DE2833765A1

DE2833765A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die spuelung der bearbeitungszone beim funkenerosiven schneiden mit ungestoertem spuelstrom

Info

Publication number: DE2833765A1
Application number: DE19782833765
Authority: DE
Inventors: Beat Kilcher
Original assignee: Agie Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles SA
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1978-08-01
Publication date: 1979-10-25
Also published as: JPS62181831A; SE7809126L; IT1098720B; FR2423300B1; GB2018662B; JPH0333451B2; JPS63167B2; DE2833765C2; GB2018662A; FR2423300A1; SE444524B; JPS62181832A; CH640161A5; US4263493A; IT7827199A0; JPS54137799A

Description

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A. G. für industrielle Elektronik AGIE Losone b. Locarno Losone / Schweiz

Verfahren und Vorrichtung für die Spülung der Bearbeitungszone beim funkenerosiven Schneiden mit ungestörtem Spülstrom

Priorität: Schweizer Patentgesuch No. IH36/78 vom 18. April 1978

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VERFAHiIEM UND VORRICHTUNG FUER DIE SPUELUNG DER BSARBEI-TUNGSZONE BEIM FUNKENEROSIVEN SCHNEIDEN MIT UNGESTOERTEM SPUELSTROM

Bei den Verfahren des funkenerosiven Schneidens mit einer Drahtelektrode, wie z.B. beschrieben in Nr. 13 der Technischen Rundschau vom 3. April 1970, Seite 9„„»13 (Hallwag-Verlag Bern), wird die Bearbeitungszone z.B. ähnlich wie beim funkenerosiven Senken in ein Arbeitsmedium (Dielektrikum) eingetaucht oder es wird mit Hilfe von Spülstrahlen seitlich Arbeitsmedium zu der Bearbeitungszone zugeführt» .Dieses Arbeitsmedium dient nach allgemeinem Verständnis dazu, den elektrischen Kanal der Einzelentladungen geometrisch sowohl longitudinal als auch transversal einzuengen und dadurch die Abtragswirksamkeit der' Funken zu erhöhen. Gleichzeitig wird das Arbeitsmedium benutzt, um die erzeugten Abtragpartikel· und die entstehenden Gase abzuführen»

Aufgabe der im folgenden beschriebenen Erfindung ist es, das Spülverfahren zu verbessern, um damit eine bessere Beherrschbarke it des Bearbeitungsprozesses und gleichzeitig eine Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit zu errei-

chen. Bei Anlagen, die das funkenerosive Schneiden im Bad ausführen, besteht immer die Schwierigkeit, an der relativ kleinen Bearbeitungszone Dielektrikum mit kontrollierten Leitwerteigenschaften zu haben. Durch das Zumischen von Gas und Abtragpartikeln aus dem Bearbeitungsprozess wird die Medium-Leitfähigkeit immer sehr schnell verändert. Da diese physikalischen Kenngrössen über die Zündwilligkeit auf die Bearbeitungsspaltweite und damit letztlich auf die Präzision des bearbeiteten Werkstückes rückwirken, ist für genaue Bearbeitungen die Beherrschung des Spülzustandes in der Bearbeitungszone notwendig. Dieses Bedürfnis hat dazu geführt, dass man die bereits erwähnten Strahlspülungen einführte. Ein solches Verfahren mit seitlichen Spülkanälen in Verbindung mit den Führungsmitteln für die Drahtelektrode ist beschrieben in der schweizerischen Patentschrift 526 365 (britische Patentschrift 776 172). In der schweizerischen Patentschrift 560 574 (britisches Patent 1475 725 bzw. US-Patent 3.928.163) wird eine weitere Gestaltung der Spülstrahlverfahren durch sogenannte koaxiale Mantelspülung um die Drahtelektrode beschrieben, mit der die Spülverhältnisse in der Bearbeitungszone weiter verbessert werden können. Allen beschriebenen Verfahren der Bearbeitung im Bad, der einfachen Anspülung der Bearbeitungszone, der gezielten Anspülung der Bearbeitungszone und schliesslich der koaxial-gezielten Anspülung der Bearbeitungszone ist gemeinsam der Mangel, dass die Zone entweder ungenügend gespült wird wie im erstgenannten Verfahren oder dass durch die Anwendung von mehreren Spülstrahlen nach den weitergenannten Verfahren, in der Bearbeitungszone gegenseitige Störungen durch die aus verschiedenen Richtungen aufeinander stossenden Spülstrahlen entstehen. Vor allen Dingen ist es nicht möglich, den entstehenden Gasen und dem

