DE2851482C2

DE2851482C2 -

Info

Publication number: DE2851482C2
Application number: DE2851482A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokio/Tokyo Jp Inoue
Original assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP
Current assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1991-12-19
Also published as: FR2409815A1; US4584450A; FR2409815B1; GB2009242B; DE2851482A1; GB2009242A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einem Funkenerosionsverfahren wird eine Werkzeugelektrode in unmittelbare Nähe mit einem Werkstück längs eines dazwischen ausgebildeten Arbeitsspalts bei Anwesenheit eines Arbeitsfluids gebracht, wobei elektrische Energie zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zur Entfernung von Material vom Werkstück durch elektrische Entladung zugeführt wird. Bei fortschreitender Materialentfernung wird die Werkzeugelektrode gegenüber dem Werkstück verschoben, um die dazwischen bestehende Spaltbreite im allgemeinen konstant zu halten, wobei das Arbeitsfluid im Bereich des Arbeitsspalts erneuert wird.

Wenn das Arbeitsfluid von wäßriger Art sein soll, so wird für gewöhnlich oder zweckmäßigerweise Trinkwasser verwendet, das durch ein Ionenaustauschverfahren bis zu einem spezifischen Widerstand im Bereich von 10³ bis 10⁴ Ohm/cm zur Bildung eines EDM-Arbeitsfluids entionisiert wird. Bei einem derartigen Arbeitsfluid auf Wasserbasis entstehen Probleme durch die Bildung von Ätzgruben auf der bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks. Dies gilt besonders, wenn das letztere aus Kupfer, Eisen oder Aluminium besteht.

Aus der DE-OS 18 08 913 ist die Bereitung eines Arbeitsfluids für die elektrochemische Erosion aus entionisiertem Wasser mit einem Zusatz von Leitfähigkeitsmodifikatoren bekannt, ohne daß Angaben zur konkreten Leitfähigkeit des Arbeitsfluids gemacht werden.

"Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie" (1957), Bd. 8, Seite 819 ist entnehmbar, daß durch Ionenaustauscher entsalztes Wasser <2 mg/l Chlor und zusätzlich entkieseltes Wasser nichtbestimmbare Mengen von Chlor enthält, wobei im letzteren Fall ein Widerstand von <10⁷ Ohm · cm vorliegt.

Die US-PS 34 17 006 beschreibt ein Verfahren zum funkenerosiven Abtragen unter Verwendung von entionisiertem Wasser und Zusatzlösungen von Alkalimetallnitriten, -nitraten, -karbonaten, -phosphaten, -sulfaten, -sulfiten und -hydroxiden, wobei die Arbeitsflüssigkeit einen spezifischen Widerstand von 10^-1 bis 10² Ohm · cm haben muß.

Aus der DE 24 08 715 C2 ist eine Spülvorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung bekannt, bei der mit mittels eines Ionenaustauschers entionisiertem Wasser als Spülmedium gearbeitet wird, dessen spezifischer Widerstand auf 0,5 bis 10 10⁶ Ohm · cm eingestellt und laufend überwacht wird, um beim Absinken des Widerstands das Spülmedium periodisch durch eine Entionisierpatrone zu leiten, wodurch der Widerstand im genannten Bereich gehalten wird.

Schließlich beschreibt die CH-PS 5 36 680 ein Verfahren zur Arbeitsfluidzuführung beim funkenerosiven Abtragen, bei dem Kerosin als Arbeitsfluid dient und daraus feste Bearbeitungsrückstände in Form von leitenden Teilchen im Umlaufsystem mittels eines Filters entfernt werden und anschließend die gewünschte Leitfähigkeit wieder eingestellt wird. Konkrete Angaben zum spezifischen Widerstand des Arbeitsfluids sind nicht gemacht.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs vorausgesetzten Art unter Bereitstellung eines Dielektrikums, durch das die Bildung von Ätzgruben im wesentlichen beseitigt oder merklich verringert ist.

