DE2634775A1

DE2634775A1 - Verfahren und vorrichtung zur ultraschallbearbeitung

Info

Publication number: DE2634775A1
Application number: DE19762634775
Authority: DE
Inventors: Louis Pierre Bessaguet
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1975-08-05
Filing date: 1976-08-03
Publication date: 1977-02-17
Also published as: JPS5219396A; FR2320165B1; US4100701A; CH609270A5; FR2320165A1; GB1522094A; CH611825A5

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTSBÜRO 2 6 3 ^ 7 7 5

D-4 DÜSSELDORF . SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. W. FLORACK - Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER ■ Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

AGENCE NATIONALE DE VALORISATION
RECHERCHE (A. N. V. A. R.)

30. Juli 1976

Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallbearbeitung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die maschinelle Bearbeitung durch Schwingungsvibratoren und besonders auf die Ultraschallbearbeitung, um die Vorderfläche eines Stückes mit Hilfe eines Werkzeuges zu bearbeiten, dessen Vorderfläche ein Profil hat, das zu dem umgekehrt ist, das auf dem Stück erzeugt werden soll.

Die Erfindung findet besonders auf dem Gebiet der Herstellung Ton Graphitteilen wie Elektroden, die als Werkzeuge für die Bearbeitung durch Funkenerosion gebraucht werden sollen, oder auch auf dem Gebiet der Herstellung von Formen für den Spritzguß von Kunstharzen, Keramiken oder Metall-Legierungen Anwendung*a;Die Ultraschallbearbeitung wird im besonderen für die Bearbeitung von Werkstoffen wie keramischen, gesinterten oder glasartigen Werkstoffen, Graphit... benutzt, die nicht leicht durch andere Verfahren wurden bearbeitet werden können, und erweist sich sehr vorteilhaft für die Erzeugung von komplexen Profilformen, die z.B.nicht durch Funkenerosion oder auf elektrochemischem Wege erhalten werden könnten wegen der Art des zu bearbeitenden Werkstoffs,

AZ No. 50 262 - 2 -

Dr. Hei./ H.

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Die Möglichkeiten der Ultraschallbearbeitung sind jedoch gegenwärtig begrenzt. Bei den bekannten Maschinen werden die mechanischen Vibrationen auf das Werkzeug durch ein sch-wingendes Teil übertragen, das fest mit dem Werkzeug verbunden ist, während das Stück feststeht. Die maximale Leistung der vorhandenen Generatoren für mechanische Ultraschall-Schwingungen erlauben keine Werkzeuge von großen Abmessungen. Im besonderen ist die Vorderfläche des Werkzeuges, welche das zu reproduzierende Profil zeigt, durch den Maximalwert, der von dem Teil des Stückes aufgebracht werden kann, begrenzt. Da die Oberfläche des Profils, das auf dem Stück erzeugt wird, maximal dem Profil gleich ist, das sich auf der Frontflache des Werkzeuges befindet, kann man Maschinen zur Ultraschallbearbeitung nicht benutzen, wenn das zu bearbeitende Stück relativ große Abmessungen hat. In diesem Fall ist man dann dazu gezwungen, auf die klassischen Herstellungsprozesse zurückzugehen wie Fräsen, was zu sehr langer und schwieriger Bearbeitung führt insbesondere, wenn das zu erzeugende Profil komplex ist.

Es ist wohl in dem U.S. - amerikanischen Patent No. 3. 465- 480 vorgeschlagen worden, die Bearbeitung der Vorderfläche eines Stückes mit Hilfe eines festen Werkzeuges durchzuführen, während das zu bearbeitende Stück dabei auf einer Platte befestigt ist, die durch die Schwingende Bewegung eines mechanischen Übertragungssystems, das Exzenter enthält, erregt wird. Es ist gedoch klar, daß ein solches System nicht eine Arbeit mit Ultraschallfrequenz mit den Vorteilen der Genauigkeit und- der Schnelligkeit, die aus ihr herrühren, erlaubt.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, einen Ultraschall-Bearbeitungsprozess zu schaffen, der die Herstellung von Stücken mit verhälnismäßig großen Abmessungen erlaubt, und also den Gebrauch von Werkzeugen, die wegen ihres Gewichtes und ihrer Abmessungen mit einer Ultraschallfrequenz von zur Zeit vorhandenen Schwingungsgeneratoren,

