DE1565934A1

DE1565934A1 - Verfahren zum elektrochemischen Senken und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1565934A1
Application number: DE19661565934
Authority: DE
Inventors: Fromson Robert E
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1965-12-13
Filing date: 1966-12-09
Publication date: 1970-06-18
Also published as: US3445372A; CH468239A

Description

WESTINGHOUSE Erlangen, den" θ. ΰίΐ jggfi

Electric Corporation Werner-von-Siemens-StroO

East Pittsburgh, Pa. USA _A

^pla66/82?5⁹65934

Verfahren zum elektrochemischen Senken und Einrichtung zur

Durchführung des Verfahrens.

Es wird die Priorität der US-Stammanmeldung Ser.Nr., 513 ^17 vom lj>. 12.1965 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrochemischen Senken, bei dem Schichten eines metallenen anodischen Werkstückes mittels kathodischer Werkzeug-Elektroden unter hoher Stromdichte im Elektrolyten abgetragen werden und der Elektrolyt unter hohem Druck durch einen Bearbeitungsspalt geleitet wird,sowie auf Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. . _Λ

BAD ORIGINAL

009825/0288 - 1 - Bu/Sra

Bei der mechanischen, insbesondere spanabhebenden Bearbeitung von metallenen Werkstücken ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten, unter anderem diejenigen, daß Ungenauigkeiten und nicht gleichmäßige Schnitte auf Grund der Abnutzung der Schneidwerkzeuge eintreten, ferner Riefen- oder Gratbildung, Härtung gewisser Oberflächenbezirke des Werkstückes und Entwicklung von Wärme beim Schneiden, wodurch die Eigenschaft des Werkstückes teilweise geändert und Oberflächenrisse^Spannungen oder andere Nachteile entstehen.

Durch das elektrochemische Senken werden die vorgenannten Schwierigkeiten Überwunden. Probleme der Werkzeugabnutzung, Riefen- oder Gratbildung, überhitzung und Spannungsbildung am Werkstück entsprechend den Abmessungsänderungen in einer bearbeiteten Oberfläche entstehen nicht. Durch die Erfindung wird nun ein für die Massenfertigung von durch elektrochemisches Senken zu behandelnden Werkstücken besonders geeignetes Verfahren geschaffen, das sich dadurch auszeichnet, daß eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Elektrode erzeugt wird, deren Richtung im wesentlichen senkrecht zur Abtragungsrichtung verläuft.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Mehrzahl von Werkstücken auf der Bearbeitungsbahn angeordnet wird, der zumindest eine kathodische Elektrode oberhalb der Werkstücke zugeordnet wird. Hierbei kann die Relativbewegung zwischen den Werkstücken und der Elektrode wie beim Hobeln in einer translatorischen Bewegung bestehen oder ^ aber längs einer gekrümmten Linie, insb. einer Kreisbahn, erfolgen.

Im letztgenannten Falle ergibt sich eine besonders günstige Ausbil-

ο dung für den Elektroden- und/oder WerkstUokantrieb sowie eine für ο

die automatische Fertigung vorteilhaft· periodlzität des Bearbeitungs-Vorganges. -2- OAD ORIGINAL

Wenn die Relativbewegung zwischen Werkstück und Elektrode längs einer gekrümraten Linie im allgemeinen und längs einer Kreislinie im besonderen erfolgt, so sind besondere BearbeitungsProbleme zu beachten, die durch die Erfindung, wie nachstehend beschrieben, gelöst werden. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß - wenn Elektrode und Werkstück sich in einer Drehbewegung zueinander, verlagern - das Stromzeitverhältnis zwischen den Außenbezirken des Durchmessers der Rotation und den Innenbezirken in Richtung auf die Innenbezirke steigend ist. Mit anderen Worten, die Oberflächenbezirke im äußeren Bereich des Durchmessers der Drehbewegung bewegen sich mit einer größeren Winkelgeschwindigkeit als die Oberflächenbezirke, die in Nähe des Mittelpunktes der Drehbewegung liegen, wobei jedoch alle Bezirke für eine vorgegebene Zeiteinheit mit den gleichen Strom- bzw. Stromdicht«werten beaufschlagt sein massen, um eine gleichmäßige Bearbeitungstiefe der gesamten zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zu erhalten. Um diesen Verhältnissen Rechnung zu tragen, wird erfindungsgemäß der Elektrode eine besondere Gestalt für die rotatorische Bearbeitung gegeben. Demgemäß ergibt sich eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch, daß eine Werkstück-Halteeinrichtung vorgesehen ist mit einer kathodischen, dem Werkstück gegenüberstehenden Werkzeugelektrode, die eine Abtragungsoberfläche mit im gegenseitigen Abstand angeordneten vorder- und rückseitigen Kanten aufweist, wobei Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Elektrode und Werkstück gemäß einer Kreisbahn vorgesehen sind und wobei die vorder- und rückseitigen Kanten der Abtragungsoberfläche auf Halbmessern der Kreisbahn liegen. Hierbei ist es zweckmäßig, ·

