DE1908662B2 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von werkstuecken durch elektrochemisches senken mittels abwaelzender formelektrode - Google Patents

Description

Die Metallbearbeitung mittels elektrolytischer Abtragung (EC-Verfahren bzw. elektrochemisches Senken) hat sich auf verschiedenen Gebieten der spanabhebenden Bearbeitung als überlegen erwiesen. Entscheidend hierfür ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit, die Herstellbarkeit auch komplizierterer Formen in einem Arbeitsgang, das Entfallen von mechanischer Nachbearbeitung sowie der Wegfall der Abnutzung spanabhebender Werkzeuge wie Schneidstähle usw. Bei diesem Verfahren wird bekanntlich die anodische Auflösung eines Metalls in einem Elektrolyten ausgenutzt. Das Werkstück stellt die Anode dar, während ein als Kathode geschaltetes Werkzeug ge-

geniiber eier BearbeitungsflHche des Werkstückes liegt und der Spult zwischen beiden mit einem ElektrolylL-n gefüllt ist, Als Elektrolyt dienen in der Regel wässrige Lösungen eines metallischen Salzes oder einer schwachen Säure. Mit zunehmender Auflösung der Werkstückoberfläche muß ein ständiger Vorschub des Werkzeuges in Richtung auf das Werkstück hin einhergehen. Die vorliegende Erfindung gehl von der Erkenntnis aus, daß beim EC-Verfahren in der bisherigen Anwendung zur Herstellung von Turbomaschinenschaufeln und dergleichen die durchwegs einzelnen Werkstücke etwa wegen des notwendigen Einspannens nicht auf der ganzen Länge erfaßt werden können.

Es ist in diesem Zusammenhang aus der USA.-Pa-'c'iuschrift 3 371022 bekannt, eine walzenförmige, abwälzende Formelektrode zu verwenden, durch die ein gegenüberliegendes, sich mitdrehendes, walzenförmiges Werkstück profiliert wird. Damit ist zwar bei entsprechender Einspannung eine Bearbeitung auf der ganzen Werkstücklänge mögl'ch, jedoch ist i'ioses Verfahren nur für walzenförmige Werkstücke i .summt, die mit einer entsprechenden Profilierung .ersehen werden sollen.

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Aus der britischen Patentschrift 1096 411 ist es /\jr auch bekannt, aus einem durchlaufenden Band v-.:r Herstellung von Rasierklingen die seitlichen Hanken durch elektrolytische Abtragung entsprechend anzuschärfen. Hierbei ist jedoch nur ein gleichlVi.ißiges Abtragen von bestimmten Materialschichten '„-forderlich, ohne daß eine weitergehende Formgebung möglich wäre.

Die Erfindung betrifft demgegenüber ein Verfah-αη zur Bearbeitung von Werkstücken durch elektrochemisches Senken, insbesondere von Turbomaschinc-iischaufeln, bei dem zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und einer walzenförmigen, abwälzenden Fc-melektrode ein Bearbeitungsspalt aufrechterhalten wird, durch den der Elektrolyt mit hoher Geschwindigkeit strömt, während Formelektrode und Werkstück relativ zueinander bewegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken durch elektrochemisches Senken zu schaffen, durch das im kontinuierlichen Durchfluß, d. h. ohne daß ein Ein-, Aus- oder Umspannen einzelner Werkstücke erfolgen müßte, die Bearbeitung erfolgen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht dabei darin, daß das Werkstück aus kontinuierlich durchlaufendem Stangen- oder Bandmaterial an mindestens einer sich drehenden Formelektrode, deren Protilierung abgewickelt dem Negativ der gewünschten Werkstückform entspricht, vorbeibewegt wird und daß die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks und die Umfangsgeschwindigkeit der Formelektrode aufeinander abgestimmt werden.

Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Fertigung von Turbomaschinenschaufeln, da damit aus einer Rohmaterialstange aneinanderhängende Schaufeln hergestellt werden können, die sich in einem nachfolgenden automatisierungsfähigen Arbeitsprozeß am Fußende gerade und am Kopfende in beliebiger Schräge abtrennen lassen. Danach ist nur noch ein Putzarbcitsga ,ig und das Schleifen des Schaufelfußes sowie gegebenenfalls ein Kegelmantelschleifen der Schaufelspitzen erforderlich. Da ein Eingriff des Bedienungsmannes nach Fertigstellung einer Schaufel nicht notwendig ist, kann eine Reihe derartiger Maschineneinheiten von einem Mann bedient werden, Das Verfahren eignet sich sowohl zur Herstellung prismatischer als auch verwundener Schaufeln, ebenso können Turbinen- oder Turbomaschinenschaufeln mit oder ohne Deckband erzeugt werden. Das Verfahren läßt sich besonders rationell gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch durchführen, daß das Werkstück zwischen zwei sich gegenläufig zueinander drehenden Formelektroden hindurch bewegt und demgemäß an seinen beiden Längsseiten gleichzeitig bearbeitet wird. Dabei kann insbesondere bei der Herstellung von Turbomaschinenschaufeln eine Materialstange größerer Länge an den Formelektroden vorbeibewegt werden, so daß die Elektroden jeweils bei einem Umlauf die Form eines Werkstückes oder einer ganzen Zahl von Werkstükken in diese Materialstange einsenken, wobei in periodischer Arbeitsweise die Werkstücke nacheinander aus der Materialstange erzeugt werden, ohne daß der Materialvorschub unterb'-chen werden müßte. Durch die Erfindung ist somit eine kontinuierliche Bearbeitung durchlaufender Rohmaterialbänder oder -stangen nach dem EC-Verfahren möglich, wobei in einem Durchlauf die endgültige Form erzielt werden kann, was eine erhebliche Rationalisierung der Fertigung mit sich bringt.

Wie erwähnt, können die Werkstücke aneinanderhängend den Eingriffsbereich der Elektroden verlassen und bei einem nachfolgenden Trennprozeß voneinander getrennt und gegebenenfalls nachbearbeitet werden. Es ist jedoch auch möglich, daß die den Einwirkungsbereich der Elektroden verlassenden Werkstücke am Ende ihrer Durchlaufstrecke durch die Elektroden elektrochemisch von den nachfolgenden Werkstücken abgetrennt werden. Die abgetrennten Werkstückteile können in einem Auffangbehälter unterhalb der Formwalzen aufgefangen werden, der als Schleuse ausgebildet ist, so daß in bestimmten Intervallen die aufgefangenen und fertig bearbeiteten Werkstücke schubweise aus dem Elektrolyt-Behälter entnommen werden können.

Gegenstand der Erfindung ist, wie erwähnt, auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens mit mindestens einer walzenförmigen, abwälzenden Formelektrode. Die Vorrichtung besteht dabei aus einer Elektrolyt-Druckkammer mit einer abdichtenden Materialführungsöffnung für das Stangen- oder Bandmaterial und der mit Abstand zu einer Geguiwalze angeordneten und zu dieser eine Werkstückdurchlauföffnung freilassendem, sich drehenden Formelektrode sowie an die Formelektrode und die Gegenwalze anliegenden und mit diesen mitlaufenden Dichtwalzen, die — abgesehen vom Bearbeitungsspalt — die Druckkammer zum Abflußraum des Elektrolyten abdichten. Ist hierbei nur eine walzenförmiee Formelektrode vorgesehen, während die Gegenwalze lediglich zur Führung des Werkstückes dient, so werden die Werkstücke nur auf einer Längsseite bearbeitet. Eine weitere Rationalisierung kann, wie bereits erwähnt, dadurch erzielt werden, daß auch die Gegenwalze als Formelektrodc ausgeführt ist. GemäD einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen die an den Formelektroden bzw. Gegenwalzen angreifenden Dichtwalzen aus einem elektrisch isolierenden, elastischen, gegen Abrieb widerstandsfähigen Material, insbesondere aus Weichgummi oder Moltopren. Es ist hierdurch bei entsprechenden Andrückkräften ?wischen

den miteinander in Eingriff stehenden Formelektro-' Trennsehnitt, der bei 12 angedeutet ist, vorgenom-

denwaizen und Dichtwalzen eine elastische Abdieh- men wird.

