DE2721804A1

DE2721804A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektroerosiven bearbeitung

Info

Publication number: DE2721804A1
Application number: DE19772721804
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1976-05-14
Filing date: 1977-05-13
Publication date: 1977-12-01
Also published as: DE2721804C2; GB1548817A; US4321450A; US4205213A; IT1079657B

Description

581-26.913P(26

Inoue-Japax Research Incorporated, Yokohamashi, Kanagawaken (Japan

Verfahren und Vorrichtung zur elektroerosiven

Bearbeitung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung, wobei insbesondere eine Drahtelektrode durch eine Bearbeitungszone in einem Werkstück bewegt wird, das relativ hierzu und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Drahtelektrode versetzt oder verschoben wird.

Bei dieser elektroerosiven Bearbeitung, die allgemein als "Drahtschnitt-EDM" (EDM = elektroerosive Bearbeitung) oder "Drahtbewegungs-EDM" bezeichnet ist, wird die gespannte Drahtelektrode zur Bewegung durch eine in das Werkstück zu schneidende Bearbeitungszone verschoben und mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespült, die gewöhnlich destilliertes Wasser oder flüssiges Dielektrikum ist, und eine Folge elektrischer Impulse liegt am Bearbeitungs-

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spalt zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück, um zeitlich beabstandete elektrische Entladungen zwischen diesen zur Materialabtragung vom Werkstück zu bewirken.

Vorzugsweise wird die Drahtelektrode von einer Vorratsspule zugeführt und nach Durchgang durch die Bearbeitungszone zwischen zwei Halte- und Führungsgliedern, die die sich bewegende Drahtelektrode zwischen sich spannen, durch einen Antriebsmotor zu einer Aufwickelspule gebracht, wobei die mechanische Spannung der Drahtelektrode zwischen den Führungsgliedern durch eine geeignete Bremse gesteuert wird, die an einer Stelle oder an Stellen in deren Bewegungsweg vorgesehen ist.

Die senkrechte Verschiebung des Werkstückes relativ zur bewegten Drahtelektrode erfolgt zur Materialabtragung gewöhnlich automatisch durch ein Steuersystem mit programmierten Befehlen, die eine vorbestimmte Schnittbahn oder ein Schnittmuster festlegen.

Um eine ausreichende Bearbeitungsgenauigkeit zu erzielen, muß eine dünne Drahtelektrode verwendet werden, die einen Durchmesser von 0,05 bis 0,5 mm aufweist. Damit wird aber bisher die erzielbare Leistung bei der Bearbeitung eingeschränkt. Ein so dünner Draht mit einer gegebenen gewünschten Spannung bricht nämlich leicht selbst beim zufälligen Auftreten eines Lichtbogens oder Kurzschlusses mit dem Werkstück. Auf diese Weise sind erzielbare Leistung bei der Bearbeitung oder Abtragungsgeschwindigkeit auf einen ungenügenden Wert begrenzt, da der Drahtbruch zwangsläufig auftritt, wenn eine Verbesserung der Bearbeitung oder Erhöhung der Geschwindigkeit der relativen Verschiebung versucht werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung der oben

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beschriebenen Art anzugeben, wobei ein Bruch der Drahtelektrode praktisch ausgeschlossen und eine erhöhte Bearbeitungsleistunp; oder Abtragungsgeschwindigkeit ohne Verlust an Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum elektroerosiven Bearbeiten eines leitenden Werkstückes, bei ^lern eine bewegte Drahtelektrode und das Werkstück relativ senkrecht zur Bewegungsrichtung der Drahtelektrode verschoben werden und einen Bearbeitungsspalt dazwischen bilden, dem eine Bearbeitungsflüssigkeit zugeführt wird, wobei eine Folge elektrischer Impulse am Werkstück und an der Elektrode liegt, um zur Materialabtragung vom Werkstück im Spalt Bearbeitungsentladungen zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtelektrode in Schwingung mit einer Frequenz nicht unter 100 Hz versetzt wird.

Es hat sich gezeigt, daß durch übertragung einer derartigen Schwingung auf die bewegte Drahtelektrode deren Bruch praktisch ausgeschlossen und eine stabile Bearbeitung ermöglicht werden kann, wodurch Abtragungsgeschwindigkeit und Leistung bei der Bearbeitung beträchtlich erhöht werden.

Die Schwingungsfrequenz liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 und 50 kHz, die Amplitude liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 und 5 ,um und kann aber auch etwas kleiner als die Abmessung des Bearbeitungsspalts sein, z. B. 50 ,um.

