DE1615168A1 - Elektroerosionsmaschine - Google Patents

Description

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The Cincinnati Milling Machine Co₁ Cincinnati 9 / Ohio (V.St.A.)

"Elektroerosionsmaschine"

Die Erfindung bezieht sich auf Elektroerosionsbearbeitungsgeräte und insbesondere auf eine Elektrode zur Verwendung bei einem elektrochemischen Bearbeitungsvorgang.

Obwohl elektrochemische Bearbeitung oder ein schnelles Abtragen in der Bearbeitung von ansonsten nichtbearbeitbaren Materialien allgemein angenommen und angewendet worden ist, ist bis jetzt noch kein zufriedenstellendes Gerät gefunden worden, das das Durchbrechen eines Stapels getrennter Werkstücke in einem einzigen TauchschneidVorgang gestattet. Dies ist auf das übliche

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Auftreten eines Mittelzapfens zurückzuführen, der, wenn er einmal freigeschnitten 1st, das Werkstück und die Elektrode kurzschliesst, oder in anderer Weise eine normale Bearbeitung stört, wenn ein Versuch gemacht wird, die Bearbeitung eines weiteren Werkstückes fortzusetzen, nachdem das Durchdringen des obersten Werkstückes in dem Stapel vollendet 1st.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode zur Verwendung bei elektrochemischen Bearbeitungsgängen zu schaffen, wobei der Mittelzapfen ausgeschaltet und die Möglichkeit geschaffen wird, einen Stapel.von Werkstücken mit einem einzigen Tauchschnitt zu durchdringen.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine Elektrode geschaffen, die eine solche Form aufweist, dass sie ein Werkstück von einem führenden Punkt her durchschneidet oder erodiert, während sie durch ein Werkstück hindurchgeführt wird. Die Elektrode ist an ihrer vorderen Spitze von grösster Länge und das Vorderende oder die Schnittfläche der Elektrode ist von dieser vorderen Spitze schräg nach hinten geneigt. Damit die Schneidwirkung gleichmässig über die Endfläche ist, während sie durch das Werkatück hindurchgeführt wird, weist die Fläche eine Vielzahl kleiner Öffnungen in einem wesentlichen Bereich des Mittelteiles auf, um den Fluss des Elektrolyten

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durch die Endfläche zu gestatten. Dies gestattet einen

.'-..■" . ■■-.--. - ■ ■ - -""-.-'". .-".--■ λ - "-■ ^: angemessenen Elektrolytfluss über den ganzen Schneidflächenbereich und schaltet eine grbsse öffnung aus* wo sich ein Mittelzapfen bilden, könnte. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein umgekehrter Elektrolytfluss in dem Elektrodengerät verwendet,■ _vd.h. -der Elektrolyt dringt in die Elektrode an ihrerSchneidfläche ein, anstatt aus dieser abgegeben zu werden.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird -ein Elektroerosionsbearbeitungsgerät geschaffen, das eine-Werkzeugelektrode mit einem-eLektrisch leitenden Schaft hat, wobei sich ein Flüssigkeitskanal axial/durch diesen Schaft erstreckt und wobei eine elektrisch leitende Bearbei-.tungsspitze an dem Schaftteil am Vorderelade befestigt ist und eine Bearbeitungsobe rf lache hat, die von einem .--. vorderen Punkt; flaraüf nach hinten geneigt ist, wobei eine Vielzahl kleiner Öffnungen in einem Abstand über die Bearbeitruigsspit:;e verteilt ist und mit dem Fluss igke itskanal .in Verbindung steht,,.währ.;end eine:. elektrisch-isolierende Lage den Schaftteil direkt hinter der genannten Bearbeiturigsspitae bedeckt»

Vieitere Ifericr.ale uncl' Vorteile: der' Erfindung ergeben sich aüs^: der nachstehenden Beschreibung, mehrerer' in den beifügten sahematisclien Seichnungen dargestellter Aus-

Fig. 1 ist eine Schnittansicht durch das elektrochemische Bearbeitungsgerät nach der Erfindung,

Fig. 2, 3, 4 und 6 sind Endansichten von elektrochemischen Bearbeitungselektroden in den verschiedenen Formen nach der Erfindung,

Fig. 5 und 7 sind Schnittansichten der Elektroden nach Fig. 4 bzw. 6, nach den Linien 5-5 und 7-7,

Fig. 8 - 11 zeigen die Elektrode nach Fig. 1 und 2 im Schnitt und in progressiven Stellungen, während sie durch einen Stapel von werkstücken der gleichen Materialzusammensetzung, aber von beliebigen Stärken bewegt wird.

