Patentbeschreibung sw@@..-w--:--------------- - - -Die Erfindung betrifft
ein Verfahren sowie Vorrichtungen zum elektrolytischen Schleifen von Bohrungen in.
elektrisch leitenden und schwer bearbeitbaren Werkstoffen mit metallisch gebundenen,
vornehmlich mit Diamantkörnern bestückten Schleifstiften, wodurch gegenüber dem
rein mechanischen Schleifen ein größerer Abtrag je Zeiteinheit bei gleichzeitig
geringerem Werkzeugverschleiß erreicht wird. Besondere Vorteile bietet dieses Verfahren
beim Schleifen von Bohrungen in Werkstücken aus Hartmetall, die sich - wie bekannt
- nur schwer und unter größerem Kostenaufwand durch größeren Diamantverbrauch und
längere Schleifzeiten bearbeiten lassen.Patent description sw @@ ..- w -: --------------- - - -The invention relates
a method and devices for the electrolytic grinding of bores in.
electrically conductive and difficult to machine materials with metallically bound,
Mainly equipped with diamond grains mounted points, which compared to the
purely mechanical grinding, a greater amount of material removed per unit of time at the same time
less tool wear is achieved. This process offers particular advantages
when grinding bores in workpieces made of hard metal, which - as known
- only with difficulty and at greater expense due to greater diamond consumption and
have longer grinding times processed.
Das elektrolytische Schleifen, auch Elysier-Schleifen genannt, beruht
im wesentlichen auf einem elektrochemischen Abtragvorgang, der nur in geringem Maße
von einem zusätzlichen mechanischen Abtrag überlagert wird.» Dieser mechanische
Abtrag erstreckt sich dabei hauptsächlich auf die fortlaufende Beseitigung der sich
an der Anode (Werkstück) bildenden oxydschicht, die - würde- man sie nicht abtragen.
- die Elektrolyse zum Stillstand kommen lassen würde' weil die Oxydschicht elektrisch
nichtleitend ist. Beim Abtragen dieser Oxydschicht wird aber nun. auch: ein geringer
Abtrag vom Grundmetall stattfinden.
Das elektrolytische Schleifen-ist
beim Planschleifen mit Umfangs- oder Topfschleifscheiben bereits erfolgreich eingesetzt
worden. In beiden Fällen sind die Berührflächen zwischen Werkstück und Schleifscheibe
verhältnismäßig groß, so daß der Wirkspalt (elektrolytische Zelle) von einer genügenden
Anzahl von Diamantkörnern aufrecht erhalten wird. Dadurch wird ein metallischer
Kontakt zwischen den beiden Polen, der zu Funkenüberschlägen und Lich.tbogenbildung
(thermische Erosion, und damit zu einer Zerstörung der Schleifscheibe und der Werkstückoberfläche
führt, vermieden. Da hierbei die Arbeitsstelle offenliegt, bereitet es keine Schwierigkeiten,
den Elektrolyten zuzuführen. Die bei der Elektrolyse entstehenden Gase können nach
allen Seiten entweichen und behindern die Zufuhr des Elektrolyten nicht. Wesentlich
andere und den Elysierprozeß ungünstig beeinflussende Berührverhältnisse ergeben
sich beim Innenschleifen. Die effektive Berührzone von Bohrungs=Innenfläche und
Schleifstift-Umfangsfläche ist hierbei um Zehnerpotenzen kleiner, insbesondere dann,
wenn kleine Bohrungen geschliffen werden. Desweiteren ist beim Innenschleifen die
Zuführung des Elektrolyten in den Wirkspalt problematisch. Bei den bisher üblichen
Methoden wird der Wirkspalt nicht ausreichend mit XLektrolyt gefiillt, was aber
eine unabdingbare Voraussetzung für den Abtrag durch Elektrolyse ist. Der Elektrolyt
wird durch die hohle Werkstückspindel in die Bohrung eingespritzt und soll durch
das umlaufende Werkstück und -den gleichsinnig umlaufenden Schleifstift in den Wirkspalt
hineingezogen werden. Die Gasentwicklung im Spalt behindert jedoch das tangentiale
Einfließen des Elektrolyten erheblich. Dieser Mangel kann auch nicht durch größere
Zuftußgeschwindigkeiten ausgeglichen werden. Schwankungen der Gegebenheiten in der
elektrolytischen Zelle - also im Wirkspalt - bedingen Schwankungen des Übergangswiderstandes
und führen zu einem insgesamt geringeren Abtrag sowie zur Funkenerosion.-Die bearbeitete
Bohrungsfläche ist mit kleinen Erosionskratern überzogen und weist zudem Fornnfehler
auf, die als Folge erhöhter Spannungskonzentration an den Belagkanten des Schleifstiftes
entstehen, währepd auf Seiten des Werkzeuges Teile der Schleifstiftbiitdung abschmelzen
und der Diamantbelag verglüht. - _
Ziel der Erfindung ist es nun,
die genannten Nachteile beim Innenschleifen zu vermeiden und dafür geeignete Lösungen.