tung der Elektrolyt-Druckkammer möglich, wobei An Stelle der Greifvorrichtung in Form der Vorder Elektrolyt mit erheblicher Geschwindigkeit durch schubzange 9 können auch mehrere Greifvorrichtunden den einzigen Durchlaß darstellenden Bearbei- S gen vorgesehen sein, beispielsweise zwei, die das tungsspalt strömen kann. Gemäß einer Weiterbildung Werkstück bzw. die Materialzange abwechselnd vorder Vorrichtung sind Zusatzdiehtwalzen vorgesehen, wärts schieben. Es könnten auch Vorschubwalzen die mit den an den Formelektroden bzw. Gegenwal- vorgesehen sein (nicht dargestellt),
zen anliegenden Dichtwalzen in Eingriff stehen. Es Wie ersichtlich, werden im kontinuierlichen kann auf diese Weise die gesamte Elektrolyt-Druck- to Durchlauf Gasturbinenschaufeln 3 α mit einem FuB-kammer von den Walzen begrenzt werden, und es er- teil 3 a' und einem Schaufelblatt-Teil 3 a" erzeugt: geben sich weitere, durch eine Gummi-Metallauflage dieser Schaufelblatt-Teil 3 a" kann in sich verwunden besonders gut abdichtende Stellen. Bevorzugt beste- sein, da auch eine solche Gestalt durch die Vorrichhen die Zusatzdiehtwalzen aus einem gegen elektro- tung herstellbar ist. Weiter ist ersichtlich, daß das chemischen Abtrag widerstandsfähigen Material, vor- 15 Werkstück 3 zwischen den sich gemäß Pfeilen 13 gezugsweise aus Titan. Dieses Metall ist auch dann, genläufig zueinander drehenden walzenartigen Forwenn es auf anodischem Potential steht, gegen elek- melektroden 4 hindurchbewegt wird, deren abgewiktrochemischen Abtrag widerstandsfähig, was darauf kelte Profilierung 14 dem Negativ der gewünschten zurückzuführen ist. daß es zwar auf Grund seiner Werkstückform bzw. -oberfläche entspricht. Beim Oberflächenstruktur Elektronen leitet, jedoch für ao Abwälzen der Elektrode auf der Bearbeitungslänge Ionen ein Nichtleiter ist, d. h. innerhalb der insbeson- des Werkstücks wird in letzteres die gewünschte ders in Frage kommenden Spannungsbereiche zwi- Oberflächengestalt gewissermaßen eingeprägt. Hierschen 10 und 15 V. bei ist auf die genaue Einhaltung des Arbeitsspaltes s

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der zu achten, d. h. die Formelektroden 4 dürfen sich mit

Vorrichtung besteht dann, daß eine oder mehrere der as ihrer Ttofilierung dem zu bearbeitenden Werkstück 3

Elektrolyt-Druckkammer vorgeschaltete Greifvor- nicht zu sehr näher bzw. sich nicht zu weit von die-

richtungen vorgesehen sind, die die zulaufende Mate- sem entfernen.

rialstange periodisch und abschnittsweise erfassen Wesentlich im in diesem Zusammenhang, daß die

und vorschieben und daß die Formelektroden bzw. Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks 3 einerseits

Gegenwalzen mit einem Antrieb gekuppelt sind, wo- 30 und die Umfangsgeschwindigkeit der Formelektro-

bei die Greif vorrichtungen und der Antrieb miteinan- den 4 andererseits aufeinander abgestimmt werden,

der derart in Wirk verbindung gebracht sind, daß d. h. gleichgehalten oder in bestimmte Verhältnisse

Vorschub- und Walzenumlaufgeschwindigkeit aufein- zueinander gebracht werden. Dadurch, daß zwischen

ander abstimmbar sind. den walzenförmigen Formelektroden 4 und dem

Wenn das Werkstück größere Einsenktiefen auf- 35 Werkstück 3 ein vom Elektrolyten ausgefüllter

weisen muß, so kann die Einwirkungsdauer der Elek- Spalt s besteht, ist es möglich, daß die Umfangsge-

trode auf das durchlaufende Werkstück durch Ver- schwindigkeit der Elektroden 4 und die Werkstückge-

langsamung des Vorschubes entsprechend verlängert schwindigkeit auch voneinander verschieden sein

werden. können. Hieraus resultiert, daß mit einer bestimmten

Im folgenden wird an Hand der Zeichnung das 40 walzenförmigen Formelektrode4 Werkstücke bzw.

