DE1565562A1

DE1565562A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung von Werkstuecken

Info

Publication number: DE1565562A1
Application number: DE19661565562
Authority: DE
Inventors: Olson Robert Dale
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-03-23
Filing date: 1966-11-19
Publication date: 1970-02-05
Also published as: BE691609A; FR1502230A; US3409524A; GB1134759A

Description

DipJ.-lng. Egon Prinz . Dr. Gertrud Hauser ·οοο μ·«€*·..μ·ιμ. I 7. floV. 1966 DlpL-lng. Gottfrl.d L.li.r ^E""^beΓβ·""°"· " PatentQnwälto 1 E R ζ ζ fi 9

Telegramme: Labyrinth München I ODOOOZ

.Telefon. 83 15 10 Potodiedckontot MOndien 117078

General BIeοtrie Company
Schenectady, New York/USA

Unser Zeichen: G 1073

Verfahren und Vorrichtung zur elektroeroaiven Bearbeitung von Werkstücken

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektroeroaive oder elektrolytische Bearbeitung und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrolytischen oder elektroerosiven Bearbeitung von Werkstücken, um elektrisch leitendes Material vom Umfang einer Bohrung in einem Werkstück zu entfernen.

Die elektrolytiache oder elektroerosive Bearbeitung wurde, und zwar die Einzelheiten der verschiedensten Formen

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der Vorrichtungen und der verwendeten Verfahren, in umfangreichem Maße in literaturstellen beschrieben. Grundsätzlich umfaßt das Verfahren die Antrdnung einer in geeigneter Weise geformten Kathode oder einea entsprechenden Werkzeuges dicht gegenüber einem Werkstück, um während des Betriebes einen elektroerosiven oder elektrolytisohen Bearbeitungsspalt zu erzeugen. Das Werkzeug und das Werkstüok sind mit einer elektrischen Spannungsquelle, hauptsächlich mit einer Gleiohspannungsquellei verbunden, wobei das Werkzeug gegenüber dem Werkstück die Eigenschaft einer Kathode aufweist. Wenn ein Elektrolyt den elektrolytischen oder elektroerosiven Bearbeitungsspalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück füllt, und wenn elektrischer Strom zwischen dem Werkzeug und dem Werkstüok fließt, findet am Werkstück oder an der Anode eine Entfernung von Material statt.

Diese elektroerosiven Bearbeitungsverfahren wurden zur Erzeugung von Konturen und Formen an der Oberfläche von Werkstücken verwendet, sowie zur Herstellung von Hohlräumen in Werkstücken und von Bohrungen duroh Werkstücke· Bei den bekannten Verfahren und bei der Verwendung der bekannten Vorrichtung wird Elektrolyt duroh den Spalt ' oder Zwischenraum zwischen dem Werkzeug und Werkstück quer zu der Riohtung hindurchgeleitet, in der die elek-

909886/0732 troeroaive ^BAü

troerosive Bearbeitung stattfindet« Dieser Spalt, der im folgenden als elektroerosiver Bearbeitungsspalt "bezeichnet werden soll, ist ein Spalt, durch welchen das Werkzeug und das Y/erkstück sich d erart dicht beieinander befinden, daß bei der Eingangsspannung des Systems Material von der Anode entfernt wird» In einigen Systemen wird der Elektrolyt durch das Werkzeug geleitet und zum Werkstück hin gerichtet, um.die gewünschten Konturen, Hohlräume oder Bohrungen hervorzurufen. In anderen Systemen wird Elektrolyt in den elektroerosiven Bearbeitungsspalt hineingeleitet oder beide Elektronen sind in den Elektrolyten eingetaucht.

Bei der Herstellung von Bohrungen, beispielsweise in Sprühdtisen, aus denen Brennstoff in Gasturbinentriebwerken versprüht wird, werden,die Bohrungen durch mechanische Einrichtungen erzeugt, beispielsweise mittels Bohrmaschinen, und hierbei entstehen häufig Grate, um den Umfang der Bohrungen herum. Um eine unregelmäßige Absprühung von den Bohrungen zu verhindern und um zu verhindern, daß'sich Premdstoffteilchen um den Umfang der Bohrung ansammeln, müssen diese Grate entfernt werden· In anderen Fällen, in denen diese Bohrungen ciurch ein elektroerosives Verfahren hergestellt wurden,

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ist es manchmal für eine sehr genaue Einstellung erforderlich, die Bohrungen zu vergrößern oder eine Krümmung am Umfang der Bohrungen anzubringen.