anzugeben. Im Prinzip besteht eine solche Lösung darin, daß der im Arbeitsspalt
wirksame Elektrolyt vor Beginn des Abtragvorganges unter Druck gesetzt und während
des Abtragvorganges unter Druck gehalten wird. Dieses Prinzip wird nun mit Hilfe
einer Druckkammer zerwirklicht, die die Bohrung an ihren beiden Enden abschließt,
ohne die Bewe&,j.ngsfreiheit des Schleifstiftes in axialer Richtung (Hubrichtung)
und radialer Richtung (Zustellung) zu beeinträchtigen.* Die in Bild 1 dargestellte
Ausführung der Druckkammer ist innerhalb eines gewissen Bereiches universell für
verschiedene Werkstück-Außendurchmesser, Werkstücklängen und Hublängen sowie verschiedene
Bohrungsdurchmesser anwendbar. Das Werkstück (11) wird an seiner vorderen Stirnfläche
mittels eines Kunststoffkolbens (7) abgedichtet. Eigeringer Planschlag kann vom
Kolben aufgenommen werden, wenn dieser entsprechend leichtgängig in der Kolbenführung
(8) sitzt. Für längere oder im Durchmesser größere Werkstücke kann die Kolbenführung
(8) ausgewechselt werden, Die Planflächen des Werkstückes brauchen als Schutz gegen
an dieser Stelle unerwünschte Elektrolyse nicht mit einer Lackschicht überzogen
zu werden. Der Kolben (7) wird durch Druckluft aus dem Raum 1I des Schleifkopfes
(10) gegen das rotierende- Werkstück gedrückt und dichtet die Bohrung ab. Bei der
Hubbewegung des Schleifstiftes, die dieser gemeinsam mit dem Schleifkopf (10) und
der Kolbenführung-(8) ausführt, verbleibt der- Kolben (7) in seiner Lage, die Aussparung
(12) in der Stirnfläche des Kolbens gestattet einen Überlauf des Schlefstiftbelages
über die Werkstückbohrung hinaus, Im Raum M des Kolbens sammeln sich Elektrolyt,
Luft und Gas als Gemisch an und fließen durch die Bohrungen (3) ab. Der Kolben (7)
darf nicht aus ferromagnetischem Werkstoff gefertigt sein, sofern der Schleifkopf
mit induktiven Aufnehmern (4) (Bild 2) zur Beobachtung der Durchbiegung des Schleifstiftes
ausgestattet wird. Durch die Hubbewegung wird der Kolben (7) nicht beeinflußt. Die
erwähnten induktiven Aufnehmer (4) werden durch den über die Leitung (2) in den
Schleifkopf zugeführten Luftstrom gegen den Elektrolyten geschützt und gleichzeitig.