Die Schwingung wird auf die Drahtelektrode in einer Richtung senkrecht zur Achse der bewegten Drahtelektrode übertragen, so daß eine gewellte Schwingungsbewegung mit mehr als zwei Schwingungsknoten und Schwingungsbäuchen im Draht erzeugt wird, der zwischen den beiden Führungsgliedern bewegt ist, die auf entgegengesetzten Seiten bezüglich des

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Werkstückes vorgesehen sind.

Durch übertragen einer Schwingung oder gewellten Schwingungsbewegung auf die Drahtelektrode, die gespannt und axial zwischen zwei Draht-Führungsgliedern bewegt ist, wird vermutlich

eine Pumpwirkung in der Bearbeitungszone erzeugt, um Abtragen oder Entfernen bearbeiteter Produkte hiervon zu erleichtern, d. h. von Spänen und Gasen; es wird jedoch, was wesentlich wichtiger ist, gewährleistet, daß aufeinanderfolgende Entladungen in der Bearbeitungszone über der gesamten Dicke des Werkstückes verstreut auftreten, so daß die Entladungen nicht auf einen einzigen Punkt oder Bereich der durch das Werkstück bewegten Drahtelektrode konzentriert werden. Weiterhin wird der Kontaktwiderstand an Führungsflächen und anderen Kontaktteilen mit der Drahtelektrode wesentlich verringert, was jedoch weniger bedeutend ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zur übertragung einer kleinen Schwingung auf die Drahtelektrode ein elektromagnetischer Schwinger oder ein Schall- oder Ultraschall-Horn vorgesehen sein. Dieser kann ein magnetostriktives Bauelement oder ein piezoelektrisches Bauelement haben, das mit einer entsprechenden Erregerschaltung gekoppelt ist.

Der Schwinger oder das Horn ist vorzugsweise mit seinem Schwingkopf in Berührung mit einem der beiden Draht-Führungsglieder, durch die der bewegte Draht von der Bearbeitungszone weg oder in diese geführt wird.

Weiterhin wird die Bearbeitungsflüssigkeit vorzugsweise zum Draht als die Stelle durchströmend geführt, an der das schwingende Ende des Schwingers in Berührung mit dem Draht kommt, so daß die am Schwingkörper erzeugte Wärme ausreichend abgeführt wird, um schädliche Erhitzung der Drahtelektrode zu vermeiden.

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Schließlich fällt vorzugsweise die Ebene der Drahtschwingung mit der Richtung der relativen Verschiebung des Werkstückes zur bewegten Drahtelektrode zusammen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. I einen schematischen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3a, vergrößerte schematische Schnitte verb, c und schiedener Beispiele eines Schwingers d bei der Erfindung,

Fig. b einen schematischen Teilschnitt eines

dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5 eine ähnliche Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer Steuereinheit zum Steuern der Betriebsart des Schwingers abhängig vom Zustand in der Bearbeitungszone entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung,

Fig. 6 schematische Darstellungen mit der schwin- und 7 genden Drahtelektrode neben dem Werkstück,

Fig. 8 einen schematischen Schnitt eines fünften

Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer Kühleinrichtung für den Schwingerkörper entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung,

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Fig. 9 verschiedene Bearbeitungskennlinien in Abhängigkeit vom Widerstandswert der Bearbeitungsflüssigkeit, um deren bevorzugten Bereich für bessere Bearbeitungsergebnisse zu zeigen,

Fig. 10 die Zeitabhängigkeit des Widerstandswertes der BearbeitungsflUssigkeit,

Fig. 11 einen schematischen Schnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung einschließlich einer Einheit zum Optimieren der Betriebsart des Draht-Schwingers, und

Fig. 12a eine Drahtelektrode, die mit verschiedener b und c Anzahl von Schwingungsknoten und -bauchen schwingt.

In Fig. 1 wird eine Drahtelektrode 1 von einer Vorratsspule 2 zugeführt und auf eine Aufwickelspule 3 gewickelt, während sie durch zwei Glieder h und 5 getragen und geführt

wird. Die bewegte Verschiebung der Drahtelektrode 1 erfolgt durch einen (nicht dargestellten) Motor mit geeigneter (nicht dargestellter) Bremse, so daß der Draht 1 unter gesteuerter mechanischer Spannung zwischen dem Träger und den Führungsgliedern 4 und 5 durch den Bearbeitungsspalt zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 6 daneben bewegt wird. Zwei Düsen 7 und 7' führen eine Bearbeitungsflüssigkeit dem Spalt zwischen dem Werkstück 6 und der bewegten Drahtelektrode 1 zu, an dem eine Folge elektrischer Impulse von einer (nicht dargestellten) Stromquelle liegt, um Bearbeitungsentladungen dazwischen zu erzeugen.

