DE19959593B4

DE19959593B4 - Method of making a bore by Elysieren

Info

Publication number: DE19959593B4
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: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: DE19959593A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Bohrung durch Elysieren ( = ECM = Electro Chemical Machining), wobei eine Elektrode unter Beigabe einer geeigneten Elektrolytlösung längs der gewünschten Bohrungsstrecke in ein metallisches Werkstück eingefahren wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung in zwei oder mehreren aufeinander folgenden Bearbeitungschritten unter Verwendung 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 Spannung entlang der Bohrungsstrecke bewegt wird.method for making 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 retracted into a metallic workpiece, characterized that the Drilling in two or more consecutive processing steps is made using an electrode that in the first Processing step using standard process parameters, namely the values for the applied electrical voltage and the feed rate, one in cross section slightly smaller hole as desired generated, and that these Electrode in the second or subsequent processing step considerably higher Feed rate and increased voltage is moved along the bore path.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bohrung durch Elysieren ( = ECM = Electro Chemical Machining), wobei eine Elektrode unter Beigabe einer geeigneten Elektrolytlösung längs der gewünschten Bohrungsstrecke in ein metallisches Werkstück eingefahren wird. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 35 31 761 A1 verwiesen.The invention relates to a method for producing a bore by Elysieren (= ECM = Electro Chemical Machining), wherein an electrode is retracted along with the addition of a suitable electrolyte solution along the desired bore distance in a metallic workpiece. The technical environment is for example on the DE 35 31 761 A1 directed.

Beispielsweise in Turbinenscheiben von Turbomaschinen werden zu Kühlzwecken 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 elliptischen Querschnitt besitzen, während die Bohrungslängsachse bspw. ein Kreisbogensegment beschreibt, wobei diese Geometrien üblicherweise hinsichtlich der Kerbwirkungen optimiert sind, so daß eine unebene Bohrungsoberfläche 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 are used for cooling purposes increasingly Drilled holes that are not simply round and straight, so that for their Making a conventional drilling technique is unsuitable. So can these Holes, for example. Have an elliptical cross section, while the bore longitudinal axis For example, describes a circular arc segment, these geometries usually are optimized in terms of notch effects, so that an uneven bore surface or Bore wall counteracts this requirement again. The aim Accordingly, such holes with the smoothest possible surface or To be able to manufacture 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 eingebürgerte 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 Versuchsreihen 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 annehmen: 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.The usual Process for producing these holes are the EDM (= electro Discharge Machining) and the very economical ECM (= electric Chemical Maching), where for the latter here the already naturalized term "Elysieren" is used, as also described in the above-mentioned document. In this case, a shape matched to the bore to be produced Electrode with preferably determined by test series process parameters with the addition of a suitable electrolyte solution into the metallic workpiece. For the known turbine disk material UDIMET720Li can the essential For example, process parameters may take the following values: At an applied voltage in the order of magnitude from 12 volts to 14 volts and at a feed rate of Electrode in the order of magnitude of 1.7 mm / min results between the electrode and the bore surrounding material of the metallic workpiece has a gap width of in about 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 werden dann teilweise starke Unregelmäßigkeiten des Bohrungsdurchmesseres erzeugt, die sich quasi als Auswaschungen in der Bohrungswand widerspiegeln und die einen wünschenswerterweise zu vermeidenden Bearbeitungsfehler darstellen. Derartige Bearbeitungsfehler sind aber qualitätsmindernd oder führen sogar zum Verlust des in diesem Fertigungsstadium bereits sehr teueren Bauteils bzw. Werkstücks.At the manufacturing process, i.e. during execution The ECM procedure may take place during of the machining process come to electrical short circuits, which lead to the interruption of the process. When rebooting then partly strong irregularities produced the bore diameter, which is almost as leaching in the bore wall and some desirably represent processing errors to avoid. Such processing errors but are quality-reducing or lead even the loss of the already very expensive component in this stage of production or workpiece.

