DE2152091C3 - Verfahren zum elektrochemisch abtragenden Bearbeiten von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrochemisch abtragenden Bearbeiten von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken durch elektrolytische Abtragung ist es bekannt, daß die Leitfähigkeit des Arbeitsmediums hinsichtlich der Abtragungsleisiung, der Arbeitsspaltweite und somit w der Abbildegenauigkeit eine besondere Bedeutung hat. Insbesondere ist es bekannt, daß zur Steigerung der Abbildegenauigkeit die Leitfähigkeit des Arbeiismediums im Spalt neben einer Änderung der Elektrolytkonzentration auch durch Zumischen eines Gases zur ):"> Lösung verringert werden kann (Industrieanzeiger Ig. 89 Nr. 84 vom 20.10.1967, S. 33, 34). Da das Gasvolumen entsprechend der allgemeinen Gasgleichung vom Druck und von der Temperatur im Arbeitsspalt abhängig ist, wird eine zentrale Zufuhr des 4(> Gas-Elektrolyt-Gemisches empfohlen, um durch den Druckabfall und den Temperaturanstieg zum Spaltende hin eine Vergrößerung des Gasvolumens bzw. eine Verringerung der Leitfähigkeit und somit kleinere Spaltweiten zu erzielen. Eine Gaszumischung von mehr als 50 Vol.-% führte bei diesem bekannten Verfahren zu keiner weiteren Steigerung der Abbildegenauigkeit. Eine stufenweise oder kontinuierliche Änderung des Gas-Elektrolyt-Verhältnisses während der Bearbeitung ist bei diesem bekannten Verfahren nicht verwirklicht.

Ferner ist es bereits bekannt (TZ f. prakt. Mctallbearb., 60. Jahrgang, 1966, Heft 1, S. 25), daß die Abbildegenauigkeit mit größer werdender Vorschubgeschwindigkeit wesentlich besser wird. Praktisch wird diese Erkenntnis verwirklicht, indem eine erste, überstark korrigierte Elektrode den größten Teil des Werkstoffes abträgt und mit einer zweiten, nur gering korrigierten Elektrode die gewünschte Form mit wesentlich höherer Vorschubgeschwindigkeit fertig gesenkt wird. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen außerordentlich hohen Aufwand bei der Herstellung und Formgebung der beiden Elektroden.

Ferner ist ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken durch elektrolytische Abtragung bekannt (DE-OS 19 36 235), bei dem die Abbildegenauigkeit '^ durch zyklische kurzzeitige Änderungen des Gas-Elektrolyt-Verhältnisses im Arbeitsspalt erreicht wird. Diese zyklischen Verhältnisänderungen ergeben sich durch eine Vorschubgeschwindigkeit, die über derjenigen zur kontinuierlichen Materialabtragung liegt und die entsprechende Änderungen der Arbeitsspaltweite sowie dementsprechende Schwankungen der Strömungswiderstände im Arbeitsspalt zur Folge hat. Voraussetzung für die angestrebte Funktionsweise ist bei diesem bekannten Verfahren jedoch eine sehr genaue gegenseitige Abstimmung der Voi-schubgeschwindigkeit, des Gas- und des Elektrolyt-Druckes unter Einbeziehung der Materialeigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks. Wird nämlich bei diesem bekannten Verfahren die Vorschubgeschwindigkeit nur geringfügig über diejenige zur Ausbildung der zyklischen Gemischänderungen hinaus gesteigert, dann treten Verstopfungen des Arbeitsspaltes und damit Beschädigungen der wirksamen Werkzeugfläche durch Funkenerosion auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches derart weiterzubilden, daß auf möglichst einfache Weise eine verbesserte Abbildegenauigkeit bei hoher Materialabtragung am Werkstück und einwandfreier Durchspülung des Arbeitsspaltes zur Vermeidung von Kurzschlußbrücken erreicht wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens liegt darin, daß sich die Arbeitsspaltweite bei der Enubearbeitung des Werkstückes während einer gewissen Zeitspanne bei gleichbleibender Vorschubgeschwindigkeit verringert, ohne daß Beschädigungen des Werkzeuges durch Funkenerrosion oder Kurzschluß eintreten. Eine ausreichende Durchspülung des verkleinerten Arbeitsspalt wird durch die Änderung der zugeführten Elektrolytmengen und infolgedessen durch die Verringerung der hydraulischen Widerstände im Arbeitsspalt erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren führt daher zu einer verbesserten Abbildcgenauigkeit ohne Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit. Das Verfahren kann auch zum Herstellen einer einzigen Höhk>ng und feiner Profile, z. B. in einer Größenordnung von 0,2 mm angewandt werden, was bisher wegen der aufwendigen Korrekturen am Werkzeug nicht wirtschaftlich war.

