DE1465029A1 - Vorrichtung zur Steuerung der Elektrolytstroemung bei elektrochemischer Materialbearbeitung - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Steuerung der Elektrolytströmung bei elektrochemischer Materialbearbeitung.

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Die Erfindung befasst sich mit elektrochemische Materialbearbeitung und insbesondere mit der Lenkung der dabei erforderlichen Elektrolytströmung.

Bei der manchmal als elektrochemische Materialbearbeitung bezeichneten elektrochemischen Materialabtragung wird ein geeignet geformtes Werkzeug in geringem Abstand von einem Werkstück angeordnet. Das Werkzeug wird als Kathode und das Werkstück als Anode geschaltet und zwischen den beiden wird ein Elektrolyt hindurchgeführt. Durch den zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug fliessenden Strom wird an der Anode Material abgetragen. Dieses Materialbearbeitungsverfahren und

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dafür geeignete Maschinen sind "bekannt und wurden bereits eingehend in der Literatur beschrieben.

Die Bearbeitungsdauer und die entgültige Form des als Anode geschalteten Werkstückes hängt teilweise von der Nähe und Form der Kathode und von der Geschwindigkeit ab, mit welcher Anode und Kathode aufeinander zu bewegt werden. Im Laufe der elektrochemischen Materialabtragung muss darauf geachtet werden, dass zwischen der Kathode und der Anode keine elektrische Entladung oder Bogenbildung auftritt. Bei Bogenbildung oder Kurzschluss entfällt die elektrochemische Materialabtragung nicht nur an dem Punkt, an dem Kurzschluss auftritt, sondern am gesamten Werkstück, Durch geeignete S-icherheitsmassnahmen kann der Strom abgeschaltet werden, V:-.-or irgendwelche Schäden entstehen. Ohne Sicherheitsvorkehrungen könnten ernsthafte Schädigungen eintreten.

Der Verlauf und die Geschwindigkeit der elektrochemischen Materialabtragung hängt zum Teil von der Elektrolyströmung oder dem Elektrolytfluss zwischen den beiden Elektroden ab. Falls die Stirnfläche des als Kathode geschalteten Werkzeuges irregulär in Bezug auf die gegenüberliegende Stirnfläche des ale Anode geschalteten Werkstückes geformt ist, bei dem es eich beispielsweise um einen Vierkantstab handeln kann, kommt wenigstens ein Teil des Werkzeuges näher an die Oberfläche dee Werkstückes heran als die anderen Teile des Werkzeuges,

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wenn Werkzeug und Werkstück aufeinander zu bewegt werden, um die elektrochemische Materialabtragung in Gang zu setzen· Der zwischen Werkzeug und Werkstück strömende Elektrolyt sucht jedoch den Weg des geringsten Widerstandes, d.h. den grossten Spalt oder Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück· Unglücklicherweise ist dies jedoch das Gebiet, in dem zunächst die elektrochemische Wirkung am geringsten ist, da ja auch der Abstand noch am grossten ist· In den engeren Durchgängen zwischen Werkzeug und Werkstück kommt daher der Elektrolyt zur Ruhe und der Reaktionsproduktschlamm kann sieh daher in dsn engeren Durchgangen zwischen Werkzeug und Werkdtüok ansammeln· An diesen verstopften und daher sehr gut leitenden Gebieten können denn zwischen Werkzeug und Werkstück Lichtbogen oder Kurzschlüsse auftreten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die erforderliche Elektrolytfördermenge und daher die Pumpkosten durch wirksamere Verteilung des zur Verfügung stehenden Elektrolytströme zu senken, und zwar duroh Schaffung einer Vorrichtung, ■it deren Hilfe di« Elektrolytaueetrttmöffnung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück am Anfang der Bearbeitung kontinuierlich derart eingestellt werden kann, dass tin« auereichend· Strömung wahrend der tltktrolytisohen Materialabtragung vorhanden ist» Si soll auch ein ferfahren zur Steuerung und Lenkung des Elektrolyt« troaes zwischen einer Kathode und einer Anode während elektrochemischer Materialabtragung geschaffen werden, durch welches gewährleistet wird, dass kein Stilletand

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des Elektrolyten und keine Kurzschlüsse zwischen den beiden Elektroden auftreten.