Das Werkstück 6 ist auf einem (nicht dargestellten) Werktisch gesichert, und eine relative Verschiebung zwischen dem Werktisch und der Drahtelektrode 1 entlang der x- und der y-Achse erfolgt in einem programmierten Muster.

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In Berührung mit einem Trag- und Führungsglied 5 ist ein Schwingmagnet 8 vorgesehen, der durch eine HF-Wechselstroraquelle 9 einer Frequenz nicht unter 100 Hz erregbar ist, um eine Schwingung auf die zwischen den Trag- und Führungsgliedern k und 5 unter mechanischer Spannung bewegte Drahtelektrode 1 zu übertragen. Wenn so eine Lichtbogenentladung oder ein Kurzschluß im Bearbeitungsspalt auftritt, kann er -^üchanisch durch eine / der E?rahtelektrode gelöscht werden, und die Kontaktreibung über den Führungsgliedern wird merklich verringert. Weiterhin wird durch die Drahtschwingung das Entfernen der im Bearbeitungsspalt erzeugten Bearbeitungsprodukte und -gase erleichtert, die sonst die Bearbeitungsstabilität stören, so daß stabiles ständiges Bearbeiten ohne Bruch der Drahtelektrode und mit erhöhter Abtragungsgeschwindigkeit möglich ist.

Die Schwingung erfolgt mit einer Amplitude in einem Bereich zwischen 1 und 50 ,um, vorzugsweise 1 und 5 /Um, und mit einer Frequenz nicht unter 100 Hz, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 50 kHz.

Beispiel 1

Ein Werkstück aus SKD-IO mit einer Dicke von 10 mm wird mit einer Kupferdrahtelektrode eines Durchmessers von 0,2 mm und mit destilliertem Wasser eines spezifischen Widerstandes von 5 · 10 0hm·cm bearbeitet. Die angelegten elektrischen Impulse haben einen Spitzenstrom von 30 A, eine Impulsdauer von 10 «us und eine Impuls-Zwischen- bzw. Ausschaltzeit von 20 ,us. Wenn keine.Schwingung auf die Drahtelektrode übertragen wird, beträgt die Abtragungsgeschwindigkeit 1,2 mm/min; wenn eine Schwingung auf die Drahtelektrode mit einer Frequenz von 30 kHz und einer Amplitude von 1 ,um bzw. von 30 kHz und 3 ,um bzw. von 1 kHz und 2 ,um übertragen wird, erhöht sich dagegen die Abtragungsgeschwindigkeit auf 2,3 mm/min bzw. 2,0 mm/min bzw. 1,8 mm/min.

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Al

Der Schwinger 8 ist für das Führungsglied 5 besonders vorteilhaft. Der Reibungswiderstand auf diesem Teil wird so merklich verringert, daß die Drahtelektrode mit hoher Geschwindigkeit und größerer mechanischer Spannung ohne Bruch verschoben werden kann.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine periodische Zugspannung an der bewegten Drahtelektrode 1 liegt, um diese durch eine Anordnung aus einem Magneten 10, einer bewegten Spule 11 und einem Draht 12 in der Nähe eines der Führungsglieder 5 in Schwingung zu versetzen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die bewegte Spule 11 durch eine (nicht dargestellte) HF-Wechselstromquelle erregt, um eine Schwingung mit entsprechender Frequenz auf die Elektrode 1 durch einen Kopplungsdraht 12 in der durch Pfeile angedeuteten Richtung zu übertragen. Damit wandert oder schwankt der Entladungspunkt, Kurzschlußpunkt oder Berührungspunkt auf dem Werkstück 6 mit der Drahtelektrode 1 ständig, so daß ein gegebenenfalls auftretender Kurzschluß sofort gelöscht oder verhindert wird, um die Drahtelektrode 1 vor einem Bruch zu bewahren, so daß kontinuierliche Bearbeitung mit erhöhter Stabilität möglich ist.

