DE2507053C3

DE2507053C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Hochfrquenz-Wechselstrom-Elektroerosionsbearbeitung

Info

Publication number: DE2507053C3
Application number: DE2507053A
Authority: DE
Inventors: Yoshiei Yokohama Kanagawa Niwa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-02-19
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1981-06-11
Also published as: US4447696A; DE2507053A1; IT1031674B; FR2261094A1; CH578398A5; FR2261094B1; DE2507053B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hlektrotrosionsbearbeitung eines Werkstücks durch Beaufschlagung eines Arbeitsspaltes zwischen dem Werk-Itück und einer oder mehrerer Elektroden mit einer Hochfrequenz-Wechselspannung sowie eine Vorrichtung /M Durchführung des Verfahrens. mi

Ein solches Verfahren ist aus »Deutsche Elektrotechnik«, 1957, Heft ^l), Seite 456, bekannt. Dieses Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf. Im Falle eines Werkstücks aus einer sehr harten Legierung werden auf der Oberfläche Risse mit der Struktur <a eines Schildkrötcnpan/crs gebildet. Im Falle eines Werkstücks aus vergütetem Stahl wird eine Tempcruiig bewirkt und im Falle eines Werkstücks aus Weichstahl kommt es zu einer Vergütung. Diese Nachteile treten insbesondere bei kleinem Arbeitsbereich auf. Bei der Bearbeitung von sehr harten Legierungen wurde daher die Elektroerosionsbearbeitung als Primärbearbeitung durchgeführt, worauf das bearbeitete Werkstück in einer zweiten Arbeitsstufe zur Beseitigung der durch die Elektroerosionsbearbeitung hervorgerufenen Unebenheiten der Oberfläche poliert wurde.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Eleklroerosionsbearbeitung zu schaffen, welches auch bei harten Legierungen zu einer äußerst gleichmäßigen Oberfläche führt und eine genaue Bearbeitung erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß man den Arbeitsspalt mit intermittierenden Impulsen einer Huchfrequenz-Wechselspannung mit einer Frequenz im Megahertz-Bereich und mit Ruhezeitintervallen zwischen den Impulsen beaufschlagt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Wellenform der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten intermittierenden Hochfrequenzwechselspannungsimpulse,

Fig. 2 eine Kombination der intermittierenden Hochfrequenzwechselspannungsinipulse gemäß Fig. 1 mit Gleichspannungsimpulsen,

Fig. 3 bis 5 Wellenformen zur Veranschaulichung des Prinzips der Bildung der Hochfrequenzwechselspannung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 7 ein Detailschaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. ft.

Fig. 8 bis 11 Ausgangsweilenformen der einzelnen Komponenten der Vorrichtung gemäß den Fig. f> und 7,

Fig. 12 eine schematische Darstt^-ing einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 13 eine abgewandelte Wellenform der intermittierenden Hochfrequenzwechselspannungsimpulse in Form einer Bogenentladungsspannung,

Fig. 14 eine schomatische Darstellung einer Elektrocrosionseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung und einer Elektrodenvorschubcinrichtung.

Fig. 1 zeigt die form der erfindungsgemäß verwendeten intermittierenden Hochfrequenzspannungsimpulsc. Dabei werden gegenüber bekannten lirpulsformen die folgenden Vorteile erzielt:

(1) Hinc Rißbildung, eine Vergütung oder eine Temperung wird bei Werkstücken aus sehr harten I cgierungcn oder Stählen vollständig vermieden.

(2) Die Entladungslcistung kann auf einfache Weise durch Änderung des Intermitticrungsvcrhältnisscs gesteuert werden, ohne daß die Hochfrequen/.spannung geändert werden muß.

Es wurden Vergleichsvcrsuehc durchgeführt. Dabei wurde der Arbeitsspalt einmal mit intermittierenden ülcichspannuiigsimpulscn beaufschlagt und zum anderen nach dem erfind jngsgemäßen Verfahren mil intermittierenden bipolaren Hochfrequenzwechselspannungsimpulsi'it einer Wcchselspannungsfrequcn/. von etwa I MII/. Wenn die Höhe der Unebenheit·· ·

auf der Oberfläche des Werkstücks im Bereich von mehreren Mikron bis mehreren 10 Mikron liegt, so beträgt die Arbeitsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens etwa das l,5fache der Arbeitsgeschwindigkeit des herkömmlichen Verfahrens und man erzielt eine äußerst glatte Oberfläche, deren Unebenheiten eine Höhe von nur noch etwa 1 μ aufweisen. Mit dem herkömmlichen Elektroerosionsverfahren kann eine derart glatte Oberfläche bei harten Legierungen nicht oder nur sehr schwer erzielt werden.

