DE2051710B2

DE2051710B2 - Maschine für die elektrochemische Metallbearbeitung mit mehreren Bearbeitungsstellen

Info

Publication number: DE2051710B2
Application number: DE2051710A
Authority: DE
Inventors: Joachim Berndt; Guenther Kuehdorf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-10-21
Filing date: 1970-10-21
Publication date: 1975-09-04
Also published as: CH551250A; GB1356054A; FR2113092A5; JPS5220941B1; DE2051710A1; US3746632A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine für die elektrochemische Metallbearbeitung mit mehreren Bearbeitungsstellen für die gleichzeitige Bearbeitung einer entsprechenden Anzahl von Werkstücken, bei der jede Bearbeitungsstelle eine Arbeitselektrodenaufnahme, eine Arbeitselektrode und eine die Bearbeitungsstelle umgebende Abdeckung hat, wobei der Elektrolytzufluß zu jeder Bearbeitungsstelle über eine Zuleitung erfolgt, die mit einer gemeinsamen Zuführungsleitung verbunden ist.

Bei der elektrochemischen Bearbeitung erfolgt bekanntlich die Metallabtragung von einem Werkstück dadurch, daß zwischen diesem und einer entsprechend profilierten Arbeitselektrode ein elektrischer Stromfluß hoher Stärke hergestellt wird, während sich im Zwischenraum zwischen dem Werkstück und Arbeitselektrode — genannt Arbeitsspalt — ein Elektrolyt befindet, der im allgemeinen durch Druck in Zirkulation gehalten ist. Dabei wird das Werkstück an die positive Klemme (Anode) und die Arbeitselektrode an die negative Klemme (Kathode) einer elektrischen Gleichspannungsquelle gelegt. Auf diese Weise können vorteilhaft in metallische Werkstücke — entsprechend der Form der Arbeitselektrode — Aussparungen, Öffnungen u. dgl. in kurzer Zeit eingearbeitet werden. Es ist bekannt, daß bei derartigen Bearbeitungsvorgängen die Breite des Arbeitsspaltes annähernd konstant gehalten wird. Dar· sind das Werkstück und die Arbeitselektrode so angeordnet, daß sie einander angenähert bzw. voneinander entfernt werden können.

Es sind auch Maschinen zur elektrochemischen Metallbearbeitung bekannt, bei denen man in Werkstücke Nuten mit genau begrenzten Konturen einarbeiten kann. Das Interessante an diesen Maschinen ist, daß die ^6s relative Lage von Werkstück und Arbeitselektrode zueinander während des elektrochemischen Abtrags des Anodenmaterials nicht verändert wird. Bei derarti-710

gen Maschinen hängt jedoch die Genauigkeit der Bearbeitung außer von der Spannung und Stromstärke, der Bearbeitungsdauer, der Elektrodenform und der Breite des Arbeitsspaltes, in hohem Maße von der Geschwindigkeit und somit vom Druck des durch den Arbeitsspalt strömenden Elektrolyten ab.

Bei der elektrochemischen Metallbearbeitung ist es bekannt, zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Elektrolytdruckes die Bearbeitungsstelle mit einer als Druckkammer wirkenden Abdeckung zu umgeben, z. B. mit einer unten offenen, auf der Werkstückunterlage dichtend aufsitzenden glockenartigen Haube, die eine nahe dem unteren Rand radial angeordnete Elektrolytabflußleitung mit einem Drosselventil aufweist (DT-OS 15 65 285). Bei dieser Ausführung können infolge der nicht konzentrischen Elektrolytabführung unterschiedliche Strömungen und Toträume auftreten, die eine unbefriedigende Bearbeitupgsqualität zur Folge haben.

Zur Eingliederung der elektrochemischen Bearbeitung in eine Serienfertigung ist es überdies aus wirtschaftlichen Gründen erforderlich, eine Maschine zu verwenden, auf der mehrere Werkstücke gleichzeitig innerhalb einer Taktzeit bearbeitet werden können. Da das elektrochemische Einarbeiten von Nuten mit genau begrenzten Konturen insbesondere annähernd konstante Druckverhältnisse des Elektrolyten erfordert, muß der Zulauf und somit der Speisedruck des Elektrolyten an jeder Bearbeitungsstclle annähernd konstant sein. Dies wird erreicht, wenn man alle vorhandenen Bearbeitungsstellen mit einem gleichen Werkstück belegt und den entsprechenden Speisedruck des Elektrolyten in der Zuleitung zu einem Verteiler konstant hält.