Beispiel 2

Wenn beim Bearbeiten einem Werkstück aus SKD-IO der beim Beispiel 1 beschriebenen Art der bewegten Drahtelektrode unter mechanischer Spannung von 600 g eine Spannungsänderung von - 100 g bei einer Frequenz von 1 kHz übermittelt wird, beträgt die Abtragungsgeschwindigkeit dann 1,9 nun/min. Wenn die gleiche Spannungsänderung bei einer Frequenz von 3 kHz erfolgt, beträgt die Abtragungsgeschwindigkeit 2,0 mm/ min. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Spannungsänderung in einem Bereich zwischen 300 g und 5 g bei mittlerer Spannung von 600 g die Frequenz vorzugsweise zwischen 1 und 50 kHz liegt.

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Pig. 3 zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schwingers. Insbesondere hat ein Führungsglied 13 ein magnetostriktives oder piezoelektrisches Bauelement 14, das mit dem Schwingglied verbunden und durch eine Wicklung 1*1 erregbar ist, um die Drahtelektrode 1 in Schwingungen zu versetzen (Fig. 3a). Das Führungsglied kann auch aus einem magnetostriktiven oder piezoelektrischen Bauelement 15 bestehen. Weiterhin kann das die bewegte Drahtelektrode 1 aufnehmende Führungsglied 17 mit einem magnetostriktiven oder piezoelektrischen Bauelement 18 verbunden sein (Fig. 3c). Schließlich kann das Führungsglied selbst aus einem magnetostriktiven oder piezoelektrischen Bauelement bestehen (Fig. 3d). Der Schwinger kann durch ein thermostriktives Bauelement oder ein Ultraschall-Horn abgewandelt werden.

Durch Einwirken einer Schwingung auf die Drahtelektrode 1 in der mit der Schnittrichtung zusammenfallenden Richtung (vgl. Fig. 1) kann der Bearbeitungs-überschnitt auf einem kleinen Wert gehalten werden.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Schwingungsrichtung numerisch gesteuert ist. Ein ein (nicht dargestelltes) Werkstück tragender Werktisch 20 wird in einer x-y-Ebene unter numerischer Steuerung (NC-Steuerung) durch einen X-Achsen-Motor 21 und einen Y-Achsen-Motor 22 verschoben, die gesteuert durch eine NC-Anlage 23 angetrieben werden, um das Werkstück relativ zur bewegten Drahtelektrode 1 entlang eines programmierten Weges zu verschieben. Ein Elektroden-Führungsglied 2k hat einen ersten Schwinger 25, der durch eine Stromquelle 26 erregt wird, um die Drahtelektrode 1 in einer X-Richtung in Schwingung zu versetzen, und einen zweiten Schwinger 27, der durch eine Stromquelle 28 erregt wird, um die Drahtelektrode 1 in einer Y-Richtung in Schwingung zu versetzen. Wenn so der Bearbeitungsvorschub entlang der X-Achse durch den Motor 21 erfolgt,

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wird der Schwinger 25 betrieben, um die Drahtelektrode 1 in der X-Richtung in Schwingung zu versetzen; wenn die Bearbeitung entlang der Y-Achse durch den Motor 22 erfolgt, wird der Schwinger 27 betrieben, um eine Schwingung auf die Drahtelektrode 1 in der Y-Richtung zu übertragen, so daß die Schwingungsrichtung mit der Bearbeitungsrichtung weiter zusammenfällt.

Indem auf diese Weise ständig die zu erzeugende Drahtschwingung in der Richtung mit der Bearbeitungsrichtung zusammenfällt, kann eine erhöhte Genauigkeit erzielt und ein überschnitt möglichst klein gemacht werden, der ungefähr die Hälfte des Uberschnittes beträgt, der bei einer Schwingung ohne Richtungssteuerung auftritt.

Beispiel 3

Eine Kupferdrahtelektrode mit einem Durchmesser von 0,2 mm, die über eine Saphir-Führung mit polierter oder geläppter Oberfläche mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min und unter mechanischer Spannung von 500 g bewegt wird, ist in einer Richtung, die mit der Bearbeitungsrichtung zusammenfällt, mit einer Frequenz von 100 kHz in Schwingungen versetzt, indem ein piezoelektrisches Bauelement aus 55 % PbZrO-, und 45 % PbTiO, auf der Oberfläche der Führung verwendet wird. Die sich ergebende Bearbeitungsgenauigkeit und der überschnitt betragen jeweils 25 /Um bzw. 21 ,um.