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wenn das Werkstück relativ zur Elektrode drehbar angeordnet ist, insbesondere in der Form, daß die Werkstückhalteeinrichtung aus einem Bearbeitungstisch besteht, der Mittel zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes aufweist, wobei der Bearbeitungstisch relativ zur Elektrode drehbar angeordnet ist.

Die vorbeschriebene Einrichtung kann noch dadurch verbessert werden, daß eine Abstreifschiene auf der der Bewegungsfront abgelegenen Seite der Elektrode angeordnet ist, welche mit einer Werkstückoberfläche in Eingriff steht, wobei die Abstreifschiene vorzugsweise aus einem dielektrischen isolierenden Material besteht mit einem geringen Reibungskoeffizienten und ausreichender Elastizität solcher Größe, daß eine enge Anlage an der Werkstückoberfläche zwecks Abstreifung von Elektrolytresten gegeben ist.

Besonders vorteilhafte Ausbildungen der Elektrode und des Bearbeitungsspaltes unter Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Elektrolytversorgung im Bearbeitungsspalt ergeben sich dadurch, daß die Abtragungsfläche (Wirkfläche) der Elektrode einen solchen Querschnitt aufweist, daß ein abgeschnittenes Dreieck (Trapez) gebildet ist, ferner dadurch, daß ein dielektrischer Körper auf einer Seite der Elektrode derart befestigt ist, daß ein Bearbeitungsspalt gleicher Breite von der schmalen zur breiten Kante der trapezförmigen Wirkfläche der Elektrode gebildet ist.

Eine weitere, der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis zur vorteilhaften Ausbildung der Einrichtungen *ur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens besteht darin, daß die Vorsohubgeschwindigkeit

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beim elektrochemischen Senken vielfach gesteigert werden kann, sei es bei einer Drehbewegung, sei es beim Erzeugen von Bohrungen, und zwar dadurch, daß die Schneid- bzw. Bearbeitungsflächen der Elektrode mit einer Oberfläche versehen werden, die 3owohl mit einem bestimmten Winkel gegenüber der Werkstückoberfläche als auch zur Richtung des Elektrodenvorschubs geneigt ist. Demgemäß wird bei einer Einrichtung zur rotatorischen Werkstückbearbeitung mittels elektrochemischen Senkens die Anordnung so getroffen, daß die frontseitige Kante der Elektrode (an der Bewegungsfront liegend) oberhalb des Niveaus der ursprünglich zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und die rückseitige Kante der Elektrode unterhalb dieses Niveaus angeordnet ist. Bei derartigen geneigten Elektrodenflächen ergibt sich weiterhin eine günstige Anordnung dergestalt, daß die Elektrode einen an der Bewegungsfrontseite liegenden Metallkörper und einen an ihrer Rückseite liegenden dielektrischen Körper aufweist, wobei der frontseitige Körper einen Bearbeitungsspalt bildet, durch welchen der Elektrolyt zu der niedriger liegenden Elektrodenkante transportiert wird. Eine besondere Ausbildung der geneigten Elektrodenflächen ergibt sich dadurch, daß die Elektrode die Form eines Kegelstumpfes hat, wobei die frontseitige Wirkfläche der Elektrode die kleinere Kegelstirnfläche und der Kegelmantel geneigte Wirkflächen bilden. Die Anwendung der günstigen Feldverteilung und Abtragungsgeschwindigkeit mittels geneigter Abtragungsflächen ist nicht nur bei solchen Relativbewegungen anwendbar, die im wesentlichen senkrecht zur Abtragungsrichtung verlaufen, sondern auch bei solchen, die in Abtragungsrichtung liegen. Demgemäß besteht ein weiteres Merkmal der Erfindung in . der Anwendung der Einrichtungen mit geneigten Elektrodenwirk- bzw.