Im folgenden wird ein Durchführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilgeschnittene schematische Perspektivansicht einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens, F i g. 2 ein Werkzeug in Seitenansicht,

Fig. 3 einen Querschnitt A-A des Werkzeuges nach Fig. 2,

Fig.4 einen Querschnitt B-B des Werkzeuges nach F i g. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt C-C des Werkzeuges nach F i g. 2, wobei in den F i g. 3 bis 5 die Elektrolyt-Durchflußkanäle nicht dargestellt sind und die Punkte a. b, c, d die Höhen der Schnittebenen in Vorschubrichtung angeben,

F i g. 6 ein Diagramm eines Abtragungsvorganges bei konstantem Gas-Elektrolyt-Durchfluß;

F i g. 7 ein Diagramm mit abgestufter Durchflußänderung des Elektrolyten im Bereich der Punkte b, c, d, a gemäß den Fig. 3—5,

Fig. 8 ein Diagramm eines Bearbeitungsvorganges mit kontinuierlicher Durchflußänderung des Gas-Elektrolyt-Gemisches im Bereich der Punkte b, c. d, a.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein Werkstück 30 in einer Wanne 14 angeordnet. Oberhalb des Werkstücks

30 befindet sich ein Werkzeug 13, dessen wirksame Abtragungsfläche in das Werkstück 30 kopiert wird. Das Werkzeug 13 ist über ein Rohr 12 an einem Halter 11 eines Mischers 10 befestigt. Der Mischer 10 dient zum Mischen eines Elektrolyten 16 mit einem Gas 17. Das Gas 17 wird aus einem Behälter 32 durch eine Speiseleitung 23 dem Mischer 10 zugeführt, wobei der Gasdurchsatz von einem Drosselventil 20 geregelt und von einem Durchflußmesser 18 gemessen wird.

Dieser Durchflußmesser 18 gibt die zugeführten Gasmengen nicht bei den tatsächlichen Druck- und Temperaturverhältnissen in der Speiseleitung 23, sondern in Mengeneinheit pro Minute bei 1 atü und 18° C an.

Der Elektrolyt 16 wird aus einem Behälter 16 mittels einer Pumpe 22 durch eine Speiseleitung 24 mit einem Dreiwegeventil 21 und einem Durchflußmesser 19 dem Mischer 10 zugeführt. Das Dreiwegeventil 21 zweigt eine Teilmenge des Elektrolyten 16 al, die über eine Rücklaufleitung 26 in den Behälter 15 zurückfließt. Nach Durchströmen des Arbeitsspaltes fließt der Elektrolyt 16 aus der Wanne 14 über eine Ablaufleitung 25 in den Behälter 15 zurück. Das Werkstück 30 ist mittels eines Leiters 28 an den positiven Pol und das Rohr 12 über einen Leiter 27 an den negativen Pol einer Gleichstromquelle 29 angeschlossen.

Bei der elektrolytischen Bearbeitung eines Werkstükkes mit der Anordnung nach F i g. I wird der Mischer 10 und mit ihm ein in Fig. 2 dargestelltes Werkzeug 13 in Richtung des Pfeiles S vorgeschoben. Während dieser Vorschubbewegung wird zwischen der aktiven Fläche des Werkzeuges 13 und der abzutragenden Werkstückfläche ein Arbeitsspalt 31 beibehalten. Die Größe dieses Arbeitsspaltes bei gleichförmiger Vorschubgeschwindigkeit, bei konstanter Klemmenspannung und bei einem vorbestimmten Werkstiickmaterial hängt lediglich von der Stromdichte im Arbeitsspalt ab. Die Stromdichte bestimmt sich wiederum nach den elektrischen Leitei^enschaften des Gas-Elektrolyt-Gemisches im Spalt.

