DE2917910C2

DE2917910C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken aus elektrisch leitfähigem Material mittels eines stromführenden Schleifwerkzeuges

Info

Publication number: DE2917910C2
Application number: DE2917910A
Authority: DE
Inventors: Aron Chaimovi&ccaron; Moskau Grinberg; Eduard Jakovlevi&ccaron; Grodzinskij; Roalda Borisovna Isakova; Geb.Krapivko Anna Trofimovna Makonovickaja; Lidia Semenovna Zubatova
Original assignee: EKSPERIMENTAL'NYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT METALLOREZUSCICH STANKOV MOSKVA SU
Current assignee: EKSPERIMENTAL'NYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT METALLOREZUSCICH STANKOV MOSKVA SU
Priority date: 1978-05-03
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1984-09-27
Also published as: DD143148A1; US4236985A; DE2917910A1; FR2424791B1; SU841889A1; JPS555281A; CH644047A5; FR2424791A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkslücken nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 3. Ein entsprechendes Verfahren ist aus der SU-PS 4 94 130 und eine solche Vorrichtung aus der GB-PS 12 47 910 bekannt.

Das bekannte Verfahren arbeitet mit einer Impulsfrequenz zwischen 8 und 440 kHz, einem Tastverhältnis zwischen 1,25 und 5, einer Impulsdauer im Bereich von 1 bis zu 100 \xs und einer Spannungsamplitude von 65 bis V. Zwischen Werkstück und Schleifwerkzeug entstehen dadurch elektrische Entladungen, die das Werkzeug von Spänen befreien und durch eine teilweise Zerstörung des stromführenden Binders einen kontinuierlichen Aufschluß der Schleifkörner bewirken.

Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, daß die erforderlichen Hochfrequenz-Impulsgeneratoren komplizier;, teuer und außerdem anfällig sind. Darüber hinaus arbeitet das Verfahren nur bei relativ kleinen Kontaktflächen zwischen Werkzeug und Werkstück, da die verwendeten Schmier- und Kühlflüssigkeiten im Grunde schwache Elektrolyten sind und in der Arbeitszone darüber hinaus Metallspäne vorhanden sind, wodurch der elektrische Widerstand zwischen Werkzeug und Werkstück relativ niedrig ist. Eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück oder auch eine Änderung der mechanischen Parameter führt zu einer Erniedrigung des Widerstandes und letztlich zu einer Verminderung der Spannung am Ausgang des Impulsgenerator und zur Beendigung des elektroerosiven Prozesses. Es zeigte sich, daß die Durchführung des bekannten Verfahrens nur bei Kontaktflächen zwischen Werkzeug und Werkstück von nicht mehr als 2 bis 2^ cm² und Einschnitt-Vorschubgeschwindigkeiten des Werkzeuges von nicht mehr als 5 mm pro Minute möglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die mit geringem Aufwand eine wirksame Bearbeitung des Werkstückes auch bei einem niedrigen ohmschen Lastwiderstand, d. h. bei großen Kontaktflächen zwischen Werkzeug und Werkstück oder bei hohen Einstech-Vorschubgeschwindigkeiten ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspt !ichs 1 bzw. 3 gelöst.

Das Verfahren gewährleistet eine hohe Leistung bei der Bearbeitung von Werkstücken, ermöglicht das Schleifen bei beliebigen Kontaktflächen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück und gestattet es, als Impulsspannungsquelle kleine, einfache und billige Geräte zu verwenden.

Bei dem Verfahren erfolgt die Befreiung des Werkzeuges von Spänen und der Aufschluß der Schleifkörner nicht über einen Durchschlag des flüssigen Mediums zwischen Werkzeug und Werkstück, sondern über öffnungslichtbogen einer Kontakt- und Bogenentladung. Das für das Entstehen der Kontakt- und Bogenentladungen erforderliche periodische Schließen und öffnen von Punktkontakten zwischen Werkzeug und Werkstück wird durch das Abschmelzen der einen Punktkontakt bewirkenden Späne durch die Kurzschlußströme oder bei mechanischer Unterbrechung der Kontakte durch die Drehung des Werkzeuges gewährleistet Die Verwendung einer Impulsspannung vermindert den Verschleiß des Werkzeuges bzw. erhöht dessen Standzeit.

Die Verwendung von Kontakt- und Bogenentladungen anstelle von Elektrofunkenentladungen ist an sich aus A. L Liwschitz u. a. »ElektroimpuLsbearbeitung von Metallen«, Verlag »Maschinenbau«, Moskau, 1967, Seite 27, bekannt.

