DE1440263A1

DE1440263A1 - Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen geringen Durchmessers mittels Elektroerosion

Info

Publication number: DE1440263A1
Application number: DE19601440263
Authority: DE
Inventors: Lynn Williams
Original assignee: Anocut Engineering Co
Current assignee: Anocut Engineering Co
Priority date: 1959-11-16
Filing date: 1960-11-15
Publication date: 1972-02-10
Also published as: GB946938A; US3120482A; NL131373C; FR1273632A; NL6709580A; NL257946A

Description

PATENTANWÄLTE

•1440263 Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling

Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. Dipl.-Chem.

8000 MÜNCHEN 2

TAL 33

TELEFON θα 11/22 Si84 TELEGRAMMADRESSE: THOPATENT München 12. Aug.

Patentanmeldung P 14 40 263.2 T 2703

Anocut Engineering Company Winnetka / USA

Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen geringen Durchmessers mittels Elektroerosion

Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 12 37 713.8-34)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen geringen Durchmessers mittels Elektroerosion nach dem Verfahren gemäß Patent ... (Patentanmeldung P 12 37 713.8-34), bei dem in einem, zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks und der Arbeitsfläche einer Elektrode vorhandenen, in einem geschlossenen System liegenden Spalt, in den ein Elektrolyt mit Druck gepumpt wird, ein Stromfeld aufgebaut wird, durch das Material abgetragen wird, während Elektrode und Werkstück gegeneinander vorgeschoben werden.

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Das Hauptpatent hat ein Verfahren zur Metallbearbeitung mittels Elektroerosion zum Gegenstand, bei der. in einem zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks und der Arbeitsfläche der Elektrode vorhandenen, in einem geschlossenen System liegenden' Spalt, in den ein Elektrolyt mit Druck gepumpt wird, ein Stromfeld aufgebaut wird; durch das Material abgetragen wird, während Elektrode -und Werkstück gegeneinander vorgeschoben werden, wobei der Elektrolyt in einen vollständig offenen, abstandshalterfreien Arbeitsspalt mit so hohem Druck eingepumpt wird, daß ein Vorschub der Elektrode bei einer Vorschubgeschwindigkeit ermöglicht wird, bei der der vollständig offene Arbeitsspalt sich selbst einstellt und von selbst aufrechterhalten wird und zwar so, daß eine rein elektrolytische funken- und lichtbogenfreie Abtragung erfolgt, wobei der Arbeitsspalt jedoch so klein ist, daß durch die Abtragung im wesentlichen die Konfiguration der Arbeitsfläche der Elektrode abgebildet wird. Dabei kann zum Bohren von Löchern nach dem Hauptpatent eine an ihrer Außenseite isolierte rohrförmige Elektrode verwendet werden, welche eine durch einen an seiner Außenkante nicht isolierten Flansch am Arbeitsende aufweist. Diese Bohrelektrode ist zum Bohren feiner Löcher nicht geeignet. ·-

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, das Verfahren des Hauptpatents so abzuwandeln, daß es zum

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Bohren sehr feiner Löcher geeignet ist. Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, daß bei sehr feinen Löchern der Spalt zwischen der Isolierabdeckung des Bohrrohres und dem Bohrloch nicht ausreicht, um den Elektrolyt einwandfrei abzuführen. Dies deshalb, da durch die relativ genaue Abbildung der Arbeitsfläche der Elektrode keine wesentliche Erweiterung des Bohrloches über den Durchmesser der Elektrode hinaus erfolg*. Gemäß der Erfindung wird diese notwendige Verbreiterung des Bohrloches dadurch erreicht, daß das die Elektrode bildende Rohr an seinem die Elektrodenfläche bildenden Ende mit gleichbleibendem Außendurchmesser über eine Isolierummantelung um einen Betrag vorsteht, der ausreicht, daß die elektrolytische Erosion zwischen der Außenwandfläche des Rohres und der Bohrlochwand eine Erweiterung des Bohrloches wenigstens auf ein dem Außendurchmesser der Isolierummantelung zuzüglich einem Spalt für den Abfluß des Elektrolyts entsprechendes Maß bewirkt.

Die durch das freie Ende des Elektrodenrohres gebildete seitliche Arbeitsfläche der Elektrode kann in Abhängigkeit von einer Anzahl von Faktoren, insbesondere der Dicke der Isolierabdeckung, der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode im Bohrloch.und dem absoluten Druck des Elektrolyts im

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Werkstückspalt in weiten Grenzen vergrößert werden.

Um in jedem Falle eine zur Bildung eines ausreichenden Spaltes zwischen dem Isoliermantel und der Bohrlochwand erforderliche Erweiterung des Bohrloches zu erreichen, ist vorzugsweise der freiliegende Teil des Elektrodenrohres länger als die ticke der Isolierungsabdeckung. -_"■ .