Bei einem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen für einander entsprechende Teile wie bei den obigen Ausfuhrungsbeispielen ist ein Steuerglied 30 vorgesehen, das auf den Bearbeitungszustand im Spalt zwischen der bewegten Elektrode 1 und dem hierzu verschobenen Werkstück 6 anspricht; weiterhin sind Anschlüsse 29 vorgesehen, die eine (nicht dargestellte) Stromquelle elektrisch mit dem Werkstück 6 und der Drahtelektrode

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AS

1 verbinden. Das Steuerglied 30 ist so an ein Potentiometer 31 über dem Werkstück 6 und der Drahtelektrode 1 angeschlossen, um die Spannung am Bearbeitungsspalt zu überwachen, so daß Amplitude und/oder Frequenz der auf die Drahtelektrode 1 durch den Schwinger 8 übertragenen Schwingung durch die Stromquelle 9 steuerbar sind.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, wird eine gewellte Bewegung in der bewegten Drahtelektrode 1 erzeugt, indem auf .liese eine Schwingung übertragen wird. Fig. 7 zeigt eine ähnliche gewellte Bewegung mit niederer Frequenz oder mit geringerer Anzahl von Schwingungsknoten und -bauchen. Diese Figuren zeigen, daß durch übertragen einer gewellten Schwingungsbewegung auf die bewegte Drahtelektrode 1 dem Werkstück 6 in jedem Zeitpunkt ein Teil oder Teile der Drahtelektrode angenähert sind, die einen Schwingungsbauch oder Schwingungsbäuche der gewellten Bewegung darstellen, um dort Bearbeitungsentladungen ohne Einschränkung der Bearbeitung durch die Schwingungsfrequenz zu erleichtern.

Das Steuerglied 30 wird betrieben, um die Schwingungsfrequenz zu erhöhen, wenn die Spaltspannung infolge eines Kurzschlusses oder einer Lichtbogenentladung abfällt, und um die Frequenz zu verringern, wenn eine gewöhnliche Entladung wieder aufgenommen wird. Es kann auch betrieben werden, damit die Schwingung weiter mit geringer oder Null-Amplitude fortdauert, solange Entladungen in gewöhnlicher Weise weiter auftreten, und damit die Schwingungsamplitude erhöht wird, wenn ein Kurzschluß oder Lichtbogen entsteht.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Schwingereinheit, die hier aus einem Schwingkopf 32, einem Wandler oder Meßumformer 33 und einem Ubertragerhorn J>k besteht, mit einem Kühlmittel gekühlt wird. Der Schwingkopf 32 ist in Berührung mit einem der Drahtträger- und Führungsglieder M und 5» und die gesamte Schwingeranordnung befindet sich in einem Gehäuse 35» das mit dem

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Ab

Kühlmittel über einen Einlaß 36 gefüllt ist, obwohl lediglich auch der Kopfteil 32 in einem derartigen Gehäuse 35 vorgesehen werden kann.

Wenn eine Schwingung kontinuierlich einwirkt, wird der Schwingkopf leicht erhitzt, so daß sich die mechanische Genauigkeit derartiger Maschinenteile als Führungsglieder verschlechtern kann und die Schwingung in einer gewünschten Mode nicht zu erreichen ist, was zur Diskontinuität der Schwingung mit der Haltbarkeit und sogar zu einem Bruch der Drahtelektrode führen kann. Diese Nachteile werden mit der Kühlanordnung der Fig. 8 wirksam überwunden.

Als KühHittel kann die Bearbeitungsflüssigkeit verwendet werden, jedoch kann in gleicher Weise auch Gas, wie z. B. Luft, vorgesehen sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in vorteilhafter Weise die Bearbeitungsflüssigkeit

(d. h. Wasser) eines spezifischen elektrischen Widerstan-

2 k

des im Bereich zwischen 5 * 10 und 5 * 10 Ohm«cm verwendet wird, was viel niedriger als bisher vorgesehene Werte ist, insbesondere wenn eine Schwingung oder eine gewellte Schwingbewegung einer Frequenz nicht unter 100 Hz und vorzugsweise im Bereich zwischen 10 und 50 kHz auf die bewegte Drahtelektrode übertragen wird, die senkrecht zum Werkstück verschoben ist. Es wird bisher allgemein bei der elektroerosiven Bearbeitung vorausgesetzt, daß eine Bearbeitungsflüssigkeit, wie z. B. Kerosin (Petroleum), Transformatorenöl,einer ausreichenden dielektrischen Stabilität oder eines spezifischen elektrischen Widerstandes verwendet wird oder die Bearbeitungsflüssigkeit aus behandeltem oder destilliertem Wasser mit einem spezifischen elektrisehen Widerstand nicht unter 10 bis 10' 0hm·cm besteht, so daß der zwischen der Elektrode und dem Werkstück vorzusehende Bearbeitungsspalt ausreichend schmal sein muß (insbesondere 10 bis 20 ,um), damit dort sofort elektrische Entladung ent-