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Bearbeitungsflächen auf das elektrochemische Senken von metallenen Werkstücken, bei denen die Vorschubbewegung der Elektrode im wesentlichen in Abtragungsrichtung liegt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie ihre Wirkungsweise werden im folgenden an Hand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum elektrochemischen Senken im Aufriß, zum Teil im Schnitt;

Fig. 2 einen vergrößerten Vertikalschnitt längs der Linie II - II mit einem eingesetzten Werkstück;

Fig. 3 einen vergrößerten Horizontalschnitt längs der Linie III - III nach Fig. 1;

Figuren 4 und 5 in perspektivischer Darstellung verschiedene Werkstückgestaltungen, welche bei Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-■ fahrens Anwendung finden können;

Fig. 6 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch die gegenüberliegenden Bereiche einer mit geneigten Wirkflächen versehenen Elektrode und des Werkstückes; _

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S if* / Θ 0 Q Cl _M ο / 8 2 8 y

Fig. 7 'einen Vertikalsehnitti, in welehom dargestellt. lst_a wi© eiae Ausnehmung erzeugt wird und

Fig. B einen Horizontalsetoltt l&sgs d@r Llai© ¥22 ° ΥΣΪ gus Figo 7«=

Die in Pig. 1 mit 1. beg©ielm©te Elnriohtung s«sa Senken von Metalloberflächen ussfaßt ein® Elektrode 2₀ einen drehbaren Bearbeitungstisch 3« Mittel %w- Halterung der Sl@ktrod© uad d@s Bearbeitungstisches in Fora eisiss starren RalaEitsas k_ΰ -aiia Auffang«= gefäß 5, Mittel zur Erzeugung einer Umlaufs tröiarag cIgs ll@ktr©lytsa in Form einer Pumpe 6 und der Leitung 7 wnö Klitfc©l_ß um aea Bear bei·=- tungstisch in Drehung zu verseta©n in Porsa eiia©s Mofcers 8 salt triebswelle 9. Ferner sind ©ine f}lelehstromqu@ll@ 1@ vorgssc Zuleitungen 11, um einen Strom durch die Elektrode 2 und das Werkstück 12 zu schicken, während das Werkstück- sich usiter der Elektrode- 2 fortbewegt.

Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtliche ist die Elektrode 2 zwischen einem Paar von isolierenden bzw» .dielektrischen Körpern 13 und 14 angeordnet, welche an einem Traggehäuse 15 für die Elektrode befestigt sind und sich von der Unterseite dieses Gehäuses n&ch unten erstrecken. Die Elektrode 2 besteht aus Metall, und die Körper 13p I¹S- sind aus geeignetem dielektrischen Material, wie z.B. einem Kunststoff auf Phenolharzbasis in geschichteter Anordnung» gefertigt» Bas untere Bearbeitungsende 20 der Elektrode S hat die Form ein©© abgeschnittenen Dreiecks (Trapeses) oder abgeschnittenen Kreissektors mit einer

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äußeren Kante 16, welche größer als die Innenkante 17 ist. Die Elektrode 2 weist ferner eine Vorder- und eine Rückseite 18 und 19 auf, welche Seiten sich zwischen der Auflen- und Innenkante 16, 17 erstrecken. Die unteren Enden der Seiten 18 und 19 sind so angeordnet, daß ihre Ebenen in Radien des Drehkreises für den Bearbeitungstisch liegen.

Der dielektrische Korper 13 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und weist eine Seite 21 auf, welche die Vorderseite 18 der Elektrode abdeckt bzw. abgrenzt sowie eine andere Seite 22, welche der Vorderseite abgewandt ist. Der Körper 13 ist keilförmig ausgebildet, und die Seiten 21 und 22 laufen in Richtung der Außenkante 16 der Elektrode 2 zusammen. Die Seite 22 1st parallel zu der Rückseite 19 der Elektrode 2 angeordnet. Die Unterseite des Körpers 13 (Fig. 2) schließt bündig ab bzw. liegt in Flucht mit der Unterseite 20 der Elektrode, wobei ein rechtwinkeliger, dem Werkstück gegenüberliegender Oberflächenbereich durch die miteinander verbundenen Unterseiten 20 und 23 der Elektrode 2 und des dielektrischen Körpers 13 gebildet wird.

