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Elektrode zur Funkenerosion Die erfindung betrifft eine Elektrode
zur elektroerosiven Bearbeitung eines Werkstücks aus einem Kern, der eine zur Sollkontur
des Werkstückes komplementäre Kontur aufweist und einer Maske aus einem leitenden
Material, deren Form mit der Kontur des Korns übereinstimmt, ein Verfahren zur Herstellung
dieser Elektrode und eMne Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Elektroden der vorgenannten Art eignen sich insbesondere zur Durchführung
der funkenerosiven Bearbeitung von gehärteten Metallwerkstücken, z.B. Gesenken für
Umformvorgänge.
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Eine solche Elektrode wird während der )urchführung der Funkenerosion
ebenfalls abgetragen und vermag daher unter Einhaltung der erforderlichen Toleranzen
nur einer geringen @nzahl von Werkstücken die gewünschte Form zu geben.
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Es sind bereits Elektroden zur elektroerosiven Bearbeitung bekannt,
bei denen auf einen Kern aus nichtleitendem Material, dessen Kontur der Sollkontur
des Werkstückes entspricht, galvanisch oder durch Aufgießen eine ocilicht aus einem
leitenden Material aufgebracht wird.
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Nachteilig ist bei diesen Elektroden aber, daß jeder Kern erst in
einem kostspieligen besonderen Arbeitsgang die Kontur des Werkstückes erhalten muß,
die Aufbringung der Masse aus leitendem Material langwierig und ebenfalls kostspielig
ist
und weiterhin nur eine ungenügende Bindung zwischen der Maske und dem Kern herstellbar
ist. Durch eine ungenügende Bindung zwischen Maske und Kern weist eine solche Elektrode
außerdem nur eine gerlnge Lebensdauer auf.
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Es ist weiterhin eine Elektrode zur elektroerosiven Bearbettung bekannt
geworden, deren Maske durch einen Preß-oder Auflegevorgang auf einen Kern, dessen
Kontur der Werkstückkontur entspricht, erzeugt werden soll. Die Verbindung wischen
Kern und Maske soll durch Schrauben erfolgen.
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Auch bei dieser Elektrode muß nachteilig erst jeder Kern seine gewünsciite
Form erhalten, und da bei einem Auflege-oder Preßvorgang die Maske immer in Richtung
ihrer ursprünglichen Gestalt zurückfedern wird und der Kern eine gewollte Überverformung
verhindert ist eine genaue Einstellung der gewünschten Kontur der Elektrode nicht
möglich. Durch die fehlende Bindung mit dem Kern die auch durch Schrauben nicht
herstellbar ist, wird sich im Betrieb die Maske sehr schnell aufbeulen und die Elektrode
unbrauchbar werden.
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Schwierige Elektrodenformen sind mit einer sclchen Elektrode weiterhin
nicht zu vorwirklichen, da das Auflegen bzwO Einpressen der Maske in schmale oder
tiefe Spalte nicht möglich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher. Elektroden zur funkenerosiven
Bearbeitung von Werkstücken zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik
nicht mehr aufweisen mit geringen Kosten herstellbar sind, schwierigste Werkstückformen
ausarbeiten
können, eine der Sollkontur des Werkstücks genau entsprechende Form besitzen, die
Bearbeitung größerer Werkstückzahlen mit einer Elektrode erlauben, die eine besonders
gute Bindung der Maske an den Kern und eine besonders günstige Gefügestruktur und
Oberflächenstruktur der Maske au weisen, mit billigstem Kernmaterial auskommen,
bei denen der Arbeitsgang der Formgebung des Karno erspart wird und die sowohl zur
Vorerosion als auch zur Feinbearbeitung geeignet sind.
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Das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Elektroden sollen einfach und wirtschaftlich durchführbar sein, die Berstellun-,
einer größeren Anzahl von elektroden gleichzeitig erlauben, unter den robusten Bedingungen
eines Schmiedebetriebes durchgeführt werden können und zu Werkstücken und insbesondere
Je3enken mit günstigen Toleranzen führen.