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stehen kann. Als Folge werden Bearbeitungsspäne und andere Produkte aus dem Bearbeitungsspalt nicht sofort entfernt, und der sich dadurch bildende Lichtbogen und Kurzschluß be grenzt in unerwünschter Weise Bearbeitungsstabilität und -strom und damit die erzielbare Abtragungsgeschwindigkeit bzw. -rate oder Schnittgeschwindigkeit.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von Wasser als Bearbeitungsfluid mit dem oben angegebenen niederen spezifischen Widerstand einen 2- bis 3-mal ausgedehnten Bearbeitungsspalt ermöglicht, was das Entfernen von Bearbeitungsprodukten erleichtert und weiter zu erhöhtem Bearbeitungsstrom und besserer Stabilität führt. Es sei auch darauf hingewiesen, daß nicht besonders behandeltes gewöhnliches Wasser mit einem spezifischen Widerstand

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zwischen 10 und 10^ Ohm-cm direkt verwendbar ist.

Beispiel M

Mittels einer gewöhnlichen Kupferdrahtelektrode mit einem Durchmesser von 0,02 mm wird ein Werkstück aus SKD-Il mit elektrischen Impulsen einer Impulsdauer von 5 /US, einer Impuls-Ausschaltzeit von 20 ,us und eines Impuls-Spitzenstromes von 27 A bearbeitet. Als Bearbeitungsflüssigkeit dient gewöhnliches Wasser, dessen spezifischer Widerstand durcl
ist.

durch Ionenaustausch von 10 0hm«cm bis 10' 0hm«cm geändert

In Fig. 9 sind Versuchsergebnisse aufgetragen mit dem Abstand des Bearbeitungsspaltes in mm, der Abtragungsgeschwindigkeit in mm/min, der relativen Elektrodenabnutzung in $, dem überschnitt in mm und der Oberflächen-Rauhigkeit (Rauhwert) in .uRmax auf der Ordinate und dem spezifischen Widerstand von Wasser als Bearbeitungsflüssigkeit in 0hm·cm auf der Abszisse. Es zeigt sich, daß der Be-

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arbeitungsspalt, der 0,01 bis 0,02 nun bei der Verwendung von destilliertem Wasser mit einem spezifischen Widerstand

6 7 von 10 bis 10' Ohm-cm gewöhnlich betragen muß, auf 0,04 bis 0,05 nun ausgedehnt werden kann, wenn der spezifische Widerstand nur 10* bis 10 Ohm-cm beträgt. Die Abtragungsgeschwindigkeit steigt scharf an, wenn der spezifische Widerstand unter 5 · 10 Ohm·cm geändert wird, während der relative Elektrodenverschleiß bei einem auf 10 bis 5 * 10-* Ohm «cm herabgesetzten spezifischen Widerstand steil abfällt; insbesondere sei darauf verwiesen, daß der relative Elektrodenverschleiß, der 80 % bei einem spezifischen Widerstand über Ohm-cm beträgt, auf 20 % bei einem spezifischen Widerstand von 10^ bis 10 Ohm-cm abfällt. Der überschnitt, der mit abnehmendem spezifischen Widerstand anwächst, steigt scharf bei einem spezifischen Widerstand im Bereich von 10 bis 5 * 10² Ohm-cm an, während die Oberflächen-Rauhigkeit ,uRmax mit abnehmendem spezifischen Widerstand verringert wird.

Aus diesen Bearbeitungskennlinien folgt, daß bessere Bearbeitungsergebnisse mit Wasser als Bearbeitungsflüssigkeit erzielt werden, dessen spezifischer Widerstand zwischen

h ο

5 * 10 Ohm-cm und 5 · 10 Ohm-cm liegt, wobei um den ersten Wert die Abtragungsgeschwindigkeit merklich ansteigt, während der relative Elektrodenverschleiß abfällt, und wobei um den letzten Wert der überschnitt ansteigt, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit verringert wird.

