DE1565555B1

DE1565555B1 - Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von L¦chern in Werkstücken

Info

Publication number: DE1565555B1
Application number: DE19661565555
Authority: DE
Inventors: James Dair Andrews; Elseworth Carl Shurts
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-12-29
Filing date: 1966-08-04
Publication date: 1971-10-21
Also published as: BE712507A; SE335940B; GB1159115A; US3409534A; NL6610484A; CH456798A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektro- gezeigten elektrischen Stromquelle verbunden. Da

lytischen Herstellung von Löchern in Werkstücken der Elektrolyt in der Elektrolytkammer 12 mit Hilfe

mittels hohler, jeweils gegen das Werkstück gerich- des elektrischen Leiters 20 elektrisch aufgeladen wird,

teten Elektrolytstrahl erzeugender Elektrolytf ührungs- werden bei Verteilern 10, die nicht selbst aus einem düsen mit elektrisch isolierender Oberfläche, die mit 5 Dielektrikum bestehen, entsprechende dielektrische

einem unter Überdruck stehenden Elektrolytbehälter Schichten vorgesehen. Beispielsweise können die mit

in Verbindung stehen, wobei in den Düsen je eine dem Elektrolyten in der Kammer 12 in Berührung

in vorbestimmtem Abstand von deren Mundstück stehenden Wandungen des Verteilers 10 mit einem

endende, sich stromaufwärts erstreckende Kathode Dielektrikum überzogen werden, vorgesehen ist. io In der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform

Zur elektrolytischen Herstellung von Löchern in sind mehrere hohle, flexible Elektrolytleitungen 26,

einem metallischen oder halbmetallischen Werkstück beispielsweise Kunststoffschläuche, mit dem Verteiler

ist es bekannt, ein kathodisches Werkzeug in Form 10 verbunden. Die Elektrolytleitungen 26 und die

eines elektrischen Leiters, der in einer Düse mit Leitung zum Zuführen des Elektrolyten zum Verelektrisch isolierender Oberfläche angeordnet ist, und 15 teiler 10, im vorliegenden Fall das Rohr 28, sowie

ein anodisches Werkstück einander gegenüber anzu- der durch die Wand 22 geführte elektrische Leiter

ordnen und einen Strom zwischen Kathode und 20 sind mit dem Verteiler über eine entsprechende,

Anode durch den Elektrolyt fließen zu lassen (fran- mit einer Dichtung versehene Befestigungsvorrich-

zösische Patentschrift 1 337 314). Form und Größe rung 30 verbunden, wie in Fi g. 2 genauer gezeigt ist. der Kathode sind von der Form und Größe der 20 Mit dem elektrischen Leiter 20 sind mehrere fle-

Löcher des Werkstücks abhängig. xible Kathoden in Form von Drähten 32 verbunden,

Zum Herstellen von einzelnen Löchern in einem die vom Verteiler 10 durch je eine Elektrolytleitung

Werkstück kann ohne weiteres eine einzige Elektro- 26 und über das Ende 34 der Elektrolytleitungen 26

lytdüse gegenüber dem Werkstück angeordnet wer- hinaus geführt sind. Jede Kathode läuft in einer den, und man kann das Werkstück und die Düse ein- 25 Kathodenspitze 36 aus. Mit den Enden 34 sind Elek-

ander nähern oder anders relativ zueinander be- trolytführungsdüsen 40 aus elektrisch isolierendem

wegen, so daß ein Loch von vorbestimmter Form Material verbunden. Jede dieser Düsen besteht aus

entsteht. Beim Herstellen von mehreren Löchern, die einem Düsenkörper 42, der mit einer trichterförmigen

an vorbestimmten, nahe beieinanderliegenden Stellen Verengung 50 in einen kapillaren Endteil 44 übereiner Werkstückoberfläche angeordnet sind, treten in- 30 geht. Das Mundstück 46 des Endteils 44 ist auf ein

folge der koordinierten Bewegung der Elektrolytfüh- Werkstück 48 gerichtet. Die trichterförmige Veren-

rungsdüsen und des Werkstücks Schwierigkeiten auf, gung 50 beginnt an der Stelle 52.

