DE1440997A1

DE1440997A1 - Elektrodenwerkzeug und Verfahren zu seiner Verwendung

Info

Publication number: DE1440997A1
Application number: DE19631440997
Authority: DE
Inventors: Aikin Harold Max
Original assignee: Ex-Cell-O Corp
Current assignee: Ex-Cell-O Corp
Priority date: 1962-05-07
Filing date: 1963-04-26
Publication date: 1969-08-07
Also published as: US3243365A; DE1440997B2

Description

I INa. M.SC.

HÖGER - EUO^MAIER - STELLRECHT PATENTANWÄLTE

TBUtFONl <Ο7ΤΙ)·41>Β*/Μ FIDKS

STUTTaART-S, UHLANDSTR. ie

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DRESDNER BANK ST«T. POSTSCHECK 9ΤΘΤ. 8·7Ο·

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besieht sich afcf eine elektrolytische

von Werkstücken und im besonderen auf llektrodenwerkzeuge für das feiektrolytiache Bohren von

3He eldktrolytische Bearbeitung von Metall«,

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auch als elektrochemische Bearbeitung bezeichnet,

hat «ehr schnell eine weitgehende Anwendung gefunden, weil en aahwierig ist, ein Werkstück mit den üblichen

!'- fiNBiaftMrttimgsmgthoden herzustellen, besonders dann, wenn

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das Material für die Bearbeitung mit den herkömmlichen Werkzeugen au hart ist, dean das Endprodukt aus β frei von mechanischen und thermischen Spannungen und Deformierungen sein, die hei der Anwendung von üblichen Schneid·* werkzeugen eintreten können. "

Das Bohren von Löchern oder das Einsenken von Höhlungen« wobei die Form der Höhlang einem Rötationsvölumen; ent** spricht» kann durch Übliche Verfahren mit Hilfe eines sich drehenden Werkzeugesj» beispielsweise eines Bohrers oder eines Bohrwerkzeuges _f durchgeführt «erden, bei denen e&tV-weäer einstückig oder eingesetzt, Schneid- oder spawab« hebende Kanten vorgesehen sind. Entsprechende spanabhebende Arbeitsgänge durch elektrolytiache Mittel werden im

- den allgemeinen durch nicht drehbare kathodisch^ zeuge bewirkt, die mit der negativen Klemme einer elektrischen Gleichstromquelle verbunden sind« während das anodische Arbeitsstück mit der positiven Klemme der gleichen Gleichstromquelle verbanden ist« JJas Blektrodenwerkseug · vorderende wird dann dicht an das Werkstück herangebracht und ein Elektrolyt dem Zwischenraum sswischen dem . Werkzeugvorderende und dem Arbeitsstück zugeführt, der ctaftir rasch durch diesen Spalt hindurch zirkulieren kann. Bas Haterial wird vom Werkstück durch elektrolytische Wirkung entfernt, und das Elektrodenwerlrzetig wird dann

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vorgeschoben, um den Abstand zwischen dem Werksöagvorder« ende und de» teil dee Werkstückes einsuhalten, der durch die elektrolytische Wirkung erodiert wird. Fernes· muya für das Werkzeug ein Vorschubmechanismus vorgesehen «ei«, ttia die Mater!alabnahmegesohwindigkeit im. wesentlichen kon stant zu: halten und uia einen bestimmten Swiachonabstand der herzustellen, ao dass die elektrolyt!sehe Erosion unter den günstigsten Bedingungen durchgeführt worden kaiin« Gleichzeitig nuss eine zu grosse VorschubgeschY.rindigköit vermieden werden, um eine unmittelbare Berührung zwischen dem Blektrodenwerkzeugende und dem Werkstück zu verhindern, Aa hierdurch ein schädigender Kursschluss des elektrischen Stromkreiaee und eine nachteilige funkenbildung eintreten könnte· Der Toreohubeeohanismue erfordert umständliche und felnftthllge Sexroayateae mit feinfühligen Rückkopp- *

lungsTorrlohttingen, so dass eich la allgemeinen eine entsprechende koaplisierte Apparatur und eine teuere Einrichtung ergibt, die alt diesem Mechanismus gekoppelt ist« Die der Erfindung sugrunde liegende Hauptaufgabe besteht nun darin, ein elektrolytiachee Metallabnahmewerkzeug für Bohrlöcher joder kreisförmige Auenehmungen eines Werfcatüokee au schaffen, ohne dass dieser koaplizierte und teuere ^: Yorschabaeohani fwma sum Vorschub des Werkzeuges erforderlich ist und no$el gleichzeitig ein konstanter Zwischenab- i