Die durch die Merkmale des Anspruchs 3 beschriebene Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vorteil, daß für die Speisung des Werkstückes und der Elektrode zum Richten insgesamt nur eine Spannungsquelle erforderlich ist

Die Unteransprüche 2 und 4 enthalten bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung. Das im Unteranspruch 2 beschriebene elektroerosive Richten eines Werkzeuges ist an sich z. B. aus der GB-PS 7 63 109 bekannt. Erfindungsgemäß wird das zusätzliche elektroerosive Richten außerhalb der Bearbeitungszone deshalb vorgesehen, da die Reinigung des Werkzeuges von Spänen und der Aufschluß der Schleifkörner in der Bearbeitungszone des Werkstückes sich als ungenügend erweisen kann. Besonders bei Arbeiten unter erschwerten mechanischen Bedingungen, unter denen das Werkzeug beschleunigt abstumpft, sind zwei parallel arbeitende Zonen der elektroerosiven Einwirkung auf das Werkzeug erforderlich. Es genügt nicht,

μ unter diesen Bedingungen zum Richten nur die Bearbeitungszone zu verwenden, weil die Kontaktfläche zu klein dafür ist und die Leistung der Entladungen wegen der Erhöhung des Werkzeugverschleißes nicht vergrößert werden kann.

hi Zwcckmäßigerwcisc wird die Richtelektrode mit einer solchen Kraft an das Werkzeug gedrückt, daß sie darüber gleitet. Der mechanische Verschleiß der Elektrode ist dann gering, und der Prozeß des Richtens er-

folgt nur unter bestimmten Bedingungen. Ist die Werkzeugoberfläche frei von Spänen und sind die Schleifkörner ausreichend gut aufgeschlossen, so besteht kein elektrischer Kontakt zwischen Elektrode und Werkzeug und es findet keine Elektroerosion in der Richtzone statt Befinden sich Späne am Werkzeug oder sind die Schleifkörner stumpf, vermindert sich der Abstand zwischen Werkzeug und Elektrode und es entstehen ErosionsentladuETfin.

Außerdem erfolgt eine automatische Intensivierung des elektroerosiven Prozesses in der Richtzone, falls der ohmsche Widerstand der Bearbeitungszone zu groß wird, beispielsweise weil die Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück besonders klein ist oder weil das Werkstück Abschnitte mit verminderter elektrischer Leitfähigkeit aufweist

Die Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 4 erlaubt eine besonders einfache Bauart der Schleifmaschine.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert

Die Vorrichtung enthält eine Impulsspam,üngsquelle 1, die mit einem Pol an ein elektrisch leitfähiges Werkstück 2 angeschlossen ist, das sich auf einem Tisch 3 befindet Der zweite Pol der Spannungsquelle 1 ist mit einem stromführenden Schleifwerkzeug 4 über einen Stromabnehmer 5 verbunden. Das Werkzeug 4 ist vom Rest der Schleifmaschine z. B. durch eine Planscheibe 6 isoliert

Eine von der Schleifmaschine isolierte Elektrode 8 zum Richten des Werkzeuges 4 ist an denselben Pol wie das Werkstück 2 angeschlossen und wird an die Arbeitsfläche des Werkzeuges 4 mittels einer Feder 9 oder eines Hydraulikantriebes mit einer Kraft angedrückt, die ein Gleiten der Elektrode 8 über die Oberfläche des Werkzeuges 4 gewährleistet Es ist eine Düse 7 für die Zuführung eines flüssigen Mediums mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10~« bis 2 10-²Ohm -' · cm-' in die Bearbeitungszone des Werkstückes 2 und die Riohtzone des Werkzeuges 4 vorgesehen. Als flüssiges Medium kann Schmier- bzw. Kühlflüssigkeit für Werkzeugmaschinen oder schwache Elektrolytlösung eingesetzt werden.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Durch die Düse 7 wird in die Bearbeitungszone das flüssige Medium zugeführt. Dem Werkzeug 4, dem Werkstück 2 und der Richtelektrode 8 wird von der Spannungsquelle 1 eine Niederspannung im Bereich von 8 V bis 50 V zugeführt. Ein Durchschlag der Schicht des flüssigen Mediums zwischen dem Werkzeug 4 einerseits und dem Werkstück 2 und der Elektrode 8 andererseits erfolgt dabei nicht. Der Prozeß des Schleifcns und des Richtens wird bei einer Impulsdauer von 1 bis 5 ms und einer Impulsfrequenz von 50 bis 500 Hx durchgeführt.

Die in der Bearbeitungs- und der Richtzone entstehenden Kontakt- und Bogenentladungen gewährleisten ein kontinuierliches Reinigen des Werkzeuges 4 von Spänen sowie den laufenden Aufschluß der Schleifkörner des Werkzeuges. Dank der erwähnten Parameter bo der Spannungsimpulse findet beim Schließen des Stromkreises zwischen dem Werkzeug 4 und dem Werkstück 2 über die Späne keine starke Senkung der Ausgangsspannung statt, wodurch die Wirksamkeit des Prozesses bei grö3>;ren Kontaktflächen zwischen dem Werkzeug 4 und dem Werkstück 2 (bis zu 80 bis 100 cm²) und höhere Geschwindigkeiten des Einstechvorschubes (z. B. beim Anschliff bis zu 8 bis 10 mm/min bei einer Kontaktfläche von 1 cm²) ermöglicht wird. Falls das Werkzeug 4 von Spänen frei ist und die Schleifkörner gut aufgeschlossen sind, ist der Strom im Stromkreis der Richtzone nur gering.