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die mechanisch arbeiten, nicht in Bewegung gebracht werden können.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren erreicht, bei dem man die Vorderfläche eines Stückes mit Hilfe eines Werkzeuges bearbeitet, dessen Vorderfläche ein Profil hat, das umgekehrt zu dem ist, das auf dem Stück zu reproduzieren ist, indem man die Ultraschallschwingungen auf das zu bearbeitende Stück aufbringt, indem man eine Vorwärtsgewegung erzeugt, die die genannten frontalen Oberflächen von dem zu bearbeitenden Stück und dem Werkzeug gegeneinander verlagert; man vereinigt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vor der Bearbeitung das zu bearbeitende Stück mit einem metallischen Stück zur Übertragung der Schwingungen, — oder Schwingstück - , mittels eines Verbindungsmaterials,das zwischen die Fläche, die der Frontfläche des zu bearbeitenden Stücks gegenüber liegt, und einer Endfläche des Schwingstücks gebracht wird; man verbindet das andere Ende des Schwingstücks mit einem Umwandler, der elektrische Schwingungen in mechanische Vibrationen umwandelt, und man bewirkt die Bearbeitung, indem man elektrische Signale von Ultraschall-Frequenz auf den Umwandler aufbringt, wobei man den Zwischenraum zwischen den Vorderflächen des Werkzeugs und des Stücks mit Abtragmittel versorgt.

Wenn man so ein Stück von großen Abmessungen herzustellen wünscht, kann man getrennt mehrere Blöcke Z.B₀ von Standardabmessungen bearbeiten in der Art, daß auf mindestens einen Teil einer Fläche jeden Blocks ein bestimmter Teil des Profils erzeugt wird, welches das Stück zeigen soll· Die bearbeiteten Blöcke werden dann so zu einem Stück zusammengesetzt, daß sie auf seiner Fläche das vollständige gewünschte Profil zeigen«. Das wird dadurch ermöglicht, daß, da jeder Block an dein Schwingstück befestigt wird, man die Gesamtheit" der Vorderfläche eines Blocks in Übereinstimmung mit dem Profil des Werkzeugs entsprechend bearbeiten kann bei genauer Plazierung des zu bearbeitenden Blocks in Bezug auf das Werkzeug. 709807/0326

Im Gegensatz dazu kann diese Herstellung eines Stückes in Modulen durch Ultraschalllbearbeitung nicht erreicht werden mit den bekannten Maschinen, bei denen das Werkzeug beweglich und das zufoearbeitende Stück fest ist. Es würde dann notwendig sein, die Gesamtheit der Vorderfläche eines Jeden Blocks in Übereinstimmung mit dem Profil des Werkzeugs, das über den Block hinausragt\ zu bearbeiten; dies würde unmöglich sein, denn insbesondere würde man über keine Eührungsfläche verfügen, die die zu bearbeitende Oberfläche eines Blocks umfaßt und erlaubt, die Abtragung unter guten Bedingungen in dem Zwischenraum zwischen dem Block und dem Werkzeug durchzuführen. Diese Schwierigkeit würde besonders unüberwindbar sein, wenn das zu reproduzierende Profil auf dem zu bearbeitenden Block mindestens zum Teil konkav ist.

Das Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung erweist sich besonders vorteilhaft fÜB die Verwirklichung durch Ultraschallbearbeitung von oben beschriebenen Stücken, die auf mindestens einem Teil ihrer Flächen von großen Abmessungen ein bestimmtes Profil haben, im besonderen ein Komplexes Profil, also Stücke, die nicht anders als durch mechanische Verfahren wie Eräsen bearbeitet werden könnten, Setzt man in Bezug auf das Fräsen in Rechnung, daß das Verfahren nach der Erfindung eine sehr viel leichtere Anwendung erlaubt und einen beachtlichen Zeitgewinn bringt, so sind seine Vorteile auf dem wirtschaftlichen Gebiet außerordentlich bedeutend·

Ein anderer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß man, da das Werkzeug nicht einer schwingenden Bewegung unterworfen sein wird, nicht gezwungen ist, einen Werkstoff zu benutzen, um es herzustellen, der die Ultraschallwellen übertragen soll. Der Bereich der brauchbaren Werkstoffe, aus denen die Werkzeuge bestehen können, ist also beachtlich vergrößert.

Die Erfindung hat auch zum Ziel, eine Vorrichtung für die Benutzung des nfeenstehenden Verfahrens zuschaffen.

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Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung erreicht, die einen Bearbeitungstrog, einen Träger des zu bearbeitenden Stücks, Mittel, um die Ultrascallschwingungen auf ein Bearbeitungsstück aufzubringen,Mittel zum Antreiben eines zu bearbeitenden Stücks in senkrechte Verlagerungen und Mittel zur Befestigung eines Werkzeugs auf dem Boden des Bearbeitungstroges hat. Die Vorrichtung hat außerdem nach der Erfindung einen Generator von elektrischen Signalen von Ultraschallfrequenz, ein schwingendes Stück, das mit diesem Generator durch einen Umwandler von elektrischen Schwingungen in mechanische gekoppelt ist, mindestens eine Zuführungsleitung für ein Abtragungsmittel, das durch eine Flüssigkeit transportiert wird, wobei diese Leitung im Innern des Arbeitstroges mündet und imstande ist, die Mischung von Abtragsflüssigkeit zu einem Stand oberhalb desjenigen der oberen Fläche des Werkzeugs zu leiten, und eine Einheit zur Rückführung der Abtragflüssigkeitsmischung, die mit einer Öffnung, die am Boden des Bearbeitungstroges liegt, verbunden ist.