Es wurde "bereits vorgeschlagen, verschieden geformte Kathoden den Bohrungen gegenüber anzuordnen, um eine elektroerosive Entgratung durchzuführen, wobei der Elektrolyt vom kathodischen Werkzeug zum Werkstüok hin gerichtet wird oder wobei das Werkstück und das Werkzeug in ein elektrolytisches Bad eingetaucht sind. Derartige Verfahren sind jedoch schwierig zu steuern und einzustellen, und bezüglich des Umfanges der Bohrung begrenzt, da der Strom zu anderen Teilen des Werkstückes hin strömen kann, was zu einem unerwünschten Seiteneffekt der Materialabnahme führen kann, auch wenn der Strom die Neigung hat, daß dessen Dichte an den Kanten der Bohrungen konzentriert wird. Der Strom kann jedoch genau so gut an anderen Kanten konzentriert werden, die mit dem Elektrolyten in Berührung stehen»

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein besseres Verfahren zur selektiven Haterialabnahme vom Umfang einer Bohrung in einem Werkstüok durch elektroerosive Mittel zu schaffen, wobei eine schädliche Seitenwirkung mit anderen Teilen des Werkstückmaterials ausgeschaltet wird·

909886/0732 _Me

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden· Es zeigen :

Fig. 1 eine teilweise schematische, teilweise

geschnittene perspektivische Ansicht einer AusführungBform einer erfindungsgemäßen · Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird und

üg, 2 und 3 Sohnittansichten von teilweise abgeänderten Ausführungsformen der Vorrichtung, wobei diese Vorrichtung bei Werkstücken verwendet wird, die Bohrungen aufweisen, welche in verschiedene Richtungen weisen.

Es wurde gefunden, daß ein Verfahren, mit welchem man das vorstehend aufgeführte Ziel der Entfernung von elektrisoh leitendem Material vom Umfang einer Bohrung, die duroh das Werkstück hindurohgeht, erreichen kann, den Sohritt umfaßt, daß zuerst der Werkstüokabsohnitt, der die Bohrung aufweist, dicht gegenüber einem elektrisch leitendem Werkzeug angeordnet wird, wobei diese Teile durch einen elektroerosiven Bearbeitungsspalt getrennt sind. Elektrolyt wird durch die Bohrung im Werkstüokabsohnitt geleitet, und dann von dem Werkstück quer duroh den Spalt gerichtet und in Berührung mit dem Werkzeug gebracht, wo-

909886/0732 _bei B^ ^cB:e^^;

bei gleichzeitig verhindert wird, daß der Elektrolyt zu dem besagten WerkstUckabaohnitt zurückkehren kann. Gleichzeitig wird eine elektrische Spannung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück angelegt, und zwar derart, daß das Werkstück gegenüber dem Werkzeug anodisch ist, und ein ausreichender Strom, hauptsächlich ein Gleichstrom wird durch den Elektrolyten zwischen dem Werkzeug und dem Werkstüok hindurchgeleitet, um elektroerosiv Material vom Werketückabschnitt zu entfernen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung, die bei dem im Vorstehenden erwähnten Verfahren verwendet werden kann, weist eine Werkstückhalterungs- und Einstellungseinrichtung auf, eine Quelle für einen Elektrolyten und Einrichtungen, um den Elektrolyten von der Quelle durch die Bohrung im Werkstüok zu leiten, welches vom Werkstückhalter getragen wird. Der Elektrolyt wird zum Werkzeug hin geleitet und in Kontakt mit dem V/erkzeug gebracht. Das kathodische Werkzeug weist eine Werkzeugoberfläche auf, die im wesentlichen frei von irgendwelchen Teilen ist, welche den Elektrolyten zurück gegen das Werkstück richten, und zwar derart, daß der Elektrolyt in Kontakt

mit 909886/0732

bad

mit dem Werkstück gelangt. Die Vorrichtung weist eine · Kathoden-Werkzeughalterungs- und Einstellungseinriohttmg auf, um die Werkzeugoberfläohe dicht gegenüber der Bohrung im Werkstück anzuordnen, wobei zwischen diesen feilen ein elektroerosiver Bearbeitungsspalt vorhanden ist. Es ist eine elektrische Spannungaquelle vorhanden, und elektrische Leitungen sind -zwischen der Spannungsquelle und dem Werkzeug und dem Werkstück eingeschaltet, und zwar derart, daß das Werkstück hauptsächlich gegenüber dem Werkzeug während der elektroerosiven Bearbeitung anodisch ist·