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Abtrag bei besonders hohen Werkstücken im Inneren Herr zu werden. Das liegt zum einen daran, dass die Spülstrahlen durch ihre Gegenstrahlwirkung eine Stauung auslösen können und darüber hinaus auch daran, dass durch die entstehenden Gase und die zugemischten Abtragspartikel in den sehr engen Schlitzen keine Kontrollmöglichkeiten für den Leitwertzustand mehr gegeben werden. Es kann zusätzlich eintreten, dass sich durch das Zusammenfügen von zwei Spülstrahlen aus unterschiedlichen Richtungen Turbulenzen und durch Strömungsbeschleunigungen auch Unterdruck-Gebiete ergeben, die dem Gas eine besonders hohe Ausdehnungsfähigkeit vermitteln,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten bei der Beherrschung der Spülung dadurch auszuschalten, dass die Bearbeitungszone zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück nur in einer einheitlichen Richtung kontrolliert durchströmt wird und dass damit ein sicherer und schnellerer Austausch des Spülmediums und ein eindeutiger Abtransport der Gase und Abtragspartikel gewährleistet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst, indem nur von einer Seite des Werkstücks her ein Spülstrom zugeführt wird und durch mechanische Mittel so an die Bearbeittungszone gebracht wird, dass er im geschnittenen Werkstück nur von der Unterseite zur Oberseite oder umgekehrt strömt. Einzelheiten der Erfindung werden an einigen Lösungsbeispielen in den folgenden Figuren beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1: Spülanordnung mit einem Werkstückpaar mit jeweils in einer Richtung durchspülter Bearbeitungszone.

Fig. 2: Spülanordnung mit zwei oder mehr Werkstückpaaren

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mit jeweils In einer Richtung d^rchsjpült'si- Bserbei tungszone.

Fig. 3s Spülanordnung für ein Einzel^erkstück laii einseitiger Spülkananer mit in einer Richtung durchsjülter Bearbeitungssone,

Fig. 4s Spülanordnung mit einem Einzelirjerkstück vjiü eiaseitiger Spülkaramer sowie gegenseitiger Gsgesidruckkammer.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt dis für das Verfahren i»ot/~ wendige Drahtelektrode (1), die an Draht-Führangsköpfen {2} in geometrisch definierter Lage und im allgeHssinen unter einer Zugspannung geführt wird. Eine Beschreibung über Einzelheiten der Ausgestaltung für solche Führungsköpfe {2} ist z.B. enthalten in CH-Patent 594 477 (korrespondierend OS-P-SN 791,055/77). Statt Drahtelektroden können auch hier Baßdelektroden infrage kommen. Die Drahtführungsköpfe sind über die Haltearme (3) mit der Struktur einer Werkzeugmaschine verbunden. Auf dem in der Skizze nicht angedeuteten Tisch dieser Werkzeugmaschine, der die für die Bearbeitung not~ wendigen Koordinatenbewegungen im allgemeinen gesteuert durch eine numerische Steuerungseinrichtung ausführt, sind die Werkstücke (4) aufgespannt. Von einem ebenfalls nicht. gezeichneten Funkengenerator werden an die Bearbeitungszone zwischen den Werkstücken (4) und der Drahtelektrode (I) öle elektrischen Bearbeitungsimpulse geliefert. Die beiden Werkstücke (4) werden nun gemeinsam auf der Werkzeugmaschine aufgespannt und durch einen Dichtungsring (5), der nicht mit der Bearbeitungsgeometrie in Ueberschneidung kommen darf, auf Abstand gehalten. So entsteht zwischen den beiden Werkstücken (4) ein innerer Spülraum, in den durch einen Spül-

