DE1931675A1

DE1931675A1 - Electrochemical counter-boring in the mould - ing of workpieces

Info

Publication number: DE1931675A1
Application number: DE19691931675
Authority: DE
Inventors: Peter Gosger
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1969-06-21
Filing date: 1969-06-21
Publication date: 1971-01-07

Abstract

Counterboring method provides for the electrode at the end of its stroke to establish a gap of uniform width with the spatial mould. The first part of the path traversed by the electrode at the beginning of its working stroke is greater than a second part, and the first part is traversed more quickly than the second.

Description

Verfahren ztmi elektrochemischen Senken von Itaumformen. Process ztmi electrochemical sinking of itaumformen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen Senken von Raumformen an Werkstücken, bei dem eine Elektrode, die mit einer in Bezug auf das Werkstückpotential positiven Spannung beaufschlagt ist, gegen das Werkstück bewegt und zwischen Elektrode und Werkstück eine Elektrolytströmung aufrechterhalten wird, wodurch bei fortschreitender Elektrodenbewegung eine fortschreitende elektrochemische Abtragung des Materials eintritt. Dabei muß die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode so geregelt werden, daß zwischen Werkstück und Elektrode immer ein mit Elektrolyt gefüllter Spalt aufrechterhalten wird. Die Dicke dieses Spaltes wird dabei umso grösser, je größer der Winkel ist, den die Flächennormale des benachbarten Oberflächenelementes -mit der Vorschubrichtung einschließt.The invention relates to a method for electrochemical lowering of three-dimensional shapes on workpieces, in which an electrode that is connected to a positive voltage is applied to the workpiece potential against the workpiece moves and maintains an electrolyte flow between the electrode and the workpiece is, whereby with advancing electrode movement an advancing electrochemical Removal of the material occurs. The advance speed of the electrode must be be regulated in such a way that there is always an electrolyte between the workpiece and the electrode filled gap is maintained. The thickness of this gap is increased The greater the angle, the greater the surface normal of the adjacent surface element -includes with the feed direction.

Wegen dieser Erscheinung muß die Elektrodenform also um die Größe des sich am Ende des Arbeitshubes der Elektrode einstellenden Spaltes von der gewünschten Raumform abweichen. Da die Spaltweite auch noch von anderen Parametern wie Konzantration, Temperatur des Elektrolyten bzw. der Arbeitsspannung beeinflußt wird, ist die Ermittlung der Elektrodenform nicht immer einfach.Because of this phenomenon, the shape of the electrode must be increased in size of the gap that is established at the end of the working stroke of the electrode from the desired one Room shape differ. Since the gap width also depends on other parameters such as concentration, The temperature of the electrolyte or the working voltage is influenced, is the determination the shape of the electrodes is not always easy.

Es wurde nun gefunden, daß bei Verwendung bestimmter sogenannter passivierender Elektrolyte wie NaNO3 oder NaCiO, die Aufweitung des Elektrolytspaltes an gewissen Stellen weitgehend vermindert werden kann. Bei diesen passiviererideii Elektrolyten treten nämlich keine Stromdichten auf, die kleiner als eiti bestiro ter Schwellwert sind, wobei dieser Schwellwert mit t"tllender Elektrolytkonzentration, Elektrolyttemperatur und Arbeitsspannung ansteigt.It has now been found that when using certain so-called passivating Electrolytes like NaNO3 or NaCiO, the expansion of the electrolyte gap can be largely reduced at certain points. With these passiviererideii This is because electrolytes do not have any current densities that are smaller than eiti bestiro are the threshold value, this threshold value with increasing electrolyte concentration, Electrolyte temperature and working voltage increases.

