DE1296496B

DE1296496B - Verfahren zur Bearbeitung von metallischen Werkstuecken durch Abtragen mittels elektrischer Entladung

Info

Publication number: DE1296496B
Application number: DEG41011A
Authority: DE
Inventors: Froberger Charles Francis; Blatt Rudolph William
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1963-07-19
Filing date: 1964-07-07
Publication date: 1969-05-29
Also published as: GB1003664A; US3346713A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung von metallischen Werkstücken durch Abtragen mittels einer intermittierenden elektrischen Entladung über einen Spalt zwischen einer kathodischen Elektrode und einem anodischen Werkstück.

Bekannt ist die Verwendung einer dielektrischen Flüssigkeit, die vorwiegend monozyklische organische Verbindungen enthält, deren Kohlenstoff-Wasserstoff-Gewichtsverhältnis größer als 7 ist. Alle in diesem Zusammenhang genannten Verbindungen haben ein Kohlenstoff-Wasserstoff-Gewichtsverhältnis im Bereich von 7,2 bis 9,2 :1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähigkeit eines solchen Verfahrens zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Spalt eine Flüssigkeit aufrechterhalten wird, die mindestens eine polyzyklische organische Verbindung enthält und ein Gesamt-Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis zwischen 0,8 :1 und 1,8 :1 aufweist, ao Dies entspricht einem Kohlenstoff-Wasserstoff-Gewichtsverhältnis zwischen 9,6 :1 und 21,6 :1.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.

Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung be- as steht aus einem Behälter 10 für ein dielektrisches Kühlbad 12. Ein elektrisch leitendes metallisches Werkstück 14, z. B. aus Stahl, ist auf den Boden des Behälters so gelegt, daß seine zu bearbeitende Fläche von dem Kühlbad bedeckt ist. Eine kathodische Elektrode 16 aus elektrisch leitendem Metall, z. B. aus Kupfer, ist oberhalb der zu bearbeitenden Fläche des Werkstücks so gehaltert, daß ein geeigneter Spalt zwischen dem unteren Ende 17 der Elektrode und dem Werkstück 14 beim Bearbeitungsvorgang eingehalten wird. Hierzu wird die Elektrode 16 während des Bearbeitungsvorgangs kontinuierlich zum Werkstück bewegt, da durch die Erosion am Werkstück und der Elektrode der Spalt vergrößert wird. Die Elektrode 16 und das Werkstück 14 sind durch elekirische Leiter 18 bzw. 20 mit der negativen bzw. positiven Klemme einer Gleichstromquelle 22 verbunden, die die elektrische Entladung über den Spalt speist.

Die dielektrische Kühlflüssigkeit wird während der Bearbeitung zweckmäßig dauernd durch den Spalt umgewälzt, um die abgetragenen Metallteile der Elektrode und des Werkstücks zu entfernen. Hierzu ist an den Behälter ein Rohr 24 angeschlossen, durch das die Flüssigkeit von einer Pumpe 26 abgesaugt wird. Die Flüssigkeit wird unter Druck über ein Rohr 28 einem engen Kanal 30 in der Elektrode 16 wieder zugefördert, der im Bereich des Spalts am unteren Ende 17 der Elektrode mündet. Die mitgenommenen, abgetragenen Metallteile werden durch einen üblichen nicht dargestellten Abscheider aus der umlaufenden Kühlflüssigkeit entfernt.

Zur Verwendung als dielektrische Kühlflüssigkeit im Sinne der Erfindung sind Fraktionsdestillationsprodukte des Steinkohlenteers geeignet, die im wesentlichen aus polyzyklischen organischen Verbindungen, wie polyzyklische aromatische Verbindungen, beispielsweise Methylphenantren, Phenantren, Anthrazen, Phenylnaphthalin, Naphthalin, Akridin, Diphenyl, Methylchinolin, bestehen. Vorzugsweise haben diese Verbindungen einen Siedepunkt zwisehen 200 und 450° C. Besonders vorteilhafte Bereiche der Siedepunkte sind zwischen 284,5 und 396° C, 209 und 352° C, 260 und 267° C. Eine dielektrische Kühlflüssigkeit aus einer dieser Verbindungen oder Mischungen dieser Verbindungen muß als Ganzes ein KohlenstoS-Wasserstoff-Atomverhältnis zwischen 0,8 :1 und 1,8 :1 aufweisen.