Die Erfindung hat weiter zu Ziel, eine Vorbearbeitung des Stücke» für die Bearbeitung nach dem obigen Verfahren zu schaffen. Dieses Ziel wird durch eine Vorbereitung des * Stückes erreicht, die entsprechend der Erfindung ein zu bearbeitendes Stück umfaßt, dessen eine erste Fläche zur Bearbeitung mit einem Werzeug, das ein Profil, das entgegengesetzt zu dem ist, welches auf dieser Fläche erzeugt werden soll hat, und ein Metallstück - Schwingstück - zur Übertragung der Schwingungen, das mit einem ersten Ende an einen Umwandler von elektrischen in mechanische Schwingungen gekoppelt ist. Das zu bearbeitende Stück und das F>? Schwingstück werden mittels eines Verbindungsmaterials, das die Fläche des zu bearbeitenden Stücks, die entgegengesetzt seiner ersten Fläche ist, mit der Endfläche des Schwingstücks, die entgegengesetzt zu seinem ersten Ende ist,verbunden.

Andere besondere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung

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gehen aus der Beschreibung hervar, die nachstehend bezeichnend aber nicht begrenzend an einem Ausführungsbeispiel gegeben wird. Es wird Bezug auf die beigefügten Zeiahnungen genommen, welche darstellen:

Fig.1 eine sehr schematische Ansicht in der Aufsicht und im Schnitt von einer Vorrichtung zur Ultraschallbearbeitung für die Benutzung des Verfahrens nach der Erfindung und

Fig. 2 ein Stück, hergestellt durch eine Ultraschallbearbeitung von Modulen entsprechend der Erfindung.

Der Generator der mechanischen Vibrationen hat ein Schwingstück 1, z.B. aus Stahl, aus Titan oder aus Leichtmetall, auf dessen oberer Fläche 1a ein Umwandler 2 von elektrisch-en in mechanische Schwingungen angebracht ist, z.B. ein Piezoelektrischer Umwandler. Der Umwandler 2 ist mit einem Leistungsgenerator 3 verbunden, der elektrische Impulse von einer Ultraschallfrequenz, z.B. in der Größenordnung von 30 kHz, liefert.

Das Schwingstück 1 hat eine Form eines verlängerten Parallelepipeds und kann Teile 1c, 1d von großen Abmessungen haben. Die Länge des Schwingstücks 1 sowie die Form und die Anordnung der Teile 1c, 1d sind dazu bestimmt, eine optimale Übertragung der Schwingungen dur-ch das scMngende Stück 1 zu erlauben.

Der Generatur für die mechanischen Schwingungen hat also einen Aufbau, der direkt vergleichbar ist mit denjenigen, die in den bekannten Maschinen für die Ultraschallbearbeitung benutzt werden.

An der unteren Fläche 1b des Schwingstücks bringt man die rückwärtige Fläche 4b eines Blocks 4, z.B. aus Graphit, an, bevor er in der Art bearbeitet wird, um äufi seiner

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Vorderfläche 4a gegenüber der Fläche 4b ein bestimmtes Profil zu erzeugen. Vorzugsweise haben die Flächen 1b und 4b die gleichen Abmessungen, um keine Unstetigkeiten zu schaffen, die die Übertragung der mechanischen Schwingungen stören können. Darüberhinaus könnten in dem Fall, wo die Fläche 4b eine größere Oberfläche hat als die Fläche 1b , bei der Bearbeitung in der Zone der Fläche, die nicht mit der Fläche 1b in Berührung ist, Risse erscheinen.

Die benötigten Mittel, um die Verbindung zwischen dem Schwingstück 1 und dem zu bearbeitenden Block 4 herzuäbellen, werden als Funktion der Werkstoffe, aus denen diese beiden Elemente bestehen, gewählt, und dabei wird der möglichen Notwendigkeit Rechnung getragen, nach der Bearbeitung den bearbeiteten Block yon dem Schwingstück zu trennen, ohne diese Elemente zu beschädigen.

