DE2611425A1

DE2611425A1 - Verfahren zur herstellung einer formmaske fuer ein elektroerosionswerkzeug

Info

Publication number: DE2611425A1
Application number: DE19762611425
Authority: DE
Inventors: Curt Arthur Luegstenmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1977-09-29
Also published as: FR2344651A1; NL7702880A; CH625732A5; DD129114A5; BR7701648A; JPS52138798A; SE7702228L; GB1511222A; IT1084457B; AR213516A1; US4166011A; ES456908A1

Description

261U25 Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Waiter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Hans Dieter Gesthuysen Diplom-Physiker Dr. Kar! Gerhard Masch Anwaltsakte:

47 224/Ry-

43 Essen 1,Theaterplatz 3, Postf.789

12. Februar 19 76

Patentanmeldung des Herrn

Curt Arthur Lügstenmann
CH-69 87 Caslano

Verfahren zur Herstellung einer Formmaske
für ein Elektroerosionswerkzeug

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Herstellung einer einer Muttermatrize entsprechenden Formmaske aus Kupfer oder aus Kupferlegierung für ein Elektroerosionswerkzeug, - wobei auf einen Former, dessen Oberfläche der herzustellenden Formmaske entspricht, eine leitende Schicht aufgebracht, auf

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die leitende Schicht galvanisch eine Metallschicht aus Kupfer oder aus Kupferlegierung aufgebaut sowie die Metallschicht als Formmaske von dem Former abgehoben wird. - Formmaske bezeichnet dabei das formdefinierende Werkzeugteil eines Elektroerosionswerkzeuges, welches allerdings noch mit einem mechanischen Träger verbunden wird.

Bei dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren (DT-OS 16 90 577) ist der Former ein Hilfselement, welches der Muttermatrize nachgebildet ist und zum Beispiel aus Kunststoff, Wachs oder einer leichtschmelzenden Legierung besteht. Es wird also insofern gleichsam mit einer Reproduktion der Muttermatrize gearbeitet, - was notwendigerweise eine Ungenauigkeit zur Folge hat. Die über die Vermittlung des Hilfselementes gewonnene Formmaske genügt daher nicht extremen Anforderungen an die Präzision. Das gilt auch und insbesondere dann, wenn zusätzlich (DT-OS 19 12 312) mit Leitlack und/ oder Trennlack gearbeitet wird. - Andererseits stellt der moderne Werkzeugbau, insbesondere bei Werkzeugen für die Feinwerktechnik, zunehmende Forderungen an die Präzision. Diese Forderungen können mit Hilfe der bekannten Verfahren nicht mehr erfüllt werden, was zur Folge hat, daß Elektroerosxonswerkzeuge für eine solche Präzisionsfertigung nicht mehr nach gattungsgemäßen Verfahren hergestellt und damit nicht mehr einfach vervielfältigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer einer Muttermatrize entsprechenden Formmaske für ein Elektroerosionswerkzeug anzugeben, welches zu Formmasken extremer Präzision, nämlich mit praktisch Nulltoleranz, führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem gattungsgemäßen Verfahren aus. Die Lösung ist dadurch gekennzeichnet,

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daß die Muttermatrize selbst als Former verwendet

und unmittelbar auf die Muttermatrize galvanisch als leitende Schicht eine Überzugsschicht mit geschlossener Oberfläche aus einem in bezug auf den Werkstoff der herzustellenden Formmasken neutralen Metall aufgebracht wird, die danach gereinigt wird, und daß auf dieser Überzugsschicht die aus Kupfer oder Kupferlegierung bestehende Metallschicht für die Formmaske so lange aufgebaut wird, bis sie als Formmaske abhebbar ist. - Der Ausdruck "neutrales Metall" bezeichnet im Rahmen der Erfindung alle Metalle, die zwar auf dem Werkstoff der Muttermatrize eine Überzugsschicht bilden, die aber mit dem Werkstoff der Formmaske, d.h. mit dem Kupfer oder der Kupferlegierung, chemisch und/oder physikalisch nicht so reagieren, daß eine chemische oder physikalische Verbindung zwischen dieser Überzugsschicht und der Metallschicht entsteht, aus der die Formmaske aufgebaut wird. Eine chemische und/oder physikalische Verbindung würde nämlich die Formmaske mit der Überzugsschicht stoffschlüssig so verbinden, daß die Formmaske nicht mehr abhebbar ist. Neutrale Metalle bezeichnet im Rahmen der Erfindung damit insbesondere solche Metalle, die mit dem Werkstoff der herzustellenden Formmaske, zumindest nach Niederschlag auf dem Werkstoff der Muttermatrize, weder eine Legierung noch eine intermetallische Verbindung bilden. Geeignete Metalle lassen sich leicht durch Probieren finden. Zu der angestrebten extremen Präzision kommt man deshalb, weil bei einem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zunächst ein Abbild der Muttermatrize hergestellt, was bereits eine Ungenau!gkeit bedingen würde. Es wird vielmehr die Muttermatrize selbst als Former verwendet, wobei die Muttermatrize im Rahmen dieser Verwendung keinerlei Veränderung durch elastische Verformung oder andere Kräfte erfährt. Die auf die Muttermatrize aufzubringende Überzugsschicht läßt sich extrem dünn aufbringen und ist extrem dünn, wie schon der Begriff Überzugsschicht zum Ausdruck bringt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet,

