DE2119885A1

DE2119885A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung

Info

Publication number: DE2119885A1
Application number: DE19712119885
Authority: DE
Inventors: Kenneth George Ashbourne Derby Payne (Großbritannien)
Original assignee: MINI OF AVIAT SUPPLY
Current assignee: MINI OF AVIAT SUPPLY
Priority date: 1970-04-25
Filing date: 1971-04-23
Publication date: 1971-11-18
Also published as: GB1339544A; FR2090722A5; IT960526B

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. CURT WALLACH

DIPL-ING. GÜNTHER KOCH 2119885

DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, 2^.April 1971 = 13 192 - K/vM

Minister of Aviation Supply, London, England.

Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrochemischen Einbohren kleiner Löcher in elektrisch leitfähige Werkstücke.

Die kleinsten Löcher, die durch herkömmliche elektrochemische Bearbeitung hersteilbar sind, haben einen Durchmesser von etwa 0,03 Zoll und diese Begrenzung rührt von den Schwierigkeiten her, die bei der Herstellung von Metallrohren oder Kathoden gegeben sind, die einerseits genügend isoliert sind und andererseits steif genug sind und einen Durchmesser besitzen, der kleiner ist.

Es ist auch eine Vorrichtung bekannt, die eine stabförmige Kathode aufweist, welche von Glas umschlossen ist, wobei das Glas über den Stab vorsteht und am Ende des Portsatzes in einer Düse ausläuft, um einen Elektrolytstrahl austreten zu lassen. Der mit Glas beschichte/!tab bewegt sich bei der Bearbeitung vor und die Glasdüse tritt in das Loch ein und ist nur 0,005 Zoll stark, wenn das Loch vertieft wird. Hierbei verursacht die Brüchigkeit des Glases jedoch große Schwierigkeiten bei der Herstellung und Lagerung.

109847/1216

-2- 2:13385

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrochemischen Herstellung feiner Löcher in einem Werkstück zu schaffen, bei welchem derartige zerbrechliche Bestandteile überflüssig sind, die sich zwischen Werkstück und Maschine bewegen. .' . -

Weiter bezweckt die Erfindung,eine Vorrichtung zu schaffen, durch .die das Verfahren verwirklicht werden kann.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung wenigstens eines Loches in einem Werkstück in der Weise durchgeführt, daß eine Elektrolytdüse im Abstand zu der äußeren Oberfläche des Werkstücks angeordnet wird, daß ein Elektrolytstrahl auf das Werkstück gerichtet wird, daß ein elektrischer Strom durch das Werkstück und den Elektrolyten in dieser Richtung nach einem auf negativem Potential stehenden ■Punkt hindurchgeschickt wird, wobei ständig der Abstand zwischen der Elektrolytdüse und .der äußeren Oberfläche des Werkstücks aufrechterhalten wird, bis die erforderliche Lochtiefe erreicht ist, worauf sowohl Stromzuführung als auch Elektrolytzuführung abgeschaltet wird.

Vorzugsweise ist die Elektrolytspeisequelle als Kathode bzw. Punkt negativen Potentials ausgebildet.

Vorzugsweise wird der Elektrolyt mit einer so großen Kraft auf das Werkstück geschleudert, daß die elektrolytische Auflösung auf die Basis des" Strahles begrenzt bleibt.

Gemäß einer weiteren'Ausgestaltung der Erfindung wird das Querschnittsprofil des Elektrolytstrahles zwischen Austrittdüse und. Auftreffen auf dem Werkstück im wesentlichen konstant gehalten.

COPY

10 9 8 4 7/1216 ^{0RJG1NALINSPECTED}

Die Erfindung betrifft auch ein Gerät zur Durchführung des
Verfahrens und diese elektrochemische Maschine weist eine Leitung auf, von der ein Ende im Betrieb nach dem Werkstück hin gerichtet ist, wobei dieses eine Ende durch eine entfernbare Düse abschließbar ist, die wenigstens eine Auslaßöffnung aufweist, wobei das innere der Leitung mit einer Slektrolytdruckquelle' so verbunden ist, daß im Betrieb eine Elektrolytströmung in die Leitung
gelangen und aus der Öffnung austreten kann und wobei hie axiale Länge der Öffnung und der Elektrolytdruck so aufeinander· angepaßt sind, daß der austretende Elektrolytstrahl ein im wesentlichen
konstantes Querschnittsprofil über einen vorgewählten Abstand
zwischen Werkstück und Öffnung besitzt.