Das Bestehen eines solchen Schwellwertes Iiat nun zur Folge, daß bei entsprechend niedriger Konzentration und Temperatur des Elektrolyten bzw. bei entsprechend niedriger Arbeitsspannung sich eine Stromverteilung einstellt, daß eine merkliche Stromdichte und damit ein entsprechender elektrochemischer ,Ietallabtrag nur bei sehr kleinen Weiten des Elektrolytspaltes eintritt. Unter diesen Bedingungen können nun Raumformen elektrochemisch gesenkt werden, die von den wirksamen Elektrodenflächen nur geringfügig abweichen, da sich zwischen dem Werkstück und der Elektrode ein Elektrolytspalt von praktisch konstanter sehr geringer Weite einstellt. Die genannten Bedingungen, nämlich niedrige Elektrolyttemperatur und Elektrolytkonzentration sowie niedriger Arbeitsspannung erfordern aber eine sehr geringe Vorschubgeschwindigkeit, was zu Bearbeitungszeiten führt, die das lo-bis 50-fache der Uearbeitungszeiten betragen, wie sie bei den herkömmlichen Verfahren unter Verwendung von Elektroden mit entsprechend korrigierten gegenüber der gewünschten Raumform verzerrten wirksamen Elektrodenflächen üblich sind.The existence of such a threshold value Iiat now means that at correspondingly low concentration and temperature of the electrolyte or with correspondingly low working voltage, a current distribution is established that a noticeable Current density and thus a corresponding electrochemical, metal removal only at very small widths of the electrolyte gap occurs. Under these conditions you can Now, three-dimensional shapes are electrochemically lowered by the effective electrode surfaces differ only slightly, as there is one between the workpiece and the electrode Adjusts electrolyte gap of practically constant, very small width. The mentioned Conditions, namely low electrolyte temperature and electrolyte concentration as well low working voltage but require a very low feed rate, which leads to processing times that are 10 to 50 times the processing times as in the conventional method using electrodes with correspondingly corrected effective ones that are distorted in relation to the desired spatial shape Electrode areas are common.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum elektrochemischen Senken von Raumformen an Werkstücken anzugeben, bei dem die wirksame Oberfläche der Elektrode am Ende ihres Arbeitshubes mit der erzeugten Raumform einen Spalt von wenigstens angenähert konstanter Weite einschließt und bei der i3eari>eitungszeiten von der Größenordnung erreicht werden, wie bei Verfahren mit verzerrten Elektrodenformen.The invention is now based on the object of a method for electrochemical Indicate lowering of spatial shapes on workpieces, in which the effective surface the electrode at the end their working stroke with the generated spatial shape includes a gap of at least approximately constant width and with the opening times of the order of magnitude achieved in processes with distorted electrode shapes.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode in einem ersten größeren Wegabschnitt zu Beginn des Arbeitshubes mit einer größeren mittleren Vorschubgeschwindigkeit bewegt und mit einer höheren Elysierspannung beaufschlagt wird als in einem danach durchlaufenen Wegabscllnitt gegen Ende des Arbeitshubes.The method according to the invention is characterized in that the electrode in a first larger path section at the beginning of the working stroke moves at a higher average feed rate and with a higher Elysiersspannung is acted upon than in a path section followed thereafter towards the end of the Working stroke.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode in zwei aufeinander folgenden Wegabschnitten des ArbeitsIiubes jeweils wenigstens angenähert konstant ist.According to an advantageous embodiment, the invention is thereby characterized in that the feed rate of the electrode in two successive the following sections of the work path are at least approximately constant is.

Nach Durchlaufen eines vorgegebenen ersten Wegabschnittes erfolgt gemäß einer vorteilhaften ersten Verfahrensvariante die Umschaltung auf eine während eines zweiten Wegabschnittes herrschende niedrigere Vorsciubge schwindigkeit bzw. niedrigere Elysierspannung vorteilhaft bei einer vorgegebenen Stellung der Elektrode.After running through a predetermined first section of the route takes place According to an advantageous first variant of the method, switching to a during lower speed limit prevailing on a second section of the route or lower elysing voltage advantageous for a given position of the electrode.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Variante wird wahrend des Elektrodenvorschubs der Elysierstrom bestimmt und bei Eintreten eines vorgegebenen Elysierstromwertes die Umschaltung auf die während des zweiten Wegabschnittes herrschende niedrigere Vorschubgeschwindigkeit bzw. niedrigere Elysierspannung durchgeführt.According to another advantageous variant, during the electrode advance the Elysierstrom is determined and when a predetermined Elysierstromwert occurs the switchover to the lower one prevailing during the second path section Feed rate or lower elysing voltage carried out.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Bei einer ersten Verfahrensvariante (Abb. 1) soll in ein erlrstück 1 eine kugelflächenförmige Vertiefung 2 gesenkt werden.In a first variant of the method (Fig. 1) is intended to be a piece of learning 1 a spherical surface-shaped recess 2 can be lowered.

Die Elektrode 3 einer Elysieranordnung wird mittels eines hydraulischen Antriebs 4 gegen das Werkstück 1 bewegt. Eine geeignete Anordnung, die schematisch durch die l)üse 5 angedeutet ist, erzeugt zwischen dem Werkstück 1 und der wirksamen Elektrodenfläche 6 eine Elektrolytströmung. Der Elektrolyt wird dabei durch NaNo3 gebildet. Mit Hilfe einer umschaltbaren Spannungsquelle 7 wird die Elektrode 3 auf einen gegen das Werkstück positiven Pontential gehalten, wobei mit fortschreitender Elektrodenbewegung eine fortschreitende Abtragung des Werkstückmaterials erfolgt.The electrode 3 of an elysing arrangement is by means of a hydraulic Drive 4 moves against workpiece 1. A suitable arrangement, the schematic is indicated by the l) üse 5, generated between the workpiece 1 and the effective Electrode surface 6 an electrolyte flow. The electrolyte is made up of NaNo3 educated. With the help of a switchable voltage source 7, the electrode 3 is on a pontential is held positive against the workpiece, with advancing Electrode movement a progressive removal of the workpiece material takes place.

Der hydraulisclle Antrieb 4 besteht im wesentlichen aus einem Zylinder , in dem ein Kolben ? gleitet, der mit der Elektrode 3 verbunden ist. Dem Zylinder @ wird über die Leitung lo von einer geeigneten quelle eine Druckflüssigkeit unter konstantem Druck zugeführt. Die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des Kolbenes 9 und damit der Elektrode 3 erfolgt durch Regelung des beim Vorschub in der Ableitung II erzeugten I)ruckflüssiglceitsstromes mittels eines Regelventils 12. Die Elektrode 3 ist mit einer Nockenleiste 13 verbunden, die eine in seiner Lage auf der Nockenleiste 13 einstellbaren Schaltnocken 14 trägt, der bei einer bestiillmten Stellung der Elektrode während ihres Vorschubes einen Mikrokontakt 15 schaltet, wodurch über die Steuereinheit 16 die Umschaltung der Spannungsquelle 7 auf eine niedrigere Elysierspannung und des Regelventils auf eine Stellung entsprechend einer niedrigeren Elektrodenvorschubgeschwindigkeit veranlaßt wird.The hydraulic drive 4 consists essentially of a cylinder in which a piston? slides connected to the electrode 3. The cylinder @ is a pressure fluid under the line lo from a suitable source constant pressure supplied. The regulation of the advancing speed of the piston 9 and thus the electrode 3 is carried out by regulating the feed rate in the lead II generated I) return flow by means of a control valve 12. The electrode 3 is connected to a cam ledge 13, one of which is in position on the cam ledge 13 adjustable switching cam 14 carries, which in a certain position of the Electrode switches a microcontact 15 during its advance, whereby over the control unit 16 switches over the voltage source 7 to a lower voltage and the control valve to a position corresponding to a lower electrode advance speed is initiated.