Wenn die Bestimmung des beareiteten Blocks es zuläßt, kann es möglich sein, ihn nicht von dem Schwingstück trennen zu müssen. Dies ist besonders der Fall, wenn der bearbeitete Block dazu bestimmt ist, als Elektrode für die Bearbeitung durch Funkenerosion benutzt zu werden; das Schwingstück 1 kann dann als Täger der Elektrode dienen. In einem solchen Fall kann die Verbindung zwischen dem Schwingstück und dem Block endgültig sein.

In den meisten Fällen jedoch ist es wünschenswert, den bearbeiteten Block von dem Schwingstück lösen zu können, sei es nur, um eine Wiederverwendung des letzteren zu erlauben. Auch soll die Verbindung zwischen den Stücken so ausgeführt sein, um diese Trennung ohne Beschädigungen zu ermöglichen, eine Trennung z.B. bewirkt durch Abziehen oder durch Erwärmung. Man wird dazu besonders dazu einen Kleber oder ein Lot mit niedrigem Schmelzpunkt benutzen.

Der benutzte Kleber sollte z.B. vom Typ der thermoplastischen Kleber sein, um die Trennung zwischen dem

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Schwingstückund dem bearbeteten Block durch Abziehen oder dur£h Erwärmung bei wenig erhöhter Temperatur zu ermöglichen. Diese Art der Verbindung genügt, wenn der zu bearbeitende Block von geringem-.Gewicht ist. Es ist sogar festgestellt worden, daß für einen zu bearbeitenden Block, der von geringer Dicke und leicht ist, nur der dauernd von dem Schwingstück während der Bearbeitung auf den Block ausgeübte Druck genügt, ihn in seiner Stellung zu halten. In diesem Fall erweist sich auch die Herstellung einer Verbindung durch Kleber, der sehr leicht gelöst werden kann, als ausreichend.

Wenn der zu bearbeitende Block von bedeutenden Abmessungen ist, stellt man vorzugsweise diese Verbindung mit mindestens einem Teil durch Lötung mit einem Lot von kleinem Schmelzpunkt her, z.B. eine Legierung von Antimon und Indium, um ; nicht in dem Zwischenraum zwischen dem Schwingstück und dem zu bearbeitenden Block eine mechanische Unterbrechung zu schaffen, die der Fortleitung der Schwingungen schaden könnten. Um die Lötung auszuführen, ist es in der Mherzahl der Fälle erforderlich, zuerst eine metallische Haftschicht auf den zu verbindenden Flächen des Schwingstücks und des Blocks herzustellen, z.B. eine Schicht aus Kupfer. Das ist besonders der Fall für ein Schwingstück aus Leichtmetall und ein Werkstück aus Graphit. Die Verbindung ist vom Typ der Verbindung durch Lötung mit Metalldiffusion mit mindestens einer atomaren Schicht der metallischen Phase im Graphit und in dem Werkstoff des Schwingstücks.

Als Ausführungsbeispiel beschreibt man unten eine Art der Herstellung einer Verbindung durch Löten zwischen dem Schwingstück und dem zu bearbeitenden Block aus Graphit.

Man stellt eine Haftschicht (Verankerungsschicht) auf der Fläche 1b des Schwingstücks 1, wenn das letztere aus Titan oder Leichtmetall ist, her , indem man auf diese Fläche , evtl. nach einer Vorbehandlung durch Sandstrahlen, einen Belag von Eisen aufbringt von einigen zehntel mm Dicke , z.B.' in der Größenordnung von 0,3 mm, und zwar

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durch einen Prozess des Niederschiagens im Plasma.

Auf diesen Belag von Eisen bringt man eine Schicht von Kupfer auf von 1 bis 2 mm Dicke durch Schweißen mit einem Element aus Kupfer oder dur-ch galvan-ische Auftragung.

Man stellt ebenso einen Haftbelag auf der Fläche 4b des zu beareitenden Blocks her durch Auftragen einer dünnen Kupferschicht von einigen zehntel Mikron.

Das Schwingstück wird dann auf eine Temperatur von 2oo bis 250° G gebracht, höher als die Schmelztemperatur des Lotes, das aus einer Zinn-Blei-Legierung besteht. Man legt das geschmolzene Lot auf die Fläche 1b des erwärmten Schwingstücks, um einen Film von Lot von ungefähr 1mm zu bilden, und man legt den Block 4, der auf Umgebungstemperatur sein kann, darauf, indem man seine Fläche 4b auf dem Lotfilm ruhen läßt. Der Block 4 drückt durch sein Eigengewicht das Lot nach außeniind haftet auf der Fläche 1b des Schwingstücks. Wenn der Block 4 von geringem Gewicht und geringer Dicke ist, kann er dazu neigen, auf dem Film von Lot zu schwimmen,und es ist dann notwendig, auf den Block eine zusätzliche Kraft zu seinem Gewicht wirken zu lassen. Man läßt dann die Ein- * heit auf Umgebungstemperatur abkühlen. Eine schnelle Abkühlung kann Risse in dem Lot hervorrufen.