Es wurde nach Versuchen gefunden, daß die Bildung von Ätzgruben auf bearbeiteten Oberflächen hauptsächlich durch die Anwesenheit von Chlorionen im Arbeitsfluid verursacht wird, wobei die Chlorionen ein hohes Korrosionspotential haben.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Während irgendeiner der verschiedenen Ionenaustauscher (z. B. von der Bauart mit Kunstharz, Membran, Papier, Textilmaterial, Flüssigkeit und anorganischem Material) für den Entionisierungsschritt bei der Erfindung verwendbar ist, ist die Bauart mit Kunstharz gegenwärtig am gebräuchlichsten. Für die Zwecke der Erfindung wird vorzugsweise eine Kombination von Kationen- und Anionenaustauschern der Kunstharzbauart verwendet.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung weist zweckmäßig eine Ionenaustauscheinheit zur Entionisierung von Rohwasser zur Erhöhung von dessen spezifischen Widerstand auf wenigstens 10⁵ Ohm/cm und eine Einrichtung zur Beimischung des entionisierten Rohwassers zu einem chlorionenfreien Leitfähigkeitsmodifikator in einer Menge auf, die ausreicht, um dem Rohwasser eine gegebene Leitfähigkeit zur Verwendung als Bearbeitungsfluid in einem Funkenerosionsverfahren zu erteilen.

Das aus der Arbeitszone ablaufende Arbeitsfluid kann gesammelt werden und wird vor der Rezirkulierung in die Arbeitszone mit einem frischen entionisierten und in der Leitfähigkeit modifizierten Fluid aus einem Behälter ergänzt. Der Widerstand des Arbeitsfluids wird vorzugsweise zur Lieferung eines Signals ermittelt zur Steuerung der Ergänzungsrate oder zur Mischung mit dem frischen Fluid, um das Arbeitsfluid zur Lieferung zum Arbeitsspalt auf einer gegebenen elektrischen Eigenschaft zu halten.

Beispiel

Trinkwasser wurde durch ein mit anionischem Ionenaustausch arbeitendes Entionisierungsgerät behandelt, bis der spezifische Widerstand des Trinkwassers auf 5×10⁵ Ohm/cm anstieg. Das behandelte Trinkwasser enthielt dann 1 Gew.-% Sorbit oder D-Sorbit mit der Zusammensetzung CH₂OH(CHOH)₄CH₂OH, 0,01 Gew.-% Laurinsäure als Rostschutzmittel und grenzflächenaktive Stoffe und wurde mit Natriumhydroxid als Leitfähigkeitsmodifikator in einem Ausmaß vermischt, daß sein Widerstand auf 1×10⁴ Ohm/cm vermindert wurde. Bei dessen Verwendung als Arbeitsfluid wurde ein Werkstück aus SK-8 (Werkzeugstahl) mit einer Dicke von 6 mm bearbeitet durch Funkenerosion mit einer Laufdrahtelektrode aus Kupfer von 0,2 mm Durchmesser bei einer Schnittgeschwindigkeit von 5 mm/min. Das bearbeitete Werkstück zeigte nur die Bildung von zwei Ätzgruben je mm² an einer um 2,5 mm von der Schneidzone entfernten Oberflächenstelle. Dies stellt eine bedeutende Verminderung dar, verglichen mit 8 Ätzgruben je mm² an derselben Stelle mit dem herkömmlichen einfach entionisierten Trinkwasser mit demselben Widerstand.

Bei der Bereitung eines wäßrigen, mit elektrischer Entladung arbeitenden Arbeitsfluids besteht die übliche Praxis darin, das Trinkwasser lediglich mit einer Kombination von kationischen und anionischen Ionenaustauschkunstharzen bis zu einer Erhöhung des Widerstands auf 1×10⁴ Ohm/cm zu entionisieren zur unmittelbaren Verwendung beim Bearbeitungsverfahren mit dem Ergebnis, daß eine ursprünglich im Trinkwasser vorliegende beträchtlich hohe Chlorionenkonzentration vorhanden bleibt. Gemäß der Erfindung wird die unerwünschte Bildung von Ätzgruben aufgrund derartiger Restchlorionen beseitigt oder gemildert durch eine über den erforderlichen Wert hinausgehende Entionisierung, gefolgt von einer Rückionisierung mit einem im wesentlichen chlorfreien Leitfähigkeitsmodifikator. Demnach wird eine Bearbeitung mit verbesserter Oberflächenqualität erzielt ohne Verschlechterung der Materialentfernungsgeschwindigkeit oder der Leistungsfähigkeit.