In Pig· 1 ist ein als Rohr dargestelltes Werkstück 10 gezeigt, welches von einer Werkstückhalterungs- und Ausrichtungseinrichtung gehalten wird, wie beispielsweise mittels einer elektrisch isolierten Einspanneinrichtung 12· Diese Einspanneinrichtung 12 ist gegenüber einer Kathode 16 beweglich, wie es beispielsweise durch die Pfeile 14 angedeutet ist. Die Kathode 16 ist in der Zeichnung vorzugsweise als Form eines Siebes dargestellt. Bei der Verwendung in der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Begriff ^wSieb" ein in hohem Maße poröses elektrisch leitendes Material oder Pleoht- oder Hetzwerk, durch welches der Elektrolyt leicht hindurchgehen kann. Die Kathode 16 wird durch eine Werkzeug-

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halterungs-

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halterungs- und Einstellungseinrichtung gehalten, wie beispielsweise durch eine elektrisch isolierte Einspannvorrichtung 18. Die Kathodenhalterungs- und Einstell-" einrichtung kann "beweglich sein und beispielsweise derart, wie es schematisch durch die Pfeile 20 dargestellt ist« Es können also das Werkstück 10 mittels seiner Halterungs- und Einstelleinrichtung 12 und die Kathode 16 mittels ihrer Halterungs- und Einstelleinriohtung 18 relativ zueinander "bewegt werden, um ihre Lagen einzustellen, und um die Größe des elektroerosiven Bearbeitungsspaltes zwischen diesen Teilen einzustellen. Bei der Darstellung in der Zeichnung ist der elektrolytisch^ Bearbeitungsapalt an der Stelle des dichtesten Abst_tandes zwischen dem Werkstück 10 und dem Werkzeug 16 vorhanden.

Wie Pig. 1 zeigt, ist eine elektrische Spannungsquelle, Vorzugsweise eine GIeiohspannungsquelle, wie beispielsweise ein Gleichstromgleichrichter zwischen dem Werkstück 10 und der Kathode 12 mittels elektrischer Leitungen 24 eingeschaltet. Das Werkstück 10 ist derart geschaltet, daß es gegenüber der Kathode 16 anodiaoh

ist. ;

Eine Bohrung 26 oder eine Anzakl von Bohrungen 26, von

deren 909886/0732

deren Umfang elektrisch leitendes Material entfernt werden soll, ist oder sind gegenüber dem Werkstück 16 angeordnet, wobei zwischen dem Werkstüok und den Bohrungen der elektroerosive Bearbeitungsspalt vorhanden ist. Es wurde nun gefunden, daß, falls Elektrolyt vom Werkstüok 10 durch die Bohrungen 26 zum Werkzeug 16 hin geleitet werden kann, in vorteilhafter Weise dann die elektroerosive Bearbeitung am Umfang der Bohrungen konzentriert werden kann, wenn die Kathode derart gestaltet ist, daß diese im wesentlichen frei von Oberflächen ist, die den Elektrolyten zurüok zum Werkstüok 10 leiten würden«. Es wird angenommen, daß, wenn sich der Elektrolyt schnell duroh die Bohrungen 26 hindurch bewegt, der elektrolytische Mlmwiderstand am Umfang der Bohrungen vermindert ist und daß dadurch Reaktionsprodukte schneller entfernt werden, und ein elektrischer Widerstandsfilm an dieser Stelle dünner ist·

Um einen Elektrolyten duroh die Bohrung oder duroh die Bohrungen zu leiten, die gemäß der Erfindung elektroerosiv bearbeitet werden sollen, werden andere duroh das Werkstüok hindurchgehende Öffnungen, wie beispielsweise das offene Ende 68 des Werkstückes 10, mittels einer Kappe 30 abgeschlossen· Elektrolyt 32, der aus einer bei 34 dargestellten Quelle stammt, wird durch

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eine leitung oder durch einen Schlauch 36 hindurchgeleitet, der mittels einer Einspannvorrichtung 37 am Werkstück 10 befestigt ist. Elektrolyt wird auf diese Weise wie mittels einer Pumpe in das Innere des hohlen Werkstückes 10 durch das Ende 38 hineingedrückt. Der Elektrolyt geht dann als Strom 40 durch die Bohrungen 26 hindurch und strömt durch den elektroerosiven Bear Ideitungsspalt hindurch zur Kathode 16 hin und berührt diese.