Aus der US 5, 685, 971 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung einer Ausnehmung mit variablem Durchmesser in einem Werkstück bekannt, wobei eine hohle Elektrode an die Oberfläche des Werkstücks geführt wird. Das Werkstück und die Elektrode sind jeweils elektrisch verbunden. Durch die Elektrode wird ein Elektrolyt geleitet.From the US 5,685,971A For example, a method and apparatus for forming a variable diameter recess in a workpiece is known wherein a hollow electrode is guided to the surface of the workpiece. The workpiece and the electrode are each electrically connected. An electrolyte is passed through the electrode.

Die DE 42 27 005 A1 zeigt ein Verfahren zur Regelung des Stroms bei einem elektrochemischen Bearbeitungsprozess. Dabei wird während einer ersten Bearbeitungsperiode relativ kurzer Dauer mit einer vergleichsweise geringen Stromstärke gearbeitet, um die Gratspitzen zu entfernen. Anschließend erfolgt ein starker Stromanstieg, so dass mit einer wesentlich erhöhten Stromstärke während einer zweiten Bearbeitungsperiode Material abgetragen wird.The DE 42 27 005 A1 shows a method for controlling the current in an electrochemical machining process. In this case, a comparatively low current intensity is used during a first processing period of relatively short duration in order to remove the burr tips. Subsequently, a strong current increase, so that material is removed with a significantly increased current during a second processing period.

Ein weiteres Bearbeitungsverfahren zeigt die US 2,939,825 . Dabei erfolgt die Bearbeitung mittels Elektroden ohne mechanischen oder physikalischen Kontakt. Dabei kann eine Grobbearbeitung mit höherer Spannung erfolgen, während eine Feinbearbeitung mit einer niedrigeren Spannung vorgenommen wird. Durch die Spannungsregelung kann somit eine Anpassung an die Arbeitsbedingungen erfolgen.Another processing method shows the US 2,939,825 , The processing is carried out by means of electrodes without mechanical or physical contact. In this case, a roughing with higher voltage can be done while a fine machining is performed with a lower voltage. The voltage regulation can thus be adapted to the working conditions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Durchführbarkeit die Nachteile des Standes der Technik überwindet und qualitativ gute Bohrungen ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a method for electrochemical To create machining which is simple in construction and easier, cost-effective feasibility Overcomes the disadvantages of the prior art and good quality Drilling allows.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung in zwei oder mehreren aufeinander folgenden Bearbeitungschritten unter Verwendung 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 Spannung entlang der Bohrungsstrecke bewegt wird. Bevorzugt wird dabei im zweiten Bearbeitungsschritt die Elektrode in entgegengesetzter Richtung und mit in etwa zehnfacher Vorschubgeschwindigkeit zum ersten Bearbeitungsschritt bewegt.The solution This object is characterized in that the bore in two or several consecutive processing steps using an electrode is produced in the first processing step when using usual Process parameters, namely the values for the applied electrical voltage and the feed rate, one in cross section slightly smaller hole as desired generated, and that these Electrode in the second or subsequent processing step considerably higher Feed rate and increased voltage is moved along the bore path. It is preferred doing so in the second processing step, the electrode in opposite Direction and with approximately ten times the feed rate to first processing step moves.

Erfindungsgemäß wird die Bohrungsherstellung somit in zumindest zwei Arbeits-Schritte unterteilt. Im ersten Bearbeitungsschritt erfolgt eine Grob-Herstellung der Bohrung, während im zweiten Bearbeitungsschritt eine später noch näher erläuterte Schlicht- bzw. Ausgleichsbearbeitung erfolgt.According to the invention Hole making thus divided into at least two working steps. In the first processing step, a coarse production of the bore, while in second processing step a later explained in more detail finishing or compensation processing he follows.

Dabei wird im ersten Bearbeitungsschritt unter Anwendung üblicher Verfahrensparameter (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 einen 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 Verfahrensparametern die gewünschte Bohrung sofort im ersten Arbeits-Schritt, d.h. bei einmaliger Elektroden-Durchführung erzeugt wird.there is in the first processing step using conventional Process parameters (eg with the above-mentioned values for electrical voltage and feed rate) a so-called pre-drilling produced already on the whole length the desired Bore extends, however, has a slightly smaller cross-section. For example. can this so-called pre-drilling across from the desired Bore an undersize of 0.15 mm and is therefore made with an electrode, whose cross-section is slightly smaller than that of an electrode, with which at the same process parameters the desired hole immediately in the first working step, i. generated at a single electrode implementation becomes.