Die zusätzliche Verwendung eines Rostschutzmittels und eines grenzflächenaktiven Stoffs gemäß der Erfindung dient zur Erleichterung der Mischung eines Leitfähigkeitsmodifikators mit dem behandelten Wasser. Mit einem als Film auf der Werkstücksfläche haftenden grenzflächenaktiven Stoff wird das Rosten während des Bearbeitungsvorgangs wirksam verhindert und in stabiler Weise eine Bearbeitung mit einem wäßrigen Arbeitsfluid ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fluidzuführeinheit, die in einer bestimmten Form mit einem Funkenerosionsmaschinenwerkzeug verbunden ist zur Verkörperung der Prinzipien der Erfindung;

Fig. 2 ein ähnliches Fluidzuführsystem in einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Werkzeugelektrode 1 mit einer dreidimensionalen Bearbeitungsfläche neben einem Werkstück 2 angeordnet, wobei eine Energiequelle 3 elektrisch mit der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 verbunden ist. Die Energie für die Funkenerosion liefert elektrische Energie in Form einer Reihe von Pulsen bei einer durch elektrische Entladung erfolgenden Bearbeitung (EDM).

Eine Vorschubantriebseinheit 4 trägt die Werkzeugelektrode 1, und wird verwendet, um den Erosionsspalt zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 bei fortschreitender Bearbeitung im wesentlichen konstant zu halten.

Das Werkstück 2 ist auf einem Arbeitstisch 5 in einem Arbeitstank 6 befestigt, wobei eine Düse 7 auf den Bearbeitungsbereich gerichtet ist, um in diesen ein Arbeitsfluid zu fördern.

Das im Arbeitstank 6 gesammelte Arbeitsfluid wird in einem Behälter 8 gesammelt, von dem aus es durch eine Pumpe 9 zur Düse 7 zur Rezirkulierung zum Arbeitsspalt geliefert wird. Wenn auch nicht dargestellt, kann eine Filtereinheit im Weg zwischen dem Arbeitstank 6 und der Düse 7 angeordnet sein zur Sammlung von Schmutzstoffen und Verunreinigungen aus dem Arbeitsfluid. Eine Strömungssteuereinheit 10 spricht an auf die durch ein Meßelement 11 erfolgende Überwachung der Änderung des pH-Werts des Arbeitsfluids, das durch den Arbeitsspalt hindurch einer Verschlechterung oder Oxidation unterliegt, zur Steuerung der Fördermenge der Pumpe 9.

In der Düse 9 ist ein Schall- oder Ultraschallvibrator 12 vorgesehen, der zum homogenen Mischen des rezirkulierenden Fluids aus der Pumpe 9 mit frischem Fluid dient, das von einer Pumpe 13 aus einem Behälter 14 in die Düse 6 geliefert wird und aus Wasser besteht, das nach der Erfindung entionisiert und behandelt wurde. Eine Strömungssteuereinheit 15 für die Pumpe 13 spricht auf einen Sensor 16 an der Öffnung der Düse 7 an. Dieser Sensor 16 überwacht den Widerstand des hieraus zum Bearbeitungsbereich hin austretenden Fluids zur Steuerung der von der Pumpe 13 gelieferten Menge an in das rezirkulierende Fluid einzuführendem frischem Fluid.

Das Arbeitsfluid enthält in typischer Weise als Hauptbestandteil Wasser. Mit Wasser als Hauptbestandteil sollte das Bearbeitungsfluid einen Widerstand im Bereich von 10³ bis 10⁴ Ohm/cm nach der Entchlorierung haben. Wie oben angegeben, kann ein beliebiger geeigneter Ionenaustauscher verwendet werden. Es wird vorzugsweise ein anionischer Ionenaustauscher für die Entchlorierung verwendet, wobei aber ebensogut ein kombinierter anionischer/ kationischer Ionenaustauscher sich zur Entfernung von aufgelösten Metallen eignet.

Es wurde ausgeführt, daß die Entionisierung von Rohwasser zur Erhöhung von dessen Widerstand auf wenigstens 10⁵ Ohm/cm eine Verminderung der Chlorkonzentration auf 1 ppm oder weniger ermöglicht. Somit wird der Behälter 14 hier zur Speicherung des entionisierten Wassers verwendet, während der Behälter 8 das Wasser speichert, das einen im wesentlichen chlorfreien Leitfähigkeitsmodifikator enthält, d. h. irgendeine der oben angeführten Säuren, Alkalien oder Salze, die je nach der besonderen gewünschten Bearbeitungsart gewählt werden.