Fig. 1 zeigt einen Aufbau, um auf elektrochemische Art und Weise ein Loch durch einen Stapel von Werkstücken verschiedener Stärken I0-I5 aus demselben Material zu bohren, die auf einer Platte direkt auf dem nicht gezeigten Maschinengestell angeordneten Platte 16 aufgebracht sind. Ein Elektrolytkrümmer I7 ist auf das oberste Werkstück unmittelbar aufgesetzt und wird durch ein Paar Klemmstangen l8, 19 abwärts dagegengedrückt. Die Stangen l8, 19 sind jede an einem Ende auf einem Block 2o gehalten und an ihrem anderen Ende direkt von', dem Krümmer 17. Ein Niederhaltebolzen 21, der an einem

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Ende in der Platte 16 befestigt ist, erstreckt sich lose durch jede Stange 18, 19 und eine Mutter 22 ist über das andere Ende geschraubt und fest abwärts gegen die entsprechenden Stangen 18, 19 gedreht. Dies schafft ein kräftiges Klemmen des Krümmers 17 auf den Stapel der Werkstücke I0-I5 und bringt den Brück zur Einwirkung, der diese Werkstücke auf der Platte 16 an ihrem Platz hält* Eine 0-Ringdichfcung 2J> ist zwischen dem Werkstück Io und dem Krümmer I7 angeordnet, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung dazwischen zu bewirken. Der Krümmer ist auch mit einem Einlassrohr 2^ versehen, durch das Elektrolytflüssigkeit unter Druck dem Raum innerhalb des Krümmers 17 zugeführt wird. Das Rohr 24 ist als Einlassrohr beschrieben, da in dem besonderen beschriebenen Gerät ein umgekehrter Elektrolytfluss verwendet wird, wobei ein Medium von den Maschinenoberflächen über die '. Elektrode 26 entfernt wird.

Die Oberseite des Krümmers I7 hat eine öffnung 25, um einen Kanal zu schaffen, durch den die Elektrode 26 bei dem Bearbeitungsvorgang bewegt werden kann. Die Elektrode 26 besteht aus einem leitenden Rohrteil 27 oder Schaft mit einem Längskanal 35. Die Elektrode 26 ist mit einer Isolationsschicht 28 über den Teil des Rohres 27 versehen, der durch die Krümmeröffnung 25bewegt wird. Sie hat auch eine leitende Spitze 29, die im vorderen

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Ende des Rohres 27 befestigt ist, um die Bearbeitungsfläche 30 zu schaffen, über die der Bearbeitungsvorgang stattfindet. Eine O-Ringdichtung j51 ist in dem Krümmer 17 angeordnet und liegt um die Elektrode 26 herum, um den Krümmer 17 während des Bearbeitungsvorganges flüssigkeitsdicht zu halten. Die Elektrode 26 wird durch Rohrgewindegänge in einem Halteteil 32 gehalten, der in einer Werkzeugplatte 33 befestigt ist. Der Halteteil ist mit einer mittigen öffnung 34 versehen, die mit der Mittelöffnung 35 durch die Elektrode 26 in Verbindung steht und mit einem Abgaberohr ^>6, das vorgesehen ist, um. den flüssigen Elektrolyten aus der Elektrode 26 und dem Halteteil 32 zu entfernen, um die umgekehrte Flussrichtung der Flüssigkeitsbewegung zu bewirken. Die Werkzeügtragerplatte 33 ist an einem nicht gezeigten Stempel befestigt, wie das bei elektrischen Bearbeitungsgeräten üblich ist, wobei dieser Stempel beweglich ist, um die Platte ^ und die Elektrode 26 auf die Werkstücke Io - I5 mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit zuzubewegen und die Platte 33 und Elektrode 26 von den Werkstücken I0-I5 zurückzuziehen. Die Platte 33 ist auch elektrisch von dem Maschinenstempel in üblicher Art und Weise isoliert, da eine Quelle negativen Gleichstroms mit dem Halteteil 32 verbunden ist; die leitenden Teile der Elektrode 26 sind kathodisch im Verhältnis zu den Werkstücken I0-I5 und der Werkstückträgerplatte 16, mit der eine Quelle positiven Gleichstromes verbunden ist, um sie anodisch

