DE2408715C2 - Spülvorrichtung für die elektroerosive Bearbeitung elektrisch leitender Werkstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung für die elektrochemische Bearbeitung ist aus der US-PS 28 27 427 bekannt
Sie arbeitet mit einer zwischen zwei Elektrodenhalter eingespannten Elektrode aus Platindraht, der über ein Spülelemerit ein den Draht umhüllender, flüssiger Elektrolyt als Spülmedium zugeführt wird.

Weiterhin ist aus der AT-PS 2 65 459 eine Vorrichtung zur elektroerosiven Werkstückbearbeitung bekannt, bei der eine drahtförmige Elektrode im Arbeitsspalt in ihrer Längsachse hin- und herbewegt wird. Der Arbeitsspalt wird hierbei von einem gasförmigen Spülmedium durchströmt.

In den letzten Jahren ist jedoch das elektroerosive oder elektrochemische Schneiden mit ablaufender, bahngesteuerter Elektrode entwickelt worden. Hier besteht die Werkzeugelektrode aus elektrisch leitendem Draht oder Band, welche Elektrode zwischen zwei beidseits des Werkstücks stehenden Führungen gespannt ist Infolge der elektrischen Entladungen zwischen der Elektrode und dem Werkstück wird Material abgetragen. Zur Aufrechterhaltung der geometrischen Genauigkeit des erodierten Schnittes wird der durch die elektroerosive bzw. elektrochemische Bearbeitung verschlissene Draht langsam oder schneller je nach Grad seines Verschleißes aus der Arbeitszone gezogen. Andererseits sorgt ein Servosystem für eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Elektrode, so daß trotz des Abtrags am Werkstück der Abstand Elektrode zum Werkstück konstant bleibt In diesem Fall spricht man von einem konstanten Arbeitsspalt

Es ist üblich, daß zur Erhöhung des Erosionswirkungsgrades die Arbeitszone unter Flüssigkeit steht sei es, daß das Werkstück in eine Flüssigkeit getaucht oder das die Zone zwischen Draht und Werkstück mit Hilfe von einem oder mehreren Strahlen mit Flüssigkeit gefüllt wird. Als Arbeitsflüssigkeit kann wie beim herkömmlichen erosiven Senkverfahren ein dielektrischer Kohlenwasserstoff verwendet werden. Für das elektroerosive Drahtschneiden hat sich aber die Verwendung von deionisiertem Wasser als günstiger erwiesen, weil dadurch bei gleicher Entladeenergie weit höhere Schnittleistung und bessere Oberflächengüte erreicht werden.

Deionisiertes Wasser hat aber den Nachteil, daß es sofort seine Leitfähigkeit erhöht und verändert sobald es durch die Erosionsprodukte verschmutzt wird, mit Staub aus der Luft in Berührung kommt oder mit Luft selbst vermischt wird. Dadurch ergeben sich Änderungen in der Schnittbreite und in der Schnittleistung der Anlage, was eine wesentliche Begrenzung der Arbeitstoleranzen darstellt Obwohl es von der Spültechnik her sehr einfach wäre, kann man aus diesem Grund mit vollständig eingetauchtem Werkstück nur dann arbeiten, wenn obengenannte Nachteile in Kauf genommen werden, weil in einem Bad die genaue zeitliche und örtliche Verfolgung und Beherrschung des Verschmutzungsgrades und der Wasserleitfähigkeit schwierig sind. Versuche, dem abzuhelfen durch Vermeiden des Bades bei seitlichem Anspülen der Arbeitszone mit einem oder mehreren Strahlen und Filtrieren des aus der Arbeitszone abgehenden verschmutzten Wassers mit Hilfe einer Filtermatte sind auch unbefriedigend. Die Leitfähigkeit des Wassers variiert dadurch etwas langsamer über die Zeit, die Formgenauigkeit der ausgeschnittenen Teile wird aber durch die inhomogene seitliche Ausspülung beeinträchtigt, so daß je nachdem, in welcher Richtung die Schnittkontur sich befindet in bezug auf die resultierende Ausspülrichtung, eine kleinere oder größere Bauchung der Schnittprofile erhalten wird. Ebenfalls die Möglichkeit, ständig frisch deionisiertes Wasser in die Arbeitszone zuzuführen und es dann in die Abwasser abfließen zu lassen, ist nicht besonders interessant, da teuer in den Betriebskosten und unbefriedigend im Resultat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß eine möglichst hohe Schnittleistung mit bester Schnittflächenqualität und guten Schnittkonturtoleranzen unabhängig von der Schnittkonturgeometrie sowie der Arbeitsdauer erhalten wird und daß

drahtförmige Elektrode sich leicht auswechseln läßt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst
Die Verwendung eines Spül- und Regenerierungskreislaufes ist an sich bekannt (American Machinist vom 21. Februar 1972, S. 70,71).