Wird als Elektrolyt z. B. eine 30%ige Natriumnitratlösung und als Gas Kohlendioxid verwendet, und besteht das Werkzeug aus gehärtetem Werkzeugstahl, dann ergibt sich bei gleichbleibender Vorschubgeschwindigkeit und jeweils einem gleichbleibenden Gasdurchsatz von 250 l/min sowie einem Elektrolytdurchsatz von 40 l/min (F i g. 6) bereits kurz nach dem Abtragungsbeginn eine minimale Arbeitsspaltweite von 0,18 mm, die bis zur Beendigung der Bearbeitung erhalten bleibt. Bei dieser Arbeitsspaltweite von 0,18 mm sind einerseits die Gefahren von unerwünschten Beschädigungen des Werkzeuges 13 durch Kurzschluß oder Funkenerosion relativ gering, andererseits aber der Abbildegenauigkeit Grenzen gesetzt.

Bei Verwendung eines Gas-Elektrolyt-Gemisches (mehrphasiges Arbeitsmedium) kann die minimale Arbeitsspaltweite durch eine Durchflußänderung des Elektrolyten allein oder zusammen mit dem Gesamtdurchfluß des Arbeitsmedium* in der Endbearbeilungsstufe gegenüber einer minimalen Spaltweite bei konstantem Elektrolytdurchsatz verringert werden.

Diese Durchflußänderungen können gemäß F i g. 7 durchgeführt werden; In der ersten Bearbeitungsstufe erfolgt der Vorschub des Werkzeuges 13 bei einem Durchflußverhältnis Gas/Elektrolyt von 250 :40. Nach dem Abtragen entsprechend der Einsenktiefe b—c wird die Gasmenge durch Verstellen des Drosselventils 20 verringert, während die Einsenktiefe von c nach d fortschreitet. Danach wird bei wiederum konstantem Gasdurchsatz der Elektrolytdurchsatz sprunghaft im Punkt d geändert und das Abtragen mit einem Gas-Elektrolyt-Verhältnis von 85 :20 beendet. Die minimale Spaltweite, die sich bereits kurz nach dem Durchfahren des Punktes d einstellt, beträgt 0,09 mm. Die Abbildegenauigkeit ist dabei größer als bei der Bearbeitung mit einer gleichbleibenden Spaltweite von 0,18 mm. Während des gesamten Abtraglingsvorganges kann jedoch diese geringe Spaltweite von 0,09 mm nicht eingehalten werden, da die Abtragung im Bereich der Punkte b, c, c/mcht gleichzeitig erfolgt.

Ein anderes Beispiel der Durchflußänderungen, ist in F i g. 8 dargestellt: Beim Bearbeiten mit der in F i g. 3 gezeigten aktiven Werkzeugfläche wird ein Gas-Elektrolyt-Verhältnis von 250 :40 eingehallen. Nach einem dem Abstand zwischen den Punkten b—centsprechenden Vorschub werden kontinuierlich (mit geringer Änderung der Neigung im Übergang über den Punki d) sowohl die Menge des Elektrolyten als auch die Gasmenge verringert und kurz nach Durchfahren des Punktes d das Bearbeiten mit einem Gas-Elektrolyt-Verhältnis von 80 :5 beendet. Dabei ergibt sich eine minimale Spaltweite in der Endbearbeitungsstufe von 0,06 mm und damit eine gegenüber den Spaltweiten von 0,18 mm und 0,09 mm verbesserte Abbildegenauigkeit. Eine derartig kleine Arbeitsspaltweite von 0,06 mm kann jedoch nur eine relativ kurze Zeil beibehalten werden, da sonst Beschädigungen des Werkzeuges 13 durch Funkenüberschlag entstehen, weil bei dem verwendeten Elektrolyt die festen Auslöseprodukte des Werkstückmaterials mit dem Elektrolyten eine kolloidale Lösung bilden und bei einer längeren Abtragung mit diesem geringen Spalt Verstopfungen eintreten können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum elektrochemisch abtragenden Bearbeiten von Werkstücken, bei dem der Arbeitsspalt zwischen der Werkzeugeiektrode und dem Werkstück mit einer Mischung aus Elektrolyt und Gas von im Verlauf der Bearbeitung sich ändernden Elektrolyt- und Gas-Durchsatzmengen durchspült wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Bearbeitungsstufe zur groben Formgebung des Werkstückes mit einer ersten der relativen Vorschubgeschwindigkeit entsprechenden Arbeitsspaltweite und mit konstanten Elektrolyt- und Gas-Durchsatzmengen und in einer anschließenden zweiten Endbearbeitungsstufe durch kontinuierliche oder sprunghafte Verringerung des Elektrolyt-Durchsatzes und kontinuierliche Verringerung des Gasdurchsatzes mit einer demgegenüber verringerten Arbeitsspaltweite gearbeitet wird.

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