Sofern aber nicht alle vorhandenen Bearbeitungsstellen mit Werkstücken belegt sind, sinkt infolge des erhöhten Druckabfalles an der nicht belegten Bearbei tungsstelle der Speisedruck merklich ab. so daß eine genaue Bearbeitung der übrigen Werkstücke nicht mehr möglich ist. Als Abhilfe wäre es zwar durchaus möglich, entsprechende Regeleinrichtungen in den Elektrolytkreislauf einzubauen, was aber einen viel zu großen Aufwand bedingen würde.

Eine bekannte Maschine mit mehreren Bearbeitungsstellen (DT-OS 19 59 852) weist zwar zur Aufrechterhaltung des Elektrolytdruckes eine teleskopartige Ummantelung jeder Elektrode auf, die auf dem Werkstück dichtend aufsitzt. Beim Eindringen des Werkzeuges in das Werkstück schiebt sich diese Ummantelung zusammen. Die Elektrolytflüssigkeit fließt von außerhalb des Werkzeuges zum Arbeitsspalt und durch das Werkzeug ab (»umgekehrte Strömung«). Doch auch dort ist im Falle einer unbelegten Bearbeitungss'elle, selbst unter der Voraussetzung, daß die Ummantelung dann auf der Werkstückunterlage wie sonst auf dem Werkstück dichtend aufsitzt, ein erhöhter Druckabfall an dieser Bearbeitungsstelle und damit ein Absinken des Speisedruckes zu erwarten, es sei denn, man sieht besondere Regeleinrichtungen in der Zuführleitung vor.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, mit einfachen und wenig kostspieligen Mitteln zu dem gleichen Ziel zu gelangen, wie es mit entsprechenden Regeleinrichtungen möglich wäre.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Abdeckung im Betriebszustand eine das Werkstück aufnehmende Kammer bildet und zusammen mit der Arbeitselektrodenaufnahme einen Abflußquerschnitt für den Elektrolyten in solchem Maße begrenzt, daß bei nicht belegter Bearbeitungsstelle der Speisedruck des Elektrolyten in den Zuleitungen zu den

belegten Bearbeitungsstellen nicht wesentlich sinkt.

Eine besonders gute Wirkung wird erzielt, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Abdeckung die Form einer unten offenen zylindrischen Haube hat, deren unterer Rand zusammmen mit der Arbeitselek- S trodenaufnahme einen Ringspalt für den Abfluß des Elektrolyten bildet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden läher beschrieben. Es zeigt ίο

F i g. I eine Ansicht einer Maschine für die elektrochemische Metallbearbeitung mit sechs Bearbeitungs stellen, die in Ruhestellung ohne eingelegte Werkstükke vereinfacht dargestellt ist und

F i g. 2 einen Ausschnitt in größerem Maßstab einer <5 Bearbeitungsstelle der Maschine nach F i g. 1 während der Bearbeitung eines Werkstückes.

Die in F i g. 1 vereinfacht dargestellte Maschine besteht im wesentlichen aus folgenden Teilen: einem Grundgestell 1 mit einem Aufspanntisch 2 und sechs *° Zuleitungen 3 für den Elektrolyten aus einem Verteiler 4, ferner zwei Tragsäulen 5 verbunden mit einer Traverse 6 und einer Anstellemheit 7 mit zwei Säulenführungen 8 und einer hydraulisch betätigten Hub- und Senkeinrichtung 9. Der Elektrolytabfluß ist bei 10 ange- *5 deutet.

Der Aufspanntisch 2 trägt sechs zylindrische Arbeitselektrodenaufnahmen 11, die jeweils wegen eines besseren Kontaktes auf einer Messingplatte 12 ruhen, und sechs gleiche Arbeitselektroden 13. Die Messingplatten 12 sind jeweils mit der negativen Klemme (Kathode) einer nicht dargestellten Stromquelle durch zwei Kabel 14 verbunden.