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stand zwischen dem Werkzeugvorderende und der Oberfläche des Werkstückes während des Erosionöverfahrens aufrechterhalten wird»

Gremäss der Erfindung ist ferner ein Werkzeug zur elefctro-Iytischen Metallabnahme vorgesehen, das eingebaute Isolier- und lagerteile zum Aufrechterhalten des entsprechenden Abstandes zwischen dem Werkzeugvorderende und der Werkstückoberfläche aufweist.

Elektrodenw_t>rkzeüg geraäes der Erfindung ist im übrigen sehr einfach in seiner Konstruktion und billig in der Herstellung·

Ferner ist es möglich, das erfindungsgemäese Elektrodenwerkzeug an einer einfachen und ohne weiteres verfügbaren Haschine, wie beispielsweise einer üblichen Drehbank oder einer Bohrmaschine, anzubringen.

Das erfindungsgeraässe Elektrodenwerkzeug ist ferner zweckraässig so ausgebildet, dass es durch unmittelbare Berührung mit dem Werkstück nicht besah«ädigt werden kann* Ferner ist es nur einer geringen Abnützung unterwerfen und kann bei starker Abnützung o&ne weiteres wieder in-.standgesetzt werden«

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In der Zeichnung sind AuefUhrungabeispiele der Erfindung dargestellt, es zeigen:

Fig.l eine Teilseitenansicht einer bevorzugten Auaführungsform des Blektrodenwerkaeuges geraäsa der Erfindung,

Fig.2 eine Stirnansicht des Werkzeuges gemäsa Fig.l und ZViQT nach Linie 2-2 der Pig.l,

Fig.3 einen Teillängsschnitt durch das Werkzeug gemäsa Fig.l naoh Linie 5-3 der Pig.2^

Fig.4 eine Seitenansioht siner weiteren Ausführungo- form der Erfindung zur Darstellung, wie nichtzylindrische löcher hergestellt werden können.

Fig.5 einen Querschnitt nach Linie 5~5 der I»ig,4₉

Fig.6 eine Variante der Werkzeugstirnfläche gemäsa Fig.l - 5,

Fig.7 einen Teillängsschnitt nach Linie 7- 7 der Fig.6₉

Fig.8 eine weitere Variante der Werkzeugstirnflache gemäss der Erfindung,

Fig.9 eine weitere Variante der Werkzeugstirnfläche, Fig.IO eine weitere Variante der Werkzeugstirnflache«

In dem Ausführungs"beispiel nach den Fig. 1-3 weist daa mit T bezeichnete Elektrodenwerkzeug gemäßs der Erfindung eine rohrförmige, zylindrische Mtetallelektrode 10 auf,

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die vorzugsweise an ihrer Aussenflache durch eine aus Isoliermaterial hergestellte Hülse 12 oder eine entsprechende Isolierschicht abgedeckt ist« Axial kann im Innern der rohrförmigen Metallelektrode 10 ein hohle» Metalleinsatz·» stück 14 angeordnet sein, das aus rostfreiem 3tahl oder einem anderen Material besteht, das einen hohen Korrosionsvvideratand gegenüber den betreffenden, in dem olektro«= lytisehen Verfahren verwendeten Elektrolyten aufweist, obgleich ein derartiges hohles Einsatzstück im allgemeinen nicht unbedingt notwendig ist,,