Zweckmäßig sind die Steinkohlenteerfraktionen bei Raumtemperatur flüssig, um das Umwälzen durch den Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück zu erleichtern. Die Kühlflüssigkeit hat vorteilhaft eine Viskosität zwischen 1 bis 100 Zentistokes bei 21° C, vorzugsweise zwischen 1,5 bis 30 Zentistokes bei 21° C. Zur Verminderung der Viskosität können der dielektrischen Kühlflüssigkeit mit ihr verträgliche Lösungsmittel oder auch kleine Mengen einer oder mehrerer, mit ihr verträgliche organische Substanzen mit gebundenem Sauerstoff, Chlor, Stickstoff und/oder Schwefel zugesetzt werden, wobei das Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis der gesamten Kühlflüssigkeit innerhalb des erwähnten Bereichs liegt.

Da die bevorzugten Steinkohlenteerfraktionen eine verhältnismäßig niedrige Dampfspannung haben, ist der Gasgehalt im Kühlbad gering. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ferner können auch dielektrische Kühlflüssigkeiten benutzt werden, in denen die polyzyklischen organischen Verbindungen mit anderen für solche Verfahren geeigneten dielektrischen Flüssigkeiten, wie z. B. Kerosin, monozyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und aliphatische Kohlenwasserstoffe, gemischt sind, um deren Wirkung zu verbessern, wobei jedoch wiederum das Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis der gesamten Kühlflüssigkeit im erwähnten Bereich liegen muß.

Nachstehend werden spezifische Beispiele von Steinkohlenteerfraktionen angegeben, die im wesentlichen aus polyzyklischen organischen Verbindungen bestehen und die als dielektrische Kühlflüssigkeit verwendet eine beträchtliche Verbesserung der Abtraggeschwindigkeit, der Oberflächengüte und des Abbrandverhältnisses ergeben.

Ein im Handel befindliches, geeignetes Steinkohlenteerderivat A besteht aus einer Mischung verschiedener polyzyklischer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt zwischen 340 und 396° C und hat ein mittleres Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis von 1,35:1. Die wesentlichen Bestandteile sind 9-Methylphenantren, 1-Methylphenantren und 2-Phenylnaphthalin; ferner sind geringe Anteile mehr oder weniger viskoser Komponenten enthalten, wie Phenantren und Anthrazen, die die Viskosität der Flüssigkeit auf 25 Zentistokes bei 21° C herabsetzen. Das spezifische Gewicht beträgt bei 21° C 1,18.

Ein anderes, geeignetes, im Handel befindliches Steinkohlenteerderivat B besteht aus einer Mischung von vorwiegend polyzyklischen Destillationsverbindungen des Steinkohlenrohnaphtha mit einem Siedepunkt zwischen 209 und 352° C und hat ein mittleres Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis von 1,21:1. Eine angenäherte Analyse dieser Mischung B ergibt etwa folgende Gewichtsprozent-Anteile:

Naphthalin 5

Gemischte Xylole 10

Chinolin 2

Methylnaphthalin 25

Methylchinolin 1

3 4

Diphenyl 10 chinolin, 7-Methylchinolin, 6-Methylchinolin und

Naphthole 15 3-Methylchinolin, ferner Spuren von 7,3-Dimethyl-

. chinolin, 5-Methylchinolin und 4-Methylchinolin. Sie

^tlu0T ^1U hat bei 21° C eine Viskosität von 2,84 Zentistokes

Phenantren 10 5 und ein spezifisches Gewicht von 1,04.