Anstelle einer besonderen Richtelektrode kann die Düse 7 für die Zuführung des flüssigen Mediums als Elektrode verwendet werden. In diesem Fall wird sie von der Schleifmaschine elektrisch isoliert, mit einem auswechselbaren Aufsatz versehen und an die Spannungsquelle 1 angeschlossen.

Wenn die Intensität des Reinigens und des Aufschlusses der Schleifkörner des Werkzeuges 4 in der Bearbeitungszone des Werkstückes 2 hinreichend groß ist, ist es nicht mehr notwendig, das Werkzeug 4 zu richten. Die Impulsspannung wird dann nur dem Werkstück 2 und dem Werkzeug 4 zugeführt, während die Richtelektrode 8 nicht verwendet wird.

Nachstehend werden Ergebnisse der Bearbeitung durch Flachschleifen eines Werkstückes aus einem Hartmetall mit dem peripheren Tv'; einer Diamantenschieiischeibe mit geradem Profil bei einer Diamantenkorngröße von 125 bis 160 μΐη und einer Konzentration derselben in der Scheibe von 100% angeführt Die Größe des Werkstückes betrug 70 · 145 · 10 mm; die verwendete Arbeitsflüssigkeit war eine wässerige Lösung aus O3°/o Nitrid und 0,2% Triäthanolamin; die Spannungsquelle 1 hatte eine Leistung von 3 kW mit einer maximalen Amplitudenspannung von 23 V, einer Folgefrequenz der Impulse von 50 Hz und einer Impulsdauer von 1,3 ms.

Die mechanischen Parameter des Schleifens waren wie folgt:

Geschwindigkeit des Längsvorschubes 10 bis 12 m/ min. Größe des Querschubes 1,5 mm/Hub, Schleif tiefe 0,05 mm/Schnitt. Als Elektrode 8 zum Richten des an die Arbeitsfläche elastisch angedrückten Werkzeuges 4 wurde eine Stange aus Grauguß mit einem Querschnitt von 16 · 16 mm verwendet. Der Minuspol der Speisequelle 1 wurde an das Werkstück 2 und an die Richtelektrode 8, der Pluspol an das Werkzeug 4 angeschlossen. Bum Einschalten der Schleifmaschine und der Spannungsquelle 1 entstand im Schleifstromkreis ein Kontakt- und Bogenstro.m mit einer Größe vor; 6 A und im Richtstromkreis ein Kontakt- und Bogenstrom von 2 A. Beim Schleifen von Wolfram-Kobalt-Hartmetallen mit den genannten Parametern betrug die Leistung 650 mmVmin, der relative Verschleiß des Werkzeuges 1,2 mg/g, die Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche C,32 bis 0,5 μιη. Die Leistung am Drehantrieb des Werkzeuges 4 wurde auf 1,5 kW stabilisiert.

Bei der Verwendung des bekannten Diamanten-Elektrofunken-Schleifverfahrens unter denselben Bedingungen betrug der relative Verschleiß 1,1 mg/g bei einer Leistung nicht über 420 mnvVmin.

Die maximale Produktivität beim Schleifen von Wolfram-Kobalt-Hartmetallen unter Verwendung des erfin· dungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrug 2000 mnvVmin bei einem VerschleiG von 1,3 mg/g, wänrend nach dem bekannten Verfahren die maximale Produktivität nicht einmal 1000 mmVmin bei einem Verschleiß von 1,2 mg/g erreichte. D?e Standzeit des Werkzeuges bei erschwerten Bedingungen erhöhte sich von 25 min bei dem bekannten Verfahren auf bis zu 380 min bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bearbeitung mitteis eines Schleifwerkzeuges, das Schleifkörner in elektrisch leitender Bindung enthält, wobei ein flüssiges Medium mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10-* bis 2 · 10~² Ohm -'cm -' sowie eine elektrische Impulsspannung dem Werkzeug und dem Werkstück zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Spannungsimpulse innerhalb eines Bereiches von 8 V bis 50 V festgelegt und der Prozeß bei einer Impulsdauer von I bis 5 ms und einer Impulsfrequenz von 50 bis 500 Hz durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise gleichzeitig mit der Bearbeitung des Werkstückes (2) ein elektroerosives Richi-cn des Werkzeuges (4) außerhalb der Bearbeitungssane des Werkstückes durch eine Elektrode (8) durchgeführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die eine Elektrode zum Richten des Werkzeuges außerhalb der Bearbeitungszone und eine Impulsspannungsquelle enthält, deren Pole an das Werkzeug, das Werkstück und die Elektrode zum Richten angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (8) zum Richten des Werkzeuges (4) an denselben Pol der Impulsspannungsquelle (1) '.vie das Werkstück (2) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse [T) für die Zuführung eines flüssigen Mediums in die Zone dei Bearbeitung des Werkstückes (2) als Elektrode (8) zum Richten des Werkzeuges (4) dient.