Es sei bemerkt, daß die" Erfindung auch bei einem Werkstüok angewendet werden kann, welches kein hohler Bauteil ist wie beispielsweise ein Rohr, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Wenn das Werkstück eine andere Form hat, beispielsweise die Form einer Platte oder einer offenen Kappe, durchweiche hindurch Bohrungen gehen, so kann der Elektrolyt durch die Bohrungen derart hindurchgeleitet werden, daß das Werkstück als Boden einer Verteilerleitung oder einer Kammer montiert wird. Ebenfalls kann eine Leitung 36 oder eine Anzahl von leitungen 36 von der Elektrolytenquelle 37 unmittelbar Elektrolyt individuell durch die Bohrungen 26 hindurchführen.

Wie

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Wie oben dargelegt, ist die Kathode in Form eines Siebes 16 eine spezielle bevorzugte Anordnung, um einen ßüokprall von Elektrolyten zum Werkstück hin zu vermeiden· Wenn ein Sieb verwendet wird, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, so wird jeder Elektrolytstrom, der aus den Bohrungen 26 austritt, in eine Vielzahl von kleineren Strömen oder in Tropfen unterteilt, wie es ganz allgemein bei 40a gezeigt ist. Diese Ströme oder Tropfen bewegen sich vom Werkstück 10 fort oder fallen in einen Behälter 41· Auf diese Weise wird die elektroerosive Bearbeitungswirkung am Umfang der Bohrungen 26 konzentriert, ohne daß andere elektrisch leitende Abschnitte des Werkstückes beeinflußt werden·

Es sei bemerkt, daß in einigen Fällen die Kathode 16 zylindrisch sein kann, und das Werkstück 10 umhüllen kann, so daß Bohrungen in einer Vielzahl von Stellungen und Größen rechtzeitig elektroerosiv vergrößert oder entgratet werden können. In den Fig· 2 und 3, in denen die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile verwendet werden wie in Fig. 1, sind einige Abänderungen der jerfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt·

Bei einem Ausführungsbeispiel wurde ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 0,02 Zoll derart, wie in der Zeich-

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nung dargestellt, gegenüber einem Sieb angeordnet, welches als Kathode geschaltet war. Das Rohr bestand aus einer Nickelbasislegierung, die manchmal als IN 102 Nickelbasislegierung bezeichnet wird, und die die* folgende, in Gewichtsprozenten ausgedruckte Zusammensetzung aufweist: 0,1 # (max) Gj 15 # Cr; 3 $ Ob; 3 $> Mo; 3 # Wj 7 $> Fe; 0,5 # Al; 0,6 # Ti; 0,006 £ B, wobei der Rest NI ist, und wobei im Rest noch Verschmutzungen enthalten sein können. Bei diesem Ausführungebeispiel wurde der Elektrolyt mittels einer Pumpe unter einem Druok von etwa 25 Pfund pro Quadratzoll gesetzt. Es wurde ein wäßriger Elektrolyt mit 10 Gewichtsprozent Schwefelsäure bei einer Temperatur von etwa 100 i¹ verwendet. Ein Gleichstrom von 25 bis 27 Amp. ging zwisohen dem Sieb und dem anodischen Werkstück bei einer Spannung von 11 Volt hindurch·

Wie oben dargelegt, ist die Entfernung von Graten an Bohrungen, beispielsweise in Sprühköpfen, eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfin— dungsgemäßen Vorrichtung. Wenn jedoch die Bohrungen ursprünglich im Gegenstand durch ein elektroerosives Bohrverfahren hergestellt werden, so sind keine Grate vorhanden. Pur kritische oder schwierige Anwendungs-

bereiche 909886/0732

bereiohe können dennooh erhebliohe Abweiehungen von einer gewünschten Form auftreten, so daß eine Erhöhung der Abmessungen zur Qualitätaverbesserung wünschenswert sein kann. Durch eine Einstellung der Parameter: Spannung, Strom, Strömungsrate, Art und Konzentration dea Elektrolyten und Abstand zwischen dem Werkstüok und der Kathode, können eine Vielzahl von Bearbeitungsgesohwindigkeiten erzielt werden. Die folgende Tabelle zeigt einige Änderungen der Strömungskapazität der Bohrungen durch ein Werkstück von der Art, wie es im Vorstehenden beschrieben wurde.