Anthrazen 5 Vergleichsversuche mit einer der Zeichnung ent-

Λ. · j· ^ sprechenden Einrichtung zeigten eine Verbesserung

der Abtragegeschwindigkeit und des Abbrandverhält-

Karbazole 2 nisses bei Anwendung von dielektrischen Kühlflüssig-

10 keiten, die im wesentlichen aus polyzyklischen Ver-

Diese Mischung ist bei Raumtemperatur flüssig bindungen mit hohem Kohlenstoff-Wasserstoff-Atom- und hat bei 21° C eine Viskosität von 7,57 und ein verhältnis bestehen, gegenüber den bekannten monospezifisches Gewicht von 1,08. Andere Steinkohlen- zyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Bei teerderivate mit Siedepunkten zwischen 209 und den Versuchen wurde ein Werkstück aus Stahl und 352° C können in Spuren enthalten sein. 15 eine Elektrode aus Kupfer benutzt. Die zugeführte Ein weiteres geeignetes, im Handel befindliches Leistung betrug 4 kW und die Frequenz 3000 Hertz, Steinkohlenteerderivat C besteht aus einer Mischung wobei ein befriedigendes Abtragen und eine gute von vorwiegend polyzyklischen organischen Verbin- Oberflächengüte erzielt wurden. Als Kühlflüssigkeit düngen mit Siedepunkten zwischen 260,5 und 267° C wurden bei den Versuchen die genannten Stein- und hat ein mittleres Kohlenstoff-Wasserstoff-Atom- ao kohlenteerderivate A, B und C, desodoriertes Keroverhältnis von 1,15:1. Die Hauptbestandteile dieser sin und Dodezylbenzol verwendet. Unter gleichen Flüssigkeit sind Dimethylnaphthaline, kleinere An- Versuchsbedingungen wurden folgende Werte festteile sind Diphenyl, 1-Methylchinolin, 2,8-Dimethyl- gestellt:

	A.	Dielektrische	C	Kühlflüssigkeit	desodoriertes Kerosin	Dodezyl benzol
	71	Teerderivat ■ρ	65,52		27,85	34,40
73,		68,80	7,9		3,3	3,9
9	35:1	8,3	1,15		0,32:1	0,60:1
1,	1,21:1	_:1

Abtragung in cm³/Std

Abbrandverhältnis cm³ Abbrand des Werkstücks zu cm³ Abbrand der Elektrode

Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis der Kühlflüssigkeit

Es wurden auch Versuche durchgeführt, die eine Verbesserung nachweisen, wenn übliche bisher verwendete dielektrische Flüssigkeiten, wie z. B. Kerosin, nach dem Vorschlag der Erfindung mit polyzyklischen organischen Verbindungen gemischt verwendet werden. Auch in diesem Fall ergeben sich eine höhere Abtragung des Werkstücks und ein größeres Abbrandverhältnis. Zum Vergleich wurden als Kühlflüssigkeit desodoriertes Kerosin und eine Mischung D aus etwa 70 Gewichtsprozent desodoriertem Kerosin und 30 Gewichtsprozent des genannten Teerderivats B verwendet. Die Versuchsbedingungen waren die gleichen wie bei der ersten Versuchsreihe. Es ergaben sich folgende Werte:

	Dielektrische	Mischung D
	Kühlflüssigkeit	49,14
	desodoriertes Kerosin
Abtragung in cm³/Std. ..	27,85
Abbrandverhältnis
cm³ Abbrand des Werk		4,7
stücks zu cm³ Abbrand
der Elektrode	3,3

An Stelle der erwähnten, aus Steinkohlenteer gewonnenen polyzyklischen organischen Substanzen in der dielektrischen Kühlflüssigkeit können auch polyzyklische organische Verbindungen benutzt werden, die synthetisch oder aus anderen Ausgangsstoffen gewonnen sind, sofern ihr Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis zwischen 0,8 :1 und 1,8 :1 beträgt. Als Beispiel sei eine im Handel befindliche ternäre eutektische Mischung E aus 25 Gewichtsprozent Biphenyl, 55 Gewichtsprozent Orthoterphenyl und 20 Gewichtsprozent Metaterphenyl genannt. Sie hat

einen Schmelzpunkt von 10,5° C, einen Siedepunkt von 298° C und eine Viskosität von 6,5 Zentistokes bei 38° C. Das Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis beträgt 1,26:1.

Weitere geeignete Kühlflüssigkeiten können aus Mischungen polyzyklischer organischer Verbindungen, wie Biphenylen, Terphenylen und polyzyklischen Molekülen hohen Molekulargewichts mit Phenylgruppen und einem Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis zwischen 0,8 :1 und 1,8 :1, bestehen. Die Flüssigkeiten sollten eine genügend geringe Viskosität