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daß auf die Muttermatrize eine Überzugsschicht mit einer Schichtdicke von, größenordnungsmäßig, Tausendstelmillimeter und weniger aufgebracht wird. Das bedeutet mit anderen Worten, daß für die Werkzeugfertigung auch eine Toleranz dieser Größenordnung vorgegeben werden kann und sicher eingehalten wird. Auf die Überzugsschicht läßt sich dann eine Metallschicht für die Formmaske mit einer Schichtdicke von, größenordnungsmäßig, Zehntelmillimeter bis Millimeter oder mehr aufbringen, wobei die Schichtdicke der Formmaske so gewählt wird, daß die Formmaske beim Abheben von der Muttermatrize und danach alle mechanischen Beanspruchungen ohne jede bleibende Verformung aufnimmt. Es versteht sich von selbst, daß die Formmaske beim Abheben vorsichtig gehandhabt wird. Ein vorsichtiges Abheben der Formmaske von der Muttermatrize geschieht im allgemeinen aus Ausziehen, wobei die Formmaske über einen Kunstharzkleber an einen Ausziehstempel oder Abhebstempel angeschlossen wird und mit geringer spezifischer Flächenbeanspruchung abgehoben oder ausgezogen wird.

Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß auf die Muttermatrize als Überzugsschicht eine Chromschicht, vorzugsweise eine Hartchromschicht (möglichst hohe Härte von z.B. 70 R und mehr), aufgebracht wird.

Überraschenderweise gelingt ohne Schwierigkeiten dann der Aufbau einer ohne weiteres abhebb aren Formmaske, und zwar insbesondere bei der Ausführungsform mit Hartschromschicht, wenn die Metallschicht für die Formmaske auf die Überzugsschicht, insbesondere also auf die Hartschromschicht, in nach Stunden bis Tagen zählendem Langzeitauftrag galvanisch aufgebaut wird,und wenn dabei die Badspannung des Kupferbades oder Kupferlegierungsbades von zunächst, größenordnungsmäßig, Zehntelvolt und weniger bis zu ein bis einigen Volt gesteigert wird. Im Rahmen dieser generellen Angabe lassen sich die Verhältnisse stets so wählen, daß beim Aufbau

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der Kupferschicht oder Kupferlegierungsschicht der Formmaske weder gleichsam pulverförmiger Kupferniederschlag noch Bildung von Knollen oder singulären Strukturen entsteht. Selbstverständlich müssen Badbewegung und Badtemperatur den Verhältnissen angepaßt werden. Überschneidungen und Unterschneidungen sind sowohl bei dem Aufbau der Überzugsschicht, insbesondere also der Hartchromschicht, als auch beim Aufbau der Formmaske zu vermeiden. Die übliche Badströmung soll stets möglichst senkrecht auf die formdefinierende Oberfläche der Muttermatrize gerichtet sein.

Ausführungsbeispiel

Es mag sich darum handeln, eine Formmaske für ein Elektroerosionswerkzeug herzustellen, welches seinerseits dazu dient, Spritzgießformen für im Präzisionsspritzguß herzustellende Bauteile der Feinwerktechnik zu formen. Wie üblich wird zunächst eine sogenannte Original-Muttermatrize, z.B. durch Gravieren, mit optimaler Präzision hergestellt. Sie möge aus Stahl bestehen.

Die Muttermatrize soll als Former für die Herstellung der Formmaske unmittelbar eingesetzt werden. Sie wird dazu in diesem Ausführungsbeispiel vollständig oder lediglich auf ihrer Formfläche in üblicher Weise mit einer dünnen, vorzugsweise mit einer extrem dünnen, größenordnungsmäßig, nur Tausendstelmillimeter dicken, Hartchromschicht versehen, und zwar mit einer Hartchromschicht

möglichst großer Härte nach Rockwell. Das kann beispielsweise nach Dettner / Elze "Handbuch der Galvanotechnik" (1966), Band II, 17.05 Chrom, geschehen. Die Hartverchromung wird in bekannter Weise so geführt, daß eine blanke und geschlossene Oberfläche entsteht. Auf jede Schleifbehandlung der hartverchromten Oberfläche wird verzichtet. Allerdings kann zusätzlich nach der Hartverchromung eine passivierende Behandlung, z.B. eine benetzende oder spü-

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lende Behan31ung mit einer Lösung von Bichromat, zweckmäßig sein. Jedenfalls wird die dünn bis extrem dünn hartverchromte Oberfläche der Mutterniatrizs durch Spülen so gereinigt, wie es in der Galvanotechnik zur Vorbereitung v/eiterer galvanischer Verfahrensschritte üblich ist. Vor der nächsten bearbeitung müssen alle Tropfen, Luftblasen und dergleichen von der hartverchromten Oberfläche entfernt werden,