Wenn die Vorbereitung des Stücks durch Zusammenlöten des Schwingstücks 1 mit mit dem zu bearbeitenden Block 4 ausgeführt ist, wird es in die Arbeitsstellung über das V/erkzeug 5 gebracht, dabei ist die Vorderseite 4a des Blocks 4 gegenüber der Vorderfläche 5a des Werkzeugs 5 gebracht, die das umgekehrte Profil zu dem auf der Fläche 4a des Blocks 4 zu reproduzierenden hat.

Das V/erkzeug 5 besteht aus einem Block, der metallisch oder aus Keramikmaterial oder Glas sein kann. Die Fläche 5a des Werkzeugs 5 ist besonders in ihrem Teil, der das zu dem zu erzeugenden umgekehrte Profil hat, vorzugsweise mit einem im Gebrauch widerstandsfähigen Material über-

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zogen, das durch Auftragen im Plasma, Pulverisation oder Galvanoplastik aufgebracht wird.

Das Werkzeug 5 liegt im mittleren Teil eines Arbeitstroges 6 und wird an seinem Platz durch Befestigungsstangen 7? die an dem oberen Teil des Troges 6 verschraubt sind, so gehalten, daß die Befestigungsschrauben sich außerhalb der Zonen, in die die Abtragungsflüssigkeit gespritzt werden kann, befinden.

Die Bearbeitung wird durch Ingangsetzung des Generators und Übertragung einer senkrechten Vorwärtsbewegung auf das Schwingstück 1 und den Block 4 gegen das Werkzeug 5 durch die senkrechte Schwingung des Schwingstücks 1 bewirkt. Die Geschwindigkeit der Annäherung des Blocks 4 gegen das Werkzeug 5 kann als Punktion der Veränderungen des freienPlatzes der Arbeitszone zwischen dem Werkzeug 5 und dem Block 4 in dem Maß verändert werden % wie die Vorderfläehe des Letzteren bearbeitet wird. Während der ganzen Dauer der Bearbeitung führt man die Abtragungsflüssigkeit in den Zwischenraum zwischen dem V/erkzeug 5 und dem Block 4.

Diese Abtragungsflüssigkeit wird durch eine oder mehrere Leitungen 8 zugeleitet, die in der Nähe der seitlichen, senkrechten Fläche des Blocks 4 münden. Die Abtragsflüssigkeit ergießt sich längs dieser seitlichen Oberfläche und Dringt, geführt durch den nicht wirsamen, erhöhten Rand der Vorderfläehe des Werkzeugs 5a» in den Zwischenraum zwischen dem·-Werkzeug 5 undldsm Block 4- ein. Vorzugsweise sieht man mindestens zwei Leitungen 8 vor, die in der Nähe von zwei gegenüberliegenden Zonen der seitlichen Oberfläche des Blocks 4· münden, um so so gleichförmig wie möglich die Arbeitszone zu versorgen.

Wenn die Oberfläche der Arbeitszone verhältnismäßig groß ist, besonders wenn das Profi'l des Werkzeuges mindestens einen erhabenen Teil hat, wie 5b, 5c, der ein tiefes Eindringen des Blocks 4 in das Werkzeug 5 verursacht, können

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zusätzliche Mengen von Abtragflüssigkeit durch mindestens eine Leitung zugeführt werden, wie durch die Leitung 9 , die durch Öffnungen in der Wand des Bodens des Troges 6 mit kanälen 10 in Verbindung stehen, die das Werkzeug 5 durchziehen und auf seiner Oberfläche 5a in Höhe der vorspringenden Teile münden. Die Mengen und der Druck des abtragenden Materials, das durch die Kanäle 10 geführt wird, sollten in jedem IPaIl begrenzt bleiben, um nicht einen bedeutenden Widerstand auf die Kräfte, die durch das Schwingstück ausgeübt werden zu schaffen.

Diese Besonderheit erlaubt also, Abtragsflüssigkeit in die Zonen zu führen, die nicht leicht von der Abtragsflüssigkeit, die von den Leitungen 9 herangeführt wird, erreicht erden würden, und so eine gleichmäßige Verteilung von Abtragsflüssigkeit in der Arbeitszone zu erhalte». Man erkennt, daß diese Besonderheit nicht leicht in dem Fall, wo die Ultraschallbearbeitung mit einem bewegtem Werkzeug ausgeführt wird und das zu bearbeitende Stück fest ist, vorgesehen werden könnte, denn die Kanäle könnten nicht in dem Stück angebracht werden; Dies wäre schwer, wenn man die Schwierigkeiten der Barbeitung berücksichtigt, und nicht wünschenswert im Hinblick auf den späteren Gebrauch des bearbeiteten Stücks;diese Kanäle, wenn sie in dem schwingenden Stück angebracht würden und das Werkzeug könnten einen Verlust der Leistung der übertragenen mechanischen Schwingungen hervorrufen.

