Verfahxen zum Warmzerspanen mit Hilfe einee düsenlosen Plasmabrenners
Um auf nori--ialen Drehmaschinen auch gehärtete oder vergütete Werkstoffe ohne vorheriges
Weichglühen zerspanen zu können, ist es bekanntl Plasmabrenner zum Vorerhitzen des
Drehteils zu benutzen. Als weitere Warmzerspanungsmethode wurde eine Kombination
des Metallabspritzens mit einem :Plasmafeinstrahlbrenner und nachfolgendem Fortigbearbeiten
durch Drehen im er-hitzten Zustand erprobt. Der Düsendurchmesser des Feinstrahlbrenners
lag bei 093 bis 1 mn. Infolge der geringen Tiefenwirkung des Plasmastrahlem
behielt derlOferkstoff im Kern seine ursprüngliche Festigkeit und es traten keine
ipannungsrisse auf. Sehr hohe Ener,---iedichten konnten- mit Hilfe eines 21asmafeinstrahlbreriners
mit h#iikrovolumen-Höchstdruokentladung erzielt werden. Die Brennerdüsen wiesen
hierbei einen Durchmesser von 0905 - 1 mm auf. MA dem sehr feinen, mit Überschallgeschwindigkeit
austretenden 11lasmastrahl können sowlhl feinste Schmelzschnitte in dünnen Halbleiterplättchen
als auch Trofilschnitte i.n Materialien von mehreren cm Dicke ausgefüÜrt werden.
Eine Formgebung (Fokussierung des lllasmastrahles) ist in all-en genannten Fällen
nur mit Hilfe einer Düse möglich. Das bringt mancherlei Nachteile mit sich. So muß
z.B. bei jeder Verä nderung des Strahldtirclimessers ein Austausch der Düsen vorge
n orine n wer de n.Process for hot machining with the help of a nozzle-less plasma torch In order to be able to machine hardened or tempered materials on nori - al lathes without prior soft annealing, it is known to use plasma torches to preheat the turned part. As a further hot cutting method, a combination of metal spraying with a: plasma fine-jet torch and subsequent processing by turning in the heated state was tested. The nozzle diameter of the fine jet burner was between 093 and 1 mm. As a result of the low depth effect of the plasma jet, the fuel retained its original strength in the core and no stress cracks occurred. Very high energy densities could be achieved with the help of a 21 plasma fine jet burner with a microvolume maximum pressure discharge. The burner nozzles had a diameter of 0905-1 mm. Because of the very fine laser beam exiting at supersonic speed, finest fusion cuts can be made in thin semiconductor wafers as well as Trofile cuts in materials several cm thick. Shaping (focusing of the laser beam) is only possible with the aid of a nozzle in all of the cases mentioned. This has a number of disadvantages. For example, the nozzle must be replaced with every change to the jet dehumidifier.
Gerade bei der Herstellung von Irofilschnitten wird daher bei gleichbleibendem
Strahldurchm"esser in den verschiedenen ilerkstoffebenen eine verschiedene Anzahl
eon Teilbehandlungen
notvendig sein. Soll z.3. ein V-Schnitt herZeste-Ilt
verden, der an jer Wurzel 1 rim und an der Öffnung 10 mm breit ist,
so genügt bei einem Stralildurchnesser von 1 mm an der Wurzel eine einzige
Teilbehandlungg während mit dem gleichen Strahl an der Öffnung 10 Teilbehandlungen
notwendig sind. Jollte man in JederNerkstoffebene mit nur einer Teilbehandlung das
Auslangen finden, müßte jeweils eine neue Düse mit einer dem Jeweiligen Strahldurchmesser
entsprechenden Öff-
nung in den Brenner eingesetzt werden. Grundsätzlich sind
für das Vorwärmen der Werkstücke vor dem Warmzerspanen die verschiedensten Möglichkeiten
ge-.eignety welche die Erreichung hoher Energiedichten gestatteng wie z.B. der Elektronensträhl,
der Laser-Strahl usw. Bisher erforderte jedoch die Verwendung derartiger Energiequellen
die Bereitstellung von Apparaturen, deren Kosten ihrer Anwendung für die Warmzerspanungstechnik
in größerem Umfang CD hemmend im Wege stehen.Especially in the production of Irofilschnitten a V-cut is therefore eater be notvendig in the various ilerkstoffebenen a different number eon partial treatments at constant Strahldurchm ". If Z.3. Verden herZeste-Ilt, the rim of Jer root 1 and the opening 10 mm wide, a single partial treatment is sufficient with a stream diameter of 1 mm at the root, while 10 partial treatments are necessary with the same jet at the opening However, each beam diameter corresponding Öff- voltage are used in the burner. in principle, for the preheating of the workpieces in front of the Warmzerspanen various possibilities ge-.eignety which achieving high energy densities gestatteng such as Elektronensträhl, laser beam, etc. so far required the use of such energy sources the provisionu ng of apparatuses, the costs of which stand in the way of their use for the hot cutting technology to a large extent and inhibit CD.