Verfahren sowie ein Ausführungsbeispiel für eine Schaufeln 3a verschiedener Länge, jedoch gleichen

Vorrichtung zu seiner Durchführung näher erläutert. Profils herstellbar sind und weiterhin, daß Profilwal-

In der einzigen Figur ist unter Fortlassung der für zen bzw. Fonnelektroden 4 für Schaufeln oder Werkdas Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen stücke 3 a, 3 verschiedener Länge einen gleichen Teile ausschnittsweise eine EC-Vorrichtung darge- 45 Durchmesser aufweisen können, was zu entsprechenstellt, durch die gerade eine Materialstange läuft. den Vereinfachungen bei der Werltzeuginaschinen-

Im einzelnen bedeuten: I das Gehäuse der Konstruktion führt. Der AbMimmur.gsgrao zwischen EC-Vorrichtung, 2 die Elektrolyt-Druckkammer, in der Umfangsgeschwindigkeit der Fonnelektroden 4 die ein geeigneter Elektrolyt unter hohem Druck ge- und der Vorschubgeschwindigkeit des zu bearbeitenpumpt wird, der diese Kammer über den zwischen 50 den Werkstückes 3 wird vorzugsweise in Abhängigdem gerade in Bearbeitung befindlichen Werkstück 3 keit von den jeweils pro Zeiteinheit wegzusenkenden und den walzenförmigen Formelektroden 4 gebilde- Querschnittsgrößen der auf die Elektroden 4 zulauten Bearbeitungsspalt s verläßt: 5 die abdichtbare fenden Werkstückpartien gebracht. Diese Maßnahme Materialeinführungsöffnung. durch die die Material- führt dazu, daß zur Herstellung von Werkstücken unstange 3' und damit auch das gerade bearbeitete 55 terschiedlicher Länge, jedoch gleichen Profils, die Werkstück 3 den Formelektroden 4 zugeführt wird; 6 gleichen walzenförmigen Formelektroden verwendet ein Einsatzteil, welches dichtend in der Gehäuseöff- werden können, wobei nur das Verhältnis der Vornung 1 α befestigt ist und die vorgenannte Material- schub- zur Walzenumfangsgeschwindigkeit verändert einführungsöffnung 5 enthält 7 Dichtwalzen aus *rird.

Hartgummi. 8 Zusatzdiehtwalzen aus Titan; 9 eine 60 Dieses Verfahrensmerkmal ist z. B. auch bei Turdie Materialstange 3' ergreifende Vorschubzange, die bomaschinenschaufeln anwendbar, die eine untergemäß Pfeil 10 die Stange allmählich vorschiebt, ent- schiedliche Länge aufweisen, jedoch auf ihrer Länge sprechend der Umfangsgeschwindigkeit der Form- um den gleichen Winkel in sich verwunden sind, so elektroden 4:11 eine Elektrolytablaufkammer, die an daß die Verwindung bei den längeren Schaufeln im ihrem Grunde entweder eine abdichtbare öffnung 65 Vergleich zu den kürzeren Schaufeln gleichsam gezum Hindurchleiten der fertig bearbeiteten Schaufel- streckt wird.

stücke 3 α enthält oder eine Schleusenvorrichtung, so- Die dargestellte Vorrichtung kann auch so ausge-

fpm innerhalb der Ablaufkammer 11 bereits^ der staltet sein, daß die Steuerung der Vorschubge-

schwtndigiuit und/oder der Walzendrehzahl durch mit der Walzenachse gekuppelte Progfammscheiben oder Programmsteuerwerke erfolgt (nicht dargestellt). Die vorgenannte Steuerung ist insbesondere deshalb notwendig, weil bei krassen Querschnittsunterschieden, wie z. B. beim Übergang vom Schaufelfuß iά zum Schaufelblatt 3a" plötzlich große Material* mengen abzutragen sind, d. h., ifaß die Vorschubge*

schwindigkeit nicht gleichmäßig ist, sondern in Abhängigkeit vorn Profil sich ändert,