Vorzugsweise ist die Leitung starr ausgebildet.

Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, durch die im Betrieb
' der Elektrolyt gefiltert wird, bevor er in das Leitungsinnere
eintritt. .

Vorzugsweise besteht der Filter aus einer Auskleidung der Innen-
- wand der Leitung.

Vorzugsweise ist die Leitung elektrisch leitfähig.

Vorzugsweise wird die Leitung dadurch isoliert, daß sie innerhalb einer flüssigkeitsdichten,transparenten, nicht 1eitfähigen Kammer eingeschlosen wird, die nur zur Einfügung ,und Entfernung des
Werkstückes geöffnet werden kann.

Nachstehend wird die Erfindung'anhand eines Ausführungsbeispieles veranschaulicht. In der Zeichnung zeigen:

copy
1 0 9 8 A 7 / 1 2 1 S

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer elektrochemischen

Bearbeitungsmaschine gemäß der Erfindung, _: Fig. 2 eine Schnittansicht der Elektrolytdüse, Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Düse mit mehreren Düsenöffnungen,

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 4 gemäß Fig.3, Fig. 5 eine schematische Ansicht des Gerätes gemäß der Erfindung.

- Gemäß Fig.1 weist die elektrochemische Bearbeitungsmaschine 10 eine Leitung 12 auf, die an einem Ende von einem Schlitten 14 getragen wird,- der in Richtung der Pfeile 16,18,20 verschieblich ist.

Die Leitung 12 besteht aus einem starren Rohr, dessen freies Ende mit Gewinde versehen ist, um eine Überwurfmutter 22 aufzunehmen (Fig.2). Die Überwurfmutter ist vollständig von einem doppelwandigen Gehäuse 24 umgeben, das bei 26 dauernd entlüftet wird und einen Rauchabzug 28 sowie eine doppelwandige Tür 30 aufweist, durch die die Werkstücke eingelegt und entfernt werden. Die Tür 30 schließt dicht mit dem Gehäuse 24 ab und dieses ist strömungsmitteldicht mit dem ΊΙτά^τ der Leitung 12 verbunden. Das Gehäuse 24 ist im Betrieb unbeweglich, jedoch ist eine Bewegung des Schlittens und demgemäß der Leitung 12 relativ zum Gehäuse 24 möglich, weil die Strömungsmitteldichtung 32 entsprechend ausgebildet ist. Diese Dichtung 32 ist in allen Richtungen flexibel und ist unter dem Begriff "gaiter" bekannt. ' - \

Ein Werkstückträgertisch 34 ist im Gehäuse 24 untergebracht und elektrisch von äußeren Teilen des Gehäuses isoliert. Bei dem Ausführungsbeigiel besteht der Tisch aus rostfreiem Stahl,-, der eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Erosion durch den aufgespritzten Elektrolyten aufweist.

copy

109847/12 1 6

2:19885

Das freie Ende der Leitung 12 ist mit einem Düsenkörper 36 versehen, der unter Beifügung eines GummidichtungsrInges 38 gegen das freie Ende der Leitung 12 verspannt ist. Die Überwurfmutter 22 hält den Düsenkörper 36 in seiner Lage auf dem freien Ende der Leitung.

Ein Ende 40 der Düse 36 ist nach dem Inneren der Leitung 12 hin offen, während das äußere Ende 42 der Düse eine winzige Bohrung 44 besitzt. Die Bohrung kann einen Durchmesser von etwa 0,001 Zoll aufweisen. Die Düse 26 ist über eine Verbindung 46 an eine Elektrolytdruckquelle 47 angeschlossen und in dem Gehäuse 24 ist ein Elektrolytabzug 48 angeordnet.