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anschluss (6) gesteuert mit einem Hahn (10) in Richtung (7) Arbeitsmedium hineingespült wird. Aufgrund des Zuspüldruckes nimmt das Medium anschliessend seinen Weg zur Austrittsrichtung (8) , durch die Bearbeitungszone (9) zwischen Drahtelektrode (1) und Werkstück (4) hindurch. Wichtig ist, dass aufgrund der Anordnung diese Bearbeitungszone nur in einer eindeutigen Strömungsrichtung durchspült wird.

Es ist natürlich ohne weiteres möglich, statt der gezeichneten kompakten Werkstücke (4) auf jeder Seite auch ein Paket von Einzelblechen aufzuspannen, was in der Praxis sehr häufig bei der Fabrikation von Prototypteilen gemacht wird. Zur Anwendung des beschriebenen Spülverfahrens ist es ebenfalls nicht notwendig, dass die Werkstücke (4) auf beiden Seiten des inneren Spülraumes eine gleiche Dicke besitzt. Das Verfahren bleibt ohne weiteres auch anwendbar, wenn auf der einen Seite nur ein sehr dünnes Blech benutzt wird, das nach dem Ende der Bearbeitung unter Umständen auch keinen technischen Einsatzzweck haben muss, sodass nur auf einer Seite der inneren Spülkammer ein echtes Werkstück angeordnet ist.

Verfahrenstechnisch ist es ohne weiteres auch möglich, die Spülrichtungen (7) und (8) umzukehren, indem z.B. am Hahnen (10) gesaugt, statt druckgespült wird. In der Praxis ist eine solche umgekehrte Spülrichtung jedoch wesentlich umständlicher zu verwirklichen.

In Fig. 1 sind die Werkstücke (4) und der Dichtungsring (5) geschnitten gezeichnet, was durch die Schraffur angedeutet wird. Die Draht-Elektrode (1) hat in dem Werkstück bereits einen gewissen Schlitz (9) eingeschnitten, der an der nicht

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schraffierten Fläche zu erkennen ist. In der praktischen Anwendung des Verfahrens wird natürlich so in der Abhängigkeit von der Schnittlänge eine immer grössere Ausweichmöglichkeit für das Spülmedium aus der inneren Spülkammer geschaffen. Wenn dieses Leck bei sehr grossen Bearbeitungsgeometrien so gross wird, dass die Spülung an der Bearbeitungszone beeinträchtigt würde, kann der Operateur ohne weiteres den bereits geschnittenen Schlitz (9) bei einem kurzen Bearbeitungsunterbruch durch beidseitiges Bekleben z.B. mit Blechen oder auch mit elektrisch nichtleitenden Materialien, wieder verschliessen.

In Fig. 2 ist eine im Prinzip gleiche Anordnung wie in Fig. 1 gewählt, nur sind die Drahtführungsköpfe (2) an den Haltearmen (3) auf eine grössere Distanz eingestellt, sodass auf dem Werkstücktisch eine mehrfache Anordnung von Werkstückpaaren (4) aufgespannt werden kann. Durch Abstandhalter (11) muss dafür gesorgt werden, dass zwischen jedem Paar die Spülströme (8) durch einen Distanzraum frei austreten können.