Unter Verwendung von NaNO3 als Elektrolyt mit einer Konzentration von 5 - 15% wird der Elysiervorgang mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1 - , mm/min vorzugsweise aber von 1,5 -4 min/iiiin begonnen. Bei Erreichen einer bestimmten vorgegebenen Stellung der Elektrode betätigt der Schaltnocken 14 den Mikrokontakt 15 und bewirkt die Umschaltung der Vorschubgeschwindigkeit auf einen niedrigeren Wert, der höchstens die IIälfte der höheren Vorschubgeschwindigkeit vor der Umschaltung vorzugsweise aber 1/3 bis 1/5 davon beträgt.Using NaNO3 as an electrolyte with a concentration of 5 - 15%, the elysation process is carried out with a feed rate of 1 -, mm / min but preferably started from 1.5-4 min / iiiin. When reaching a certain predetermined position of the electrode, the switching cam 14 actuates the microcontact 15 and causes the feed rate to be switched to a lower one Value that is at most half the higher feed rate before the switchover but is preferably 1/3 to 1/5 thereof.

Die Vorschubgeschwindigkeit und die Elysierspannung im zweiten Wegabschnitt sind genügend klein, daß in dem am Rande aufgeweiteten Elektrolytspalt an den Stellen größerer Spaltweite nun keine Materialabtragung mehr stattfindet derart, daß gegen Ende des Arbeitshubes der Elektrode sich über die gesamte wirksame Elektrodenfläche zwischen Elektrode und erzeugter Raumform ein Spalt wenigstens angenähert konstanter geringer Weite einstellt.The feed rate and the electrical tension in the second path section are sufficiently small that in the electrolyte gap widened at the edge at the points larger gap width no more material removal takes place in such a way that against The end of the working stroke of the electrode extends over the entire effective electrode area between the electrode and the generated three-dimensional shape, a gap is at least approximately more constant small width.

Die Größe des ersten Wegabschnittes mit höherer Vorschubgeschwindigkeit beträgt dabei mindestens das 5- bis lo-fache der Länge des darauffolgenden Wegabschnittes, in dem mit kleinerer Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet wird.The size of the first section of the path with a higher feed rate is at least 5 to 10 times the length of the following section of the route, in which a lower feed rate is used.

Zu Beginn des Elysiervorganges wird, wie leicht einzusehen ist, die elektrochemische Abtragung zunächst nur von einem kleinen Teil der wirksamen Elektrodenoberfläche hervorgerufen. Da die Elysierstromdichte aber beschränkt ist, ist der Wert des Elysierstromes daher zunächst ebenfalls klein. Mit fortschreitender Senlcung werden immer größere Teile der Elektrodenoberfläche wirksam und der Elysierstrom steigt laufend an. Für eine bestimmte Raumform und bei vorgegebenen Arbeitsbedingungen ist der Elysierstrom daher eine Funktion des von der Elektrode zllrückgelegten Weges.At the beginning of the elysation process, it is easy to see that the Electrochemical erosion initially only of a small part of the effective electrode surface evoked. However, since the elysing current density is limited, the value of the elysing current is therefore initially also small. As the decline progresses, they become larger and larger Parts of the electrode surface are effective and the elysing current increases continuously. For a particular Room shape and given working conditions the electrolysis current is therefore a function of the path covered by the electrode.

Unter Ausnutzung dieser Abllingigkeit des Elysierstromes vott zurückgelegten Elektrodenweg wird gemäß einer anderen vorteilhaften Verfahrensvariante als Kriterium für das Umschalten auf die niedrigere Vorschubgeschwindigkeit bzw. niedrigere Elysierspannung das Erreichen eines vorgegebenen Wertes des Elysierstromes gewählt. Zur Durchführung dieser Verfahrensvariante dient z.B. eine Anordnung, wie sie in Abb. 2 skizziert ist.Using this dependency of the elysier current vott covered According to another advantageous variant of the method, the electrode path is used as a criterion for switching to the lower feed rate or lower elysizing voltage the achievement of a predetermined value of the elysing current is selected. To carry out This process variant is used, for example, by an arrangement as shown in Fig. 2 is.