gekühlt. Werden die Induktiven
Aufnehmer (4), die die Durchbiegung
des Schleifstiftes (14) in radialer Richtung und damit die Radialkraft beim Schleifvorgang
zu messen gestatten, benötigt, so verlängert sich die Baulänge der Anordnung um
die Breite des Steges (9), der die induktiven Aufnehmer trägt. Der Schleifkopf
(10) ist geteilt; die untere Schalenhälfte desselben ist mit dem Schleifspindelstock
fest verschraubt, während die obere abnehmbar ist. Dadurch kann der Schleifstift
in gewohnter Weise ein- und ausgespannt werden.Electrolytic grinding, also known as Elysier grinding, is essentially based on an electrochemical removal process, which is only slightly superimposed by additional mechanical removal. " This mechanical removal mainly extends to the ongoing removal of the oxide layer that forms on the anode (workpiece), which - would it not be removed. - the electrolysis would come to a standstill because the oxide layer is electrically non-conductive. When removing this oxide layer, however, is now. also: a slight removal of the base metal can take place. Electrolytic grinding has already been used successfully for surface grinding with peripheral or cup grinding wheels. In both cases, the contact surfaces between the workpiece and the grinding wheel are relatively large, so that the active gap (electrolytic cell) is maintained by a sufficient number of diamond grains. This avoids metallic contact between the two poles, which leads to arcing and arcing (thermal erosion, and thus to the destruction of the grinding wheel and the workpiece surface. Since the work area is exposed, there are no difficulties in supplying the electrolyte. The gases produced during the electrolysis can escape on all sides and do not hinder the supply of the electrolyte. Significantly different contact conditions which have an adverse effect on the elysation process arise during internal grinding. The effective contact zone between the inner surface of the bore and the circumferential surface of the grinding pin is smaller by powers of ten, in particular Then when small bores are ground. Furthermore, the feeding of the electrolyte into the working gap is problematic with internal grinding is the removal by electrolysis. The electrolyte is injected into the bore through the hollow workpiece spindle and is to be drawn into the active gap by the rotating workpiece and the grinding pin rotating in the same direction. However, the development of gas in the gap considerably hinders the tangential flow of the electrolyte. This deficiency can also not be compensated for by higher inflation speeds. Fluctuations in the conditions in the electrolytic cell - i.e. in the active gap - cause fluctuations in the contact resistance and lead to less material removal overall and spark erosion of the grinding pin arise, while parts of the grinding pin connection melt away on the tool side and the diamond coating burns up. The aim of the invention is now to avoid the disadvantages mentioned in internal grinding and to find suitable solutions for them. to specify. In principle, such a solution consists in the fact that the electrolyte active in the working gap is pressurized before the start of the removal process and is kept under pressure during the removal process. This principle is now implemented with the help of a pressure chamber that closes the bore at both ends without impairing the freedom of movement of the grinding pin in the axial direction (stroke direction) and radial direction (infeed). * The design shown in Figure 1 the pressure chamber can be used universally within a certain range for different workpiece outside diameters, workpiece lengths and stroke lengths as well as different bore diameters. The workpiece (11) is sealed on its front face by means of a plastic piston (7). A slight axial runout can be absorbed by the piston if it is seated smoothly in the piston guide (8). The piston guide (8) can be exchanged for longer workpieces or workpieces with a larger diameter. The piston (7) is pressed against the rotating workpiece by compressed air from space 1I of the grinding head (10) and seals the bore. During the stroke movement of the grinding pin, which it executes together with the grinding head (10) and the piston guide (8), the piston (7) remains in its position, the recess (12) in the face of the piston allows the grinding pin coating to overflow Beyond the workpiece bore, electrolyte, air and gas collect as a mixture in space M of the piston and flow off through the bores (3). The piston (7) must not be made of ferromagnetic material if the grinding head is equipped with inductive sensors (4) (Fig. 2) to observe the deflection of the grinding pin. The piston (7) is not influenced by the stroke movement. The above-mentioned inductive sensors (4) are protected against the electrolyte by the air flow fed into the grinding head via the line (2) and at the same time. chilled. If the inductive transducers (4), which allow the deflection of the grinding pin (14) in the radial direction and thus the radial force during the grinding process to be measured, are required, the overall length of the arrangement is extended by the width of the web (9), which the inductive Transducer carries. The grinding head (10) is divided; the lower half of the shell is firmly screwed to the grinding headstock, while the upper half is removable. This allows the grinding pin to be clamped in and out in the usual way.