Gemäß Fig. 2 kann man den Arbeitsspalt zusätzlich während der Ruhezeitintervalle der intermittierenden Hochfrequenzwechselspannungsimpulse mit Gleichspannungsimpulsen von z. B. 20 Volt beaufschlagen. Dabei bedeckt sich die Oberfläche der Elektrode mit einem schwarzen Material (es kann sich um Staub handeln) und der Elektrodenvorschub ist stark herabgesetzt.

Fig. 3 bis 5 veranschaulichen ein Verfahren zur Gewinnung der Hochfrequenzwechselspannung. Es wird zunächst eine unipolare HüchfrequeiuimpuU-spannung hoher Leistung der Wellenformeu gemäß Fig. 3 gebildet und gleichzeitig eine unipolare Hochfrequenzwechselspannung geringer Leistung der Wellenform gemäß Fig. 4 mit umgekehrter Polarität und beide Spannungen werden kombiniert, wobei die bipolare Hochfrequenzwechselspannung mit der Wellenform gemäß Fig. 5 erhalten wird.

Fig. 6 und 7 zeigen eine einfache Transistorschaltuig. welche nach diesem Prinzip arbeitet. Sie umfaßt einen Hochfrequenzoszillator oder Sinuswechselspannungsgcber 1 mit einer Ausgangsspannung, gemäß Fig. K; einen Doppelweggleichrichter 2 mit einer Ausgangsspannung gemäß Fig. 9; einen Gleichspannungsgeber 3, dessen Gleichspannung mit der Spannung gemäß Fig. 9 kombiniert wird, so daß eine WechselspannunggemäßFig. 10 erhalten wird. Diese wird mit einer Gleichrichterschaltung 4 in eine Impulsspannung mit Rechteckwellenform gemäß Fig. Il umgewandelt und letztere wird einer Leistungsverstärkung in einer Verstärkerschaltung 5 unterworfen, und zwar zur Erzeugung e«ner Impulsspannung positiver Polarität (Fig. 3). sowie in einer Verstärkerschaltung 6 zur Erzeugung einer Impulsspannung negativer Polarität (Fig. 4). Diese beiden Spannungen werden sodann kombiniert, wobei man eine Spannung der Wellenform ge maß Fig. 5 erhält. Die Detailschaltung dieser Einrichtung gemäß Fig. 7 umfaßt eine Elektrode 7. ein Werkstück 8, ein ArbeiUhad 9 sowie ein Arbeitsgefaß 10.

tig. 7 u ruf aßt eine Elektrode 7. ein Werkstück 8. ein Arhutsbad 9 sowie ein Arbeitsgefäß 10. Bei der Elcktroerosionsbearbcitung unter Beaufschlagung mit einer bipolaren Impulsspannung ist es erforderlich, die Frequenz der Impulsspannung /u ändern, je nachdem, ob eine Grobbearbeitung oder eine Feinbarbeitung angestrebt wird. Mit der crfindungsgemaßen Schaltung kann die Wahl einer Grobbearbeitung oder Feinbearbeitung leicht dadurch erfolgen, daß man die Frequenz des Hochfrequenz-Wechselspannungsoszillators 1 gemäß Fig. 7 ändert. Ferner ist es bei dem erfiiuluugsgcmäßen Verfahren erforderlich, die Spannung und die Stromstärke der ImpulsspanitiiMj: positiver Polarität und die Spannung und die Stromstärke der Impulsspannung negativer Polarität je nach den Aibcitsbe l'.ngungen getrennt zu ändern. Dies kann leicht dadurch geschehen, daß man die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle Sa in dem Leistungsverstärker 5 ändert und daß man die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 6a in dem Leistungsverstärkei 6 gemäß Fig. 7 ändert.

Zur Gewinnung der intermittierenden Impulse der Hochfrequenzwechselspannung wird eine transistorisierte Chopper-Schaltung verwendet.

Wenn man eine Frequenz von 10 MHz und eine

in Ausgangsleistung von etwa 5 kW anstrebt, so kann man nicht mit einem üblichen transistorisierten Hochfrequenzoszillator arbeiten. Wenn man eine Vielzahl von Transistoren parallelschaltet, kann man zwar eine hohe Leistung erreichen, die Frequenz wird jedoch nachteiligerweise herabgesetzt. Fig. 12 zeigt eine Schaltung, mit der man eine Hochfrequenzausgangsspannung mit hoher Leistung ohne Senkung der Frequenz erzielt. Sie umfaßt transistorisierte Oszillatorschaltungen 11 mit jeweils einem Hochfrequenzausgangsstrom gleicher Phase. Ein Transformator 12 dient zur Kombination der Hochfrer ,enzströme. Die Primärwicklung wird mit den Ilochfieq-ienzströmen der transistorisierten Oszillatorschaltungen 11 beaufschlagt. Ein Hochfrequenzstrom hoher Leistung wird am Anschluß der Sekundärwicklung 14 der Spule 12 erhalten

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in Verbindung mit einer Vorrichtung betrieben werden, bei der dem Werkstück gegenüber eine Vielzahl ge-

jii trennter Elektroden angeordnet sind. Dabei können die einzelnen Elektroden mit den gesonderten Oszillatoren 11 gemäß Fig. 12 verbunden werden. Bei Verwendung nur eines Oszillators kann man dabei einen Transformator mit einer Primärspule und einer Vielzahl von Sekundärspulen verwenden. Wegen der hierbei gewährleisteten Phasengleichheit kommt es nicht zu einer Entladung zwischen den Elektroden oder /u einer übermäßigen Aufheizung der Arbeitsflüssigkeit.