In Fig. 3 wird eine Anordnung gezeigt, bei der statt der paarig gespannten Werkstücke gemäss Fig. 1 und 2 nur ein Einzelwerkstück (4) auf dem Maschinenspanntisch befestigt ist. Die Wirkung einer Spülung in einer Richtung wird bei dieser Anordnung dadurch gewonnen, dass auf der Unteroder Oberseite des Werkstückes eine Spülkammer (12) an einem Haltearm (3) befestigt wird, die einen Spülraum unter dem Werkstück (4) bildet. Dieser Spülraum ist gegenüber dem Werkstück (4) noch durch eine Dichtungsmembrane (13) abgeschlossen. Auf eine solche Dichtungsmembrane kann auch verzichtet werden, wenn der Abstand der Spülkammer (12) gegen-

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über dem Werkstück (4) mit einem so kleinen Spalt aufrechterhalten werden kann, dass dadurch nur eine unbedeutende Leckage entsteht. Die Spülkammer (12) besitzt selbst wiederum einen Spülanschluss (6), durch den das Spülmedium in Einspülrichtung (7), gesteuert mit dem Hahn (10) , zugeführt wird, um durch den geschnittenen Schlitz (9) in Ausströmrichtung (8) das Werkstück zu verlassen. Zur Erleichterung des Einführens der Drahtelektrode (1) in die Spülkammer (12) ist eine Einfädelschräge (14) vorgesehen, die in eine möglichst enge Durchführbohrung einmündet, deren Länge so gestaltet ist, dass nur eine geringe Flüssigkeitsleckage entstehen kann.

Ein Vorzug der Anordnung einer Spülkaitimer gemäss Fig. 3 gegenüber den Lösungen mit innerem Spülraum gemäss Fig. 1 und 2 besteht darin, dass der Durchmesser der Spülanordnung begrenzt bleiben kann und damit der Wasserverbrauch geringer gehalten wird. Der durch die Funkenerosion geschnittene Schlitz (9) muss nicht im Inneren des Anschlussbereiches der Dichtungsmembrane (13) bleiben. Falls durch den bereits geschnittenen Schlitz (9), der ausserhalb der Anschlusszone der Dichtungsmembrane gerät, eine zu grosse Leckage entsteht, kann der Wasserverbrauch und die Spülwirksamkeit verbessert werden, indem der bereits fertiggestellte Schlitz bei einem kurzen Betriebsunterbruch mit einem Dichtungsmaterial wieder verschlossen wird. Dieses Dichtung.smaterial kann dabei sowohl der Befestigung des sonst bei einer geschlossenen Kontur herausfallenden Innenteils dienen und gleichzeitig auch die elektrisch leitende Verbindung zu diesem Innenteil herstellen. Die Gestaltung des Spülraumes und die Wahl der geometrischen Lage des Spülanschlusses (6) erfolgt so, dass die Spülströmung in den Schlitz (9) möglichst turbulenzfrei und koaxial zur Draht-Werkzeugelektro-

de (1) erfolgt. Auf diese Weise wird ebenfalls sichergestellt, dass die Spülströraung in erster Linie der Bearbeitungszone zwischen Werkstück (4) und Draht-Werkzeugelektrode (1) gilt und nicht in den bereits geschnittenen Schlitz (9) zu schnell entweicht.

Gemäss den in der bereits zitierten schweizerischen Patentanmeldung 594 977 beschriebenen Anforderungen an die Zuführung der Generatoranschlüsse zur Drahtelektrode (1) und zum Werkstück (4), kann die Spülkammeranordnung insbesondere mit ihrer Dichtungsmembrane (13) gleichzeitig so ausgestaltet werden, dass diese Aufgaben des elektrischen Anschlusses mit derselben Einrichtung bewerkstelligt werden.