Die genaue Spalteinhaltung ist beim konventionellen £C-Verfahren mit längsvefsehieblich gelagerten und translatorisch bewegten Elektroden an sich be* kannt (deutsche Patentschrift 1 169 056 — elektrische Methode sowie deutsche Auslegeschrift 1 237 713 — mechanische Methode).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken durch elektrochemisches Senken (£C-Verfahren), insbesondere von Turbomaschinenschaufeln, bei dem zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und einer walzenförmigen, abwälzenden Formelektrode ein Bearbeitungsspalt aufrechterhalten wird, durch den der Elektrolyt mit hoher Geschwindigkeit strömt, während Formelektrode und Werkstück relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück aus kontinuierlich durchlaufendem Stangen- oder Bandmaterial an mindestens einer sich drehenden Formelektrode, deren Profilierung abgewickelt dem Negativ der gewünschten Werkstückform entspricht, vorbeibewegt wird und daß die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks und Umfangsgeschwindigkeit der Formelektrode aufeinander abgestimmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zwischen zwei sich gegenläufig zueinander drehenden Formelektroden hindurchbewegt und an seinen beiden Längsseiten gleichzeitig bearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne* daß eine Materialstange größerer Länge an den Formeiektroden vorbeibewegt wird und daß die Elektroder, jeweils bei einem Umlauf die Form eines Werkstückes oder einer ganzen Zahl von Werkstücken einsenktn und in periodischer Arbeitsweise die Werkstücke nacheinander aus der Materialstange erzeugen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einwirkungsbereich der Elektroden verlassenden Werkstücke am Ende ihrer Durchlaufstrecke von den nachfolgenden Werkstücken elektrochemisch durch dw Elektroden selbst abgetrennt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke aneinandcrhängend den Einwirkungsbereich der Elektroden verlassen und bei einem nachfolgenden Trennprozeß voneinander getrennt und gegebenenfalls nachbearbeitet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstimmungsgrad zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Formelektroden und der Vorschubgeschwindigkeit des zu bearbeitenden Werkstückes in Abhängigkeit von den jeweils pro Zeiteinheit wegzusenkenden Querschnittsgrößen der auf die Elektroden zulaufenden Werkstückpartien gebracht ist·

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Werkstücken unterschiedlicher Länge, jedoch gleichen Profils die gleichen walzenförmigen Formelektroden verwendet werden, wobei jedoch das Verhältnis der Vorschub- zur Walzenumfangsgeschwindigkeit verändert wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit mindestens einer walzenförmigen, abwälzenden Form- 6$ elektrode, gekennzeichnet durch eine Elektrolytdruckkammer (2) mit einer abdichtenden Materialeinftihrungsöffnung (5) für das Stangen- oder Bandmaterial (3') und der mit Abstand zu einer Gegenwalze angeordneten und zu dieser einer Werkstückdurchlaßöffnung freilassenden, sich drehenden Formelektrode (4) sowie an die Formelektrode (4) und die Gegenwalze anliegenden und mit diesen mitlaufenden Dichtwalzen (7, 8), die — abgesehen vom Bearbeitungsspalt s — die Druckkammer (2) zum Abflußraum (11) des Elektrolyten abdichten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Gegenwalze als Formelektrode (4) ausgeführt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruchs oder9, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Formelektroden (4) bzw. Gegenwalzen angreifenden Dichtwalzen (7) aus einem elektrisch isolierenden, elastischen, gegen Antrieb widerstandsfähigem Material, insbesondere Weichgummi oder Moltoprene, bestehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzdichtwalzen (8) voi gesehen sind, die mit den an den Formeiektroden (U) bzw. Gegenwalzen anliegenden Dichtwalzen (7) in Eingriff stehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzdichtwalzen (8) aus einem gegen elektrochemischen Abtrag widerstandsfähigen Metall, vorzugsweise aus Titan, bestehen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Elektrolytkammer (1) vorgeschaltete Greifvorrichtungen (9) vorgesehen sind, die die zulaufende Materialstange (3') periodisch und abschnittsweise erfassen und vorschieben und daß die Formelektroden (U) bz'-v Gegenwalzen mit einem Antrieb gekuppelt sind, wobei die Greifvorrichtungen (9) und der Antrieb miteinander derart in Wirkver^indung gebracht sind, daß Vorschub- und Walzenumlaufgeschwindigkeit aufeinander abstimmbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit und/oder der Walzendrehzahl durch mit der Walzenachse gekuppelte Programmscheiben oder Programmsteuerwerke erfolgt.