In den Zeichnungen zeigern

Pig. 1 eine teilweise schematische Ansicht der auseinandergezogenen Bauteile einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht der Ausgangsseite eines Werkzeuges und eines Stauorgans,

Pig* 3 eine isometrische Ansicht der Ausgangeseite der Vorrichtung bei Beginn des BearbeitungsVorganges,

Pig. 4 eine Ansicht der Ausgangsseite der Vorrichtung zu einem späteren Zeitpunkt,

Fig. 5 eine isometrisch· Ansicht eines mit Hilfe der Erfindung herstellbaren Gegenstandes,

Fig. 6 eine isometrische A_nsicht eines Werkzeuges und eines teilweise bearbeiteten Gegenstandes, dessen Herstellungsweise in den Pig. 7, 8 und 9 näher erläutert ist,

Fig. 7» 8 und 9 teilweise echematische Ansichten der Ausgangsseite einer Ausführungsform der Erfindung im Laufe einea Bearbeitungsvorganges.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Elektrolytatrömung, die in Verbindung mit einem als Kathode geschalteten Werkzeug am Elektrolyt-austritt zwischen dem Werkzeug und einem als Anode geschalteten Werkstück während

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elektrochemischer Materialbearbeitung vorgesehen ist, um den Elektrolytfluas zwischen Werkzeug und Werkstück wahlweise zu steuern, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Stauorgan vorgesehen ist, das einen mit der Form des Werkzeuges in Beziehung stehenden Profilkantenteil besitzt, und in der Nähe des Stauorganes eine Blende vorhanden ist, deren Kantenteil mit dem Profilkantenteil des Stauorganes während der Relativbewegung zwischen diesen beiden Teilen zusammenwirkt, um den Elektrolyfluss zwischen Werkzeug und Werkstück zu steuern, Das Stauorgan kann zusammen mit dem Werkzeug bewegbar sein und die Blende kann mit einem mit der Form des Werkzeuges in Beziehung stehenden Kantenteil versehen sein, der eine Elektrolytströmung unterbindet.

Wach dem Verfahren der Erfindung zur Steuerung der Strömung und der Ausnutzung des Elektrolyten wird zunächst die primäre Elektrolybtrömung zum engsten Zwischenraum zwischen dem als Kathode geschalteten Werkzeug und dem als Anode geschalteten Werkstück geleitet und anschliessend nach und nach in andere Zwischenräume in der Reihenfolge, in der die Breite dieser Zwischenräume zu Beginn der elektrochemischen Bearbeitung zunahm.

Fig. 1 zeigt ein metallisches Werkstück 10 und ein Werkzeug 12. Das Werkzeug 12 ist derart ausgebildet, dass durch elektrochemische Metallabtragung das Werkstück 10 in die gestrichelt

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eingezeichnete Form gebracht werden kann. Das Werkzeug hat in den meisten Fällen die gleiche Form wie das gewünschte Werkstück, ist Jedoch etwas grosser dimensioniert, damit zwischen Werkzeug und Werkstück bei der elektrochemischen Metallabtragung der gewünschte Zwischenraum vorhanden ist.

Beim BearbeitungsVorgang wird das Werkstück 10 als Anode und das Werkzeug 12 als Kathode geschaltet und zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück wird ein Elektrolyt hindurchgeführt, wie dies durch den Strömungspfeil 16 dargestellt ist. Wenn das Werkzeug und das Werkstück aufeinander zu bewegt werden, was beispielsweise durch Bewegen des Werkzeuges 12 entlang der in der Zeichnung durch den Pfeil 14 dargestellten Linie geschehen kann, erfolgt die elektrochemische Materialabtragung ^e nach dem Abstand zwischen dem Werkstück und der verschiedenen Werkzeugbearbeitungsflächen 12a, 12b und 12c des Werkzeuges 12 mehr oder weniger stark. Falls ein Teil des Werkzeuges dem Werkstück zu nahe kommt, wird das zwischen Werkzeug und Werkstück herrschende elektrische Potential örtlich unmittelbar kurz geschlossen, so dass der Stromtransport nicht mehr in Form von durch den Elektrolyten wandernden Ionen erfolgt und daher die elektrochemische Materialabtragung aufhört.

Wird bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Spalt oder Zwischenraum zwischen dem Werkzeug 12 und dem Werkstück 10 zu Beginn des Abtragungsvorganges verringert, dann liegt

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die Fläche 12a dee Werkzeuges dem Werkstück am nächsten, während die Flächen 12b und 12c in zunehmend grösseren Abständen vom Werkstück 10 entfernt liegen. Wenn sich also die Werkzeugfläche 12a dem Werkstück 10 nähert, trifft der in Richtung des Pfeiles 16 zwischen Werkstück und Werkzeug fliessende Elektrolyt in diesem Gebiet einen grösseren Strömungswiderstand an, als im Gebiet zwischen der Fläche 12b und dem Werkstück und der Fläche 12c und dem Werkstück. Da sich die Elektrolytströmung den Weg des geringsten Widerstandes sucht, wird der Elektrolyt vom Zwischenraum zwischen der Oberfläche 12a und dem Werkstück 10 abgelenkt. Auf diese Weise kann zwischen der Fläche 12a des Werkzeuges und dem Werkstück 10 der Elektrolytfluss zur Ruhe kommen und schliesslich dadurch ein Kurzschluss entstehen. Da sich weiterhin in-folge der elektrochemischen Materialabtragung eine Schlammechieht auf den Bearbeitungsflächen absetzen kann, erhöht sich der Strömungswiderstand und die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen der Werkzeugoberfläche 12a und dem Werkstück weiter.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 durch das Stauorgan 18 und das Blendenorgan 20 dargestellt. In Fig-. haben diese Organe voneinander und von der Werkzeug-Werkstuek-Kombination aus Gründen der Übersichtlichkeit einen ziemlich grossen Abstand. In Wirklichkeit sind diese Organe und das Werkzeug und Werkttück sehr nahe nebeneinander angeordnet, um den Elektrolytfluss in der unten beschriebenen Weise zu lenken.