'Arbeitsweise

Ein Werkstück 50, im vorliegenden Fall,.eine Turbinenschaufel für ein Gasturbinenstrahltriebwerk, wird innerhalb des Gehäuses 24 auf dem Tisch 34'fixiert. Eine.Düse 36 mit einer öffnung 44 gewünschter Abmessung wird auf .der Leitung 12 in der beschriebenen Weise festgelegt und dann durch Betätigung des Schlittens 14 gegenüber der Werkstückoberfläche, die gebohrt werden soll, eingestellt.:

Die Einstellung der Düse gegenüber dem Werkstück erfolgt unter Einhaltung eines bestimmten Abstandes zwischen Düse und Werkstück. Dieser Abstand ist geringer als derjenige Abstand, in dem der Elektrolyt gerade noch einen .gegebenen konstanten Querschnitt und eine Ausrichtung des Strahles aufrechterhält, d.h. der Abstand ist so kurz, daß die Ausrichtung und die Querschnittsgestalt auf jeden Fall noch erhalten bleiben. Es MSI zwischen Düse und' Werkstück keine Relativbewegung statt und der Elektrolyt bohrt nur tiefer in das Werkstück, bis die erforderliche Tiefe erreicht ist oder bis das Werkstück völlig durchbohrt ist. Hiaaus ergibt sich die Wichtigkeit der Aufrechterhaltung eines Strahles konstanten Querschnitts. : i

■: '.A ^

GOFf

1 09847/ 1216

- 6 - 2'

23
Eine Spannungsquelle/mit 600 Volt wird an das Werkstück (Anode) und den Elektrolyttank 47 (Kathode) über geeignete Verbindungen 45 angelegt. Der Tank 47 besteht aus rostfreiem Stahl^:. Das Gehäuse 24 wird geschlossen und der Elektrolyt wird aus dem Tank 47 über die Verbindung 46,einen Keramikfilter 52 und eine Leitung 12 nach der Düse 42 gepumpt und tritt dort durch die öffnung 44 in Gestalt eines geraden Strahles konstanten Querschnitts aus. Je nach dem öffnungsdurchinesser kann der Strahl einen Durchmesser bis herab zu 0,001 Zoll aufweisen. Der Elektrolytstrahl überbrückt den Spalt zwischen Düse und Werkstück und trifft auf letzteres auf, wodurch bewirkt wird, daß· der Strahl ah seiner Basis abbricht und zu einem sehr feinen Nebel zer-. stäubt wird, der, obgleich er über eine Fläche ausgebreitet werden kann, die groß; ist relativ zum Strahldurchmesser,so verteilt wird, daß keine elektrolytische Wirkung auf das Material erzielt wird, das die. Werkstückoberfläche umgibt, die bearbeitet werden soll. Beim Auftreffen des Elektrolytstrahls auf das Werkstück wird der Stromkreis geschlossen und der Strom fließt in Gegenrichtung zum Elektrolytstrom und die elektrolytische Bearbeitung des Werkstücks' wird in der üblichen Weise durchgeführt.

Das auf diese Weise erzeugte Loch hat einen größeren Durchmesser als der Strahl. So erzeugt beispielsweise ein Strahl mit einem Durchmesser von 0,002 Zoll ein Loch, dessen Durchmesser über den größten Teil der Länge etwa 5 mal so groß ist wie der Strahldurchmesser. Ein Loch,das durch einen Strahl mit einem Durchmesser von 0,00^ Zoll erzeugt wird, ist etwa 4 mal größer im Durchmesser als der Strahl und ein Loch, das mit einem Strahl von 0,01 Zoll durchmesser erzeugt wird, hat einen etwa Jfach. größeF«ren Durchmesser. Ein auf diese Weise gebohrtes Loch neigt dazu, am Grund . zu konvergieren, aber dies kann entweder durch eine extrem hohe Spannung verhindert werden, die angelegt wird, nachdem die

•A COPV

109847/1216

ORIGINAL INSPECTED

· " ^ri O Q Γ

; ι tf Ο 8 5

volle Tiefe erreicht ist oder wenn ein Loch durchgebohrt werden soll, kann ein Wachsblatt auf der Rückseite des zu bearbeitenden Teiles aufgebracht werden, welches zeitweise der Strömung des Elektrolyten widersteht und so eine zusätzliche lokale Bearbeitung ermöglicht.