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 jeodch mit einer erheblich höheren Vorschubgeschwindigkeit und unter Anlegen einer erhöhten elektrischen Spannung. Bei diesem zweiten bzw. weitren 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 second processing step according to the invention then becomes the bore surface refined and - if At the same time, this second processing step is the last one Processing step is - the Bore in the desired Gauge manufactured. Here, the same electrode is again passed through the hole, thereby jeodch with a considerably higher Feed rate and under application of an increased electrical Tension. In this second or weitren or last processing step is thus again material removed from the bore wall, and indeed just so much that the desired Bore geometry results. Et al because of the low material removal and in particular because of the significantly higher feed rate no short-circuit hazard, so no Process Interruption occurs and creates an absolutely smooth surface can be.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn dieser zweite Bearbeitungsschritt mit dem ohnehin erforderlichen Zurückfahren der Elektrode nach Abschluß des ersten Bearbeitungsschrittes kombiniert wird. Die gesamte Bearbeitungszeit wird nämlich nur unwesentlich verlängert, wenn im zweiten Bearbeitungsschritt die Elektrode in entgegengesetzter Richtung zum ersten Bearbeitungsschritt, d.h. aus der sog. Vorab-Bohrung herausgefahren wird, und wenn hierbei abermals elysiert wird, d.h. elektrische Spannung an die Elektrode angelegt wird, die dann mit einer Vorschubgeschwindigkeit verfahren wird, die ca. dem zehnfachen Wert der Vorschubgeschwindigkeit im ersten Bearbeitungsschritt entspricht. Um bei dieser hohen Vorschubgeschwindigkeit überhaupt noch einen nennenswerten und dabei gewünschten Materialabtrag zu erhalten, muß im zweiten Bearbeitungsschritt auch mit einer gegenüber dem ersten Bearbeitungsschritt erhöhten elektrischen Spannung gearbeitet werden.Especially It is advantageous if this second processing step with the anyway required return the electrode after completion of the first processing step is combined. The entire processing time that is only insignificantly extended, if in the second processing step, the electrode in opposite Direction to the first processing step, i. from the so-called pre-drilling is retracted, and if it is again erased, i. e. voltage is applied to the electrode, which then with a feed rate is moved, which is about ten times Value of the feed rate in the first processing step corresponds. At this high feed rate at all a noteworthy and desired Material removal must be in second processing step also with respect to the first processing step increased electrical voltage to 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 insbesondere 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 Bearbeitungsparameter 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 herausgefahren werden muß.Of the second or generally last processing step (of course it is possible using the general inventive concept, the electrode For example, four times in the bore to proceed), also sizing or Called compensation processing, thus producing the bore gauge in closer tolerances as in the prior art and in particular in considerable improved surface quality, wherein a practically complete one Compensation of possible short circuits during the first processing step resulting surface topography possible is. The significantly improved surface quality is due to the changed Attributed processing parameters while the balancing effect on the bore shape mainly out the enlarged gap in the execution of the second and finishing processing steps respectively. Advantageously, the process times are described by this Two-step process not noticeably affected after the electrode after completion of the first Processing step are moved out of the hole anyway got to.

Claims

Method for producing a bore by electrochemical machining (= ECM), wherein an electrode is introduced into a metallic workpiece along the desired bore path with the addition of a suitable electrolyte solution, characterized in that the bore is used in two or more consecutive machining steps an electrode is produced in the first processing step using conventional process parameters, namely the values for the applied voltage and the feed rate, a cross-section slightly smaller than desired hole produced, and that this electrode in the second or subsequent processing step at a significantly higher feed rate and increased electrical voltage along the bore distance is moved.

Method according to claim 1, characterized in that that in the second processing step, the electrode in the opposite direction and at approximately ten times the feed rate to the first processing step is moved.