Das Abtragungsmittel ist als Funktion des zu bearbeitenden Werkdtoffs ausgewählt und besteht z.B. aus Aluminium, Korund, Silziumcarbid oder Borcarbid. Dieses Abtragungsmittel hat die Form von Partikeln, deren Körnung z.B. zwischen 280 und 600 liegt, also eine Größe von einigen Mikron; diese Partikel werden durCh eine Flüssigkeit wie Wasser oder Petroleum transportiert. Die Mischung Schleifmittel/Flüssigkeit enthält etwa 1 Kg Schleifmittel auf 5 bis 10 Liter Flüssigkeit.

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Die Abtragungsflüssigkeit und die Partikelchen des beatbeiteten Werkstoffs werden durch eine Öffnung 11 am Boden des Troges 6 angeführt und in eine Umwälzanlage 12 zurückgeführt.

Die Umwälzanlage 12 hat einen Klärtrog 13, in dem die Partikelchen des bearbeiteten Werkstoffs abgetrennt werden. Wenn Letzterer Graphit ist, sammelt sich ein Schaum von Graphit auf der Oberfläche der Flüssigkeit in dem Klärtrog 13 und dieser wird abgeführt, da er , falls er zurückgeführt würde, die Schleifwirkung des Abtragungsmittels verkleinern würde. Die Flüssigkeit und der Schleifstoff werden dann in das Rückführungsbecken 14· geleitet, wo sie mittels eines Rührers 15 gut miteinander vermischt werden. Die Mischung wird aus dem unteren Teil des Rückführungsbeckens 14 mit einer Pumpe 16 entnommen, um durch die Leitungen 8 und 9 zurückgeführt zu werden.

Organe zur Regelung 17 der Abflußmenge sind auf den Leitungen 8 und 9 angebracht. Die Leitungen 8 und 9 können aus Kunststoff bestehen und die Regelorgane 17 einfache Quetschhähne mit Schrauben sein, um den Anteil des Durchflusses in den Leitungen zu verändern. Die Regelung der Abflußmenge wird als Funktion der Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des zu bearbeitenden Blocks 4, der Art des Schleifmittels, des zu bearbeitenden Werkstoffs, .... ausgeführt. Vorzugsweise wird für eine gegebene Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung die Ausflußmenge der Versorgung mit der Mischung Flüssigkeit/Schleifmittel konstant gehalten.

Der Verbrauch von Schleifmittel ist gering, dieses wird nach einer oder mehreren Bearbeitungen gewaschen und wiedererneuert .

Wenn die Dauer der Bearbeitung verhälnismäßig lang ist, kann man eine periodische Entleerung der Einheit Schwingstück/zu bearbeitender Bloch vornehmen, um eine Spülung der Fache 5a des Werkzeuges 5 durch die Mischung Flüssigkeit/

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Schleifmittel, die von den Lrizungen 8 herangeführt wird, zu ermäglichen und so diese Mischung in der Arbeitszone vollständig zu erneuern.

Die Ultraschallbearbsitung wird mit einem maximalen Wirkungsgrad ausgeführt, wenn das Innere Ende der Einheit Schwingstück-zu bearbeitender Block sich in der SieLlung eines Schwingungsbauches befindet, der in dieser Einheit unterhalten wird. Aus der Tatsache, daß sich das Volumsm dieser Einheit während des Bearbeitungsvorgangs verkleinert, nimmt die benötigte übertragene Leistung, da die Frequenz der Schwingungen fest ist, in dem Maße ab, wie das innere Ende der Einheit Schwingstück-zufoearbeitender Block sich aus dem Bereich des Schwingungsbauches entfernt.

Wenn der zu bearbeitende Block auf eine verhältnismäßig geringe Tiefe bearbeitet wird, z.B. in der Größenordnung von 1 bis 3 mm, ist dieser Leistungsverlust sehr begrenzt; die Veränderung der Länge des zu bearbeitenden Blocks kann vernachlässigt werden in Bezug auf die Wellenlänge der Schwingungen.