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Diese Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Elektrode erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Maske aus einem in eine Negativform eingezogenen Blech besteht,
ohne Abweichungen die Kontur es Werkstückes aufweist und mit dem Kernmaterial unter
Bildung einer Haftung zwiscnen Kern und Maske ausgegossen ist.
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Vorteilhaft kann zur Verwendung der Elektrode als Schruppelektrode
die Maske ein in das Werkstück als Negativform unter Ausbildung eins 3paltes von
ca. 0,8 mm eingezogenes Blech sein.
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Zur Erhöhung der Standzeiten weist die erfindungsgemäße Elektrode
vorteilhaft eine Maske aus Kupfer mit einer Oberflächengefügestruktur auf, die einer
Druckverfestigung im kalten Zustand bei einem Druck zwischen 400 - 1200 atü entspricht
und deren Gefüge der der oftmaligen Kaltverfestigung mit nachfolgendem Glühen und
Abschrecken ent= spricht. Das Kernmaterial ist aus Gründen der Wirtschaftlichkeit
vorteilhaft Gips, und um ein vorzeitiges Durchbrennen einzelner Stellen der Elektrode
zu verhindern, beträgt die Verringerung der Blechdicke am opaltfuB vorteilhaft bei
einem Verhältnis von Spalttiefe zu Spaltbreite kleiner v weniger als 20 .
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Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Rlektrode kennzeichnet
sich vorteilhaft dadurch, daß in einer Negativform ein Blechzuschnitt mechanisch
mit Hilfe einer Positivform in jtufen mit Glühen und Abschrecken nach jeder Stufe
bis zur Ausbildung eines vorherbestimmten Spaltes zwischen NeÓativform und Blechteil
verformt wird und danach durch Aufbringen eines hydraulischen Druckes bis zu 1200
atü auf der opaltseite des Blechteils dieses weiter in Stufen mit Glühen und Abschrecken
nach jeder Stufe bis zur völligen Anlage an die Negativform verformt wird, wobei
zum Einzug von Material in den Spalt der Maske zwischen die Llßenflanken der Positivform
und die Innenflanken des Blechteils Haltemittel eingelegt werden.
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Bei größeren Verformungagraden wird weiterhin orteilhatt zwischen
die Negativform und das Blechteil mindestens eine Kupferfolie eingelegt.
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Um die Elektrodenmaske sicher abzustützen, wird diese nach Erreichen
der endgijltigen Form mit einer an dem Blech anhaftenden Unterstützungsmasse ausgegossen.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kennzeichnet sich vorteilhaft durch eine einseitig offene Hydraulikkammer mit einem
um deren Öffnung verlaufenden Dichtungssteg, eine Negativform auf oder in die das
Blechteil eingelegt wird, eine auf das Blechteil aufgelegte Dlchtungsscheibe und
eine den Dichtungssteg der Hydraulikkammer mit hoher Preßkraft auf die Dichtungsscheibe,
den Rand des Blechteils und die Negativform aufpressende hydraulische Presse, wobei
zur Herstellung einer gut dichtenden Verbindung zwischen Hydraulikkammer und Negativform
die letztere eine glatte Oberfläche aufweisen kann, die Dichtungsscheibe eine Öffnung
zum Durchtritt der Hydraulikflüssigkeit besitzt, deren Fläche gegenüber der Querschnittsfläche
der Hydraulikkammer klein ist und der Dichtungssteg der Hydraulikkaarner eine Breite
von einigen cm aufweisen kann.
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Die Dichtungsscheibe ist vorteilhaft aus Kunststoff, der Schließdruck
beträgt bis zu 1000 to,
Aufgrund der vorgenannten Maßnahmen ergibt
sich für den Fachiiann vällig überrasenend, daß in einer einseitig offenen Hydraulikkammer
Drücke bis zu 1200 atü gegenüber einem Blechteil zu dessen Innenverformung abgedichtet
werden können.