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Das Stauorgan kann am Werkzeug 12 befestigt und dann zusammen mit diesem in Richtung des Pfeiles H bewegt werden. Das Blendenorgan 20 ist in der in Pig. 1 gezeigten Ausführungsform feststehend angeordnet und liegt möglichst nahe am Stauorgan 18, ohne jedoch dessen Bewegung zu beeinflussen. Das Blendenorgan 20 kann jedoch auch in einer im wesentlichen parallel zum Stauorgan 18 liegenden Ebene beweglich sein, damit der Durchgang zwischen Stauorgan und Blendenorgan in Bezug auf ein Werkzeug und Werkstück geöffnet oder geschlossen werden kann.

Das Stauorgan 18 besitzt einen Profilkantenteil 22, dessen Form mit der Gestalt des Austrittsprofils des Werkzeuges in Beziehung steht, das durch die Punkte festgelegt ist, an denen der Elektrolyt zwischen dem Werkzeug 12 und dem Werkstück 10 austritt. Dieses Profil wird als Werkzeugaustrittsprofilteil bezeichnet.

Während des BearbeitungsVorganges ist das Blendenorgan 18 an der Seite des Werkzeuges 12 befestigt, an der der Elektrolyt zwischen Werkzeug und Werkstück ausströmt. Daa Blendenorgan 18 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Material oder ist in Bezug auf das Werkzeug oder das Werkstück elektrisch isoliert. Das Stauorgan 18 ist gegenüber dem Werkzeug 12 derart ausgerichtet, dass der in Pig. 2 dargestellte Austrittsspalt 24 entateht, durch den der Elektrolyt während des elektrochemischen Abtragungevorganges hindurchströmt. Das Blendenorgan 20

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ist auf der vom Werkzeug 12 abliegenden Seite des Stauorgans 18 angeordnet. Wird die aus Werkzeug 12 und Blendenorgan 18 bestehende Korabination in der in Fig. 3 durch den Pfeil 14 dargestellten .Richtung in Bezug auf das Blendenorgan 20 bewegt, dann wird zu Beginn des elektrochemischen Materialabtrajungsvorgangea ein Spalt 24a geöffnet. Die Lage des Werkstückes 10 in Bezug auf das Stauorgan 18 und das Blendenorgan 20 ist in Pig· 3 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der zwischen dem Werkzeug 12 und dem Werkstück 10 vorhandene Elektrolyt nur durch den Spaltteil 24a ausströmen kann. Der Elektrolyt wird also zu diesem Zeitpunkt auf das zwischen dem Werkstück und der Werkzeugfläche 12a liegende Gebiet hingeleitot, wodurch eine Kurzschlussbildung wirksam verhindert wird, da der Elektrolyt in diesem kritischen Gebiet nicht zur Ruhe kommen kann.

Wird nun fortlaufend Material vom Werkstück entfernt, dann entsteht ein vom Werkzeugvorschub und von der angewendeten Stromstärke abhängiger eigener Spalt und das Blendenorgan 20 kann daher offen bleiben, falls keine Verringerung des Elektrolytflussea erwünscht 1st, wie dies später anhand der Fig. 7-9 erläutert wird. Wie Fig. 4 zeigt, wird zu einem späteren Zeitpunkt der Bewegung des Werkzeuges 12 und des Sfcauorganes 18 in Richtung des Pfeils 14 ein weiterer Strömungsweg 24b und ein Teil des Strömungsweges 24d geöffnet, so dass nun Elektrolyt durch die Zwischenräume 24a, 24b und einen Teil des Zwischenraumes 24d strömen kann. Bei der in Fig. 4

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dargestellten Stellung wird hauptsächlich von den gegenüber den Werkzeugflächen Ha₁ Hb und Hd liegenden Werk-8tuekflachen Material abgetragen, während die Werkzeugfläche 12c noch zu weit vom Werkstück entfernt i3t, als dass eine wirkungsvolle Materialabtragung erfolgen könnte. Der Elektrolyt wird daher erfindungsgemäss von der Fläche 12c weggeleitet.