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer rohrförmigen Elektrode,

Fig. 2 eine Ansicht der Elektrode gemäß Fig. 1 von der■Stirnseite, und

Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Bohren.

Im Werkstück 10 gemäß Fig. 1 wird ein Loch 12 durch * eine Elektrode m ausgebildet. Diese Elektrode besteht aus einem Stück Rohr 16 aus leitendem Metall, dessen eines End« in eine Bohrung eines Formstücke 18 eingelötet ist, das in · dem Elektrodenhalter des Vorschubkopfes einer elektrolytisch«!! Bohrvorrichtung (Fig. 3) befestigt ist. Das Foriastüek 18

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hat eine in Verbindung mit dem Durchgang 22 des Rohres 16 stehende Aussparung 20, so daß der zugeführte Elektrolyt zum ArbedLtsende 2h der Elektrode fließen kann.

Die äußere Seitenwandung des Rohres ist mit einer dünnen, jedoch undurchdringlichen Schicht aus Isoliermaterial über die ganze Arbeitslänge mit Ausnahme eines kurzen ™ Abschnitts 28 der Rohrseitenwandung am Arbeitsende 24 überzogen. / *

Das Isoliermaterial muß gegen den Elektrolyten beständig sein und gut an dem Metallrohr anhaften. Zu diesem Zweck sind z.B. keramische Überzüge und handelsgängige Epoxyharze geeignet. Die Überzugsschichten sind so dünn als möglich und haben jedoch vorzugsweise eine Stärke von 75u bis 175 tu

Bei einer typischen Anwendung der Bohrvorrichtung

wurden Löcher mit einem Durchmesser von 1,25 mm mit einer Elektrode hergestellt, die aus einem Rohrstück mit ein«m Aussendurchmesser von 0,9 mm und einer Wanddicke von etwa 0,25 mm bestand; ea war wie oben ausgeführt, isoliert.

Mit der Bohrvorrichtung kann man leicht gäradö Löcher 30 mit einer Tiefe bis 200'mm herstellen.

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Wie aus. Fig. 1 hervorgeht, wird am Werkstück zuerst ein Loch gebildet j dessen Durchmesser anfänglich wenig grosser als die Elektrodenspitze ist. Wenn die Spitze in dieses Loch 30 weiter eindringt, wirkt die Elektrolyse auch entlang der Seite der Elektrode, so daß das Loch bis etwas über die Unterkante der Isolierung erweitert bzw. am Grund kegelig wird. Auch Löcher bis zu 20.0 mm Tiefe sind daher über ihre Länge nicht merklich gegen den Eingang erweitert.

Insbesondere wenn die Elektroden lang und dünn sind, benutzt man eine Anlage, wie sie die derjenigen in Fig. 3 dargestellt ist.

Hier ist das Werkstück 10 durch eine Klemme 32 an einem Spanntisch 3^ einer Maschine gespannt. Befestigt ist die Elektrode 14 mit ihrem Kopfpaßstück 18 in dem Elektrodenhalter 36 eines Vorschubkopfes 38. Dieser liegt am Ende eines durch Spindeltrieb vorschiebbaren Stößels, der von einem Faltenbalg 40 umschlossen ist.

Mittels nicht gezeigter Durchgänge wird der Elektrolyt unter Durck aus einsm Schlauch 42 sur Aussparung 20 des

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Elakti»ödenkopfes 13 "und von dort zt\f SlekttHxltmspiiao bei 24 d^iich d-3-n tn^ktro-ienciurahgang 22 g

Der negative' Pol der Stromversorgung ist über ein Kabel It an den Antriebskopf 36 und damit an der Elektrode angeschlossen. Die andere Polseite dieses Stromkreises ist geerdet und steht daher mit dem Werkstück 10 in Verbindung.

Da die Elektrode 14 in vielen Fällen sehr empfindlich ist, wird sie bis dicht zur Oberfläche des Werkstücks durch ein Führungsstück 46 in einer Kammer 4 8 geführt. Vorzugsweise ist die Kammer 48 gegen die Vorderfläche des Werkstücks abgeschlossen, so daß. ein Raum 50 um die Elektrode .herum geschaffen wird. Diese Kammer kann durch ein Nadelventil 52 entlüftet werden, welches gleichzeitig den Elektrolytfluß aus der Kammer 50 und demzufolge den Druck im Arbeitsspalt zu regeln; durch einen entsprechend hohen Druck im Arbeitsspalt kann die Bildung von Gas- und Dampfbläschen im Elektrolyten verbunden werden und mit höherer Stromdichte gearbeitet < werden, wodurch das Bohren rascher, wirksamer und mit besserer Oberflächengüte erfolgt.