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ständig filtriertes Wasser mit bestimmtem Deionisationsgrad zur Verfügung steht Für eine gegebene Materialpaarung muß nämlich zuerst das Verholten der wichtigen Parameter wie Schnittbreite, Schnittleistung sowie Werkstoffbeschichtung mit Drahtmaterial in Funktion des Wasserleitwertes ermittelt werden. Erst danach kann der optimale Deionisationsgrad bzw. Leitwert bestimmt werden, bei welchem weder eine Beschichtung der Schnittfläche mit Drahtwerkstoff infolge zu niedriger Leitfähigkeit noch eine Variation der Schnittbreite und zu großer Schnittleistungsverluste vorkommen.

Da die Spülung der Arbeitszone koaxial zum Draht geschieht, sichert sie eine regelmäßige Durchflutung derselben für jede Schnittrichtung, unabhängig von der Konturgeometrie. Daraus resultiert eine Konstanz der Spülbedingungen, welche eine dauernde maximale elektrische Belastung des dünnen Drahtes erlauben, mit entsprechender dauernder maximaler Schnittleistung.

Weiter bewirkt das Fehlen von Querkomponenten des koaxialen Strahles auf den Draht eine geringere Erregung von Drahtschwingungen, womit eine bessere Geradlinigkeit der Schnittfläche und eine bessere Maßtoleranz erreicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfändung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigen

Fig. la, Ib, Ic technologische Zusammenhänge zwischen dem Leitwert des Spülmediums, der Bearbeitungszeit, der Schnittleistung und der Schnittbreite,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der gesamten Spülvorrichtung,

F i g. 3 das Ausführungsbeispiel einer Koaxialspülung,

Fig.3a die Draufsicht der Koaxialspülvorrichtung gemäß F i g. 3, und

Fig.4 den Schnitt durch eine Koaxialspülvorrichtung.

Der Zusammenhang der Leitfähigkeit k des Spülmediums in Funktion der Arbeitsdauer t ist in F i g. 1 a dargestellt. In Fig. la sind die Wasserleitfähigkeit k in με/οίτι auf der Ordinate und die Zeit t der Bearbeitung auf der Abszisse aufgetragen. Zur Zeit t = 0, d. h. vor Beginn der elektroerosiven Bearbeitung, kann das so deionisierte Wasser Leitfähigkeitswerte von Ar = 0,1 bis etwa 2 μ8/0ΓΠ haben. Sobald die Erosionsarbeit Bearbeitung beginnt wächst der Leitwert k sehr rasch an, um dann mit degressivem Zuwachs einen Sättigungsgrad anzustreben. Eine Folge dieser Leitwertänderungen ist in den F i g. Ib und Ic sichtbar. Die F i g. Ib zeigt die Änderung der Schnittleistung in mmVmin (Ordinate) in Funktion des auf der Abszisse angegebenen Leitwertes k in μ5/οΐτι. Die F i g. Ic zeigt die Änderung der Schnittbreite μιτι auf der Ordinate in Funktion des auf der Abszisse angegebenen Leitwerts k. Während die Schnittleistung abnimmt, wächst die Schnittbreite mit größer werdendem Leitwert k.

Es ist zu beachten, daß bei sehr niedrigen Leitwerten, wo die Schnittleistung an sich am höchsten wäre, in einem sehr breiten Energiebereich der Erosionsentladeimpulse auch noch eine Beschichtung der Schnittfläche und besonders der Schnittkontur des Werkstückes mit Material aus der Drahtelektrode auftritt Bei Verwendung von Kupfer als Di ahtelektrodenwerkstoff kann insbesondere an der Kontur eine um mehrere Hundertstel- bis Zehntelmillimeter dicke Kupferschicht auftreten, welche nachträglich chemisch aufgelöst werden muß. Daraus wird verständlich, daß für eine optimale Arbeit der Weisserleitwert auf einer günstigen Höhe gewählt werden muß, und zwar nicht so niedrig, daß es Anlaß zur Beschichtung des Werkstückes geben kann, aber auch nicht zu hoch, weil sonst unnötige Schnittleistungsverluste auftreten. Dieser Wert muß für jede Materialpaarung experimentell festgelegt werden.