In F i g. 2 ist auf die Arbeitselektrode 13 ein Werkstück IS aufgesteckt, das bei diesem Beispiel ein Zahnrad mit Innenverzahnung (Getriebemuffe) ist. Das Ziel der Bearbeitung dieses Zahnrades soll das Einarbeiten von Nuten mit genau begrenzten Konturen in die Flanken der eirzelnen Zähne dieses Zahnrades sein.

Die Arbeitselektrode 13 ist in bekannter Weise in Sandwich-Form aufgebaut und zwar derart, daß nur an denjenigen Stellen elektrisch leitendes Material außen liegt, an denen an der Anode (Werkstück) ein elektrochemischer Abtrag zu erfolgen hat, während an den übrigen Stellen isolierendes Material zwischen dem elektrisch leitenden Material angeordnet ist.

Die Anstelleinheit 7 (Fig. 1), die durch die Säulenführungen 3 in der Traverse 6 geführt wird, hat an ihrer Unterseite sechs Abdeckungen 16 und jeweils vier sternförmig angeordnete, in den Innenraum der Abdekkungen 16 ragende Kontaktbolzen 17. Jede Abdeckung 16 besteht aus Hartpolyvinylchlorid und hat die Form einer nach unten offenen zylindrischen Haube. In dem Oberteil jeder Abdeckung sind Durchbrüche für die Kontaktbolzen 17 und dem freien Ende der Arbeitselektrode 13 (F i g. 2) vorgesehen. Die Abdeckungen 16 sind an der Unterseite der Anstelleinheit 7 wasserdicht befestigt. Die Kontaktbolzen 17 sind an ihrem Austritt aus der Anstelleinheit 7 durch Dichtmanschetten 18 und die übrigen öffnungen sind in der Anstelleinheit 7 durch Stopfen 19 gegen das Eindringen des Elektrolyten abgedichtet. Die Kontaktbolzen 17 sind mit ihren Enden — angedeutet bei 21 (F i g. I) — an die positive Klemme (Anode) der nicht dargestellten Stromquelle angeschlossen.

Zur Bearbeitung von sechs Werkstücken 15 schiebt man diese jeweils auf die entsprechenden Arbeitselektroden 13. Sodann läßt man die Anstelleinheit 7 bis zur unteren Endlage niedergehen. Dabei taucht jede Abdeckung 16 über die entsprechende Bearbeitungssielle, bis ihr freies Ende einige mm über die Arbeitselekirodenaufnähme 11 übergreift, so daß zwischen der Innenfläche der Abdeckung 16 und der Außenfläche der Schmalseite der Arbeitselektrodenaufnahme 11 ein Ringspalt, bezeichnet mit 22, entsteht Außerdem setzen die Kontaktbolzen 17 in der unteren Endlage auf dem äußeren Teil jedes Werkstücks 15 auf (F i g. 2) und halten dadurch die Werkstücke 15 einerseits in ihrer Lage fest und andererseits stellen sie jeweils die Verbindung zwischen dem Werkstück 15 und dem Pluspol der Stromquelle her. Ein fester Sitz der Werkstücke 15 wird zusätzlich durch die genau korrespondierenden Konturen der Werkstücke 15 und der Abdeckungen der einzelnen Arbeitselektroden 13 gewährleistet.