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Weiterhin ist für den Fachmann überraschen, daß trotz der relativ
großen Anzahl von Verfahrensschritten eine wirtschaftlichere Herstellung von Elektroden
als bisher möglich ist. Die erfindungsgemäße Elektrode ist aber nicht nur wirtschaftlicher
herstellbar; die Qualität der Elektrode hinsichtlich Maßgenauigkeit, der Abtragleistung
und Abweichung der Maßgenauigkeit nach einer bestimmten Abtragsleistung ist weiterhin
ebenfalls erheblich besser als bisher Fur den Fachmann ist dabei besonders überraschend,
daß die Maske überhaupt in der notwendigen Maßgenauigkeit mit einer sehr geringen
Verringerung der Blechdicke herstellbar ist.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Ple, 1 den Zuschnitt zur Herstellung des
Erfindungsgegenstandes Fig. 2 den fertigen Erfindungsgegenstand als Elektrode zur
Funkenerosion mit Hinterguß und Spülbohrungen, Fig. 3 eine Einrichtung zur mechanischen
Vorverformung des erfindungsgemäßen Blechteils im Schnitt,
Fig.
4 eine Einrichtung zur hydraulischen Endverformung des erfindungsgemäßen 3lechteils
mit geöffneter Hydraulikkammer, Fig. 5 eine Einrichtung gemäß Fig. 4 mit geschlossener
Hydraulikkammer, Fig. 6 eine Einrichtung gemäß Fig. 4 mit einem eingelegten Zwischenblech
und FI. 7 eine Einrichtung gemäß Fig. 6 mit geschlossener Hydraulikkammer.
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Die erflndungsge.rlaßen Elektroden werden im Prinzip genau entgegengesetzt
hergestellt, wie aus dem tand der Technik bekannt. Zuerst wird eine Maske aus leitfähigem
Material durch mechanisch/hydraulische Verformung in genauer aber einstimmung mit
der gewünschten Werkstückkontur hergestellt, und diese Maske wird dann mit einem
stützenden Kernmaterial ausgegossen.
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Als Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäße Maske bzw.
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den erfindungsgemäßen Blechgegenstand dient ein in Fig. 1 gezeigter
Zuschnitt aus Blech, der aus Elektrolytkupfer weich oder halbhart besteht (Festigkeit
zwischen 24 und 30 kg/mm²), welches auf die gewünschte Blechstärke ausgewalzt ist.
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Anstelle von Kupfer, das für die Herstellung der erfindungsgemäßen
Elektroden vorzugsweise Verwendung findet, kann auch ein anderes leitendes Material
zur Anwendung kommen, sofort dieses ein Kupfer genügend ähnliches Tiefziehverhalten
aufweist.
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Der Zuschnitt gemäß Fig. 1 wird so groß gewählt, daß nicht nur die
Ränder eines als Form dienenden Gesenks überdeckt werden, sondern der Zuschnitt
sich auch noch über einen Halter des Gesenks erstreckt. Baim Ausbilden der Maskenkontur
wird so sichergestellt, daß genügend Material in den die Maskenkontur bildenden
Spalt eingezogen werden kann.
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Der Zuschnitt weist die für das spätere Blechteil gewünschte Dicke,
u.U, mit einem Übermaß bis zu 20 , auf.
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Us Hilfsmittel.für die Herstellung von Schruppelektroden kann aber
auch eine Folie von 0,8 mm Stärke verwendet werden.