Es wurde auch beobachtet, daß der spezifische Widerstand der im Bearbeitungsspalt elektrischen Entladungen unterworfenen Bearbeitungsflüssigkeit mit der Zeit abnimmt. In Fig. 10 ist eine Kurve aufgetragen, die die zeitliche Veränderung (in min) des spezifischen Widerstandes von Wasser mit einem Anfangswert von 50 · 10 0hm·cm zeigt. Eine mögliche Erklärung für diese Änderung liegt darin, daß der Widerstandskoeffizient von Wasser mit steigender Temperatur negativ ist und die Lösungsgeschwindigkeit von Kohlendioxid aus Luft und damit dessen im Wasser gelöste absolute Konzentration mit steigender Temperatur zunimmt.

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Dies zeigt klar, warum es vorteilhaft ist, die BearbeitungsflUssigkeit durch die Bearbeitungszone zu spülen oder leiten. Die Änderung des spezifischen Widerstandes kann auch vermieden werden, wenn die Elektrode durch die Bearbeitungszone bewegt wird (vgl. oben). Wenn beide Maßnahmen ergriffen werden, kann eine Bearbeitung durch elektrische Entladung mit maximalem Wirkungsgrad und hoher Genauigkeit erzielt werden, indem Wasser als Bearbeitungsflüssigkeit verwendet wird,

ρ dessen spezifischer Widerstand im Bereich zwischen 5 · 10 und 5 · 10 Ohm·cm liegt.

In Fig. 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein Zeitgeber ¹IO für den Wandler oder Meßumformer vorgesehen ist, der den Oszillator 9 erregt, um veränderlich den Betriebszustand der Schwingereinheit 8 so zu steuern, daß die Stellen oder die Anzahl der Schwingungsbäuche oder -knoten einer gewellten Schwingung geändert wird, die der bewegten Drahtelektrode während der Bearbeitung übertragen wird.

Wie bereits oben erwähnt wurde, ist die Schwingereinheit 8 mit einem Schwingkopf 32, einem Ubertragungshorn 34 und einem Wandler oder Meßumformer 33 versehen. Wenn der Wandler durch den Oszillator 9 erregt wird, gibt der durch den Wandler betätigte Schwingkopf 32 eine Schwingung an das Pührungsglied k ab, so daß eine gewellte Schwingung mit Schwingungsknoten a und Schwingungsbäuchen b (vgl. Fig. 12) auf die Drahtelektrode 1 übertragen wird, die unter mechanischer Spannung zwischen den Führungsgliedern 4 und 5 bewegt wird und in die Bearbeitungszone zwischen dem Werkstück 6 und der Drahtelektrode 1 vorrückt. Der Verlauf (Mode) der gewellten Schwingung ist genau durch Einstellen des Abstandes zwischen den Führungsgliedern 4 und 5, der mechanischen Spannung an der Drahtelektrode 1 und der Frequenz sowie Amplitude des Oszillators 9 einstellbar.

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Wenn die Eigenschaften der gewellten Schwingung konstant gehalten werden, bleiben die Teile des Werkstückes, die den Schwingungsbäuchen gegenüberliegen, und die Teile, die den Schwingungsknoten gegenüberliegen, jeweils konstant, so daß die dem Schwingungsbauch gegenüberliegenden Teile im Vergleich zu den dem Schwingungsknoten gegenüberliegenden Teile zu stark geschnitten werden, was zu einer unregelmäßig bearbeiteten oder mit welligem Profil versehenen vorderen Schnittfläche im Werkstück führt. Dieser Nachteil kann durch das Ausführungsbeispiel der Fig. 11 überwunden werden.

Beim System der Fig. 11 ist die Zeit-Steuereinheit MO so ausgelegt, daß die Schwingfrequenz des Oszillators 9 in vorbestimmten Intervallen geändert wird. Wie oben erläutert wurde, wird durch Ändern der Schwingfrequenz des Oszillators 9 die Anzahl der in der Drahtelektrode 1 zwischen den Führungsgliedern 4 und 5 hervorgerufenen Wellen geändert, und die Lage der Schwingungsknoten und der Schwingungsbäuche hiervon wird verschoben. Wenn die Drahtelektrode, die in einer Mode der Fig. 12a schwingt, eine erhöhte Schwingfrequenz durch Vergrößern der Frequenz des Oszillators 9 aufweist, entsteht die Drahtschwingung in einer Mode der Fig. 12b oder 12c mit einer entsprechenden Verschiebung der Schwingungsknoten und der Schwingungsbäuche. Wenn alle Kombinationen der Moden der Schwingungen a, b und c in vorgewählten Zeitintervallen geändert werden, so folgt daraus, daß eine konstante Änderung oder Verschiebung der Stellen der Schwingungsknoten und der Schwingungsbäuche auftritt, was eine einheitlich bearbeitete Vorderfläche des Werkstückes gewährleistet.