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zu machen. Diese elektrischen Verbindungen werden durch die Leitungen 37 bzw* 38 dargestellt".

Da das Rohr 24 des Krümmers 17 ein Zuleitungsrohr für Elektrolyt unter Druck ist und die Leitung 36 ein Rückiaufkanal von der Elektrode 26 und ihrem Halteteil "32, ist die Endfläche Jo des spitzen Endes 29 der Elektrode 26 durchbrochen, um die Bewegung des Elektrolyten aus dem Raum innerhalb des Krümmers 17 und in den Elektrolytdurchlass 35 zu gestatten. Wie in Pig. I gezeigt, haben "die Durchbrechungen der Spitze 29 die Form einer Vielzahl sehr schmaler Schlitze 39. Diese Schlitze 39 sind eng genug, damit das normale Überschneidüngsmerkmal des elektrochemischen Bearbeitungsganges die Bildung praktisch jeglicher korrespondierenden hohen Punkte oder herausragenden Kerne verhindert", wenn die Werkstücke I0-I5 erodiert werden. So geht der Bearbeitungsvorgang vor sich, als ob die gesamte Fläche 3° fest wäre und sich kein Mittelkern bilden könnte. Eine der kleinen öffnungen in der Elektrodenspitze 29 liegt an dem fuhrenden Punkt, um die Einleitung des Schneidens oder des Eros ions voi-ganges zu erleichtern, indem sichergestellt wire;, dass eine gewisse Menge an Flüssigkeit\in diesem Punkt fliesst.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die Platte16 mit einem

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Raum 4o darin hinter den Werkstücken I0-15 versehen ist, in den die Elektrodenspitze 29 hineinbewegt werden kann, um ein volles Eindringen in den gesamten Stapel I0-I5 zu gestatten. Diese öffnung oder dieser Raum 4o wird voll Elektrolyt gehalten, wenn die Werkstücke I0-I5 anfänglich auf die Platte 16 aufgebracht werden. Dies verhindert ein momentanes Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes durch die Schlitze 39 beim ersten Durchbrechen der Elektrodenspitze 29 durch das letzte Werkstück 15· Solch eine Unterbrechung würde anderenfalls stattfinden, bis der Ausgleich für die plötzliche Volumenerhöhung innerhalb der Krümmerhöhlung durch Zuführung eines gleichen Volumens an Elektrolyt vom Rohr 24 her geschieht. Während dieses Zeitraumes könnte ein Kurzschliessen zwischen dem Werkstück I5 und der Elektrode 26 stattfinden.

Das Vordringen der Elektrodenspitze 29 in dem Stapel der Werkstücke I0-I5 ist in Eig, 8 - 11 gezeigt. Der Grund für die Ausbildung der Endfläche 30 der Spitze 29, so dass sie von einem Punkt aus schräg nach hinten geneigt verläuft, ist am besten aus diesen Figuren zu verstehen. In diesen Figuren ist sichtbar, dass, wenn die Elektrodenspitze beginnt, ein Werkstück zu erodieren, beispielsweise das Werkstück 15 in Fig. 8, das anfängliche Erodieren auf den vordersten oder führenden Punkt der 'Spitze 29 beschränkt ist, die bei der besonderen ge-