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Gemäß dem in der folgenden Tafel dargestellten Schema läuft das erfindungsgemäße
Verfahren zur Heratellung eines verformten Blechteils (Maske) und im weiteren Ablauf
von Elektroden zur Funkenerosion im Prinzip folgendermaßen ab: Der genannte Zuschnitt
eines Kupferblechs genügender Größe wird entweder in einem gegebenenfalls durch
ein Probe-
| erstellung elnr I,. einer I ~HerJtellullg - |
| legativform 2 L eines Originalgesenks |
| -Probeschmiedon 2 1 24 S 0 5 |
| .einsetzen der Form |
| o. des Gesenks in |
| einen Halt er |
| Linlegen eines Einlegen einer Folie |
| t'1lektrodenblechs |
| mech. Verformung |
| des eingelegten |
| Teils |
| spannungsfrei G18- |
| hen bei ca. 720 C |
| Abschrecke in 20- |
| bei ca. 20 a |
| > ~ Wiederholung der vorherge- |
| henden 3 Vorgänge bis auf |
| ~ ~ ~ ' einen Spalt von ca. 0,8 mm |
| einlegen des Gesenks |
| o. der Form in eine |
| hydraulische Presse |
| hydraulisch Drücken |
| spannungsfrei G&ü- |
| hen bei ca. 720 0 - |
| Abschrecken in ,O |
| bei ca. 20 2 |
| erneutes Einlegen |
| in die Presse bei |
| Maßabwoichung |
| Wiederholung der vorherge- |
| / henden 4 Vorgänge bis zur |
| - L L Erreichnung der gew. Genau- |
| igkeit |
| Ausformen der Elek- Ausformen der Folie |
| trod$', |
| /I------ -- 'Pafel 1 |
| < mit A1-Si ~ Ausgießen mit dem Hin- |
| Benutzung als Tiefziehteil le targuß |
| Einsatz in der Funken- |
| Aus formen der Guß- . erosionsmaschine |
| elektrode |
| Einsatz in der Fun- - Viwendung der Folie aur Her-. |
| kenerosionsmaschin7 einer Schruppelek |
| -steliung einer Schruppelek- |
| trodenform |
| ~Wiederholung des Verfahrens |
| I-z;ur Herst;ellung eineli Schrupp- |
| ' eleXtrode |
schmieden geprüften Gesenk mit einer die Gratbahhen abdeckenden
Platte zur Ausbildun passender Ziehradien oder in einer anderen passenden Negativform
stufenweise mechanisch vorverforat wobei auf jede Verformung ein Glühen und Abschrecken
folgt.
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Der nächstfolgende Verformungsschritt erfolgt zwackmäßigerweise sofort
nach dem Absearecken, wobei die Blechteile noch eine gewisse Temperatur über die
Normaltemperatur aufweisen.
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Wenn das dadurch entstandene Blechteil nur noch einen geringen Spalt
gegenüber der Negativform aufweist, wird die weitere Anpassung durch ein stufenweises
hydraulisches Verformen vorgenommen, wobei ebenfalls auf jeden Veformungsschritt
ein Glühen und Abschrecken folgt.
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Mit diesem Verfahren wird entweder ein maßgenaue Formteil erzeugt,
welches gegebenenfalls für sich verarbeitbar oder vermarktbar ist,oder eine Maske,
die nach Hinterguß mit einer Stützmasse als Elektrode zur Funkenerosion verwendet
werden kann, oder als dritte Möglichkeit wird eine Maske erzeugt; die als Ausgußform
zur Erzeugung einer Gußelektrode zum Sohruppen durch Funkenerosion oder als Einlegemaske
in ein Gesenk zur Einstellung eines Spaltes beim nachfolgenden Auspressen einer
Schruppelektrode aus Kupferblech nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren dienen
kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im einzelnen wie folgt durchgeführt:
Der Zuschnitt des zu verarbeitenden Bleches 1 gemäß Fig. 1 wird auf eine Negativform
aufgelegt, die eine einstückige besonders gefertigte Form oder entsprechend den
Fig. 3 bis 7 ein Gesenk 2, z.B. ein Originalgesenk in 3 einem Haltering sein kann.
Um sicher zu sein, daß das Schmiedestück aus diesem Gesenk den Anforderungen entspricht,
können in dem Gesenk ein oder mehrere Stiicke probegeschmiedet werden. Der Spalt
zwischen Gesenk 2 und Haltering 3 wird mit einem passenden Material, z.B. Epoxydharz
susgegossen, um dem Gesenk 2 einen absolut sicheren Sitz zu geben.
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Da die Form durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht abgenutzt wird,
kann, falls ein Gesenk verwendet wird, dieses später wieder zum Schmieden eingesetzt
werden. Bei der Herstellung einer geringen Anzahl von Gesenken wird dadurch durch
die Vermeidung von formkasten eine Kostenverringerung erzielt.
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Die Form 2,3 wird jetzt in eine Presse 4,5 eingesetzt, deren Stempel
6 eine passend konturierte Positivform 7 trägt und mit Schließdrücken zwischen 50
und 100 to den Zuschnitt schrittweise jeweils Je nach Endverformungsgrad um ein
5tel bis ein 2Otel der Endverformung vorverformt.