Der Körper 14 ist vorzugsweise in horizontaler Schnittrichtung von rechtwinkeliger Gestalt und weist eine Seite 24 auf, welche mit · Abstand gegenüber der Rückseite 19 der Elektrode 2 angeordnet 1st. Die Seite 24 weist an Jeder AuSenkante einen Flansch bzw. Vorsprung 23 auf, welcher eng an der Rückseite 19 (Flg. 3) der Elektrode 2 anliegt. Hierdurch wird ein aohlitrfömiger Hohlraun £6 zwischen

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Elektrode 2, Körper 14 und den Planschen 25 gebildet, welcher sich von dem oberen Ende der Elektrode nach unten erstreckt und an dem oberen Ende der Elektrode in eine öffnung 27 an der Unterseite des Gehäuses 15 einmündet.

Wie Figuren 1 und 2 zeigen, ist das Gehäuse 15.an de« unteren Ende eines Rohrstückes 28 befestigt, welches seinerseits an dem oberen Schenkel des Rahmens 4 befestigt ist. Die Röhre bzw. das Rohrstück 28 ist an die Leitung 7 angeschlossen. Demgemäß wird der Elektrolyt durch die Leitung 7 und die Röhre 28 in eine Kammer 29 des Gehäuses 15 gepumpt. Von dort fließt der Elektrolyt durch den Schlitz 27, wie durch die Pfeile 30 angedeutet, zum unteren Ende der Elektrode 2, wo er durch einen Bearbeitungsspalt 31 zwischen Werketüok 12 und den Unterseiten 20 und 23 der Elektrode und des Körpers 13 geleitet wird. Um ein Strömen des Elektrolyten unter den Körper 14 zu verhindern, ist eine Dichtungs- und Abstreifungsschiene JZ vorgegeben, die an der Unterseite des dielektrischen Körpers Xk befestigt 1st und aus einem dielektrischen Material mit einen geringen Heibungekoeffizienten und ausreichender Elastizität für Dichtungs» und Gleitzweckt in bezug auf die Werkstückoberfläche versehen ist.

Der Bearbeitungstisch 3 1st drehbar an der von dem Hotor 8 angetriebenen Welle 9 befestigt. Vorzugsweise besteht der Bearbeltungstisch 3 aus Metall und 1st mit einer Beschichtung 4Q aus dielektrischem Material versehen. Der Bearbeitung»tisch 3 weist eine Anzahl von gegeneinander mit Abstand angeordneten Mitteln xur WerkitUokbefestlgung auf, wie zum Beispiel die Ausnehmungen kl, welche zu» Slnsp&nnen. der Werkstück« 12 vorgesehen sind« Dl· «us Metall b*»teilend© Wellt 9

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ist mit der an die Oleichstromquelle bzw. Batterie IO angeschlossenen Zuleitung 11 verbunden. Auf diese Weise bilden der Bearbeitungstisch 3 und die Welle 9 einen Strompfad zur Zuleitung 11. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Welle 9 innerhalb des Rahmens 4 an einer Lagerung 35 gehalten.

Das Auffanggefäß 5 ist auf dem Rahmen 4 befestigt und besteht aus einer Bodenplatte 42 und Seitenwänden 43, deren obere Enden über die Deckfläche des Bearbeitungetisches 3 hinausragen. Das Auffanggefäß 5 hat den Zweck, an der Peripherie des Bearbeitungstisches 3 abfließenden bzw, überströmenden Elektrolyten aufzufangen und diesen Elektrolyten dem Umlaufsystem durch eine Auslafiöffnung 44 zuzuführen, die in die Pumpe 6 an die angeschlossene Zuleitung 7 einmündet. Im Betriebszustand werden die Werkstücke 12 elektrochemisch gesenkt bzw. abgetragen durch Drehung des Bearbeitungstisches 3, während ein elektrischer Strom durch den Elektrolyten innerhalb des Bearbeitungsspaltes 31 zwischen Werkstück und Elektrode geschickt wird. Der Bearbeitungstisch wird mit einer Geschwindigkeit von etwa (0,5 bis 50) . 2,54 cm/min gedreht. Während Fig* 1 ein· Einrichtung zeigt mit einem drehbaren Bearbeitungstisch mit darauf befestigtem Werkstück versteht es sich, daß die Einrichtung derart abgewandelt werden kann, daß das Werkstück feststeht und die Elektrode in bezug auf das Werkstück bewegt wird. Die Pumpe 6 fördert den Elektrolyten abwärts durch den Kanal 28, die Kammer 29 und den Sohlitz 26, von wo aus der Elektrolyt durch den Bearbeitungsspalt zwisohen den gegenüberliegenden Seiten der Elektrode und des Werkstückes strömt. Zu diesen Zweok kann die Qröße des Bearbeitungispaltes in den Qrenze» von (3.10*^