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zeigten spitzen Form in der Mitte der Höhlung oder dem Loch liegt,, das erzeugt werden soll. Wenn die Spitze 29 also in das Werkstück.15, Fig. 9 und lo, hineinbewegt wird, wird der Mittelteil des Werkstückes vollständig wegerodiert, bevor der periphere Bereich entfernt wird, und wenn die vollständige Erosion nach Fig. 11 erreicht ist, bleibt kein Mittelzapfen übrig. Die Bewegung der Spitze 29 durch jedes der anderen Werkstücke Io-l4 ist ebenfalls in dieser Art und Weise vor sich gegangen, . so dass, wenn eine Bearbeitung an einem folgenden Werkstück beginnt, wie im Falle des Werkstückes 15, kein Mittelteil von dem vorangegangenen Werkstück 14 vor-; handen ist, um Schwierigkeiten zu verursachen,

^Während die Elektrode 26 und die Spitze 29 dazu bestimmt sind, ein rundes, durchgehendes Loch in den Werkstücken I0-I5 zu erzeugen, und wenn daher die Fläche 3° konisoh ist, könnte Jede beliebige andere Form eines durchgehenden Loches in gleicher Art hergestellt werden, solange die Fläche der Elektrode; so gemacht wird, dass an irgend einem Punkt innerhalb .der Peripherie der Endfläche ein führender Punkt der" Spitze hergestellt wird und der Bereich der Fläche von diesem führenden. Punkt schräg nach hinten geneigt ist. In einigen fällen schafft eine Kante ähnlich einer Melsselkante den richtigen Mittepunkt für eine periphere Bearbeitungswirkung und der Ausdruck

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"führende Spitze" der Schneidkante soll auch eine Kante dieser Art umfassen» Die Spitze 29 kann auch von kugelförmiger Gestalt sein, in welchem Falle ein führender Punkt darauf vorhanden wäre und der Bereich der Fläche von diesem Punkt schräg nach hinten geneigt ist. Es wird jedoch angenommen, dass in den meisten Fällen eine konische Entwicklung auf der Endfläche die besten Ergebnisse erbringt, da ein Kräfteausgleich erreicht wird, der dazu neigt, die Elektrode während ihrer Vorwärtsbewegung zu zentrieren.

Es hat sich gezeigt, dass der umgekehrte Elektrolytfluss, wie hier beschrieben, die besten Bearbeitungsergetnisse mit der beschriebenen Elektrodengestalt erbringt. Während der genaue Grund noch nicht sicher festgestellt ist, wird angenommen, dass eine verringerte Neigung der Kante I5' des Endwerkstückes I5 zum Flattern vorhanden ist, da dieses Werkstück sich während und nach dem Durchbrechen der Spitze 29 zu einer ziemlich scharfen und nicht unterstützten Kante entwickelt. Der Wert der Neigung der Spitzenfläche 30 von dem führenden Punkt weg bestimmt die Neigung des Flatterns an der Kante 15'. Eine schärfere Kante 15^f wird durch eine-geringere Neigung der Fläche erzeugt, und wenn die Kante I5¹ spitzer wird, d.h."der 'von der Kante 15' umschlossene Winkel verkleinert wird, wird die Neigung zum Flattern für jedes beliebige gegebene Material und Lochgrösse erhöht. Eine sehr steile

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Neigung der Fläche 3p., d.h. eine scharfe Spitze, ist etwas nachteilig insofern, als die Bearbeitungsgeschwindigkeit verringert wird, da weniger Bereich in der Nahe der Endfläche 30 während des anfänglichen'Eindringens der Elektrode in den Stapel und auch während des schliess-.liehen Heraustretens daraus verfügbar wäre. Es wäre auch schwieriger, die Elektrodenspitze zu formen und sie mit den erforderlichen kleinen öffnungen zu versehen. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass der bevorzugte Bereich der Rückwärtsneigungen auf der Fläche des Werkzeugendes 29 im Bereich von 3*bis 2o° liegt. Dieser Neigungswinkel ist der Winkel, der zwischen der Werkzeugfläche 30 und einer Ebene eingeschlossen ist, die senkrecht zur Längsachse der Elektrode liegt und durch die Spitze 29 verläuft. Dieser Winkel entspricht demjenigen, der an der Kante 15'des Werkstückes I5 eingeschlossen ist, wie in Fig. Io gezeigt. Der von der Spitze 29 in der konischen Ausführungsform nach Fig. 8*11 eingeschiossene Winkel liegt im Bereich von l4o° bis 1?4 ·