Um nunmehr die Formmaske galvanisch aufzubauen, wird zunächst ein galvanisches Kupferbad hergestellt, beispielsweise wie es in der Literaturstelle Dettner / Elza I.e., 17.02 Kupfer, beschrieben ist. Es mag sich um ein Kupferbad aus Pyrophosphat handeln. Stets-wird mit extrem reinem Kupfer gearbeitet, v/ie es z.B. auch für die Herstellung gedruckter Schaltungen eingesetzt wird. Die Muttermatrize selbst mit ihrer Hartchromschicht wird in das Kupferbad als eine Elektrode eingehängt. Im übrigen werden die Elektroden des Kupferbades an einen Präzisionsgleichrichter angeschlossen. Bei dem angegebenen Kupferbad wird die 3adtemperatur auf eine Temperatur von 61 Grad Celsius eingestellt und über entsprechende Einrichtungen zur Regelung der Badtemperatur auf dieser Temperatur auch konstant gehalten. Das Kupferbad selbst wird wie üblich, gegebenenfalls über eine Filtergruppe bewegt bzw. umgepumpt. tiberdeckungen und Überschneidungen sind zu vermeiden und die hartverchromte formdefinie rende Oberfläche der "luttermatrize wird sweckmäßigerweise vom Strom des Kupferbades orthogonal angeströmt.

Danach beginnt der Aufbau der Formmaske, Und zwar wird zunächst eine extrem niedrige Gleichspannung an die Elektroden angelegt, die in der Größenordnung von 0,1 Volt oder sogar niedriger liegt. Diese galvanische Behandlung wird so lange geführt, bis sich auf der hartverchromten Forniob er fläche der Mutte matrize ein erster hauchartiger, dünner Kupferniederschlag mit dem bloßen Auge erkennen läßt. Dazu gehören im allgemeinen ein bis einige Stunden. Nunmehr kann die Badspannung in Stufen von stets 1 bis mehreren Stunden bis 0,5

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Volt erhöht warden. Nach weiteren Stunden kann sie auf 1 Volt erhöht werden. Danach kann stufenweise eine weitere Steigerung durchgeführt werden, bis am Ende einer Behandlungszeit von etwa 24 Stunden die Badspannung 5 Volt beträgt. Inzwischen hat sich nicht nur auf der hartverchromten Oberfläche die Formmaske in Form einer allen mechanischen Beanspruchungen genügenden Kupfarschicht von einigen Zehntelmillimetern Dicke bis Millimetern Dicke aufgebaut, es hat sich vielmehr und überraschenderweise die so hergestellte Formmaske von der Hartchronschicht auch so weit gelöst, daß sie mit Hilfe eines angepaßten Stempels unter Verwendung eines Kunstharzklebers oder Weichlotes abgehoben werden kann. Mit angepaßten S.tempel und Kunstharskleber wird gearbeitet, um beim Abheben singuläre Beanspruchungen und dadurch bedingte Verformungen zu vermeiden. Die so hergestellte Formmaske besitzt bezüglich ihrer eigenen Formoberfläche, bis auf die gleichsam hauchdünne liberzugsschicht aus Hartchrom, die auf die Muttermatrize aufgebracht worden ist, identisch die Form der Muttermatrize und damit eine Präzision mit praktisch Nulltoleranz. Die Formmaske wird wie üblich mit einem Träger vereinigt.

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Claims

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— ft —.

Ansprüche :

Verfahren zur Herstellung einer einer Muttermatrize entsprechenden Formmaske aus Kupfer oder aus Kupferlegierung für ein Elektroerosionswerkzeug, - wobei auf einen Former, dessen Oberfläche der herzustellenden Formmaske entspricht, eine leitende Schicht aufgebracht, auf die leitende Schicht galvanisch eine Metallschicht aus Kupfer oder aus Kupferlegierung aufgebaut sowie die Metallschicht als Formmaske von dem Former abgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Muttermatrize selbst als Former verwendet und unmittelbar auf die Muttermatrize galvanisch als leitende Schicht eine dünne Überzugsschicht mit geschlossener Oberfläche aus einem in bezug auf den Werkstoff der herzustellenden Formmaske neutralen Metall aufgebracht wird, die danach gereinigt wird, und daß auf dieser Überzugsschicht die Metallschicht für die Formmaske so lange aufgebaut wird, bis sie als Formmaske abhebbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Muttermatrize eine Überzugsschicht mit einer Schichtdicke von, größenordnungsmäßig, Tausendstelmillimeter aufgebracht wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Überzugsschicht eine Metallschicht für die Formmaske mit einer Schichtdicke von, größenordnungsmäßig, Zehntelmillimeter bis Millimeter aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Muttermatrize als Überzugsschicht eine Chromschicht, vorzugsweise eine Hartchromschicht (möglichst hoher Härte von z.B. 70 Rockwell und mehr), aufgebracht wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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— i — - X.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht für die Formmaske auf die Überzugsschicht, insbesondere auf die Hartchromschicht, in nach Stunden bis Tagen zählendem Langzeitauftrag galvanisch aufgebaut wird, und daß dabei die Badspannung von zunächst, größenordnungsmäßig, Zehntelvolt und weniger bis zu ein bis einigen Volt gesteigert wird.

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