Dielektrische
Kühlflüssigkeit

und einen genügend niedrigen Siedepunkt haben, um ihre Verwendung für das Abtragen mittels elektrischer Entladung zu erleichtern. Man hat festgestellt, daß viele der polyzyklischen organischen Verbindungen hohen Molekulargewichts und besonders diejenigen, die Phenylgruppen enthalten, hydriert werden

müssen, um ihren Gefrierpunkt (Kristallisations- Mischung E

punkt) auf weniger als 10° C zu erniedrigen, um ein Mischung F

Verstopfen des Spalts zwischen dem Werkstück und _Λ,. ,

der Elektrode durch Kristalle zu verhindern. Durch io Mischung aus

das Hydrieren wird das gesamte Kohlenstoff-Wasser- ^ω Gewichtsprozent t

stoff-Atomverhältnis verringert, so daß eine Abstim- ^una ±/ ^ewicntspro-

mung der Hydrierung erforderlich ist, um eine aus- zent 1 etrahydro-

reichende Senkung des Gefrierpunktes ohne Verrin- napntnalin

gerung der Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnisse 15 Dodezylbenzol

unter den Mindestwert von 0,8 :1 zu erzielen. Desodoriertes Kerosin

Ein weiteres Beispiel einer vorteilhaften dielektrischen Kühlflüssigkeit ist eine im Handel befindliche Mischung F aus 30 Gewichtsprozent Biphenyl, 50 Gewichtsprozent gemischten Terphenylen 20 Gewichtsprozent Phenylgruppen enthaltenden Verbindungen hohen Molekulargewichts. Die ganze Mischung ist hydriert, um ein Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis von 0,93 :1 und einen Gefrier-Abtragung
cmS/Std.

68,80
47,50

47,86
34,40
27,85

Abbrandverhältnis (cm³ Abbrand des

Werkstücks zu

cm3 Abbrand der

Elektrode)

8,5
5,8

5,7
3,9
3,3

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß das Abtragen mittels elektrischer Entladung wesentlich ver- und ao bessert wird, wenn eine dielektrische Kühlflüssigkeit mit einem Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis zwischen 0,8:1 und 1,8:1 verwendet wird, die im wesentlichen aus polyzyklischen organischen Verbindungen, wie Biphenyl, Terphenyl oder anderen punkt von 4,5° C zu erhalten. Im allgemeinen über- 35 polyzyklischen aromatischen Verbindungen besteht steigt der Gefrierpunkt der dielektrischen Kühlflüssig- oder mindestens eine dieser Verbindungen enthält.

Ferner können, wie im Fall von polyzyklischen Derivaten des Steinkohlenteers, polyzyklische organische Verbindungen, wie Biphenyl, Terphenyl und andere polyzyklische Verbindungen, als Zusatz zu üblichen, mit ihnen verträglichen dielektrischen Flüssigkeiten, wie Dodezylbenzol, verwendet werden, um die Eigenschaften der letzteren bezüglich der Abtragung zu verbessern. Ferner können, wie bereits

durch das spezifische Gewicht auf 1,00 bei 25° C 35 erwähnt, den Flüssigkeiten verträgliche Zusätze als herabgesetzt wird. Die Abtragung und das Abbrand- Viskositätsverbesserer in vielen Fällen zugefügt werden, ohne diese günstigen Eigenschaften bezüglich der Abtragung zu verschlechtern.

keit vorzugsweise nicht 10° C. Diese hydrierte Mischung hat ein spezifisches Gewicht von 1,01 bei 25° C und eine Viskosität von 10,7 Zentistokes bei 38° C.

Wird eine niedrigere Viskosität gewünscht, so kann die der Mischung F auf 6,5 Zentistokes bei 21° C verringert werden, indem 17 Gewichtsprozent flüssiges Tetrahydronaphthalin zugesetzt werden, wo-

verhältnis werden durch diesen Zuschlag nicht wesentlich beeinflußt, da das Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis der Mischung nur auf 0,91:1 verringert wird. In abgewandelter Weise können auch andere sich mit der Flüssigkeit vertragende, die Viskosität verringernde Zusätze gemacht werden.

Nachstehend sind Ergebnisse von Vergleichsversuchen angegeben, wobei als dielektrische Kühlflüssigkeit die Mischungen E und F, eine Mischung aus 83 Gewichtsprozent F und 17 Gewichtsprozent Tetrahydronaphthalin, desodoriertes Kerosin und Dodezylbenzol unter den gleichen Versuchsbedingungen wie bei den bereits erwähnten Versuchen verwendet wurden.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Bearbeitung von metallischen Werkstücken durch Abtragen mittels einer intermittierenden elektrischen Entladung über einen Spalt zwischen einer kathodischen Elektrode und einem anodischen Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt eine Flüssigkeit aufrechterhalten wird, die mindestens eine polyzyklische organische Verbindung enthält und ein Gesamt-Kohlenstoff-Wasserstoff-Atornverhältnis zwischen 0,8 :1 und 1,8 :1 aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen