DE19959593A1

DE19959593A1 - Method for producing a drilled hole by electrochemical machining inserts an electrode into a workpiece along a desired drilling stretch after adding a suitable solution of electrolytes.

Info

Publication number: DE19959593A1
Application number: DE19959593A
Authority: DE
Inventors: Karl Schreiber
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: DE19959593B4

Abstract

After adding a suitable solution of electrolytes, an electrode is inserted into a workpiece along a desired drilling stretch. The drilled hole takes two or more processing stages each in sequence by using an electrode that creates as desired a drilled hole with a slightly smaller cross section in the first processing stage while applying usual processing parameters viz. values for applied electrical voltage and rate of feed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bohrung durch Ely sieren (= ECM = Electro Chemical Machining), wobei eine Elektrode unter Beigabe einer geeigneten Elektrolytlösung längs der gewünschten Boh rungsstrecke in ein metallisches Werkstück eingefahren wird. Zum techni schen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 35 31 761 A1 verwiesen.The invention relates to a method for producing a bore through Ely sieren (= ECM = Electro Chemical Machining), with an electrode under Add a suitable electrolyte solution along the desired Boh distance is inserted into a metallic workpiece. To techni As an example, reference is made to DE 35 31 761 A1.

Beispielsweise in Turbinenscheiben von Turbomaschinen werden zu Kühl zwecken in zunehmendem Maße Bohrungen eingebracht, die nicht einfach rund und gerade verlaufen, so daß für deren Herstellung eine konventionelle Bohrtechnik ungeeignet ist. So können diese Bohrungen bspw. einen ellip tischen Querschnitt besitzen, während die Bohrungslängsachse bspw. ein Kreisbogensegment beschreibt, wobei diese Geometrien üblicherweise hin sichtlich der Kerbwirkungen optimiert sind, so daß eine unebene Bohrungs oberfläche oder Bohrungswand dieser Anforderung wieder entgegenwirkt. Angestrebt wird demzufolge, derartige Bohrungen mit einer möglichst glatten Oberfläche bzw. Innenwand fertigen zu können. For example, in turbine disks of turbomachinery, cooling becomes bores are increasingly being drilled, which are not easy run round and straight, so that a conventional Drilling technology is unsuitable. For example, these holes can be elliptical have cross-section, while the longitudinal axis of the hole, for example Circular arc segment describes, these geometries usually out visually the notch effects are optimized so that an uneven bore surface or bore wall counteracts this requirement again. Accordingly, the aim is to make such bores as smooth as possible To be able to manufacture the surface or inner wall.

Die üblichen Verfahren zur Herstellung dieser Bohrungen sind das EDM Elektro Discharge Machining) und das sehr viel wirtschaftliche ECM (= Elektro Chemical Maching), wobei für letzteres hier der auch bereits einge bürgerte Begriff "Elysieren" verwendet wird, so wie dies auch in der eingangs genannten Schrift beschrieben ist. Dabei wird eine in ihrer Form auf die zu erzeugende Bohrung abgestimmte Elektrode mit bevorzugt durch Ver suchsreihen festgelegten Verfahrensparametern unter Beigabe einer geeigneten Elektrolytlösung in das metallische Werkstück hineingefahren. Für den bekannten Turbinenscheiben-Werkstoff UDIMET720Li können die wesentlichen Verfahrensparameter beispielsweise die folgenden Werte an nehmen: Bei einer angelegten elektrischen Spannung in der Größenordnung von 12 Volt bis 14 Volt und bei einer Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode in der Größenordnung von 1,7 mm/min ergibt sich zwischen der Elektrode und dem die Bohrung umgebenden Material des metallischen Werkstückes eine Spaltbreite von in etwa 0,5 mm.EDM is the common method of making these holes Elektro Discharge Machining) and the very economical ECM (= Electro Chemical Maching), with the latter already used for the latter Common term "Elysian" is used, as is also the case at the beginning mentioned font is described. One is in its form towards the producing bore coordinated electrode with preferably by Ver process parameters with the addition of a suitable electrolyte solution into the metallic workpiece. For the well-known turbine disk material UDIMET720Li, the essential process parameters, for example, the following values take: With an applied electrical voltage of the order of magnitude from 12 volts to 14 volts and at an electrode feed rate The order of magnitude of 1.7 mm / min results between the electrode and the material of the metallic workpiece surrounding the bore a gap width of approximately 0.5 mm.

Beim Herstellprozeß, d. h. bei der Durchführung des ECM-Verfahrens kann es während des Bearbeitungsvorganges zu elektrischen Kurzschlüssen kommen, die zur Unterbrechung des Prozesses führen. Beim Neustart wer den dann teilweise starke Unregelmäßigkeiten des Bohrungsdurchmessers erzeugt, die sich quasi als Auswaschungen in der Bohrungswand wider spiegeln und die einen wünschenswerterweise zu vermeidenden Bearbei tungsfehler darstellen. Derartige Bearbeitungsfehler sind aber qualitätsmindernd oder führen sogar zum Verlust des in diesem Fer tigungsstadium bereits sehr teueren Bauteils bzw. Werkstücks.In the manufacturing process, d. H. when performing the ECM procedure electrical short-circuits during the machining process come, which lead to the interruption of the process. When restarting who the then sometimes large irregularities in the bore diameter generated, which is reflected as a washout in the bore wall mirror and the one desirably avoidable processing represent errors. Such processing errors are quality-reducing or even lead to the loss of this Fer stage of the very expensive component or workpiece.

Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. A remedial measure for these problems is to be shown Object of the present invention.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung in zwei oder mehreren aufeinander folgenden Bearbeitungschritten unter Ver wendung einer Elektrode hergestellt wird, die im ersten Bearbeitungsschritt bei Anwendung üblicher Verfahrensparameter, nämlich den Werten für die angelegte elektrische Spannung und die Vorschubgeschwindigkeit, eine im Querschnitt geringfügig kleinere Bohrung als gewünscht erzeugt, und daß diese Elektrode im zweiten oder darauf folgenden Bearbeitungsschritt mit erheblich höherer Vorschubgeschwindigkeit und erhöhter elektrischer Span nung entlang der Bohrungsstrecke bewegt wird. Bevorzugt wird dabei im zweiten Bearbeitungsschritt die Elektrode in entgegengesetzter Richtung und mit in etwa zehnfacher Vorschubgeschwindigkeit zum ersten Bearbei tungsschritt bewegt.The solution to this problem is characterized in that the bore in two or more successive processing steps under Ver Application of an electrode is produced in the first processing step when using customary process parameters, namely the values for the applied electrical voltage and the feed rate, one in Cross section created slightly smaller hole than desired, and that this electrode in the second or subsequent processing step significantly higher feed speed and increased electrical chip voltage is moved along the hole. It is preferred in second processing step the electrode in the opposite direction and with about ten times the feed rate for the first machining step moved.

Erfindungsgemäß wird die Bohrungsherstellung somit in zumindest zwei Ar beits-Schritte unterteilt. Im ersten Bearbeitungsschritt erfolgt eine Grob- Herstellung der Bohrung, während im zweiten Bearbeitungsschritt eine spä ter noch näher erläuterte Schlicht- bzw. Ausgleichsbearbeitung erfolgt.According to the invention, the bore production is thus carried out in at least two ares divided into steps. In the first processing step, a rough Drilling the hole, while in the second machining step a late ter finishing or compensation processing explained in more detail.

Dabei wird im ersten Bearbeitungsschritt unter Anwendung üblicher Verfah rensparameter (bspw. mit den o. g. Werten für elektrische Spannung und Vorschubgeschwindigkeit) eine sog. Vorab-Bohrung erzeugt, die sich bereits über die gesamte Länge der gewünschten Bohrung erstreckt, die jedoch ei nen geringfügig kleineren Querschnitt besitzt. Bspw. kann diese sog. Vorab- Bohrung gegenüber der gewünschten Bohrung ein Untermaß von 0,15 mm aufweisen und wird daher mit einer Elektrode hergestellt, deren Querschnitt etwas kleiner ist als derjenige einer Elektrode, mit welcher bei gleichen Ver fahrensparametern die gewünschte Bohrung sofort im ersten Arbeits-Schritt, d. h.. bei einmaliger Elektroden-Durchführung erzeugt wird. In the first processing step using customary procedures rens parameters (e.g. with the above-mentioned values for electrical voltage and Feed speed) creates a so-called pre-drilling, which is already extends over the entire length of the desired hole, but this egg NEN has a slightly smaller cross-section. E.g. can this so-called advance Bore an undersize of 0.15 mm compared to the desired bore have and is therefore made with an electrode whose cross section is slightly smaller than that of an electrode with which the same ver the required drilling immediately in the first working step, d. h .. is generated with a single electrode implementation.