Auf gleiche Weise kann gleichzeitig eine Vielzahl 'von Löchern gebohrt werden, indem eine Düse 54 gemäß Fig.3 und 4 benutzt wird. Diese Düse 54 hat einen kreisförmigen Plansch 56,mit dem sie in der beschriebenen V/eise gegen die Leitung 12 gedrückt wird, und sie besitzt einen hohlen Keilabschnitt 58, dessen inneres Ende flach ist. Die Düse 54 weist außerdem eine Reihe von Löchern auf. Diese Löcher können dadurch hergestellt werden, daß Vorsprünge ausgeprägt werden, daß die Kronen poliert werden und daß die hieraus resultierenden Löcher mit einem geeignet bemessenen Bohrer od.dgl. ausgeräumt werden. Die Löcher können natürlich in jedem gewünschten Muster angeordnet werden.

Wie erwähnt, bewegt sich kein Teil der Mas chine, währ end die Bearbeitung stattfindet. Jedoch ist es möglich, Schlitze in einem Werkstück herzustellen, in dem der Schlitten während der Bearbeitung in geeigneter Weise verschoben wird. Die Länge des Schlitzes wird begrenzt durch di,e Flexibilität der Dichtung J52. Jedoch können andere Dichtungen vorgesehen werden, die eine weitere Verschiebung ermöglichen.

Es hat sieh gezeigt, daß durch Bohren mittels des beschriebenen Apparates ein Loch in zufriedenstellender Weise hergestellt werden kann, dessen Achse in einem Winkel von weniger als 90° gegenüber der Werkstückoberfläche angestellt ist, wenn das Werkstück in einem geeigneten Winkel relativ zur Achse der öffnung 44 angestellt | wird, bevor die Bearbeitung einsetzt. Vorausgesetzt, daß die

ORfGfNAL INSPECTED

COPY

1 09847/12 16

Strahlgeschwindigkeit groß genug ist, trifft der Strahl auf der Werkstückoberfläche auf, ohne sich in einer Weise auszubreiten, die eine schädliche Wirkung auf die Auftreffläche hätte. Elektrolytdruck,unbegrenzte Strahllänge und Bohrungslänge stehen in einer kritischen Beziehung zueinander und müssen genau gesteuert werden, um einen unbegrenzten Strahl konstanten Querschnitts aufrechtzuerhalten. ;

•Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Herstellung extrem feiner Löcher durch Benutzung eines relativ robusten Apparates möglich ist, dessen Herstellung, Behandlung und Lagerung keine Probleme ergibt.

Patentansprüche

ORIGINAL INSPECTED

109847/12 16

Claims

"⁹~ 2119385

Patentansprüche :

1,/Verfahren zur Erzeugung wenigstens eines Loches in einem Werkstück durch elektrochemische Bearbeitung, wobei wenigstens eine elektrolytische Ausströmdüse im Abstand zu einer Oberfläche eines Werkstücks angeordnet wird und ein Elektrolytstrahl auf die Oberfläche gespritzt wird, wobei ein elektrischer Strom durch Werkstück und Elektrolyt in Richtung auf einen Punkt negativen Potentials strömt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytausströmdüse (j56) in dem festen Abstand gegenüber der Oberfläche des Werkstücks (50) gehalten wird, bis wenigstens die Herstellung eines Loches (60) vollendet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzei chnet , daß der Elektrolytstrahl physikalisch unbegrenzt strömt, während er durch den Raum zwischen Düse (36) und Oberfläche das Werkstücks (50) verläuft, und daß der Elektrolytstrahl einen konstanten Querschnitt aufweist, während er den genannten Raum durchläuft.

1 0 9 8 4 7 / 1 2 1 G

GOPt