Gleichzeitig mit dem Erreichen der unteren Endlage wird der Zufluß des Elektrolyten freigegeben. Dieser strömt mit einem konstanten Speisedruck von I atü von einer Hauptleitung 23 zu dem Verteiler 4 (F i g. 1) und von diesem über die Zuleitungen 3 zu den Arbeitselektroden 13. Die Durchflußwege des Elektrolyten innerhalb der Arbeitselektrode 13 und der Abdeckung 16 sind in F i g. 2 durch Pfeile angegeben. Innerhalb der Ärbciisclckirode 13 wird der Elektrolyt geringfügig entspannt (Drosselwirkung) und strömt mit einem Druck von etwa 0.8 atü in den Innenraum — bezeichnet mit 24 — der Abdeckung 16, der sich innerhalb von etwa 3 see ganz füllt. Vom Innenraum 24. der bei diesem Beispiel etwa 700 cm¹ faßt, strömt der Elektrolyt durch den Ringspalt 22 ins Freie, wobei er sich bis zum Atmosphärendruck entspannt. Ebenfalls nach etwa 3 see nach dem Erreichen der unteren Endlage der Anstelleinheit 7 wird jeweils zwischen Arbeitselektrode 13 und Werkstuck 15 eine Gleichspannung von 15,5 V angelegt. Dabei fließt ein Strom von etwa 500 A bei einer Stromdichte von etwa 0,25 A/mm². Während einer Einwirkzeit von 24 see entstehen in den Zähnen des Werkstucks 15 Nuten von etwa 0,3 mm Tiefe.

Sind nun nicht alle sechs Bearbeitungsstellen mit einem Werkstück 15 belegt, beispielsweise nur mit fünf, so simuliert die Abdeckung 16 mit dem Ringspalt 22 als Drossel in etwa das Vorhandensein eines Werkstückes. An der nicht belegten Bearbeitungsstelle beträgt der Druckabfall innerhalb der Arbeitselektrode 13 nur etwa 0,1 atü, wodurch im Innenraum 24 ein Druck von etwa 0,9 atü herrscht. Diese Druckdifferenz zwischen Bearbeitungsstelle mit Werkstück 15 und ohne Werkstück 15 von etwa 0,1 atü ist für den Bearbeitungsvorgang in den übrigen Bearbeitungsstellen unerheblich. Diese Werte wurden bei einem Ringspalt 22 mit einer Breite von ²/io mm ermittelt, wobei der Innendurchmesser der Abdeckung 16 122 mm betrug.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es durch die erfindungsgemäßen haubenförmigen Abdeckungen möglich ist, eine l&aschine für die elektrochemische Metallbearbeitung mit mehreren Bearbeitungsstellen für die gleichzeitige Bearbeitung einer entsprechenden Anzahl von Werkstücken zu bauen, bei der an jeder Bearbeitungsstelle während eines Bearbeitungszeitraumes annähernd gleiche Druckverhältnisse herrschen; ungeachtet ob nur ein Werkstück oder mehrere Werkstücke bis zur vollen Belegung eingelegt sind. Durch die in jedem Fall annähernd gleichen Druckverhältnisse in den einzelnen Bearbeitungsstellen wird ein gleichmäßiger elektrochemischer Abtrag des Anodenmaterials gewährleistet. Dadurch können beispielsweise Nuten mit genau begrenz-

ten Konturen in Zahnrädern hergestellt werden, ohne daß kostspielig Regeleinrichtungen erforderlich sind. Ferner ist es vorteilhaft, daß die Abdeckungen zugleich so ausgebildet sind, daß der von den Bearbeitungsstellen wegspritzende Elektrolyt abgefangen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 20

1. Maschine für die elektrochemische Metallbearbeitung mit mehreren Bearbeitungsstellen für die gleichzeitige Bearbeitung einer entsprechenden Anzahl von Werkstücken, bei der jede Bearbeitungsstelle eine Arbeitselektrodenaufnahme, eine Arbeitselektrode und eine die Bearbeitungsstelle umgebende Abdeckung hat, wobei der Elektrolytzufluß zu jeder Bearbeitungsstelle über eine Zuleitung erfolgt, die mit einer gemeinsamen Zuführungsleitung verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (16) im Betriebszustand eine das Werkstück aufnehmende Kammer bildet und zusammen mit der Arbeitselektrodenaufnahme (U) einen Abflußquerschnitt für den Elektrolyten in solchem Maße begrenzt, daß bei nicht belegter Bearbeitungsstelle der Speisedruck des Elektrolyten in den Zuleitungen (3) zu den belegten Bearbeitung^- stellen nicht wesentlich sinkt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (16) die Form einer unten offenen zylindrischen Haube hat. deren unterer Rand zusammen mit der Arbeitselekirodenaufnähme (11) einen Ringspalt (22) für den Abfluß des Elektrolyten bildet.