Die Isolierhülse 12 erstreckt sich nicht ganz Ma sum Ende der rohrförmigen Metallelektrode 10, die durch ein Isolierstück 16 abgedeckt i3t_? die ihrerseits einen Ausschnitt 18 aufweist, so dass Sogmente der Metallelektrode 10 freiliegen. Ein Teil des aktiven Vorderendeo 24 der rohrförmigen Metallelektrode ist, wie besonders in den Fig.2 und 3 dargestellt, durch integrale Jlanachteile 20 und 22 dea Isolierstückes 16 abgedeckt* Die Stärke der Flanschteile 20 und 22 ist derart, dass das aktive Vorderende 24 des Elektrodenwerkzeuges 5? einen vorbestimmten Abstand von der Oberfläche des Werkstückes.W hat₀ Damit wird automatisch ein entsprechender Abstand oder Spalt zwischen dem Werkzeugvorderende und dem Werkstück für die richtige ©lektrolytische Wirkung im Hinblick auf

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die Elektrolytlösung aufrechterhalten, die unter Druck durch den hohlen Kern des Elektrodenwerkzeuges hindurchfliesat and an dem Zwischenspalt oder der Zwisehenfläche zwischen dem Werkzeugvorderende und dem Werkstück umläuft·

TM nun eine gleiohmässige elektrolytische Abnahme des ■ateriale vom Werkstück zu erreichen, wird das Elektrodenwerkeeug, das in dem Futter einer Maschine, bolüpielaweise ei&er Bohrmaschine, gehalten sein kann, vorzugnv/eise mit niedriger Geschwindigkeit von der Grössenordnung von XO ** §0 Umdrehungen/Minute gedreht. Auf das Elektroden·» werkeeag wird ein leichter Druck ausgeübt, um die isolieren« den yiansohteile 20 und 22 in Beührung mit der Werkstück- _; oberfläche zu halten. Die Oberfläche des Werkstückes W gegenüber dem aktiven Vorderende 24- des Elektrodenwerk-Beuge s wird durch elektrolytische Wirkung erodiert, so dass eine der (trosse und der Form des Elektrodenwerkzeugee entsprechende Höhlung progressiv in dem Werkstück einge· formt wird (Fig.3). Die Wand 26 der Höhlung wird durch die elektrolytisch^ Sroaionswirkung, die zwischen den aktiven Ausschnitten des Elektrodenwerkzeugs stattfindet, auf einen vorbestimmten richtigen Durchmesser gebracht. Diese Ausschnitte 18 des Isolierstückes 16 sind unbedeckt gebli«>»«n und der Abstand zwischen dem Elektrodenwerkzeug

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und clsm Werkstück, ist mit der elektrolytisch ßia Lösung ausgefüllt, rile aus dem hohlen Kern ßss. Werkzeuges ausströmt. Durch entsprechende Bemeösung der Flächen der Ausseimitte d es Eloktrodenwerkzeuges und duroh die richtige Al>glei~ ohung zwischen der Stromdichte xxnä der Stärke dea Materials des Isolierstückes 16 kann eine ß^wisoo Hohe eines relatives Spi&es oder eines relativen fr exe?) Raumes steuerte sr sut" sehen der G-rösse dea Werkzeug«??, und de.·? Grosse oar Eofiliirig deß Werkstückes aufrechterhalten «erden* Sa ist offensichtlich, dass gegebenenfalls das Isolie&'stüek 16 auch ebne die Ausschnitte gemacht werden kann_t tun so die aktive Arbeitsfläche des Blektrodenwerkzeuges e,nf die Vorderenöeü, 24 zu. beschränken ο

Das I8olieratück 16 kann auch in der Weirje ausgebildet sein, dass ee ersetzt werden kann„' wenn die Planachteile 20 und 22 über ihre Brauchbarkeit zum Aufrechterhalten , des richtigen Spaltabstandes abgenützt sind. ße.ge benen-= falls kann auch das Werkzeug durch Schleifen ode?/ fen des Materials am aktiven Vorderende 24 um einen solchen Betrag erneuert werden, der zur Wü.ederlicirßt des richtigen Abstandes erforderlich ißt- Das Jßloktrofeilwerkzeug kann auch durch eine kurzzeitige Umkenx-irup, de;. Stromes zwischen dsm "Werkzeug nnä des V-'o^rstüc-ic 'v'.:?er _:;-„