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bis 3*10 ).2,54 cm, vorzugsweise zwischen- (10 und S.10 )·2,54 cm

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liegen. Der Elektrolyt fließt durch den Bearbeitung»spalt 31 in der durch die Pfeile 3Q angegebenen Richtung (Bewegungsrichtung der Elektrode). Die Dichtungsschiene J52 hindert den Elektrolyten daran, rückwärts unter den Körper 14 zu fließen und eine Ätzung der bearbeiteten Oberfläche zu bewirken.

Während des Bearbeitungsvorganges'muß der Elektrolyt mit einer bestimmten Mengenströmung bzw. Geschwindigkeit fließen, welche von der Art des bearbeiteten Materials abhängt· Wenn der Mengenstrom bzw. die strömungsgeschwindigkeit zu gering sind, entwickelt sieh in dem Bearbeitungsspalt 31 eine erhebliche Wärme« die den Elektrolyten zum Kochen bringt. Hierdurch entstehen Gasblasen, welche die Leitung unterbrechen und zu einer Funkenbildung in Verbindung mit Spannungsschwankungen führen. Fließt jedoch andererseits der Elektrolyt zu schnell, so kann inaktiver Oxydfiim auf der Metalloberfläche entstehen, der isolierend ist und in erheblichem Maße den Stromfluß vermindert oder sogar unterbricht.

Die Stromdichte zur 'Durchführung des elektrochemischen Senkens kann

von 100 - Ö000 A/6,452 cm mit dem bevorzugten Bereich von 500-1500 A/6,452 cm variieren. Die Stromdichte, die eine Funktion der Leitfähigkeit des Elektrolyten und der Spannung ist, let umgekehrt proportional zu der Größe des Bearbeitungsspaltes zwischen der Elektrode und dem Werkstück, so daß sich mit einer Vergrößerung des Bearbeitungsspaltes die Stromdichte bei einer vorgegebenen Spannung verkleinert.

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Wenn die Abtragung beginnt, ist die Vergrößerung des Abstandes von der ursprünglichen Oberfläche eine Funktion der Geschwindigkeit, der Leitfähigkeit des Elektrolyten und der Spannung, wobei hierdurch die Stromdichte gesteuert wird. Die Stromdichte wiederum ist eine Funktion der Spaltabmessungen. Der Druck des Elektrolyten bei Eintritt in den Bearbeitungespalt beträgt zweckmäßig ungefähr 500 . 0,0703 at, vorzugsweise (4o - 50)·0,0703 at. Darüber hinaus muß der Druck auf einem relativ konstanten und hohen Niveau gehalten werden, um eine saubere Bearbeitung frei von Streifen zu erzielen. Wenn während der Bearbeitung die Elektrode über die Oberfläche des Werkstückes 12 gleitet (Pig. 2), wird eine obere Schicht 45 abgetragen, um eine gefinishte Oberfläche 46 zu erhalten. Die Abtragung beginnt an der vorderen Kante 47 und hält so lange an, wie die Unterseite 20 der Elektrode über einem Werkstückbezirk sich befindet. Mit anderen Worten, der Abtragungs- bzw. Senkungsvorgang spielt sich insbesondere innerhalb des Spaltes 31 ab, jedoch auch im geringeren Maße in den unmittelbar vorderseitig und rückseitig zur Elektrode benachbarten Zonen, da auch in diesen Zonen der Elektrolyt einen Strompfad bildet, wenn auch mit geringerer Stromdichte.

Wenn der Abstand oder Spalt relativ klein ist, wie z.B. (3.10 bis 3.IO )·2,54 cm, muß ein ausreichender Druck im Elektrolyten aufrechterhalten werden, nicht nur zur Erzielung einer kontinuierlichen Strömung, sondern auch zur Aufrechterhaltung tines Druckes van (^0-500).0,0703 at an der rückseitigen Kante. Un eine einwand-

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frei bearbeitete Oberfläche zu erhalten, muß der Elektrolyt der Elektrode vorauseilen bzw. zur abzutragenden Oberfläche fließen. Ein gleichmäßiger Druck im Elektrolyten von der einen Kante 16 bis zur anderen Kante 17 wird aufrechterhalten durch das keilförmige Ende 23 des Körpers 13, welches zusammen mit der Unterseite 20 der Elektrode 2 einen Bearbeitungsspalt >1 oder einen begrenzten Durchgang gleicher Länge für den Elektrolyten bilden. Auf diese Weise werden Streifen vermieden.