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Die Positivform 7 hat keine großen Kräfte aufzunehmen, da der letzte
Zerformungascaritt bei einem Spalt der Maske non mehr als o,5 mm über dem Boden
der Negativform endet. Die Positivform 7 kann daher aus relativ weichen und leicht
und damit wirtschaftlich zu bearbeitendem Material unter Einschluß von Kunststoffteilen
bestehen.
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Die Positivform bildet mit der Negativform einen Spalt, dessen Dicke
um ca. 1 mm die verarbeitete Blechdicke übersteigt.
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Die Unterseite des zu verarbeitenden Blechs wird bei der mechanischen
Vorverformung mit einem handelsüblichen Schmiermittel, das z.B. unter dem Handelsnamen
"Ratiol" bekannt sein kann, geschmiert. Zwischen die Positivform ? und das zum Teil
ausgeformte Blechteil werden Haltemittel 9 eingesetzt, die die Reibung zwischen
den Außenflanken der Positivform 7 ca den Innenflanken des verformten Blechs stark
vergrößern und für den Fachmann überraschend auch bOi den vorliegenden schwierigen
Formen einen Einzug von Material von oberhalb der Formoberfläche in den Spalt bewirken
und dadurch selbst bei einer Verformung mit großen Spalttiefen eine größere Verringerung
der Blechdicke am Spaltboden verhindern.
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Die Haltemittel 9 bedecken die oberen Abschnitte der Flanken, werden
beim Hub durch die Posittivform mit eingozogen und nach dem Hub wieder entfernt.
Sie bestehen z.B.
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aus ummistückehen, Sand oder deren. Material mit einer ähigkeit zum
Anpassen an die Flanicenkont--uren und leichzeitiger
hoher Oberflächenreibung.
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Bei schwierigen Formgebungen, insbesondere hohen Verformungsgraden,
werden bei der Vorverformung zwischen die Form 2,3 und das zu varformende Blochteil
1 Blechfolien 10 mit einer Dicke von ca. 0,8 mm eingelegt, die ebenfalls für den
Fachmann überraschend das Verformungsverhalten entscheidend positiv beeinflussen
und eine Einreißen des Blechteils verhindern. 3ei dar Verformung des Blechteils
1 selbst können die Hilfsfolien 10 einreißen, ohne daB dsdurch die Qualität des
verformten 3lechteils baeinträchtigt wird.
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flach jeder Teilverformung wird das Blechteil 1 aus der Presse 4,
entnommen und in einem Ofen bei einer Pemperatur zwischen ca. 690 und 750 oO während
einer Zeit von #a. 10 min geglüht und danach in einem Behälter abgeschreckt.
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Das Blechteil 1 ist dann wieder spannungsfrei und weich und kann der
nächsten Verformungsschritt in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben unterworfen
werden, bis die gewünschte größte mechanische Vorverformung mit einem geringen verbleibenden
Spalt gegenüber der Negativform erreicht ist.
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Wenn zwischen dem Blechteil 1 und der Negativform 2,3 nur noch der
geringe Spalt vorliegt, wird das Blechteil 1 einer anschließenden hydraulischen
ebenfalls schrittweisen Verformung unterworfen.
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Zu diesem Zweck wird die Positivform der Presse 5 durch eine einseitig
offene Hydraulikkammer 11 ersetzt oder die Negativform wird in eine weitere Presse
eingesetzt, welche die Hydraulikkammer 11 an dem Pressenstempel aufweist.
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Die Hydraulikkammer 11 weist eine Zuführung 12 für Hydraulikflüssigkeit
auf, die in deren Mitte mündet und über nicht gezeigte Zuleitungen mit einer Einrichtung
zur Erzeugung von hydraulischem Druck bis zu 1200 atü verbunden ist. Zentrisch weist
die Hydraulikkammer weiternin einen ringförminen Dichtungssteg 13 mit einer Breite
von 5 ois 20 mm auf. Der Radius des Ringsteges 13 ist 30 bemessen, daß seine Innenfläche
mindestens ausserhalb der radial weitesten Ausdehnung der Kontur der Negativform
liegt.