Es ist daher der Wunsch verständlich, über eine möglichst billige
Energiequelle z---l verfü,er.9 welche die-Erzielung ausreichehd hoher Energiedichten
ermöglicht. Außerdem wäre es --7üns'chens-,i-iartg wenn diese -ine.-,i-,-iequelle
es ermöglichen würde, die Zahl der erforderlichen Teilbeha:-.alungen mör-lichst
klein zu halten und diese im Idealfall auf eine einzige Behandlung zu reduzieren.It is therefore understandable the desire to have as cheap an energy source as possible z --- l, er.9, which enables the achievement of sufficiently high energy densities. In addition, it would be --7üns'chens-, i-iartg if this -one .-, i -, - ie source made it possible to keep the number of required partial treatments as small as possible and ideally to reduce them to one only reduce treatment.
Eine solche '.linergiequelle wurde nun in Porm eines neuartigen Plaspiabrennera
gefunden, dgssen Prinzip gemäß' einem älteren, jedoch nicht z-Lul Stande der Technik
gehörenden Vorschlag darin besteht, daß an Stplle ein--r Düse zur Formgebung der
]?lasriafla=ie eine zusätzliche ladunge#,trL-iger;-quelle verwendet wird, welche
durch Einbringen von Iadungsträgern in das Plasma den quaeineutralen Zustand desselben
aufhebt. Die Porm-gebung (Pokussierung) des Plasmastrahles oder der ]?la#gmaf lannie
kann nun durch Variierung der drei 3influßgrößen
a) Stromstärke
*
b) idenGe des zugefiüirten Gases o) Art des Zugefährten GaseEf erfolgen.
Ein solcher Plasmabrenner ist in seinem Aufbau ausserordentlich einfach und daher
auch sehr bil--lig herstellbar und kann mit Gleichstrom oder mit 'Wechselstrom betrieb--n
werden. Iri letZteren -"alle ergibt sich- "-,isätzlich -'; er Vorteil des Fortfallens
der für den Z'leichstrombetrieb i7#otwei2diger, Gleichrichteratilage und damit eina
weitere Verbililigung des Gerätes. Erwähnt sei auch, daß die bei der, bisher üblichen
llarmabrennern-notviendige,#. kostspieligen DUsen eine relativ kurze lebensdauer
habeng so da3 die Möglichkeitg auf.solche Düsen vernichten zu kön.,je!-q auch eine
er!-.t#-#22.iche Kostensenkur.E beim Betrieb solcher GerUe zur Po'-,Gc haJe ;..ue.i
ist es von Vorteil, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Enert.-ie ganz
genau auf die zu bcarbeitende Fläche korzentriert und eine Beeinflussung des angrenzenden
GefUges jeitgeheLid vermieden .,jer.5en kann und daß fast die gesamte zugeführteWärme
mit den wegfliegenden Spänen wieder abgeführt wird. Gegerstand der Erfirdung ist
daher ein Verfahren zum Vorwärmen von -3erkstücken zum Zweck der Warmzerspanung
unter Ver-,-jendung eines rlasmastrahlsg di-,d-arcl.-, ge!retir.zeichnet, daß zur
Energiezufuhr an der zo zerspanenden Stelle ein düsenloser Plasmabrenner dientg
in welchem sich mindestens eine Ladung3trägerquelle befibdet, welche der, quasineutralen
stand des'Flasmas aufhebt, so daß der Z-aers,:#-hnitt des 171asmastrahls durch Variierung
der drei'r3iii:flu0größen a) i3tro.-1.stärke b) -,:en,-e des zugeführten
Gases c) -*#-#-t -des zugeführten Gases der ge-""ütisc.'"iten zipangröße und Sc-'-i7.ittforr,
angepaßt werden kann. Der hierjurch, er---ielbare Fortschritt bestehli vor allem
da.-in, da2 das Vorwärmen vor dem Warmoerspanen mit - i
-1 >" *#hr eirfachen und dar--a# auch einer in ihrer- Aufbau se
U
sehr bi:-ligen Ene.-giequelle hei ausreichend hoher r-nerr-iedichte d--#.-chge-flU#t-,rt
werden und,',' daß durch den, degfall
der bei üblichen Ilas.;"abrennern
notwerdigen.Düseng die einem starken Verschleiß unterliegeng Betriebsstörungen vermieden
und außerdem die Betriebskosten gesenkt werden. Die erfindungsgemäß empfohlene Verwendung
des düsenlosen Plasmabrenners ermöglicht nicht nur eine weitgehende .Anpassung der
Form des rlasmastrahles und der einzubringenden Energiemerfge an die gewünschte