Das Werkstück (11) wird im Backenfutter mittels einer Kunststoffhülse
(5) abgedichtet, in der das Zufuhrrohr für den Elektrolyten durch einen Simmerring
geführt wird. Durch auswechselbare Distanzringe (6) können Werkstücke (11) verschiedener
Länge eingespannt werden. Die Elektrolyt-und Luftzufuhr wird so eingestellt, daß
in der Bohrung der für den Abtragprozeß optimale Überdruck entsteht. An der Berührfläche
von Werkstück (11) und Kolben (7) entsteht zwischen beiden Stirnflächen eine Relativbewegung,
die entsprechend der Parallelverschiebung der Werkstück-und Schleifstiftachse verschieden
ist. Der Verschleiß der Kolbenstirnfläche infolge dieser Relativbewegung ist minimal,
wenn ein entsprechend verschleißfester Kunststoff verwendet wird: Eine andere Ausführung
der Druckkammer ist in Bild 3 dargestellt. Ein Dichtungsring (15) ist über einen
Gummibalg (17) mit dem Schleifkopf (10) verbunden. Der Gummibalg (17) hat die Aufgabe,
die Relativbewegung von Werkstück und Werkzeug beim Schleifen infolge der radialen
Zustellung sowie die Hubbewegung des Schleifstiftes aufzunehmen. Die hintere Abdichtung
(5, 6) der Bohrung wird auf gleiche Weise, wie bei der ersten Ausführung der Druckkammer,
durchgeführt. Elektrolyt, Luft und Gas sammeln sich im Zwischenraum M und fließen
von dortaus über die Aus-
trittsöffnung (3) ab.The workpiece (11) is sealed in the jaw chuck by means of a plastic sleeve (5) in which the feed pipe for the electrolyte is guided through a Simmerring. Interchangeable spacer rings (6) allow workpieces (11) of different lengths to be clamped. The electrolyte and air supply is adjusted so that the optimum overpressure for the removal process is created in the bore. At the contact surface between the workpiece (11) and the piston (7), a relative movement occurs between the two end faces, which is different according to the parallel displacement of the workpiece and grinding pin axis. The wear on the piston face as a result of this relative movement is minimal if a correspondingly wear-resistant plastic is used: Another design of the pressure chamber is shown in Figure 3. A sealing ring (15) is connected to the grinding head (10) via a rubber bellows (17). The rubber bellows (17) has the task of absorbing the relative movement of the workpiece and the tool during grinding as a result of the radial infeed and the stroke movement of the grinding pin. The rear sealing (5, 6) of the bore is carried out in the same way as in the first embodiment of the pressure chamber. Electrolyte, air and gas are collected in the space M, and flow of dortaus concerning the export opening (3).
Die in Bild 4 dargestellte weitere Ausführung der Druckkammer wird
angewandt, wenn Sacklöcher auszuschleifen sind. Der Elektrolyt kann für diesen Fall
nur vom werkzeugseitigen Ende der Bohrung zugeführt werden. Dazu ist der Haltering
(16) des Dichtungsringes (15) mit Zuflußbohrungen (19) versehen, die mit der Elektrolytleitung
über Schläuche (20) verbunden sind. Anzahl und Größe der Bohrungen (19) richten
sich nach
dem erforderlichen Druck im Wirkspalt. Das Gemisch aus
Elektrolyt, Gas und Luft fließt wie bei Bild 3 beschrieben ebenfalls über den Zwischenraum
ITT durch die Austrittsöffnung 3 ab.The further version of the pressure chamber shown in Figure 4 is
used when blind holes are to be ground out. The electrolyte can be used for this case
can only be fed from the tool-side end of the bore. This is the retaining ring
(16) of the sealing ring (15) provided with inflow bores (19) which connect to the electrolyte line
are connected via hoses (20). Align the number and size of the bores (19)
after
the required pressure in the working gap. The mixture of
Electrolyte, gas and air also flow over the gap as described in Figure 3
ITT through the outlet opening 3.