Danach muß das eingestellte Leitfähigkeitsniveau k innerhalb geringen Toleranzen z. B. ±1 uS/cm eingehalten werden, damit keine meßbaren Änderungen in der Schnittbreite auftreten.

Dieses Prinzip ist in den F i g. 1 a, 1 b und 1 c dargestellt

Dazu ist aber eine Vorrichtung zur Wasserkontrolle und Aufbereitung nötig. Fig.2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung. Im Längsschnitt sind schematisch dargestellt die Arme 1, auf welchen die Führungselemente für die ablaufende Drahtelektrode 2 stehen. Dazwischen ist das Werkstück 3 eingespannt In die Arbeitszone wird das flüssige Spülmedium als Strahl 4 seitlich eingeführt Das von der Arbeitszone ablaufende Wasser wird in einem Behälter 5 gesammelt und durch dessen Ablauf einem Schmuizwassertank 6 zugeführt Mittels einer Pumpe 7 wird dieses durch die Abtragspartikel verschmutzte und teilweise wieder ionisierte Wasser durch ein Filter 8 zu einem Sauberwassertank 9 befördert Aus diesem wird das von Schmutzpartikeln befreite Wasser mittels einer Pumpe 10 entnommen und zum Spülen der Arbeitszone in Form eines oder mehrere Strahlen 4 zugeführt. Eine Leitfähigkeitsmeßzelle 11, angeschlossen an einem Leitwertprüfer 12, überprüft daher ständig, ob der Leitwert k sich innerhalb des auf dem Leitwertprüfer 12 eingestellten Bereichs befindet Steigt die Leitfähigkeit zu hoch und kommt damit aus dem gewünschten Bereich, dann wird das elektrische Zweistellungs-Dreiwegeventil 13 betätigt, so daß das Wasser aus dem Schmutztank 6 durch Pumpe 7 nicht nur durch Filter 8, sondern durch die Deionisierpatrone 14 und danach zum Saubertank 9 geführt wird. Dadurch wird der Leitwert des Wassers im Sauberwassertank 9 allmählich vermindert wie in F i g. la dargestellt, und zwar so weit, bis die untere Grenze des am Leitwertprüfer 12 eingestellten Niveaus erreicht wird. Hier schaltet dieser das Ventil 13 wieder um auf einen Filterbetrieb.

Selbstverständlich kann der Kreislauf so aufgebaut werden, daß anstelle eines Zweistellungs-Dreiwegeventils 13 zwei Einweg-Elektroventile 15 und 16 eingebaut sind, und zwar vom Leitwertprüfer 12 so gesteuert, daß bei Erreichen der oberen Leitwertgrenze 15 öffnet und

16 schließt, bis Erreichen der unteren Schwelle für den Leitwert (Filter und Deionisationsbetrieb). Darauf schließt 15 und öffnet 16 (Filterbetrieb).

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Drahtführungsarme einer Drahterosionsschneidetnlage. Es sind

17 der obere und 18 der untere Arm, an welchem jeweils die eingekerbten Drahtführungselemente 19 aus Saphier und die Stromübertragungselemente 20 auf der Drahtelektrode 21 befestigt sind. Das zu bearbeitende Werkstück 3 wird zwischen den Armen eingespannt. Curch die Leitungen 22 und 23 wird nun das gefilterte und auf einen günstigen Leitwert gehaltene deionisierte Wasser durch die zwei Koaxialspülelemente 24 und 25 um den Draht 21 gebracht, so daß die Arbeitszone, sei es

von oben und/oder von unten gespült werden kann.