Ein geschlossener Stromkreis zwischen der Elektrode 2 und dem Werkstück 12 über den Spalt 31 wird durch einen gleichmäßig fließenden Elektrolytfilm im Spalt aufrechterhalten. Der Elektrolyt ist vorzugsweise eine homogene Lösung eines neutralen Salzes, wie z.B· Natriumchlorid oder Kaliumnitrat, wobei die Lösungen ein spez. Gewicht von ungefähr 1,Ob haben, das entspricht einer Mischung von ca. 0,12 kg Salz auf 1 Liter Wasser.

Während des Stromflusses zwischen dem Werkstück (Anode) und der Elektrode (Kathode) durch den Elektrolyten wird die Oberfläche des Werkstückes abgetragen. Während dieses Vorganges wird bei Benutzung oben erwähnter Salze ein Hydroxyd der abgetragenen Metalle gebildet und durch den Elektrolyten abtransportiert, wobei dieser Vorgang zunächst unbeeinflußt durch die Qegenwart der Hydroxyde bis zu einem bestimmten ViskositÄtewert des Elektrolyten, der dessen Strömungsgeschwindigkeit verringert, abläuft. Um einen Elektrolyten geringe. Viskosität zu erhalten, let es zweckmäßig, diesen insgesamt oder zumindest teilweise zu erneuern oder zu filtern.

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um die Hydroxyde, welche in feiner Suspension oder gelatineartiger Verteilung auftreten, zu entfernen.

Die Elektrode kann z.B· aus Kupfer bestehen. Zur rotatorIschen Bearbeitung hat die Elektrode die Gestalt eines abgeschnittenen Dreiecks (Trapezes) oder abgeschnittenen Kreissektors, dessen Seiten auf mit Abstand zueinander angeordneten Radien der Kreisbahn liegend divergieren. Die Winkelgeschwindigkeit eines WerkstUckpunktes steigt proportional zum Abstand dieses Punktes vom Drehungsiaittelpunkt. Um eine gleichmäßige Abtragung der Werkstückoberfläche« zu erzielen, müssen alle Werkstückbezirke gleichen Bearbeitungszeiten durch die Elektrode ausgesetzt seinj dies geschieht durch diegeschriebene Ausbildung der Elektrode. Die Dicke der abgetragenen Schichten schwankt mit der Drehgeschwindigkeit und der Stromdichte und kann in angemessener Weise verändert werden, um den fertigungstechnischen Anforderungen zu genügen. Darüber hinaus kann eine Einfach- oder Mehrfachelektrode benutzt werden. Die Menge der abgetragenen Schichten ist ferner proportional zur Elektrodenbreite.

Es versteht sich, daß anstelle des gezeigten, eine abgeschnittene Dreiecks- oder Kreissektorfora aufweisenden Werkstückes 12 das Werkstück auch Jede mögliche andere Form aufweisen kann, wie beispielsweise die Werkstücke 46 und 49 in den Figuren 4 und 5·

Wie in Fig. 2 gezeigt, verläuft die Unterseite 20 der Elektrode parallel zur Werkstückoberfläche. Mit einer derartigen For» kann die Elektrode mit Jeder beliebigen Vorechubgesohwindigkeit gefahren

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werden und eine Oberflächenschicht abtragen, deren Dicke eine Funktion der Elektrodenbreite und der Stromdichte ist.

Um die Senktiefe zu vergrößern, kann zweckmäßigerweise die Unterseite der Elektrode um einen Winkel β gegenüber der Horizontalen geneigt werden (Fig. 6). Auf diese Weise werden die Oberflächenschichten 50 bis zu einer größeren Tiefe abgetragen, wenn die Elektrode 51 in Richtung des Pfeiles 52 und/oder das Werkstück 12 in Richtung des Pfeiles 55 bewegt wird. Eine vergrößerte Senktiefe kann jedoch auch erzielt werden, wenn die rückseitige Kante 5^ der Elektrode 51 tiefer (gemkß Pfeil 55) als die ursprüngliche Oberfläche 56 des Werkstückes 12 angeordnet ist. Darüber hinaus wird eine gesteigerte Senktiefe erhalten, wenn die Vorderseite 57 der Elektrode 5I oberhalb (gemäß Pfeil 58) der ursprünglichen Oberfläche 56 des Werkstückes 12 angeordnet ist. Während des Abtragungsvorganges wird eine geneigte Oberfläche 59 während einer Übergangsphase unterhalb der Elektrode und zwischen der ursprünglichen Oberfläche 56 und der bearbeiteten Oberfläche 60 gebildet.