Analog wie bei der Variante gemäß Abb. 1 wird die Elektrode 3 gegen ein Werkstück 1 bewegt, wobei in dem Spalt zwischen Elektrode 3 und Werkstück wieder mittels der mit 5 angedeuteten Einrichtung eine Elektrolytströmung (NaN03) aufrechterhalten wird. Der Vorschub der Elektrode erfolgt mit Hilfe einer Transportspindel 17; die von einem Motor lü angetrieben wirdt dessen Speisung vom Netz 19 über einen Gleichstromsteller 20 erfolgt.Analogously to the variant according to Fig. 1, the electrode 3 is against a workpiece 1 moves, being in the gap between electrode 3 and workpiece again Maintain an electrolyte flow (NaN03) by means of the device indicated by 5 will. The electrode is advanced with the aid of a transport spindle 17; the is driven by a motor lüt its supply from the network 19 via a DC chopper 20 takes place.

Zwischen Elektrode 3 und der Elysierspannungsquelle 7 ist ein Widerstand 21 eingeschaltet, an dem eine dem Elysierstrom proportionale Spannung abfällt, welche der Steuereinheit 22 zugeführt wird. Bei Erreichung eines vorgegebenen Wertes des Elysierstromes gibt die Steuereinheit 22 über die mit 23 und 24 bezeichneten Leitungen Signale zur Umschaltung der Elysierspannungsquelle 7 bzw. des Gleichstromstellers 20 ab Bei dieser Verfahrensvariante wird analog wie bei der ersten Variante gemäß Abb. 1 zunächst während eines ersten größeren Wegabsohnitts zu Beginn des Elysiervorganges mit einer höheren @lysierspannung gearbeitet. Bei Erreichung eines einer vorgegebenen Stellung der Elektrode 3 entsprechenden Wertes des Elysierstromes bewirkt die Steuereinheit 22 die Umschaltung der Elysterspannungsquelle 7 auf eine niedrigere Elysierspannung bzw. des Gleichstromstellers 20 auf einen einer geringeren Vorschubgeschwindigkeit entsprechenden Wert, mit denen während des zweiten Wegabschnitts dann der Arbeitshub analog wie bei der ersten Variante vollendet wird.There is a resistor between electrode 3 and Elysiersspannungsquelle 7 21 switched on, at which a voltage proportional to the Elysierstrom drops, which the control unit 22 is supplied. When a specified value of the The control unit 22 emits elysing current via the lines marked 23 and 24 Signals for switching over the Elysierspannungsquelle 7 or the DC converter 20 ab In this variant of the method, analogous to the first variant according to Fig. 1 initially during a first major step off at the beginning of the elysation process with a higher @lysiersspannung worked. Upon reaching a a predetermined position of the electrode 3 corresponding value of the Elysierstromes causes the control unit 22 to switch the Elyster voltage source 7 to a lower Elysiersvoltage or the DC chopper 20 to a lower one Feed rate corresponding value with which during the second path section then the working stroke is completed in the same way as in the first variant.

Claims

1. Process for the electrochemical lowering of three-dimensional shapes on workpieces, in which the effective surface of the electrode that is moved against the workpiece, at the end of the working stroke of the electrode with the generated spatial shape a gap of At least approximately constant small width, characterized in that that the electrode is in a first larger path section at the beginning of the working stroke moved with a larger mean feed rate and with a higher Elysing voltage is applied than in a second path section traversed thereafter towards the end of the working stroke.

2. The method according to claim 1, characterized in that the feed rate daf3 the L3 el trode in two successive sections of the working stroke is at least approximately constant.

3. The method according to claim 2, characterized in that after passing through of a predetermined first path segment at a predetermined position of the electrode a switch to the lower one prevailing during the second section of the path Feed speed or lower elysing voltage takes place.

4. The method according to claim 2, characterized in that during the advance of the electrode when a given electrolysis current value occurs a switch to the lower one prevailing during a second path section Feed rate or lower Elysier voltage takes place.

5. The method according to any one of claims 2-4, characterized in that that when using NaNO3 as electrolyte with a concentration of 5 - 15 the higher constant feed speed in the first path section 1 - 8 mm / min but preferably 1.5 - 4 mm / min and the lower constant feed rate in the following section of the route, at most half, but preferably 1/3 to 1/5 the constant higher feed rate in the first section of the working stroke amounts to.