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Ordnung gebracht werden, und zwar besonders bei solchen Anwendungen, bei denen freiliegende Teile des Werkzeuges an dor Vordorstirnflache begrenzt sind«

Die Erfindung kann ohne weiteres auch auf ein Si werkzeug angewandt werden, daa zum Herateilen von Höhlimgen dient, die eine andere als eine kreiszylimUrLsohs Form aufweisen. Bin derartiges! Werkzeug lot beispielsweise in den Fig.4 und 5 dargestellt, wo das Werkzeug iüit einem Durchmesser versehen ist» der von «einem ¥ordex'or*de bis zu seinem hinteren" Ende TiO entsprechend tier ϊόιώ der herzustellenden Höhlung zunimmt. Die laolierhülse 12 hat an ihren Seitenoberflächen eine Vielzahl von Ausschnitten, wie bei 32 angedeutet, so daas sich ungeschützte Segmente, wie beispielsweise bei 34, des Kathodenwerkzeugeo ergaben, die im wesentlichen dort beginnen, wo der Durchmesser des Werkzeuges sich zu vergrössern beginnt. Biese freigelegten Segmente gestatten nun eine Erosion duroh das Werkzeug und eine Vergrösserung der Höhlung im Werkstück ent~ sprechend der erforderlichen Kontur»

Die aktiven Vorderenden der Elektrodenwerkzeuge gemäsa der Erfindung können gegebenenfalls mit zylindrischen, isolieren den Lagerabstandsetücken 40 (Fig. 6-7) versehen werden,

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die in entsprechende Längsbohrungen $Z der aktiven Vbrderenclen de a rohrförmigen Werkzeuges eingesetzt sind*. Wie in Fig. 8 dargestellt₉ können κώθχ oder drei solcher Einaatze oder natürlich auch irgendeine "beliebige Zahl vos Einsätzen verwendet werden, SBgefcsnenifalls kann'tias aktive Vorderende des rohrförmigen iSlektrodeuwerkzeugss mit isolierenden Lagerabstanäsütüökfm irgend einer gewünschten j?orm, wie beispielsweise nis A 43 gennäas i?ig,9 oder 44 gem äs 3 Mg, 3.0 ve die in ent spree he nde Ifäiigs schlitze fies -.iktive« V7e:clcaeugvorderewdes eingesetzt oäer sonstwie mil; äieosn Terbundea aind₀

Die Aussenf lache der Elektrodenwerkseuge nach den 3?ig. 6 » 10 können gegebenfalls mit einem isoliermaterial abgedeckt sein, wie diea in Bezug auf das Werkzeug tiaoh dan Jig, 1-5 beschrieben isjt, und die Innenfläche kann ir. ähnlicher Weise mit einem Überzug versehen aein_? wobei in diesem Fall ein fester Materialkern aus dem Werkstück herausgearbeitet wird«

Bas Elektrodenwerkzeug an sich ist im allgemeinen aus Metall, wie beispielsweise Bronze, Kupfer, Stahl; rostfreiem' Stahl usw.j oder auch in einigen Anwendungsformen aus Kohlenstoff hergestellt. Die xsolierhülse und die isolieren-

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den lagerabstandsstücke sind -rorteilhafterweise aus Materialien, wie beispielsweise Tetrafluorethylen, Bpoxyhai^eu, Phenolharzen usw., hergestellt. Die Isolierhülse lcarm auoh aus einem keramischen odor glasartigen Emaille ■bestehen. Die Stärke der isolierenden Lagereineätse oder der Abstand, um den das aktive Vorderende des Eleictrcdemverkzeuge von der Stirnfläche der Einsätze abgesetzt 1st, kann beispielsweise zwischen 0_r0004 Soll und O₂020 ZnXl liegen und ist vorzugsweise zwischen 0₉0004 Zoll m?.d 0,005 Zoll