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Auf das bereits verformte Blech wird eine Dichtungsscheibe 14 aufgelegt,
die in ihrer Mitte eine Öffnung zum Durchtritt der Hydraulikflüssigkeit aufweist
und auf welche die Hydraulikkammer 11 mit dem Ringsteg 13 mit einer Preßkraft bis
zu 1000 to aufgepreßt wird, Die Dichtungsscheibe 14 besteht aus Kunststoff oder
Gummi mit einer Dicke zwischen 2 und 10 am, vorzugsweise 4 bis 7 mm. Als Material
hat sich z.B. PVC bewährt. Die Härte wird derart gewählt, daß die genannte Preßkraft
die Scheibe nicht zerquetscht. Die Dichtungsscheibe weist eine glatte und gleitfähige
Oberfläche auf, um ein gewisses Einziehen des Bleches durch die Preßkraft nicht
zu verhindern.
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Für den Fachmann überraschend kann die Hydraulikkammer gegenüber dem
Rand des Blechteil 1 mit dieser Dichtungs scheibe bis zu Innendrücken von 1200 atü
abgedichtet werden.
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Nach Schließen der Hydraulikkammer wird diese mit einem Druck bis
zu maximal 1200 atü beaufgchlegt, der das Blechteil 1 zur Einpassung in die Negativform
weiter verformt.
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Nach Ablassen as Druckes wird das Blechteil wieder herausgenommen,
weichgeglüht und abgeschreckt.
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Dieser Vorgang wird zwischen 3 und 10 mal wiederholt, bis das Blechteil
ohne merkbaren Spalt in der Negativform eingepaßt ist.
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Vor den einzelnen Druckbelastungen wird die Außenseite des Blechteile,
wie vorher in Verbindung mit der mechanischen Verformung beschrieben, mit einem
Gleitmittel versehen.
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Das so hergestellte Blechteil kann jetzt entweder direkt als Formteil
angesehen werden oder nach Ausguß mit einem abstützenden Füllstoff 15 und gegebenenfalls
Anbringung von Bohrungen 16 für Spülflüssigkeit sls Elektrode zur funkenerosiven
Bearbeitung verwendet werden.
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Wird statt der Elektrodenmaske mit einer Wandstärke von bis 3 mm ein
Blechteil nit einer Wandstärke von ca.
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0,8 mm hergestellt, so kann dieses auch als Asufütterung benutzt werden,
um in einem Originalgesenk eine Schruppelektrode mit einem der Ausfütterung entsprechenden
Untermaß in der vorstehend beschriebenen Weise auszubilden.
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Weiterhin kann das diinnwandige Blechteil aber stich als Form zum
Gießen einer ochruppelektrode z.B. aus einer Aluminium-Siliziumlegierung dienen,
die ebenfalls ein der Ausfütterung entsprechendes Untermaß aufweist.
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Das nach dem vorstehenden Verfahren hergestellte Blechteil 1 weist
gegenüber bekannten Blechteilen
-wesentliche Vorteile auf: a) Die Verrinnerung der Blechdicke im Spaltboden ist
äußerst gering, b) das Gsfüge ist durch die WärmeDellandlung besonders gleichmäßig,
c) die Oberflache ist mit einem Druck bis zu 1200 atü verdichtet, d) der kleinste
einformbare Radius kann bis zu 1 mm betragen und e) das Blechteil weist im Gegensatz
zu anderen Tiefziehteilen, die nach dem Auspressen durch eine Positivform immer
zurückfedern, mit seiner Oberfläche genau die Kontur der Negativform auf.
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lis besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Maske erwiesen,
bei der die Verringerung der Blechdicke #DB/DB, die Spalttiefe (ST) und die 3paltbreite
(SB) folgender Gleichung genügen:
wobei ST/SB <5 und die Spalttiefe > 20 mm ist.
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Als Füllstoff 15 hat sich z.B. Epoxydharz bewährt, aus Kostengründen
ist allerdings Gips vorzuziehen. Wichtig ist bei dem Ausgußmaterial, daß beim Erstarren
keine Beeinflussung der Maskenkontur erfolgt und durch eine Bindung mit dem Maskenmaterial
eine Abstützung der Maske erfolgt.
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Gips bietet gegenüber Epoxydharz den leichten Vorteil einer günstigeren
Wärmeleitzahl.