Werden jedoch nun das Werkzeug 12 und daa Stauorgan 18 in !Richtung des Pfeiles H weiter bewegt und kommt die Werkzeugfläche 12c dem Werkstück 10 näher, dann wird schliesslich der Spalt 24c geöffnet, so dass nun Elektrolyt durch alle Spalten zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück gleichmässig echlieesen kann. Zu diesem Zeitpunkt ist die elektrochemische Beziehung zwischen allen Werkzeugflächen und dem Werkstück gleich. Im weiteren Verlauf der Materialabtragung erfolgt nun die Steuerung der Elektrolytströmung über die Bearbeitungsflächen durch Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück,

In manchen Fällen kann es erwünscht sein, die Elektrolytetrömung in Spalten oder Zwischenräumen zwiachen dem Werkzeug und dem Werkstück abzuschwächen oder ganz zu unterbinden, die sich aufgrund der elektrolytischen Materialabtragung gebildet haben. Beispielsweise kann zur Herstellung der in ?ig. 5 gezeigten Turbinenlaufschaufel, die ein Flügelprofil 25t eine Kante 27» einen Schaft 29 und eine Schwalbenschwanzführung 31 besitzt, ein ähnlich ausgebildetes Werkzeug ver-

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wendet werden, das in flg. 6 zusammen Mit dem teilweise bearbeiteten Werkstück 33 gezeigt ist. Dabei wird auoh das in den Hg, 7-9 gezeigte Stauorgan 28 und das Blendenorgan 30 verwendet. Ib Laufe des in den flg. 7, 8 und 9 dargestellten Bearbeitungsvorgangeβ werden das Stauorgan 28 und das dazugehörige Werkzeug 26 in Richtung des Pfeiles 32 bewegt, wodurch nacheinander Zwischenräume 34a, 34b und 34ο für die Elektrolytströmung geöffnet werden, falls nun während des folgenden Seils des Bearbeitungsvorgänge3 eine Elektrolytatrömung durch den Zwischenraum 34a unterbunden werden soll, kann das Blendenorgan 30 mit einem in geeigneter Weise geformten Ansatz 30a versehen werden, der fest oder geschlitzt ausgebildet oder mit Löchern 36 versehen sein kann, damit in diesem Punkt die Elektrolytströmung gerade so weit unterbunden wird, dass nooh kein Kurzschluss auftreten kann.

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Claims (4)

Patentanmeldung; Vorrichtung zur Steuerung der Elektrolytströmung bei elektrochemischer Materialbearbei· tung. Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Steuerung der Elektrolytströmung, die mit einem als Kathode geschalteten Werkzeug am Elektrolytaustritt zwischen dem Werkzeug und einem als Anode geschalteten Werkstück während elektrochemischer Materialbearbeitung verwendet wird, um die Elektrolytströmung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück selektiv zu steuern, gekennzeichnet durch ein Stauorgan (18) mit einem mit der Form des Werkzeuges (10) in Beziehung stehenden Profilkantenteil (22) und einem Blendenorgan (20), das in der Nähe des Stauorganes (18) angeordnet ist und einen Kantenttil besitzt, der in Zusammenarbeit mit dem Profilkantenteil(22) des Stauorgans (18) während der Relativ-

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bewegung dieser beiden Teile die Elektrolytströmung zwischen dem Werkzeug (12) und dem Werkstück (10) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauorgan (18) zusammen mit dem Werkzeug (12) verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenorgan(20) mit einem Kantenteil (34) versehen ist, dessen Gestalt mit der Form des Werkzeuges (10) derart in Beziehung steht, dass die Elektrolytströmung durch den Auslass unterbunden wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenteil (34) mit Löchern (36) versehen ist.

5» Verfahren zur Steuerung der Elektrolytströmung zwischen einem als Kathode geschalteten Werkzeug und einem als Anode geschalteten Werkstück bei einem elektrochemischen Bearbeitungsverfahren, bei welchem das Werkzeug und das Werkstück sich einander nähern und dabei zwischen Werkzeug und Werkstück irregulär geformte Zwischenräume entstehen, durch welche der Elektrolyt während der elektrochemischen Bearbeitung hindurchttrömt, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die Elektrolytströmung in den Zwischenraum zwischen Werkzeug und Werkstück gelenkt wird, in dem der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück am kleinsten ist, und anschliessend im weiteren Verlauf des elektrochemischen Bearbeitung·Verfahrens die Elektrolyt trömung nacheinander zu den irregulär geformten Zwischen-

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räumen in der Reihenfolge geleitet wird, in weHier die Breite der Zwischenräume zu Beginn der elektrochemischen

Bearbeitung zunahm.

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