TABELLE

	Wasserströmungstest	575 582 620	Druck Pfund pro Quadratzoll	Strömungs änderung
Boh rungen	Ilarbe^ ^Ström^ j^earDei- pfyna/std· tung(lAvvM) XAiAUVi/u üu. ·	473 480	150 150 150	1,3 7,3
co co co t	O 2 12	241 250 253	150 150 '	1,5
VDVD	O 2 '	344 350 360	150 150 150	3,6
4 4 4	O 1 3	282 283	VJlUlUl OOO	4,0 4,7
8 8 8	O 2 10	141 144 147	UlUl OO	0,3
VOVO	O 2	UiUiUi OOO	2,1 4,2
4 4 4	O 1 3

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Die Daten der vorstehenden Tabelle vergleichen die Zeit, in der verschiedene Anzahlen von Bohrungen in einem Werkstück gleichzeitig bearbeitet wurden, um diese gemäß der Erfindung zu verbreitern· Ebenfalls ist die zugeordnete WasserStrömungsrate und die Ratenänderung bei verschiedenen Wasserdrucken angezeigt. Aus diesen Daten können Kurven für versohiedene Werkstückkonfigurationen zur Nachbearbeitung gemäß der Erfindung auf das gewünschte Qualitäta— niveau ermittelt werden»

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1· Verfahren zur elektroerosiven Entfernung von leitendem Material von einem Werkstückabschnitt, v/elcher den Umfang einer Bohrung bildet, die durch den Werkstüokabschnitt hindurchgeht, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückabschnitt gegenüber einem elektrisch leitenden Werkzeug angeordnet ist, wobei zwischen diesen Teilen ein elektroerosiver Bearbeitungsspalt angeordnet ist, daß ein Elektrolyt durch die Öffnung in Werkstückabschnitt vom Werkstück zum Werkzeug hin durch den Spalt hinduroh geleitet wird, wobei verhindert¹ wird, daß der Elektrolyt zum Werkstückabschnitt zurückkehrt, daß eine elektrische Spannung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstückabschnitt angelegt wird, und zwar derart, daß der Werkstuekabschnitt hauptsächlich gegenüber dem Werkzeug anodisch ist, und daß durch den Elektrolyten ein ausreichender elektrischer Strom zwischen dem Werkzeug und dem Werkstückabschnitt hindurchgeleitet wird, um elektroerosiv Material vom Werkstückabschnitt am Umfang der Bohrung zu entfernen.
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2. Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstüokabsehnitt hohl ist, und daß daa Werkzeug ein elektrisch leitendes Sieb ist, daß der Elektrolyt in das Innere des Werkstückes eingeleitet und dann durch die Bohrung im Werkstüok zum Sieb hin geführt wird, und zwar durch den Spalt hinduroh und derart, daß der Elektrolyt mit dem Sieb in Berührung gelangt, und daß der Elektrolyt durch das Sieb hindurchgeht und sich vom Werkstückabschnitt fortbewegt,
3. Vorrichtung zur Durchführung einer elektroerosiven Bearbeitung nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Werkstüokhalterungs- und Ausriohtungseinrichtung vorgesehen ist und eine Halterungsund Ausrichtungseinrichtung für daa kathodische Werkzeug, um das Werkzeug neben der Bohrung im Werkstück anzuordnen, wobei zwischen den Teilen ein elektroerosiver Bearbeitungsspalt vorgesehen ist, daß eine Quelle für einen Elektrolyten vorgesehen ist, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um den Elektrolyten von der Quelle zum Werkstüok zu leiten, welches von seiner Halterungs- und Ausrichtungseinrichtung gehalten wird, um den Elektrolyten durch die Bohrungen

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hinduroh zum Werkzeug hin abzugeben, wobei der Elektrolyt durch den Spalt hindurchgeht, daß das Werkzeug eine Werkzeugoberflache hat, die im wesentli«* ohen frei von irgendeinem Abschnitt ist, der einen Elektrolyten zurück in Kontakt mit dem Werkstück
prallen läßt, und daß elektrische leitungen vorgesehen sind, um das Werkzeug und das Werkstück derart mit einer Spannungsquelle zu verbinden, daß das Werkstüok vorwiegend gegenüber dem Werkzeug während der elektroerosiven Bearbeitung anodisoh ist·

4» Vorrichtung naoh Anspruoh 3, dadurch gekennseiohnet-, daß das kathodische Werkzeug ein elektrisch
leitendes Sieb ist.

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