Die Funktion der Koaxialspülelemente 24 und 25 kann aus Fig.4 besser verstanden werden. Diese Elemente sind sehr gut an den eingekerbten Saphierdrahtführungen 19 anliegend. Durch die Leitung 22 wird die Spülflüssigkeit in einen Kanal 26 gegeben, der unter Beachtung strömungsgünstiger Gestaltung (Verengung des Kanalquerschnittes) das Wasser entlang der unteren Hälfte der Saphierführung bringt, so daß der durch den Bearbeitungsprozeß erhitzte Draht über ein längeres Stück abgekühlt werden kann. Damit kann der Draht mit hohen Strömen belastet werden, ohne seine Rißgefahr zu vergrößern. Am Ausgang der Drahtführung wird der Wasserstrahl umgelenkt durch den Ansatz 27, und zwar so, daß der Draht vollständig mit Wasser umspült wird. Der letzte Teil des Kanals 28 sörgl dafür, daß der Wasserstrahl sich beruhigt und koaxial zum Draht aus der Spüldüse austritt. Die Koaxialspüldüse kann nach Bedarf durch Verstellen der Arme an das Werkstück angenähert werden, so daß die Wirkung der Spülung erhöht und die Spülverhältnisse in der Arbeitszone besser beherrscht werden können.

Fig.3a zeigt wie die Koaxialspülung von der Drahtführung zum Einlegen und Justieren der Elektrode 21 durch Abschwenken entfernt werden kann. Die Schwenkung der Düse und ihres Trägers geschieht um die Achse 31. Damit der Draht durch das Schwenken nicht mitgerissen wird, muß der Hebel 32 bis zum Anschlag gedreht werden. Somit wird ein in der Umhüllung 30 parallel zur Drahtelektrodenachse vorhandener Längsschlitz 33 in Koinzidenz gebracht mit einem solchen, der in der Leitung 28 steht. Die Lage dieser zwei Schlitze ist so berechnet, daß die Drahtelektrode durch sie aus der koaxialen Düse beim Schwenken in die Achse 31 austreten kann. Wird die Düse samt Träger nach der Drahtverlegung wieder gegen die Führung geschwenkt, dann muß nach Durchgang des Drahtes durch die Schlitze der Hebel 32 vom Endanschlag abgedreht werden, Der Schlitz der Umhüllung 30 verschiebt sich dadurch in bezug auf den inneren Schlitz von Kanalabschnitt 28, deckt somit diesen Schlitz ab, und dadurch kann das Wasser nicht seitlich entweichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Spülen eines Arbeitsspaltes während der elektroerosiven Bearbeitung eines Werkstückes durch eine drahtförmige Elektrode, mit einem der Elektrode das Spülmedium zuführenden Spülelement, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale

daß für das Spülmedium ein Spül- und Regenerierungskreislauf sowie ein Deionisierungskreislauf zum Steuern der Leitfähigkeit des Spülmediums in einem bestimmten Bereich vorgesehen ist,

daß das Spülelement (24, 25) ein Düsenmundsiück (27,28,32) hat, das einen die Elektrode (2, 21) koaxial umhüllenden, beruhigten Spülstrom erzeugt,

daß die Elektrode (2,21) über Führungselemente (19) läuft,

daß das Spülelement (24, 25) einschließlich seines Mundstückes (27, 28, 32) um eine an einem Träger des Süülelementes (24, 25) angeordnete Achse (31) schwenkbar an dem jeweiligen Führungselement (19) angeordnet ist, und daß das Düsenmundstiick einen Ansatz (27) mit einem ersten Längsschlitz (36) sowie eine gegenüber diesem über einen Hebel (32) verschwenkbare Umhüllung (30) mit einem zweiten Längsschlitz (33) hat, wobei diese Längsschlitze bei verschwenkter Umhüllung (30) zum Einführen der Elektrode (2, 21) miteinander fluchten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülkreislauf und der Regenerierungskreislauf bestehen aus: einem Behälter (5), in welchem die elektroerosive Bearbeitung stattfindet, einem ersten Tank (6) zur Aufnahme des aus dem Behälter (5) fließenden, gebrauchten Spülmediums, einer Pumpe (7), einem Filter (8), einem zweiten Tank (9) für das gefilterte Spülmedium und einer weiteren Pumpe (10) zum Fördern des Spülmediums in die Arbeitszone der elektroerosiven Bearbeitung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deionisierungskreislauf über mindestens ein von einem Meßfühler (11, 12) steuerbares Ventil (13, 15, 16) in den Spül- und Regenerierungskreislauf einschaltbar ist

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deionisierungskreislauf eine Deionisierungspatrone (14) enthält.