Die Schwingungsmoden können erfindungsgemäß auf verschiedene Weise geändert werden. So kann ein Ringzähler nacheinander die Schwingungsmoden a, b und c erzeugen. Die Verschiebung der Schwingungsknoten und Schwingungsbäuche kann auch durch Änderung der mechanischen Spannung an der Drahtelektrode 1 zwischen den Führungsgliedern 4 und 5 erfolgen, indem eine Bremsrolle 41 und eine Antriebsrolle 42 gesteuert werden. Es ist auch möglich, den Abstand

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zwischen den Pührungsgliedern 4 und 5 periodisch zu ändern oder ein drittes (nicht dargestelltes) Führungsglied zwischen diesen vorzusehen und dessen Stellung periodisch zu ändern.

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Claims

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Ansprüche

erfahren zum elektroerosiven Bearbeiten eines leitenden erkstückes,

bei dem eine bewegte Drahtelektrode und das Werkstück relativ senkrecht zur Achse der bewegten Drahtelektrode verschoben werden und dazwischen einen Bearbeitungsspalt bilden,

bei dem eine Bearbeitungsflüssigkeit dem Bearbeitungsspalt zugeführt wird, und

bei dem eine Folge elektrischer Impulse an dem Werkstück und der Drahtelektrode angelegt wird, um Bearbeitungsentladungen im Bearbeitungsspalt zum Materialabtrag vom Werkstück zu bilden, dadurch gekennzeichnet,

daß die Drahtelektrode (1) in Schwingungen mit mindestens 100 Hz Frequenz versetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz gleich 1-50 kHz gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Schwingungsamplitude gleich 1-50 ,um gewählt wird.

M. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schwingungsamplitude gleich 1-5 ,um gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Drahtelektrode (1) zwischen zwei Führungsgliedern (*», 5) gespannt und bewegt wird, und

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daß die Drahtelektrode (1) nahe einem der Führungsglieder (4, 5) in Schwingung versetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß das eine Führungsglied durch ein Kühlmittel gekühlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Schwingungsebene so gesteuert wird, daß sie mit der Schnittrichtung der Drahtelektrode (1) durch das Werkstück (6) zusammenfällt.

8. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Schwingung mit dem Bearbeitungszustand im Bearbeitungsspalt geändert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß für die Bearbeitungsflüssigkeit Wasser mit einem fische
wählt wird.

2 ^ spezifischen Widerstand von 5 · 10 - 5 · IO Ohm·cm ge10. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Schwingungsparameter periodisch geändert wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

mit einer beweglichen Drahtelektrode und einem Werkstück, die relativ senkrecht zur Achse der bewegten Drahtelektrode verschiebbar sind und dazwischen einen Bearbei-

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tungsspalt bilden,

mit einer Zuführeinrichtung für Bearbeitungsflüssigkeit zum Bearbeitungsspalt, und

mit einem Generator, der elektrische Impulse an das Werkstück und die Drahtelektrode legt, um Bearbeitungsenfadungen im Bearbeitungsspalt zur Abtragung von Material vom Werkstück zu erzeugen, gekennzeichnet durch

einen Schwinger (8), der die bewegliche Drahtelektrode Cl) in eine Frequenz nicht unter 100 Hz versetzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz zwischen 1 und 50 kHz liegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Schwingungsamplitude zwischen 1 und 50 ,um liegt.

IM. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schwingungsamplitude zwischen 1 und 5 ,um liegt.

15· Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch

zwei Führungsglieder (4, 5), die die Drahtelektrode (1) spannen, auf die die Schwingung in der Nähe eines der Führungsglieder (iJ, 5) übertragbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch

eine weitere Zuführeinrichtung von Kühlmittel zu einem der Führungsglieder (U, 5).

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-μ-

272180Α

17. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Schwingungsebene mit der Schnittrichtung der Drahtelektrode (1) durch das Werkstück (6) zusammenfällt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 11,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zur Änderung der Schwingung mit dem Bearbeitungszustand im Bearbeitungsspalt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Bearbeitungsflüssigkeit Wasser mit einem

2 4 spezifischen Widerstand zwischen 5 * 10 und 5 · 10 Ohm·cm

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