Das Prinzip der Neigung der unteren Elektrodenseite ist nicht nur •für solche elektrochemischen Senkverfahren anwendbar, bei denen die Relativbewegung zwischen Elektrode und Werkstück in einer Drehbewegung besteht, sondern das Prinzip ist auch bei translatorischer bzw. linearer Bewegung anwendbar. Das Verfahren ist anwendbar auf die Metallabtragung sowohl von ebenen als auOh reliefartigen Oberflächen und auch auf Maschinen mit vertikalem Vorschub,

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PLA ⁶ & / * ? ^{B ?}

.die zur Erzeugung von Bohrungen in Metallplatten vorgesehen sind. Wie in Fig. 7 dargestellt, kann eine Bohrung 61 in einer Metallplatte 62 durch ein e Elektrode 6j>, die an der Unterseite eines Schaftes 64 angeordnet ist, erzeugt werden. Die Elektrode 63 hat die Form eines Kegelstumpfes mit einer Mantelfläche 65, die sich in Richtung auf das Werkstück bzw. in Bearbeitungsrichtung verjüngt, d.h. nach innen geneigt ist, und zwar um einen Winkel θ zur vertikalen Achse.

Die Ausnehmung bzw. Bohrung 61 kann einen Rundquerschnitt oder irgend einen anderen Querschnitt aufweisen, wobei im letztgenannten Fall die Elektrode selbstverständlich eine angepaßte Form haben

Entsprechend dem bereits oben anhand der Fig. 6 beschriebenen Prinzip wird ein stirnseitiges Teil bzw. ein Kopf 66 der Elektrode 63 vorgesehen, welcher außerhalb der Abtragungszone 67 zwischen der ursprünglichen Bohrungsfläche 6l und der fertig bearbeiteten Bohrungsfläche 68 gehalten wird. Dementsprechend wird der rückseitige Teil 69 der Elektrode 63 in einer Zone zwischen der fertig bearbeiteten und der ursprünglichen Bohrungsfläche gehalten, wobei eine geneigte Bohrungfläche 70 im Übergangsstadium während des Abtragungsprozesses geformt wird, welche von den oberen zu den unteren Seiten der zu bearbeitenden Platte 62 fortschreitet, wie aus Fig. 7 ersichtlich.

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6 6 / F] 2 8 S

Der Elektrolyt trttt in die Abtragungszone ein durch den hohlzylindrischen Schaft 64 (pfeil 71)» von wo er durch Radialbohrungen 72 (s. auch Fig. 8) um die Elektrode 6) und in den Bearbeitungsspalt31' zwischen Elektrode und Werkstück bzw. Platte 62 fließt. Eine. Abdeckung bzw. ein Schutzschild 7^ 1st um die Elektrode 6j5 unü oberhalb der Bohrung 61 befestigt, um den erforderlichen Elektrolyt-Druck innerhalb des Bearbeitungsspaltes 31* zu erhalten. Dichtungen 75 und 76 sind an den Übergangsstellen zwischen Abdeckung 7^ und Schaft 64 bzw. platte 62 vorgesehen. Die Dichtung 75 muß leitend bzw. kontaktgebettd ausgeführt sein, wenn der Minuspol der Batterie - wie dargestellt - an der Abdeckung 74 angeschlossen ist, anderenfalls muß eine gesonderte gestrichelte Zuleitung II¹, die an dem Schaft 64 angeschlossen ist, vorgesehen sein.

Als wesentlicher Vorteil ·../ ergibt sich» daß durch die vorliegende Erfindung größere Senk- dzw. Abtrmgungsgesohwiridigkeiten erzielt werden können, wobei Mefc*ll8chiohten definierbarer Dicke abgetragen werden können.