und zwar besonders in denjenigen Fällen, in denen Der Abstand D der Kathodenspitze 36 von der

mehrere, voneinander getrennte Kathoden bzw. Elek- Stelle 52 sollte etwa 6 bis 20 mm betragen. Wenn trolytdüsen gegen das Werkstück vorgeschoben wer- 35 nämlich der Abstand der Kathodenspitze 36 von der

den. In einer derartigen Anordnung müssen die Elek- Stelle 52 kleiner ist als etwa 6 mm, wird die Strömung

trolytzuleitungen mitbewegt werden, die von einer des Elektrolyten durch den kapillaren Endteil so

einzigen Elektrolytquelle zu den einzelnen Elektrolyt- stark gedrosselt, daß die Größe des im Werkstück 48

führungsdüsen führen, sowie die an eine einzige elek- auszubildenden Loches nicht mehr gesteuert werden irische Stromquelle angeschlossenen Vorrichtungen 40 kann. Die hierbei entstehenden Löcher werden im

zum Aufladen der einzelnen Elektrolytströme. allgemeinen größer als erwünscht, außerdem wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die Lebensdauer des Düsenmundstücks 46 beträcht-

Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von lieh herabgesetzt. Wenn die Kathodenspitze 36 weiter

mehreren Löchern in einem Werkstück zu schaffen, als etwa 20 mm von der Stelle 52 entfernt ist, bilden in der auf einfache Weise die Elektrolytzuführungs- 45 sich Blasen aus im Elektrolyten enthaltenen Gasen,

düsen ausgetauscht und die fest einstellbaren Ab- so daß infolgedessen das Verfahren selbst nicht mehr

stände zwischen ihnen verändert werden können. gesteuert werden kann und unregelmäßige Löcher im

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß ein an Werkstück entstehen. Besonders wichtig ist es, bei

den Elektrolytbehälter angeschlossener Verteiler vor- Verwendung von kapillaren Endteilen mit einem

gesehen ist, daß mehrere Elektrolytführungsdüsen 50 Innendurchmesser von etwa 0,8 mm oder weniger

über je eine flexible Elektrolytleitung und je eine den vorgenannten günstigsten Abstand einzuhalten,

flexible Kathode mit dem Verteiler verbunden sind, Der Körper jeder Düse 40 ist an der entsprechen-

und daß die Elektrolytführungsdüsen mit einer deren den Leitung 26 mit Hilfe einer Klemmeinrichtung 54

Lage zueinander bzw. gegenüber dem Werkstück fest- lösbar befestigt, so daß der Elektrolyt aus der Lei-

legenden, verstellbaren Düsenhalterung und mit der 55 rung in die Düse und dann zu dem Werkstück 48 ge-

flexiblen Elektrolytleitung lösbar verbunden sind. langt. Weiterhin ist der Körper jeder Düse 40 an

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der einer Düsenhalterung lösbar befestigt. Die Düsen-

Fig. 1 und 2, die teils im Schnitt und teils perspek- halterung besteht z. B. aus einer Metallplatte 56, die

tivisch zwei Ausführungsbeispiele zeigen, erläutert. mit Löchern 58 für die Aufnahme je einer Düse 40

Der Verteiler 10 besteht aus einem Dielektrikum, 60 versehen ist. Die Löcher 58 sind so groß, daß die

z.B. einem polymerisiertenMethylmethaerylat-Kunst- Düse 40 herausgenommen und ausgestauscht werden

harz. Innerhalb des Verteilers 10 befindet sich eine kann, nachdem die Klemmeinrichtung gelöst oder

Elektrolytkammer 12, in die der Elektrolyt aus dem abgenommen ist, welche die Düse mit der Leitung 26

Elektrolytbehälter 14 mittels einer Pumpe 16 durch und der Halterung 56 verbindet. Damit das Düsen-

eine Öffnung 18 eingeleitet wird. Ein elektrischer Lei- 65 mundstück 46 und damit die Kathodenspitze 36

ter20, beispielsweise in Form eines Drahtes oder gegenüber dem Werkstück 48 sowie gegenüber den

Stabes, ist durch eine Wand 22 des Verteilers geführt anderen Düsen in seiner Lage fest eingestellt werden

und mit dem negativen Pol 24 einer äußeren, nicht kann, sind am Düsenkörper 40 je ein Schraubansatz

60 und ein Gegenstück 62 angebracht. Wenn die Düse 40 aus der Halterung herausgenommen werden soll, entweder um durch eine Düse anderer Größe ausgestauscht zu werden, oder weil die Düse 40 beschädigt worden ist, können die Klemmeinrichtung 54, der Schraubansatz 60 und das Gegenstück 62 entfernt werden. Auf diese Weise kann die Düse ausgetauscht werden, ohne daß eine Manipulation der mit dem Verteiler 10 verbundenen Konstruktionsteile erforderlich ist, die zur Zuführung des Elektrolyten zu den einzelnen Leitungen 26 dienen. Weiterhin ist es hierbei nicht erforderlich, die elektrischen Verbindungen zwischen der Stromquelle 24, dem elektrischen Leiter 20 und den Kathoden 32 zu lösen.