Wenn die Bearbeitung auf eine relativ große Tiefe ausgeführt werden soll, ist es wünschenswert, umnicht zu oft die Entleerung durchzuführen, die Frequenz der Signale, die vom Generator 3 ausgesandt werden, veränderlich zu machen und zwar in dem Maß der Verkleinerung des Volumens des zu bearbeitenden Blocks. Diese Abstimmung des Generators 3 kann manuell oder automatisch ausgeführt werden als Funktion der Amplitude der Vorwärtsbewegung, die auf die Einheit Schwingstück-zu bearbeitender Block übertragen wird.

Am 3nde des Bearbeitungsvorgangs wird der bearbeitete Block evtl. von dem Schwingstück getrennt, wie weiter oben aufgezeigt wurde. Der Block 4 kann auf einem Teil bearbeitet sein, zB. inder Mitte seiner Vorderfläche 4a, oder mittels einer relativ genauen Stellung des Blocks 4 und des Werkzeugs zueinander auf der Gesamtheit oder in einer Bestimmten

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Zone seiner Vorderfläche 4a.

Diese letzte Besonderheit erlaubt es, Stücke von großen Abmessungen zu verwirklichen wie das Stück 40, das in Fig. 2 gezeigt ist. Um dies zu machen, bearbeitet man getrennt

die Blöcke 40., 40p , 40.~, welche vor der Bearbeitung

vorteilhaft identische Standardblöcke sind, deren Vorderfläche eine Ausdiinung z.B. in der Größenordnung von 25 cm haben kann*...Auf der Vorderfläche jeden Blocks erzeugt man durch den vorher beschriebenen Prozess einen Teil des Profils der Vorderfläche 40a des Stücks 40.

Jeder Block wird mittels eines entsprechenden Werkzeugs bearbeitet, nachdem der Block und das Werkzeug zueinander mit solcher Genauigkeit in Stellung gebracht sind, um das zu dem Werkzeug umgekehrte Profil auf die ganze Frontfläche des Blocks oder auf eine bestimmte Zone dieser Frontfläche zu übertragen.

Die bearbeiteten Blöcke werden dann zusammengesetzt, z,B. durch Kleben ihrer Seitenflächen. Die Gesamtheit ihrer bearbeiteten Vorderflächen stellt dann das vollständige , gewünschte Profil des Stückes 40 dar.

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Claims

Ansprüche :

Verfahren zur Ultraschallbearbeitung, nach welchem man die · Vorderfläche eines Stückes mittels eines Werkzeuges bearbeitet , dessen vordere Fläche ein umgekehrtes Profil hat zu dem, das auf dem Stück erzeugt werden soll unter Anwendung von Ultraschallschwingungen auf das zu bearbeitende Stück, indem eine solche Vorwärtsbewegung bewirkt wird, um die genannten Vorderflächen des zu bearbeitenden Stücks und des Werkzeugs aufeinander zu zuverlagern, dadurch gekennzeichnet , daß man vor der Bearbeitung das zu bearbeitende Stück mit einem metallischen Stück zur Übertragung der Schwingungen - oder dem Schwingstück mittels eines Verbindungsmaterials vereinigt, das zwischen die Fläche desr zu bearbeitenden Stücks gegenüber seiner Frontfläche und eine·. Endfläche des Schwings'zücks gebracht wird, man das andere Ende des Schwingstücks an einen Umwandler von elektrischen Schwingungen in mechanische Vibrationen koppelt und man die Beareitung durch die Anwendung von elektrischen Signalen von Ultraschallfrequenz auf den Wandler bewirkt, wobei man äen Zwischenraum zwischei den Vorderflächen des Werkzeugs und des Stückes mit einem Schleifmittel-versorgt.

2, Verfahren nach Anspruch Igekennzichnet ,dadurch , daß man das Schwingstück mit dem zu bearbeitenden Stück durch Lötung verbindet·

3, Verfahren nach dem Anspruch 2gekennz eichnet dadurch , daßman auf die zu verbindenden Flächen des Schwingstücks und des zu bearbeitenden Stücks eine metallische Haftschicht für das Lot anbringt.

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Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und ^dadurch gekennzeichnet , daß man als Verbindungsmaterial ein Lot von niedrigem Schmelzpunkt benutzt, um nach der Bearbeitung die Trennung des bearbeiteten Stücks und des Schwingstücks durch Erwärmen zu ermöglichen.

5. Verfahren nach dem Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , daß man das zu bearbeitende Stück und das Schwingstück mittels eines Klebers verbindet, der an jedem der Stücke haftet und die Trennung der Stücke, ohne sie zu beschädigen, nach der Bearbeitung ermöglicht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5cLadurch gekennzeicnet , daß man das Schleifmittel, das durch eine Flüssigkeit transportiert wird, durch mindestens eine Leitung, die nahe bei der Seitenfläche des zu bearbeitenden Stücks mündet, zuführt.

