisen, während die entsprechenden Seiten der erodierten Kapillare 4, wenigstens im Bereiche eines Längenabschnittes, von der Austrittsfläche in Richtung auf den Boden 3 konvergieren. Dieser Umstand sowie die Rauhigkeit der Seitenwandungen der Kapillare 4 kann aus F i g. 5 entnommen werden.

In diesem Zustand kann das Metallwerkstück 1 mit Rücksicht auf die Unregelmäßigkeit und Rauhigkeit der Wandungen der Kapillare 4 nicht verwendet werden, um so weniger, da die einzelnen Kapillaren 4 unter sich noch Abweichungen aufweisen.

Die Wandungen der Kapillaren 4 werden nun gemäß der Erfindung, um das Metallwerkstück verwendungsfähig zu machen, zunächst mit einem ersten Räumwerkzeug 8 bearbeitet, welches, wie in der F i g. 6 dargestellt ist, eine bogenförmige Kante 9 besitzt, und welches zu diesem Zweck mit Hilfe einer Räumvorrichtung durch die Kapillare 4 geführt wird, so daß die Kante 9 den Grund 10, 11 und 12 der radialen Kapillarkanäle 13, 14 und 15 (siehe F i g. 4) in die in der F i g. 10 bei 16,17 bzw. 18 angedeutete, gerundete Form überführt. Anschließend wird ein zweites, drittes und viertes Räumwerkzeug 19, 20 bzw. 21 (siehe F i g. 7, 8 bzw. 9) durch die Kapillare 4 hindurchgeführt. Diese Werkzeuge weisen in bezug aufeinander in der vorerwähnten Reihenfolge jeweils eine größere Breite auf, so daß sie nacheinander die Kapillarkanäle 13, 14 und 15 auf die erwünschten Dimensionen ausweiten und die Wandungen der Kapillare glätten, bis die in der Fig. 10 gezeigte, im Querschnitt, regelmäßige Kapillare 22 von hoher Oberflächengüte entsteht.

Das Räumen der Kapillare bzw. die Bearbeitung ihrer Wandungen hinterläßt am Boden 3 des Sackloches 2 einen die kapillare Öffnung umgebenden Grat, welcher ebenfalls durch Funkenerosion entfernt wird.

Außer einem wärmefesten Material, beispielsweise Stahl, kann das Metallwerkstück aus Wolframkarbid, Tantalkarbid oder aus einer Edelmetallegierung bestehen. Die Sacklöcher können durch irgendwelche andere Ausnehmungen ersetzt werden, welche hyperbolische, parabolische oder konische Wandungen aufweisen können.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Beispiels weiter erläutert.

An einer Düsenplatte, deren Durchmesser 88 mm und deren Dicke 8 mm beträgt, werden Sacklöcher mit einem Durchmesser von 2,5 mm und mit einer Länge von 7 mm angebracht. Der Boden der Sacklöcher ist flach. Die Düsenplatte wird in einer Einrichtung zum Elektroerodieren montiert. Eine Elektrode gemäß F i g. 1 ist oberhalb der Düsenplatte angebracht. Die Gesamtlänge der Elektrode beträgt 67 mm, und ihr Durchmesser ist 3,5 mm. Der konische Abschnitt ist 5 mm lang. Die radialen Schenkel der Elektrode sind jeweils 0,065 mm dick und 0,773 mm breit. Die entsprechend dem Elektrodenendteil profilierte Kapillare weist eine Länge von 0,5 mm auf. Die den Schenkeln der Elektrode entsprechenden Kapillarkanäle sind jeweils 0,790 mm breit und 0,100 mm dick. Der Vorgang wird bei jedem Sackloch wiederholt.

Nun wird die erodierte Düsenplatte in der Räumvorrichtung aufgespannt, um das Verfahren nach der Erfindung auszuführen. Das erste Räumwerkzeug ist 0,787 mm breit und 0,100 mm dick. Die gerundete Kante wird zunächst von der Austrittsseite her in einen der Kapillarkanäle eingeführt. Die Schnitt-Tiefe des ersten Werkzeuges beträgt etwa 5 Mikron. Der Vorgang wird wiederholt, bis der Einschnitt eine Breite von 0,820 mm aufweist. Sämtliche Kapillarkanäle werden auf diese Weise bearbeitet. Alsdann wird das zweite Räumwerkzeug benützt, dessen Breite 0,820 mm und dessen Stärke 0,105 mm beträgt. Während das erste Werkzeug den Grund der Kapillarkanäle bearbeitet, wirkt das zweite Werkzeug mit einer Schnitt-Tiefe von 5 Mikron an den Seitenwänden. Darauf wird das dritte Werkzeug mit einer Breite von 0,820 mm und einer Dicke von 0,110 mm verwendet, um die Seitenwände der Kanäle bei einer Schnitt-Tiefe von 5 Mikron auszuweiten. In der gleichen Weise wird das vierte Werkzeug mit einer Breite von 0,820 mm und einer Dicke von 0,114 mm verwendet, um die endgültigen Dimensionen der Kanäle herzustellen. Sämtliche Werkzeuge werden in allen Kapillarkanälen einer jeden Kapillardüse verwendet. Durch das Räumen entsteht um die Y-förmige öffnung der Kapillardüsen herum ein Grat auf der flachen Bodenfläche der Sacklöcher. Die Düsenplatte wird daher anschließend wiederum durch Elektroerosion weiterbearbeitet. An Stelle der Elektrode gemäß F i g. 1 wird eine Entgratelektrode eingespannt. Die Entgratelektrode entfernt den Grat am Boden des Sackloches durch Erosion. Der Vorgang wird wiederholt, bis der Boden sämtlicher Sacklöcher entgratet und die Düsenplatte fertiggestellt ist.

Die beschriebenen Lochplatten könnten u. a. noch für die Herstellung von Teigwaren, Glasfasern usw., im allgemeinen also zum Strangpressen verwendet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines nichtkreisförmigen Querschnitt aufweisenden Loches in einem Metallwerkstück durch mindestens einen

elektroerosiven Arbeitsgang und mindestens einen Nachbearbeitungsgang, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen von Löchern in kapillaren Abmessungen das Nachbearbeiten durch Räumen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kapillarlöchern mit parallelwandigen Kapillarkanälen (13, 14,15) zuerst der Grund (10, 11, 12) und danach die beiden Seitenwände jedes Kanals (13, 14, 15) für sich geräumt werden.

ίο In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 741739; deutsche Auslegeschrift Nr. 1034 786; österreichische Patentschrift Nr. 193 754; USA.-Patentschrift Nr. 2438 941;

Technische Mitteilungen Krupp, September 1959, S. 156 bis 158;

Technische Rundschau, 4. September 1959, S. 57 bis 65;

Fertigungstechnik und Betrieb, Juni 1959, S. bis 331. 'flli

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 607/284 6. 67 © Bundesdruckerei Berlin