8 Figuren
18 Ansprüche

BAD

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum elektrochemischen Senken, bei dem Schichten eines metallenen anodischen Werkstückes mittels kathodischer Werkzeug-Elektroden unter hoher Stromdichte im Elektrolyten abgetragen werden und der Elektrolyt unter hohem Druck durch einen Bearbeitungsspalt geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Elektrode erzeugt wird, deren Richtung im wesentlichen senkrecht zur Abtragungsrichtung verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung eine translatorische Bewegung ist.

j>. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung längs einer gekrümmten Linie erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung längs einer Kreislinie erfolgt.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch X oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Werkstüok-Halteeinriohtung vorgesehen ist mit einer kathodischen, dem Werkstück gegenüberstehenden Werkzeugelektrode, die eine Abtragungsoberfläche mit im gegenseitigen Abstand angeordneten vorder- und rückseitigen Kanten aufweist, wobei Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen

^ Elektrode und Werkstück gemäß einer Kreisbahn vorgesehen sind und

0» wobei die vorder- und rückseitigen Kanten der Abtragungsoberfläche 0

auf Halbmessern der Kreisbahn liegen. BAD OfHGlHAL

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück relativ zur. Elektrode drehbar angeordnet ist.

7« Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstück-Halteeinrichtung aus einem Bearbeitungstisch besteht, der Mittel zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes aufweist, wobei der Bearbeitungstisch relativ zur Elektrode drehbar angeordnet ist.

r. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abatreifungsschiene auf der der Bewegungsfront abgelegenen Seite der Elektrode angeordnet ist, welche mit einer Werkstückoberfläche in Eingriff steht, wobei die Abstreifungsschiene vorzugsweise aus einem dielektrischen isolierenden Material besteht mit einem geringen Reibungskoeffizienten und ausreichender Elastizität solcher Größe, daß eine enge Anlage an der Werkstückoberfläche zwecks Abstreifung von Elektrolytresten gegeben ist.

9· Einrichtung nach Anspruch 5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragungsfläche (Wirkfläche) der Elektrode einen solchen Querschnitt aufweist, daß ein abgeschnittenes Dreieck (Trapez) gebildet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein dielektrischer Körper auf einer Seite der Elektrode derart befestigt ist, daß ein Bearbeitungsspalt gleicher Breite von der sehmalen zur breiten Kante der trapezförmigen Wirkfläche der

Elektrode gebildet ist. — — ■- «

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11. Einrichtung nach Anspruch 5*6 oder ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die frontseitige Kante der Elektrode (an der Bewegungsfront liegend) oberhalb des Niveaus der ursprünglich zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und die rückseitige Kante der Elektrode unterhalb dieses Niveaus angeordnet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 5»6 oder 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode einen an der Bewegungsfrontseite liegenden Metallkörper und einen an ihrer Rückseite liegenden dielektrischen Korper aufweist, wobei der frontseitige Körper einen Bearbeitungsspalt bildet, durch welchen der Elektrolyt zu der niedriger liegenden Elektrodenkante transportiert wird (Fig. 6).

13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Werkstück gegenüberliegende Elektrode mit einer Abtragungsfläche versehen ist, welche mit Abstand zueinander angeordnete vorder- und rückseitige Kanten aufweist, wobei die Abtragungsfläche um einen bestimmten Winkel gegenüber der ursprünglichen Werkstückoberfläche geneigt ist und wobei die frontseitige Kante oberhalb der ursprünglichen Werkstückoberfläche und die rückseitige Kante unterhalb der ursprünglichen Werkstückoberfläche angeordnet ist, jedoch oberhalb der fertig bearbeiteten Werkstückoberfläche, und Mittel zur Relativbewegung zwischen Elektrode und Werkstück vorgesehen sind.

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14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode die Form eines Kegelstumpfes hat, wobei die frontseitige Wirkfläche der Elektrode die kleinere Kegelstirnfläche und der Kegelmantel geneigte Wirkflächen bilden.

15· Anwendung einer Einrichtung mit geneigten Elektrodenwirkflachen auf das elektrochemische Senken von metallenen Werkstücken, bei dem die Vorschubbewegung der Elektrode im wesentlichen in Abtragungsrichtung liegt.·

±Ö. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Werkstücken auf der Bearbeitungsbahn angeordnet wird, der zumindest eine kathodische Elektrode oberhalb der Werkstücke zugeordnet wird.

17· Verfahren nach Anspruch 4 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Kreisbahn angeordneten Werkstücke relativ zur Elektrode gedreht werden.

Ib. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt zwischen der Elektrode und den auf einer Kreisbahn bewegten Werkstücken in einer zur Bewegungsrichtung der Werkstücke gegenläufigen Richtung zugeführt wird.

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