fur Vereinfachung der vorgenannten Beschreibung wurde angenommen, dass das Elektrodenwerkseug relativ zum Werkstück rotiert wird. Es ist offensichtlich, da3s die gleichen Ergebniese auch erzielt werden können^ wenn das Werkzeug stationär und das Werkstück drehbar hierzu ist, oder es "

können auch sowohl dem Werkzeug wie dem Werkstück Drehbewegungen in entgegengesetzten Richtungen oder mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten erteilt werden* Der Ausdruck drehbar oder drehend in Bezug auf das Elektroden·* werkzeug, soweit er hier in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet ist, muss daher so ausgelegt werden* dass er ala rein beschreibend und nicht etwa als beschränkend betrachtet wird? ^

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Patentansprüche :

1· Elektrodenwerkzeug mit einer an eine Stromquelle anschlieesbaren Elektrode, die über einen dazwischen angeordneten Elektrolyden auf ein Werkstück einwirkt, dadurch gekennzeichnet , daee auf der Oberfläche der Elektrode mindestens ein Isolierelement angeordnet ist, das einen Veil der Oberfläche abdeckt und über die Oberfläche um einen bestimmten Abstand übersteht.

2· Elektrodenwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Seil der Elektrode, insbesondere das Vorderende, teilweise durch einen Xsolierüberzug von vorzugsweise gleichmäeaiger Stärke abgedeckt ist.

3· Slektrodenwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung zum !Peil die Stirnfläche abdeckt.

4· Elektrodenwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dase die Isolierung zum Seil die Umfangefläche des Vorderendes abdeckt«

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5· Elektrodenwerkzeug nach einea der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet- dass ein Teil der Isolierung als Aufeteoksttick auegebildet ist·

6· Elektrodenwerkzeug nach einem da? vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Burcbinaseer des Rohren ^ entsprechend der su bildenden Höhluag sich, vergrössert, wobei Seile an der Ausaenfläche der Elektrode, insbesondere auf dem la Durchmesser zunehmenden Teil frolliegen·

7· ELektrodenwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein, gegebenenfalls mehrere Isolierelemente in entsprechenden öffnungen des aktiven Elektrodenteiles angeordnet sind·

8· ELektrodenwerkseug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aindestens eine Isolierelentent an der Stirnfläche der Elektrode angeordnet ist.

9· ELektrodemrerkseug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , dass an der Stirnfläche nehrere Isolierstüoke, vorzugsweise in gleichem Winkelabstand, angeordnet sind.

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Elektrodenwerksaug nach einera der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode als Hohlzylinder ausgebildet ist, dessen einem Ende ein Elektrolyt aufUhrbar ist, während aus dem anderen Ende der Elektrolyt auofliesasn kann.

U. Slektrodenwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekenaseichnet, dass die rohrförmig« Elektrode eine zylindrieohe Form ausweistο

12· Elektrodenwerkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche der Elektrode mit Isoliermaterial abgedeckt ist.

Elektrodenwerkseug nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch

in

gekennzeichnet, dass/die rohrfo'rmige Elektrode ein Einsatzrohr aus Isoliermaterial oder Metall eingesteckt ist.

14« Elektrodenwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, dass eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, um das Elektrodenwerkzeug und/oder das Werkstück su drehen und ferner das Elektrodenwerkzeug in Berührung alt dem Werkstück su halten. _{g/D 0RIGSNAL}

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Verfahren bub Erodieren von Metall an einem Werkatück mit Hilfe eines Elektrodenwerkeeuges gemäßθ einem dor vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass . den Werkzeug ein Elektrolyt zugeführt wird, der den Raum «wischen den Werkzeug und dem Werkstück ausfüllt und durch den Baum hindurchströmt, und dass unter relativer Drehung von Werkzeug und Werkstück eine Oberfläche der

Isolierung in der Iahe der aktiven Elektrodenfl&che Kit der

den su erodiere» Werkstttokfläche in Berührung gebracht wird.

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