Es hat sich auch gezeigt, dass andere öffnungen als die Schlitze der Spitze 29 wirksam sind. Beispielsweise ist in Fig. 3 eine Spitze 41 gezeigt, die eine Vielzahl kleiner, runder Löcher 42 aufweist, die darin ausgebildet sind, mit einem einzigen Schlitz 43 durch den Mittelteil. In Fig. 4 und 5 ist der Mittelteil einer

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Spitze 44 mit einem feinmaschigen Kegel 45 aus leitendem Gewebematerial bedeckt. In Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, in der eine Spitze 46 mit einem Mittelabschnitt 4Y aus leitendem und porösem "Schwamm"-Metall verwendet wird. Dieses Schwammetall kann, wie bekannt, durch Sintern eines Metallpulvers hergestellt werden, dem ein .brennbares Füllmaterial beigemischt wurde. Bei jeder dieser beschriebenen Ausführungsformen sind die öffnungen von einer solchen Grö'sse, dass in der Richtung ihrer Mindestabmessung in jedem beliebigen Querschnitt der Raum über die öffnung hinweg weniger als zweimal so gross wie die Überschneidkante des Verfahrens ist, und vorzugsweise nahezu gleich der normalen überschneidkante. Daher werden keine Mittelzapfen oder Stifte von ausreichender Grosse gebildet, um ein Kurzschliessen zu bewirken.

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Claims (6)

Pat e η ta η s ρ r ü c he :

1. " Elektroerosionsgerät mit einer Werkzeugelektrode mit einem elektrisch leitenden Schaftteil mit^elnem axial durch ihn verlaufenden Flüssigkeitskanal, da d ure h g e k e η η ζ e i c h η e t , dass eine elektrisch leitende Bearbeitungsspitze (29) an dem genannten Schaftteil (27) an dessen vorderem. Ende befestigt ist und eine Bearbeitungsoberflache (3o) aufweist, die von einem vorderen Punkt weg nach hinten geneigt ist, während eine Vielzahl kleiner Öffnungen (39) über die genannte Bearbeitungsspitze (29) in einem Abstand liegt und sich dadurch erstreckt und mit dem Flüssigkeitskanal (35) in Verbindung steht, während eine elektrisch isolierende Schicht (28) den Schaftteil direkt hinter der Bearbeitungsspitze deckt.

2. Elektroerosionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum über jeder der kleinen Öffnungen in der Richtung der KIeinstabmessung geringer ist als zweimal die Überschneidungslücke für den Bearbeitungsprozess, -',-.-·

3. Elektroerosionsgerät nach, den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet> dass _;die Bearbeitungsoberfläche (30) von dem führenden Pilnkt weg in einem.Winkel innerhalb des Bereiches von 3 bis2o°nach hinten ge-

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neigt ist, und zwar von einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung der Werkzeugelektrode,

4. Elektroerosionsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsoberfläche von einem mittig gelegenen Führungspunkt zu deren Umfang hin nach hinten geneigt ist.

5. Elektroerosionsgerät nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsfläche eine konische Oberfläche aufweist, die vorne an dem Schaft frei ausgesetzt ist und vom Mittelpunkt zu deren Peripherie hin nach hinten geneigt ist»

6. Elektroerosionsgerät nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Loches durch einen Stapel von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen an Bearbeitungsflüssigkeit unter Druck in einem Raum gehalten wird, der das 'Vorderende der Werkzeugelektrode und den Stapel der Werkstücke gegenüber der genannten .Werkzeugelektrode umgibt, und eine Einrichtung (24, 36) Flüssigkeit von dem Flüssigkeitskanal (35) in der Werkzeugelektrode wegführt, um einen Flüssigkeitsfluss durch die kleinen Öffnungen (39) von dem genannten Volumen der Bearbeitungsflüssigkeit herzustellen./

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