Wenn der Elektrolyt mit hohem Druck durch die Elektrode gepumpt wird, haben diese die Neigung zum Vibrieren* Der enge Ringspalt um die Isolierschicht wirkt diesem Vibrieren entgegen. Es können an der Isolierschicht Noppen od.dgl. vorgesehen sein, die eich an die Lochwand anlegen und die Elek·· trode unter Beibehaltung des Ringspaltes seitlich führen; Ι» Γ

allgemeinen soll der Ringspalt zwischen der Isolierung und der Lochwand" bei kleinen Löchern im Bereich von 25 μ bis 75 u liegen.

Es wurde festgestellt, daß unter Anwendung eines Druckes im Elektrolyten in der Größenordnung 10,5 bis 12,6 atü und bei einer Spannung von 10· - 11 Volt Stromdichten bis zu

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1000 A/cm erreicht werden, können.

Bei einer Stromdichte von H65 A/cm kann eine Vorschubgeschwindigkeit über 7,5 mm je Minute erreicht werden. Insbesondere beim 3ohren eines Durchgangsloches wird vorzugsweise die Innenwand des Elektrodenrohres isoliert. Diese Isolierschicht kann eine Stärke bis unter 0,25 mn, Vorzugs- weise 75 μ bis 125 μ erhalten. Bei einer begrenzten Dicke des Isoliermaterials muß natürlich sichergestellt werden, daß eine ausreichende Seitenwirkung für die Vergrößerung des Loches um einen Betrag gegeben ist, daß nicht nur das Eintreten des Rohres der Elektrode in das Loch, das ausgebildet wird, ermöglicht, sondern auch eine Fuge der Öffnung geschaf- . ■ fen wird, durch die der Elektrolyt aus dem Werkstückbereich entkommen kann. ^ . ·

Die Länge des nichtisolierten freiliegenden Abschnit· 'i tes an der Arbeitsseite ,der Elektrode wird durch folgende drei ; Faktoren bestimmt: "* -^

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Die Vorschubgeschwindigkeit hat Einfluß auf die i»adiale Abtragung der Wellwand an der Spitze; je langsamer die Vorschubgeschwindigkeit, umso länger ist die Arbeitszeit für die Seitenwirkung und demgemäß kann der freiliegende Teil kürzer sein.

Die Dicke der Isolierung, da, je dicker die isolierschicht ist, umso mehr ist ein Aufweiten des Loches an der Spitze erforderlich, um einen genügenden Ringspalt um den isolierten Teil der Elektrode zu schaffen.

Je größer der absolute Druck in dem Elektrolyten am freiliegenden Teil der Spitze ist, umso kürzer kann der freiliegende Teil sein. Dies hat seinen Grund darin, daß ein höherer Durck im Elektrolyten die Größe der Gasbläschen im Elektrolyten verringert, wodurch seine effektive Dichte und demzufolge sein Wirkungsgrad für die elektrolytische Abtragung erhöht werden. Bedeutend ist hier die Einstellung des Abschirmwiderstandes durch die Ringspalthöhe bzw. mit Hilfe des Nadelventils 52.

Wenn der Elektrolyt unter hohem Druck auch im Ringspalt steht, kann als Grenzfall die nichtisolierte Außenfläche am Arbeitsspalt ggf. entfallen, da durch die Elektrolytwirkung zwischen Stirnfläche der Elektrode und der Lochseitenwand eine ausreichende radiale Abtragung «rfolgt.

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Claims

1U0263 Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen geringen Durchmessers mittels.Elektroerosion - gemäß dem Verfahren nach Patent ... (Patentanmeldung P 12 37 713.8-34), dadurch gekennzeichnet» daß das die Elektrode bildende Rohr (16) an seinem die Elektrodenflache (24) bildenden Ende mit gleichbleibenden Außendurchmesser über eine Isolierunmantelung (26) um einen 3etrag (28) vorsteht, der ausreicht, daß die elektrolytische Erosion zwischen der Außenwandfläche des Rohres (28) und der Bohrlochwand (30) eine Erweiterung des Bohrloches auf ein dem Außendurchmesser der Isolxerummantelung (26) zuzüglich einem Spalt für den Abfluß des Elektrolyts entsprechendes Maß bewirkt.

2. "Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freiliegende Teil (28) des Elektrodenrohres (16) länger als die Dicke der Isolierungsabdeckung (26) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite der Isolxerummantelung (26) Hocker od.dgl. angebracht" sind, die die Elektrode gegen die Lochwand (30) unter Einhaltung des Ringspaltes radial abstützen.

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