Im Verlauf eines Funkenerosionsvorgangs verdampft der wäßrige Anteil des Bearbeitungsfluids. Als Ergebnis tritt eine Widerstandsänderung des Arbeitsfluids auf. Der Sensor 16 spricht auf diese Änderung an und betätigt die Steuereinheit 15, die ihrerseits die Pumpe 13 zur Änderung der Fluidmenge aus dem Behälter 14 steuert, die mit dem Fluid aus dem Behälter 8 gemischt werden soll, so daß die Leitfähigkeit des Gemischs zur Lieferung zum Bearbeitungsbereich konstant gehalten wird.

Bei der Ausführungsform von Fig. 2, bei der dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 dieselben oder ähnliche Teile bezeichnen, wird das vom Arbeitstank 6 gesammelte verbrauchte Arbeitsfluid zuerst in einem Sumpf 20 gespeichert, von wo aus es über einen Filter 22 einem Behälter 21 zugeführt wird. Der Behälter 21 ist auch so ausgelegt, daß er entionisiertes Wasser aus einem Behälter 14 aufnimmt. Bei dieser Ausführungsform ist der Schall- oder Ultraschallvibrator 22 mit dem Behälter 21 verbunden und dient zur homogenen Mischung des durch die Pumpe 13 vom Behälter 14 abgezogenen Frischwassers mit dem Arbeitsfluid im Behälter, in dem hierdurch auch das "Waschen" mit dem Arbeitsfluid erfolgt.

Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform ist hier ein Leitfähigkeitssensor 16 stromauf der Pumpe 9 angeordnet und überwacht das Arbeitsfluid, das über die Düse 7 zum Arbeitsspalt zur Betätigung der Steuereinheit 15 geliefert werden soll, die ihrerseits die Pumpe 13 so regelt, daß die Leitfähigkeit des Arbeitsfluids im wesentlichen konstant gehalten wird.

Ein im Behälter 20 angeordneter pH-Sensor 23 überwacht das hierin gesammelte gebrauchte Arbeitsfluid. Wenn der gemessene pH-Wert eine Verringerung um etwa den Wert 4 zeigt, betätigt der pH-Sensor 23 eine Steuereinheit 24, die ein Ventil 25 in einem Auslaß 26 zur Entleerung des Arbeitsfluids und zum Ersetzen durch ein aufgefrischtes Fluid öffnet.

Claims

1. Verfahren zum funkenerosiven Abtragen, bei dem der zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück gebildete Arbeitsspalt mit aus mittels eines Ionenaustauschers entionisiertem Wasser bestehendem Dielektrikum gespült wird, gekennzeichnet durch Entionisieren des Chlor in ionisierter Form enthaltenden Wassers, bis sein spezifischer Widerstand bis auf wenigstens 10⁵ Ohm · cm wächst und dadurch die Konzentration von Chlor darin auf höchstens 1 pp verringert ist, und danach Verringern des spezifischen Widerstands des entionisierten Wassers durch Zusatz eines darin löslichen, von Chlorionen freien Leitfähigkeitsmodifikators auf 10³ bis 10⁴ Ohm · cm.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitfähigkeitsmodifikator wenigstens eine Verbindung der Gruppe Salpetersäure, Kohlensäure, Phosphorsäure, Essigsäure und Carbonsäure enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitfähigkeitsmodifikator wenigstens eine Verbindung der Gruppe Kalium-, Natrium- und Ammoniumhydroxide enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitfähigkeitsmodifikator wenigstens eine Verbindung der Gruppe Kaliumnitrat, Kaliumnitrit, Natriumnitrat, Natriumnitrit, Natriumcarbonat und Natriumsulfat enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Zusatz eines Rostschutzmittels zum entionisierten Wasser.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Zusatz eines Tensids zum entionisierten Wasser.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustauscher ein anionischer Austauscher ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustauscher aus einer Kombination von anionischen und kationischen Austauschern besteht.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Leitfähigkeitsmodifikator gebrauchtes Dielektrikum dem entionisierten Wasser beigemischt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Sammeln des aus dem Arbeitsspalt kommenden, Verunreinigungen enthaltenden Dielektrikums in einem Behälter und dessen Rückführung in den Arbeitsspalt nach seiner Behandlung zur Beseitigung der Verunreinigungen und zur Wiedereinstellung seines spezifischen Widerstands.