7. Verfahren nach dem Anspruch 6dadurch gekennzeichnet, daß man das Schleifmittel durch mindestens zwei Leitungen zuführt, die nahe bei zwei gegenüberliegenden Zonen der seitlichen Oberfläche des bearbeitenden Stücks münden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7gekennzeich net dadurch, daß man eine zusätzliche Menge von Schleifmittel unmittelbar in den Zwischenraum zwischen dem zu bearbeitenden Stück und dem Werkzeug durch mindestens einen Kanal, der das Werkzeug durchzieht und in dem Zwischenraum endet, zuführt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß man die

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die Frequenz der Schwingungen während der Bearbeitung ändert, um der Veränderung des Volumens der Einheit aus Schwingstück und dem in Arbeit befindlichen Stück Rechnung zu tragen.

10. Verfahren zur Ultraschallbearbeitung eines Stückes, das auf mindestens einer seiner Flächen ein bestimmtes Profil haben soll, dadurch gekennzeichnet, daß man getrennt mehrere Blöcke nach einem Verfahren , das mit einem der vorhergehenden Ansprüche übereinstimmt, bearbeitet, um so auf mindestens einem ^r-feil einer Fläche von jedem der Blöcke einen bestimmten Teil des genannten Profils herzustellen, und man die bearbeiteten Blöcke so zusammenstzt, daß das Stück auf einer seiner Flachem das vollständige Profil zeigt.

11. Vorrichtung zur Ultraschallbearbeitung für die Benutzung von Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Bearbeitungstrog, einen Halter für das zu bearbeitende Stück, Mittel zur Aufbringung von Schwingungen von Ultraschallfrequenz auf ein zu bearbeitendes Stück, Mittel zum Antrieb eines zu bearbeitenden Stücks zu einer senkrechten Verlagerung und Mittel zur Befestigung eines Werkzeuges auf dem Boden des Bearbeitungstroges hat, gekennz eichnet dadurch, daß sie einen Generator für elektrische Signale von Ultraschallfrequenz, ein Schwingstück, das an diesen Generator über einen Umwandler von elektrischen Schwingungen in mechanische Vibrationen gekoppelt ist, mindestens eine Zuleitung für ein Schleifmittel, das von einer Flüssigkeit transportiert wird, wobei diese Leitung imlnneren des Bearbeitungstroges mündet und dazu fähig ist, die Mischung Flüssigkeit / Schleifmittel zu einem Niveau oberhalb der oberen der oberen Fläche des Werkzeugs zu bringen, und eine Vorrichtung zur Rückführung der Mischung Flüssigkeit / Schleifmittel, die an eine Öffnung im Boden des Bearbeitungstroges angeschlossen ist, besitzt,

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11 gekennz eich n.Bt cUadurch, daß sie mindestens eine zweite Zuführungsleitung für die Mischung von Flüssigkeit / Schleifmittel hat, die mit einer Öffnung im Boden des Bearbeitungstroges in Verbindung steht und die mit Kanälen in einem Werkzeug in Verbindung gebracht werden kann.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 und 12dadurch gekennzeicnet , daß dio Vorrichtung zur Rückführung einen Klärtrog, der an die Ausgangsöffnung des Bearbeitungstroges angeschlossen ist, ein Rückführungsbecken, das tiefer liegt als der Klärtrog, Mittel zur Durchmischung der Mischung Flüssigkeit / Schleifmittel in dem Rückführungsbecken und eine Pumpe, die einerseits mit dem Rückführungsbecken und andererseits mit jeder Leitung zur Zuführung der Mischung Flüssigkeit / Schleifmittel verbunden ist, besitzt.

14-. Vorrichtung zur Ultraschallbearbeitung gekennzeich net dadurch , daß sie ein zu bearbeitendes Stück, dessen eine err.te Fläche mittels eines Werkzuegs bearbeitet wird, das ein profil umgekehrt zu dem, das auf dieser Fläche zu erzeugen ist, trägt, und ein metallisches Stück zur Übertragung der Schwingungen - oder Schwingstück - hat, das an einem ersten Ende an einen Umwandler von elektrischen Schwinf gungen in mechanische Vibrationen angeschlossen werden kann, wobei das zu bearbeitende Stück und das Schwingstück durch ein Verbindungsmittel zusammengebracht werden, welches die Fläche des zu bearbeitenden Stücks gegenüber seiner ersten Fläche mit dem Ende des Schwingstücks gegenüber seinem ersten Ende verbindet.

15· Vorrichtung nach dem Anspruch 14 gekennz eichnet d a u r c h , daß dieses Verbindungsmaterial metallisch ist,

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16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14- und 15 dadurch gekennzeichnet , daß das zu bearbeitende Stück ein Graphitblock ist.

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