Da bei den beschriebenen Anordnungen nach Bild 3 und 4 die Stirnfläche
des Werksdickes dem Elektrolyten ausgesetzt ist, kann an dieser Fläche eine unerwünschte
zusätzliche Elektrolyse stattfinden. Daher ist es notwendig, in diesem Falle die
vordere Stirnseite des Werkstückes durch eine isolierende Lack- oder Fettschicht
abzudecken.Since in the arrangements described according to Figure 3 and 4, the end face
of the factory thickness is exposed to the electrolyte, an undesirable
additional electrolysis take place. Therefore, in this case it is necessary to use the
front face of the workpiece through an insulating layer of varnish or grease
to cover.
Zusätzlich zu der beschriebenen Druckkammer zum elektrolytischen Innenschleifen
erfordert das Verfahren wegen der Kleinheit der Kontaktfläche den Einsatz von Schleifstiften
mit vorzugsweise galvanisch gebundenem Diamant, um einen genügend großen Überstand
der Diarnantspitzen über die Bindung und damit einen genügend großen Wirkspalt zwischen
Anode (Werkstück) und Kathode (Schleifstift) zu gewährleisten. Innerhalb des Wirkspaltes
kann die Feldverteilung und damit der Stromverlauf als hinreichend homogen angenommen
werden. An den beiden scharf ausgebildeten Schleifbelagkanten konzentrieren sich
jedoch die Feldlinien mit der Folge einer größeren Stromdichte an diesen Stellen.
Daher wird durch diese Kanten, insbesondere an den Hubenden, wenn der Schleifstift,
durch die kinematischen Gegebenheiten bedingt, kurze Zeit stillsteht, mehr Werkstoff
im Werkstück abgetragen. Dadurch bilden sich in der Bohrung zwei Markierungen bzw.
Rillen aus, die das Werkstück unbrauchbar machen können. Rein elektrisch kann man
dieser Spannungskonzentration nicht begegnen, wohl aber durch eine geeignete Formgebung
der Elektrode, d. h. des Schleifstiftes. Die Feldstärkemaxima an den Werkzeugkanten
lassen sich dadurch abbauen, daß man diese Kanten mit einem entsprechend großen
Radius versieht. Die Größe dieses Radius ist von der Stärke des fließenden
Stromes abhängig und liegt im Bereich von etwa 0, 3 ,.. 1 mm. Durch die beschriebene
Formgebung der Werkzeug-elektrode vermeidet man den erwähnten Formfeier Bohrung.In addition to the pressure chamber described for electrolytic internal grinding, the method requires the use of grinding pins with preferably galvanically bonded diamond due to the small size of the contact surface in order to allow the diamond tips to protrude sufficiently over the bond and thus a sufficiently large effective gap between anode (workpiece) and cathode ( Grinding pin). The field distribution and thus the current course can be assumed to be sufficiently homogeneous within the active gap. However, the field lines are concentrated on the two sharply defined edges of the abrasive coating, resulting in a greater current density at these points. Therefore, more material is removed from the workpiece by these edges, especially at the stroke ends, when the grinding pin, due to the kinematic conditions, stands still for a short time. As a result, two markings or grooves are formed in the bore that can render the workpiece unusable. This voltage concentration cannot be countered purely electrically, but it can be countered by a suitable shape of the electrode, ie the grinding pin. The field strength maxima at the tool edges can be reduced by providing these edges with a correspondingly large radius. The size of this radius depends on the strength of the flowing current and is in the range of about 0.3, .. 1 mm. The shaping of the tool electrode as described avoids the mentioned form celebration hole.