In einem darauf folgenden erfindungsgemäßen zweiten Bearbeitungsschritt wird dann die Bohrungsoberfläche verfeinert und - falls es sich bei diesem zweiten Bearbeitungsschritt gleichzeitig um den letzten Bearbeitungsschritt handelt - die Bohrung im gewünschten Endmaß hergestellt. Hierbei wird die gleiche Elektrode nochmals durch die Bohrung hindurchgeführt, dabei jedoch mit einer erheblich höheren Vorschubgeschwindigkeit und unter An legen einer erhöhten elektrischen Spannung. Bei diesem zweiten bzw. weit ren oder letzten Bearbeitungsschritt wird somit nochmals Material von der Bohrungswand abgetragen, und zwar eben soviel, daß sich die gewünschte Bohrungsgeometrie ergibt. U. a. wegen des geringen Materialabtrages sowie insbesondere wegen der deutlich höheren Vorschubgeschwindigkeit besteht hierbei keine Kurzschluß-Gefahr, so daß keine Verfahrens-Unterbrechung erfolgt und eine absolut glatte Oberfläche erzeugt werden kann.In a subsequent processing step according to the invention the bore surface is then refined and - if this is the case second processing step simultaneously around the last processing step acts - the bore is made in the desired final dimension. Here, the same electrode passed through the hole again, doing so however with a significantly higher feed rate and under On apply an increased electrical voltage. With this second or far Ren or last processing step is thus material from the Drilled wall, so much that the desired Bore geometry results. Among other things because of the low material removal as well especially because of the significantly higher feed rate there is no risk of a short circuit, so that no process interruption takes place and an absolutely smooth surface can be generated.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn dieser zweite Bearbeitungsschritt mit dem ohnehin erforderlichen Zurückfahren der Elektrode nach Abschluß des er sten Bearbeitungsschrittes kombiniert wird. Die gesamte Bearbeitungszeit wird nämlich nur unwesentlich verlängert, wenn im zweiten Bearbeitungs schritt die Elektrode in entgegengesetzter Richtung zum ersten Bearbei tungsschritt, d. h. aus der sog. Vorab-Bohrung herausgefahren wird, und wenn hierbei abermals elysiert wird, d. h. elektrische Spannung an die Elek trode angelegt wird, die dann mit einer Vorschubgeschwindigkeit verfahren wird, die ca. dem zehnfachen Wert der Vorschubgeschwindigkeit im ersten Bearbeitungsschritt entspricht. Um bei dieser hohen Vorschubgeschwindig keit überhaupt noch einen nennenswerten und dabei gewünschten Material abtrag zu erhalten, muß im zweiten Bearbeitungsschritt auch mit einer ge genüber dem ersten Bearbeitungsschritt erhöhten elektrischen Spannung gearbeitet werden. It is particularly advantageous if this second processing step with the anyway necessary retraction of the electrode after completing the most processing step is combined. The total processing time is only slightly extended if in the second processing the electrode went in the opposite direction to the first machining processing step, d. H. is driven out of the so-called preliminary bore, and if it is elysed again, d. H. electrical voltage to the elec trode is created, which then move at a feed rate which is approximately ten times the value of the feed rate in the first Processing step corresponds. To speed at this high feed rate still a noteworthy and desired material To get removal, in the second processing step also with a ge electrical voltage increased compared to the first processing step be worked.

Der zweite bzw. allgemein letzte Bearbeitungsschritt (selbstverständlich ist es möglich, unter Anwendung des allgemeinen Erfindungsgedankens die Elektrode bspw. viermal in der Bohrung zu verfahren), auch Schlicht- oder Ausgleichsbearbeitung genannt, erzeugt somit das Bohrungs-Endmaß in engeren Maßtoleranzen als im bekannten Stand der Technik und insbeson dere auch in erheblich verbesserter Oberflächenqualität, wobei ein praktisch vollständiger Ausgleich der durch evtl. Kurzschlüsse während des ersten Bearbeitungsschrittes entstandenen Oberflächentopographie möglich ist. Die erheblich verbesserte Oberflächenqualität ist dabei auf die geänderten Bear beitungsparameter zurückzuführen, während die ausgleichende Wirkung auf die Bohrungsform hauptsächlich aus dem vergrößerten Spaltmaß bei der Durchführung des zweiten bzw. des Schlicht-Bearbeitungsschrittes resultiert. Vorteilhafterweise werden die Prozesszeiten von diesem beschriebenen Zweischrittprozess nicht merklich beeinflusst, nachdem die Elektrode nach Abschluß des ersten Bearbeitungsschrittes ohnehin aus der Bohrung her ausgefahren werden muß.The second or generally last processing step (it goes without saying it is possible, using the general inventive concept Electrode, for example, four times in the hole), also finishing or So called compensation processing, creates the final bore dimension in tighter dimensional tolerances than in the known prior art and in particular also in significantly improved surface quality, being a practical complete compensation of possible short circuits during the first Machining step resulting surface topography is possible. The significantly improved surface quality is due to the changed Bear processing parameters attributed, while the balancing effect on the hole shape mainly from the enlarged gap size at the Execution of the second or the finishing step results. The process times are advantageously described by the latter Two-step process not noticeably affected after the electrode Completion of the first machining step from the bore anyway must be extended.

Claims

1. A method for producing a bore by Elysieren (= ECM = Electro Chemical Machining), wherein an electrode with the addition of a suitable electrolyte solution along the desired bore path is inserted into a metallic workpiece, characterized in that the bore in two or more one on the other following machining steps is produced using an electrode which, in the first machining step using conventional process parameters, namely the values for the applied electrical voltage and the feed rate, produces a hole which is slightly smaller in cross section than desired, and that this electrode in the second or thereon following machining step is moved along the bore path with a significantly higher feed rate and increased electrical voltage.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the second processing step Electrode in the opposite direction and with about ten times Feed speed moved to the first machining step becomes.