Gemäß Fig. 1 sind mehrere Kathodendrähte32 an Anschlußpunkten 62 mit dem elektrischen Leiter 20 verbunden. Es versteht sich jedoch, daß die Anschlußpunkte 62 auch in einem einzigen Punkt vereinigt sein können; eine solche Ausführungsform mit mit einem gemeinsamen Anschlußpunkt 62 für alle Kathoden 32 ist in F i g. 2 dargestellt.

Die in F i g. 1 gezeigte Düsenhalterung 56 ist mittels einer an sich bekannten Vorrichtung gegenüber dem Werkstück 48 in mehreren Richtungen beweglich. Diese Richtungen sind schematisch durch Pfeile 64 angedeutet. Der Vorteil, welcher dadurch erreicht wird, daß die Halterung 56 und damit die Düsen 40 gegenüber dem Werkstück in mehreren Richtungen beweglich sind, gleichzeitig aber der Verteiler 10 ortsfest ist, zeigt sich besonders, wenn eine Vielzahl von Löchern oder Hohlräumen in dem Werkstück 48 ausgebildet werden soll. Abgesehen von der sich ergebenden einfacheren Anordnung der einzelnen Teile werden insbesondere auch Schwierigkeiten vermieden, die durch ein Lockerwerden der Verbindungen eine Abnutzung und Zerstörung von Isolierungen und Kontakten u. dgl. in bezug auf den Verteiler 10 entstehen. Gleichzeitig sind die Düsen 40 leicht auswechselbar.

In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Verteilers 10 a dargestellt, bei welcher mehrere Kanäle 70, die in ihrer Funktion den Öffnungen 72 des Verteilers 10 in F i g. 1 entsprechen, auf einen gemeinsamen Punkt zulaufen. Die Kathoden 32 sind über den gemeinsamen Anschlußpunkt 62 mit dem elektrischen Leiter 20 verbunden. Der durch die Leitung 28 in den Verteiler 10 a eintretende Elektrolyt ist auf diesen Punkt gerichtet. Von hier aus strömt der Elektrolyt durch die Kanäle 70 in die flexiblen Leitungen 26. Wenn man mehrere Verteiler 10 α nach F i g. 2 und eine einzige Düsenhalterung 56 (F i g. 1) verwendet, sind die Leitungen 26, die zu den Elektrolytdüsen 40 führen, leichter zugänglich.

Die Arbeitsbedingungen und die Ergebnisse, die dadurch erzielt werden, daß die Kathodenspitze 36 in dem Körper 42 der Düse 40 in einem Abstand von etwa 6 bis 20 mm von dem Anfang 32 des Übergangsteils 50 angeordnet ist, sind in den nachstehenden Ausführungsbeispielen erläutert.

Beispiell

Bei einem elektrolytischen Verfahren zur Ausbildung von Löchern in einem Rohr aus einer Nickellegierung mit der Zusammensetzung (in Gewichtsprozent): C=0,l (max.), Cr=15, Nb=3, Mo=3, _6s W=3, Fe=7, Al=0,5, Ti=0,6, B=0,006, Rest Ni und kleinere Verunreinigungen, wurde eine Düse verwendet, deren kapillarer Endteil einen Außendurchmesser von 0,35 mm und einen Innendurchmesser von 0,32 mm hatte. Das zu bearbeitende Rohr hatte einen Außendurchmesser von etwa 5 mm und eine Wandstärke von etwa 1 mm. Die Löcher sollten einen Durchmesser von 0,43 mm haben.

Als Elektrolyt wurde eine 10%ige wäßrige Lösung von H₂SO₄ verwendet und unter einem Druck von etwa 2,8 bis 4,2 kg/cm² zugeführt. Der elektrische Strom hatte eine Stromstärke von 30OmA und eine Spannung von 500 V.