4Ii Eine abgewandelte Ausführungsform der intermittierenden Hochfrequenz-Wechselspannungsimpulse ist ir Fig. 13 gezeigt Zu deren Gewinnung wird der Hochfrequenzoszillator dadurch betrieben, daß man ihn mit einer doppelweg-gleichgerichteten Spannung aus einer 50 Hz Einphasenspannung beaufschlagt. Dabei ist der Spitzenwert der am Arbeitsspalt anliegenden Spannung dem Abstand zwischen Werkstück und Elektrode im wesentlichen proportional. Dies erlaubt eine einfache Steuerung der Elektrodcnvor-

5(i schubeinrichtung Bei der in Fig. 14 gezeigten Einrichtung wird der Arbeitsspalt 22 zwischen Elektrode 20 und Werkstück 21 mit einer Spannung gemäß Fig. 13 aus einer Hochfrcquenzspannungsquelle 2.1 beaufschlagt. Andererseits ist der Arbeitsspalt mit einein Gleichrichter 24 und einem Kondensator 25 verbunden. Eine dem Spitzenwert der am Arbeitsspalt anliegenden Spannung entsprechende Spannung wird im Kondensator 25 gespeichert. Die Differenzspannung zwischen der Spannung einer Gleichspannungs-

Ai) quelle 26 und der Spannung des Kondensators 25 liegt als Eingangsspannung an einem Verstärker 27 an. Ein Servomotor 28 für den automatischen Elektrodenvorschub wird dtirrh das Ausgangssigna! c'cs Verstärkers 27 betrieben.

f>5 Bei rotierenden Elektroden besteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß die Hochfrequenz- Wechsclspaniiiingsimpulse der Elektrode über einen Kondensator, /.. B. in Form eines Ringes,

unter Vermeidung von mechanischen Mürstenkontak ton zugeführt werden können, lerner kann als Arbeitsflüssigkeit vorteilhaft er weise ungefährliches Wasser verwendet werden, da die llothfrequen/-wechselspannungim Megahertz-Bereich im wesentlichen nicht /ti einer [Elektrolyse führt. Dies ist insbesondere hei kleinen Arbeitsflächen vorteilhaft, wie sie bei der Werk/ueugpoliertmg oder bei einer filektrnernsioiisbearbeitunji vom Drahtschneidtyp vorliegen

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung eines Werkstücks durch Beaufschlagung eines Ar- s beitsspaltes zwischen dem Werkstück und einer oder mehrerer Elektroden mit einer Hochfrequenz-Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß man den Arbeitsspalt mit intermittierenden Impulsen einer Hochfrequenzwech- in selspannung mit einer Frequenz im Megahertz-Bereich und mit Ruhezeitintervallen zwischen den Impulsen beaufschlagt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Arbeitsspalt zusätzlich is mit Gleichspannungsimpulsen einer intermittierenden Gleichspannung beaufschlagt, weiche in die Ruhezeitintervalle der intermittierenden Hochfrequenz-Wechselspannungsimpulse fallen (Fig. 2). 2«.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ais intermittierende Hochfrequenz-Wechselspannungsimpulse Bogenentladungs-Spannungsimpulse verwendet (Fig. 13).

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Hochfrequenz-Wechselspannungsgenerator (1) zur Erzeugung einer Hochfrequenz-Wechselspannung mit variabler Frequenz; einen nachgeschalteten Doppelweg-Gleichrichtc (2); eine Einrichtung (3) zur Kombination des Ausgangssignal» des Gleichrichters (2) mit einer variablen Gleichspannung unter Bildung einer bipolaren pulsierenden Spannung; einen nachgeschalteten Gleichrichter (4) zur Erzeugung einer bipolaren Wechselspannung mit Rechteckwellenform; und einen Leistungsverstärker (5) zur Erzeugung einer Impulsspannung positiver Polarität und einen Leistungsverstärker -in (6) zur Erzeugung einer Impulsspannung negativer Polarität, deren Ausgangsspannungen kombiniert werden, sowie durch eine transistorisierte Chopper-Schaltung zur Erzeugung von intermittierenden Hochfrequenz-Wechselspannungsimpulsen aus der kombinierten Ausgangs-Wechselspannung der Leistungsverstärker (5. 6).