In Fig. 4 wird die Konstruktion gemäss den Beschreibungen der Fig. 3 ergänzt, um eine Gegendruckkammer (15), die auf der gegenüberliegenden Seite zur Spülkammer (12) angeordnet wird und ebenfalls an einen Haltearm (3) befestigt wird. Gleich wie bei der Spülkammer (12) wird der Spülraum der Gegendruckkammer (15) gegenüber dem Werkstück (4) mit einer Dichtungsmembrane (13) abgeschlossen. Der Austritt der Spülströmung (8) aus dem Schlitz (9) muss seinen Weg nun durch den Austrittanschluss (16), ein Drosselventil (17), zu einer Spülmediumrückführung (18) nehmen. Die Gegendruckkammer (15) hat wiederum zur Durchführung der Drahtelektrode eine Einfädelschräge (19), die in eine enge Bohrung mündet, durch die der Spülmittelaustritt möglichst gehindert ist.

Durch die Verwendung einer Gegendruckkammer (15) kann im Bereich des Schlitzes (9) ein Druckniveau so eingehalten werden, dass die durch die Zersetzung des Arbeitsmediums entstehenden Gasblasen ein möglichst kleines Volumen annehmen und die Bearbeitung damit möglichst wenig stören können.

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Gemäss den Zielsetzungen in der zitierten schweizerischen Patentschrift 594 4 77 können die Aufgaben der Drahtführung mit den Drahtführungsköpfen (2) voll integriert werden in die Spülkaimneranordnung. Neben den verschiedenen, bereits bei der Diskussion der Einzelfiguren besprochenen Vorzügen kann in der ausführlichsten Version nach Fig= 4 dann eine Einrichtung gewonnen werden, bei der bis auf geringfügig entstehende Leckagen Zuführung und Entsorgung des Arbeitsmediums vollständig kontrolliert erfolgen, bei der die Führungsmittel anforderungsgemäss sehr nahe an der Bearbeitungsstelle angeordnet werden können und bei der die Zuführung des elektrischen Stromes auch mit hohen Frequenzen ohne störende Induktionsfelder koaxial zum Draht gelöst werden kann.

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zur Spülung der Bearbeitungszone beim funkenerosiven Schneiden von Werkstücken mit einer draht- oder bendförmigen Elektrode dadurch gekennzeichnet, dass das Spülmedium durch eine Spülkammer auf einer Werkstückseite zugeführt wird und die Bearbeitungszone in einer Richtung steuerbar mit Spülmedium durchströmt.
2. Einrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aufspannung von zwei Werkstücken oder eines Werkstückes und eines Zusatzbleches eine innere Spülkammer gebildet wird, aus der die Bearbeitungszonen in einer Richtung durchströmt werden.
3. Einrichtung gemäss Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere paarige Anordnungen aufgespannt werden.
4. Einrichtung gemäss Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (4) in an sich bekannter Weise aus einem Paket von Einzelwerkstücken besteht.
5. Einrichtung gemäss Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der bereits geschnittene Schlitz (9) zur Vermeidung von Wasserverlusten wieder verschlossen wird mit leicht entfernbaren Mitteln.
6. Einrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Werkstücks (4) eine mit der Maschine verbundene Spülkammer (12) angeordnet ist, aus der die Bearbeitungs-

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ORJGIiMAL INSPECTED

zone in einer Richtung steuerbar mit Spülmedium durchströmt werden kann.
7. Einrichtung gemäss Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstelle zum Werkstück (4) abgedichtet wird z.B. durch eine Dichtungsmembrane (13).
8. Einrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Werkstückes (4) eine mit der Maschine verbundene
Spülkammer (12) angeordnet ist und dass auf der Gegenseite eine Gegendruckkammer (15) angeordnet ist, die
ebenfalls mit der Maschine verbunden ist und dass die Zuführung und die Abführung des Spülmediums steuerbar sind, sodass die Bearbeitungszone in einer Richtung auf einem steuerbaren Druckniveau mit Spülmedium durchströmt werden kann.
9. Einrichtung gemäss Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise die Aufgaben der geometrischen Drahtführung und der elektrischen Stromzuführung mit der Steuerung der Strömung und des Druckniveaus in der Bearbeitungszone in einer Vorrichtung gelöst sind.

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