Spanbreite und Schnittformy sondern auch eine stafenlose Veränderung der Form des
Plasma' strahlen und der Unergiemenge in Anpassung an die Jeweilige Spanbreite auch
während des Bearbeitungsverfahrens.Such a "linear energy source" has now been found in the form of a new type of plasma burner, according to which the principle, according to an older suggestion, which does not belong to the state of the art, consists in placing a nozzle at the stool for shaping the? Lasriafla = ie An additional charge source is used, which by introducing charge carriers into the plasma removes the qua-neutral state of the same. The shaping (focusing) of the plasma jet or the]? La # gmaf lannie can now take place by varying the three influencing variables a) current strength * b) idenGe of the gas supplied o) type of gas supplied. Such a plasma torch is extremely simple in its construction and therefore also very inexpensive to manufacture and can be operated with direct current or alternating current. Iri last - "everything results-" - "additional -"; The advantage of the elimination of the rectifier position required for direct current operation and thus a further reduction in the price of the device. It should also be mentioned that the #. Expensive nozzles have a relatively short lifespan so that there is the possibility of destroying such nozzles HaJe; .. ue.i it is advantageous that, according to the method according to the invention, the energy can be precisely centered on the surface to be worked and any influence on the adjacent structure can be avoided and that almost all of the heat supplied is removed again with the chips that fly away. The subject of the invention is therefore a process for preheating workpieces for the purpose of hot machining with the use of a plasma jet, i.e. a jet-jet plasma torch that is used to supply energy at the point to be machined servesg in which at least one charge carrier source is located, which cancels the quasi-neutral state of the plasma, so that the Z-aers,: # - cut of the gas jet by varying the three'r3iii: flu0 sizes a) i3tro.-1st strength b) -,: en, -e of the supplied gas c) - * # - # - t -of the supplied gas of the ge - "" ütisc. '"iten zipan size and Sc -'- i7.ittforr, can be adapted. --- he ielbare progress bestehli especially da.-in, da2 preheating before Warmoerspanen with - i -1> "* # hr eirfachen and is - a very bi # also a se in ihrer- structure U: Ene leagues . -giequelle hot sufficiently high r-nerr-iedensity d - # .- chge-flU # t-, rt and, ',' that by the, degfall of the usual Ilas.; "cut off necessary which are subject to heavy wear and tear, and operational disruptions are avoided and operating costs are reduced. The use of the nozzle-free plasma torch recommended according to the invention enables not only an extensive adaptation of the shape of the plasma jet and the energy to be introduced to the desired chip width and cut shape, but also a permanent change in the shape of the plasma and the amount of energy in adaptation to the respective chip width even during the processing method.
Bei Verwendung von düsenlosen Plasmabrennern, die mit Wechselstrom
betrieben werden, bestehen die gleichen Regelurgsmöglichkeiten wie bei der Verwendung
von Plasmabrennern für Gleichstrombetrieb, jedoch ergibt sich der zusätzliche Vorteil
des noch einfacheren Aufbaues des Gerätes .zufolge des Jegfallens der für den Gleichstrombetrieb
notwendigen Gleichrichteranlage.When using nozzle-less plasma torches that operate with alternating current
are operated, there are the same control options as when using
of plasma torches for direct current operation, however, there is the additional advantage
the even simpler construction of the device. as a result of the fact that the for direct current operation
necessary rectifier system.