In diesem Ausführungsbeispiel war die Spitze 36 der Kathode 32 in einem Abstand von 6 bis 20 mm von der Verbindungsstelle 52 zwischen dem Übergangsteil der Düse und dem Düsenkörper angeordnet. Die Löcher hatten regelmäßig einen Durchmesser von 0,43 mm. Auch nach der Herstellung von etwa 10 000 Löchern war das Düsenmundstück 46 im wesentlichen unbeschädigt.

Beispiel 2

Es wurde unter denselben Bedingungen und mit den gleichen Materialien sowie mit derselben Vorrichtung gearbeitet wie im Beispiel 1, jedoch war abweichend hiervon die Spitze 36 der Kahode 32 in einem Abstand von weniger als 6 mm von der Stelle 52 angeordnet. Die Löcher hatten einen Durchmesser von etwa 0,5 mm anstatt von 0,43 mm und das Düsenmundstück 46 war nach Herstellung von 100 Löchern so stark abgenutzt, daß dessen Austausch notwendig war.

Beispiel 3

Es wurde unter denselben Bedingungen und mit den gleichen Materialien sowie mit derselben Vorrichtung gearbeitet wie im Beispiel 1, jedoch war abweichend hiervon der Abstand der Spitze 36 der Kathode 32 von der Stelle 52 größer als 20 mm. Die erzeugten Löcher hatten eine unregelmäßige Größe zwischen 0,38 und 0,43 mm. Die Steuerungsmöglichkeit des Verfahrens wurde jedoch durch die Bildung von Gasblasen beeinträchtigt.

Die Anwendung der Erfindung, insbesondere die besondere Anordnung der Kathodenspitze 36 in der Düse 40, ermöglicht also, wie vorstehend gezeigt wurde, bei der Herstellung von Löchern in einem elektrolytischen Materialabtragungsverfahren mit einem Strahl eines geladenen Elektrolyten eine ungewöhnlich gute Reproduzierbarkeit und eine hohe Genauigkeit.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Löchern in Werkstücken mittels hohler, jeweils einen gegen das Werkstück gerichteten Elektrolytstrahl erzeugender Elektrolytführungsdüsen mit elektrisch isolierender Oberfläche, die mit einem unter Überdruck stehenden Elektrolytbehälter in Verbindung stehen, wobei in den Düsen je eine in vorbestimmtem Abstand von deren Mundstück endende, sich stromaufwärts erstreckende Kathode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Elektrolytbehälter (14) angeschlossener Verteiler (10) vorgesehen ist, daß mehrere Elektrolytführungsdüsen (40) über je eine flexible Elektrolytleitung (26) und je eine flexible Kathode (32) mit dem

Verteiler (10) verbunden sind, und daß die Elektrolytfuhrungsdüsen (40) mit einer deren Lage zueinander bzw. gegenüber dem Werkstück festlegenden, verstellbaren Düsenhalterung (56) und mit der flexiblen Elektrolytleitung (26) lösbar verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Düsenkörper (42) der Elektrolytführungsdüse zum Werkstück hin sich trichterförmig verengt und in einen kapillaren Endteil ausläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Elektrolytführungsdüse (40) endende Kathode in eine Kathodenspitze (36) in dem Düsenkörper (42) ausläuft, die in einem Abstand (D) von etwa 6 bis 20 mm vor der trichterförmigen Verengung angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (22) des Verteilers (10) mindestens in den an den Elektrolyt angrenzenden Bereichen aus einem Dielektrikum besteht, und daß die sich durch die flexiblen Elektrolytleitungen (26) erstreckenden Kathoden (32) im Verteiler (10) mit einem isoliert durch die Wand (22) des Verteilers nach außen geführten elektrischen Leiter (20) (Kathodenzuführung) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verteiler (10) ausgehenden Kathoden (32) mit deren im Düsenkörper (42) angeordnetem Teil lösbar verbunden sind und die Kathodenverbindung vorzugsweise zugleich mit einer Klemmeinrichtung (54) der flexiblen Elektrolytleitungen (26) lösbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Stromquelle (24) mit einer Spannung von mindestens 300 V vorgesehen und mit der oder den biegsamen Kathoden (32) und dem Werkstück (48) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen