DE3105988A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektroerosiven drahtschneiden eines werkstueckes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum elektroerosiven drahtschneiden eines werkstueckes

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DE3105988A1
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Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken, Japan
Verfahren und Vorrichtung zum elektroerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes mit einer kontinuierlichen länglichen Elektrode, bei denen insbesondere Wirkungsgrad und Stabilität des Schneidens verbessert sind.
Beim elektroerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes wird eine kontinuierliche, drahtartige, fadenförmige, bandartige oder ähnliche längliche Elektrode axial von einer Zufuhrseite zu einer Aufnahmeseite durch einen Schneidbereich des Werkstückes transportiert, der mit einer Bearbeitungsflüssigkeit, d. h. destilliertem Wasser oder einer anderen Flüssigkeit dielektrischer Natur oder einem flüssigen Elektrolyten einer geeigneten Leitfähigkeit, gespült ist. Ein elektrischer Bearbeitungsstrom fließt zwi-
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sehen der laufenden länglichen Elektrode und dem Werkstück durch einen dazwischen gebildeten Bearbeitungsspalt, um eine Folge zeitlich beabstandeter elektrischer Entladungen und/ oder eine starke bzw. intensive elektrolytische Einwirkung über das flüssige Medium zu erzeugen, wodurch Material elektroerosiv vom Werkstück abgetragen werden kann, während eine relative Verschiebung zwischen der laufenden länglichen Elektrode und dem Werkstück entlang einer vorgeschriebenen Bahn bewirkt wird, damit ein gewünschtes Drahtschneidmuster im Werkstück ausgeführt wird.
Als schneidende längliche Elektrode wird bisher insbesondere ein Draht aus einem Metall oder einer Legierung, wie beispielsweise Kupfer oder Messing, verwendet. Diese Drähte sind allgemein sofort verfügbar und weisen außerdem eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit auf und haben einen vernünftigen oder idealen Widerstand, um einer elektroerosiven Abnutzung standzuhalten. Diese Materialien erfüllen somit in vorteilhafter Weise bestimmte Anforderungen für die Elektrode beim elektroerosiven Drahtschneidprozeß; sie sind jedoch noch relativ schwach in der Dehn- oder Reißfestigkeit, die vorzugsweise auch hoch sein sollte, um eine größere Spannung auszuhalten, die an der Elektrode während des elektroerosiven Drahtschneidens liegt. Es sei auch darauf hingewiesen, daß diese herkömmlichen Materialien ohne Ausnahme nichtmagnetisch und nichtleitend für äußere Magnetflüsse sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes anzugeben, die sich hinsichtlich Schneidstabilität und Wirkungsgrad besonders auszeichnen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum elektroerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes mit einer kontinuier-
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lichen länglichen Elektrode, die axial von einer Zufuhrseite zu einer Aufnahmeseite durch eine Schneidzone des Werkstückes verschoben wird, die mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespült ist, wobei ein elektrischer Strom zwischen der laufenden länglichen Elektrode und dem Werkstück durch einen Bearbeitungsspalt fließt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen, während eine andere relative Verschiebung als die axiale Verschiebung der länglichen Elektrode zwischen dieser und dem Werkstück entlang einer vorgeschriebenen Bahn ausgeführt wird, um ein gewünschtes Drahtschneidmuster im Werkstück zu bilden, erfindungsgemäß gelöst durch:
Ausführen der länglichen Elektrode durch einen Draht, der aus einem magnetischen oder magnetisch leitenden Material zusammengesetzt ist und auf den wenigstens eine Schicht einer elektrisch leitenden Substanz aufgetragen ist, und
Anlegen eines Magnetfeldes an den Bereich des Bearbeitungsspaltes.
Das magnetische Material, das ein dauermagnetisches Material oder ein Material hoher magnetischer Permeabilität oder Leitfähigkeit sein kann, sollte vorzugsweise eine hohe Dehn- oder Reißfestigkeit besitzen, die beispielsweise größer als diejenige des elektrisch leitenden Materials ist. Das elektrisch leitende Material sollte vorzugsweise eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen, so daß - wenn das magnetische Material elektrisch leitend ist - dessen Leitfähigkeit auf jeden Fall größer als diejenige des magnetischen Materials ist. Das elektrisch leitende Material sollte auch einen guten Widerstand besitzen, um einer elektroerosiven Abnutzung standzuhalten, und es kann Kupfer, Silber, Aluminium oder Gold oder eine Legierung von irgendwelchen dieser Metalle oder eine Kombination von zwei oder mehr dieser Metalle sein, die elektrochemisch, chemisch oder sonst auf dem
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magnetischen Draht abgeschieden werden können, um die Schicht der hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit zu bilden. Der magnetische Draht kann aus einem eisenhaltigen Material zusammengesetzt sein, und es hat sich gezeigt, daß ein magnetischer rostfreier Stahl besonders zweckmäßig ist. Das Magnetfeld kann direkt vom magnetischen Draht einwirken, wenn dieser aus einem permanent magnetisierten Material besteht, und es liegt in zweckmäßiger Weise von einer äußeren Feldgeneratoranordnung an. Das Magnetfeld kann alternativ ein Feld sein, das in den Bereich des Bearbeitungsspaltes durch den Durchgang eines elektroerosiven Bearbeitungsstromes zwischen der länglichen Elektrode und dem Werkstück induziert ist.
Weiterhin sieht die Erfindung zur Lösung der obigen Aufgabe eine Vorrichtung zum elektroerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes mit einer kontinuierlichen länglichen Elektrode vor, die aufweist:
Eine Antriebseinrichtung zum axialen Verschieben der länglichen Elektrode von einer Zufuhrseite zu einer Aufnahmeseite durch eine Schneidzone des Werkstückes, während eine vorbestimmte Spannung an der länglichen Elektrode über der Schneidzone liegt,
eine Spüleinrichtung zum Spülen der Schneidzone mit einer Bearbeitungsflüssigkeit,
eine Strom- bzw. Spannungsversorgung zum Einspeisen eines elektrischen Bearbeitungsstromes zwischen der laufenden länglichen Elektrode und dem Werkstück durch einen dazwischen gebildeten Bearbeitungsspalt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen, und
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eine Bearbeitungsvorschubeinrichtung zum Bewirken einer relativen Verschiebung zwischen der laufenden länglichen Elektrode und dem Werkstück entlang einer vorgeschriebenen Bahn, um ein gewünschtes Drahtschneidmuster im Werkstück zu bilden, und
die sich erfindungsgemäß auszeichnet durch:
Eine längliche Elektrode, die als ein Draht ausgeführt ist, der aus einem magnetischen Material zusammengesetzt ist und wenigstens eine Schicht eines elektrisch leitenden Materiales aufweist, das darauf beschichtet ist, und
eine Einrichtung zum Anlegen eines Magnetfeldes an den Bereich des Bearbeitungsspaltes.
Die Einrichtung zum Anlegen des Magnetfeldes kann eine Spuleneinrichtung sein, die vorzugsweise in der Nähe oder im Bereich der Schneidzone liegt und durch eine äußere Strombzw. Spannungsversorgung entweder mit Wechselstrom oder Gleichstrom und entweder kontinuierlich oder gepulst erregt wird, um Magnetflüsse einer eingestellten Stärke im Bereich des Bearbeitungsspaltes zu erzeugen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungs-
gemäßen Drahtschneid-Elektroerosionsvorrichtung,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt, der eine Drahtelektrode nach der Erfindung zeigt,
Fig. 3 einen schematischen Schnitt einer weiteren Drahtelektrode nach der Erfindung, und
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τ tr—
Fig. 4 einen schematisehen Aufriß eines Werkstückes , das mit der Drahtelektrode der Fig. 3 bearbeitet ist.
In der Fig. 1 wird eine kontinuierliche Elektrode 1 in länglicher oder Drahtform axial von einer als eine Abwickelrolle 2 gezeigten Zufuhrseite zu einer als Sammeloder Aufwickelrolle 3 gezeigten Aufnahmeseite durch einen Schneidbereich 4 transportiert, in dem ein elektrisch leitendes Werkstück W liegt. Um die Schneidzone 4 festzulegen, sind zwei Bearbeitungsführungsglieder 5 und 6 angeordnet, die eine lineare Streckung 1a der Drahtelektrode 1 liefern, um diese genau in eine Bearbeitungsbeziehung mit dem Werkstück W zu positionieren oder zu justieren. Weiterhin liegen Führungsglieder 7 und 8 jeweils in der Form einer Rolle oder Trommel stromauf oder vor dem Bearbeitungsführungsglied 5 und stromab bzw. hinter dem Führungsglied 6, um die Richtung des Drahtlaufes von der Zufuhrseite 2 zur Schneidzone 4 und von dieser zur Aufnahmeseite 3 zu ändern. Das axiale Verschieben und Transportieren der Drahtelektrode 1 erfolgt, und dort wird eine geeignete (mechanische) Spannung aufgebaut durch einen Zugantrieb in der Form von zwei durch einen (nicht gezeigten) Motor angetriebenen Rollen 9 in Zusammenarbeit mit einem Bremsantrieb in der Form von zwei durch einen (nicht gezeigten) Motor angetriebenen Rollen 10.
Eine Bearbeitungsflüssigkeit (beispielsweise ein Wasser-Fluid) dielektrischer Natur und/oder elektrolytischer Natur einer geeigneten Leitfähigkeit oder eines geeigneten spezifischen Widerstandes wird durch eine (nicht gezeigte) Düseneinrichtung zur Schneidzone 4 gespeist, um den zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück W festgelegten Bearbeitungsspalt zu füllen und zu spülen. Ein
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elektrischer Bearbeitungsstrom, vorzugsweise in der Form einer Folge von Impulsen mit genau eingestellten Parametern, wird von einer Strom- bzw. Spannungsversorgung 11 geliefert und zwischen die Laufdrahtclektrode 1 und das Werkstück W gelegt, um elektrische Entladungen und/oder eine elektrolytische Einwirkung zu erzeugen, so daß Material elektroerosiv vom Werkstück W abgetragen werden kann.
Mit fortschreitender Materialabtragung wird ein Arbeitstisch 12, auf dem das Werkstück W sicher befestigt ist, in einer X-Y-Ebene mittels zwei Motoren 13 und 14, beispielsweise Schrittmotoren, verschoben, die so ausgelegt sind, daß der Arbeitstisch 12 entlang einer X-Achse bzw. einer Y-Achse bewegt werden kann. Eine numerische Steuereinheit (NC-Einheit) 15 ist vorgesehen, um vorprogrammierte Ansteuersignale für die Motoren 13 und 14 zu liefern, wodurch das Werkstück W entlang einer vorbestimmten Bahn verschoben und so ein gewünschtes Drahtschneidprofil gebildet wird, das durch die Verschiebungsbahn im Werkstück W festgelegt ist.
Erfindungsgemäß ist eine Spule 16 vorgesehen und durch eine Strom- bzw. Spannungsversorgung 17 erregt. Die Drahtelektrode 1 besteht, wie in Fig. 2 gezeigt ist, aus einem Draht 1a aus einem hoch dehn- oder reißfesten und magnetischen (beispielsweise magnetisch permeablen oder leitenden) Material und weist eine Schicht 1b guter elektrischer Leitfähigkeit auf. Da das Kernmaterial 1a eine hohe Dehn- oder Reißfestigkeit besitzt, kann der gesamte Durchmesser oder die Dicke der Drahtelektrode 1 im Vergleich mit herkömmlichen Elektroerosions-Drahtelektroden wesentlich verringert werden, und es kann eine größere (mechanische) Spannung angelegt werden, um die Möglichkeit einer Drahtlockerung auszuschließen. Beispielsweise kann ein gesinterter und gezogener eisenhaltiger Draht eines Durchmessers von 0,1 mm ein geeigne-
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tes Kernmaterial 1a sein und eine Schicht einer Dicke von 0,05 mm aus Kupfer aufweisen, das darauf durch elektrolytische Abscheidung geschichtet ist. Es hat sich gezeigt, daß die sich ergebende Drahtelektrode mit einem Gesamtdurchmesser von 0,2 mm in der Dehn- oder Reißfestigkeit einige Mal größer als eine übliche Kupferdrahtelektrode des gleichen Durchmessers für die Drahtschneid-Elektroerosion ist. Die gemäß der Erfindung zusammengesetzte Drahtelektrode erlaubt eine wesentliche Verringerung der Geschwindigkeit oder Rate der axialen Verschiebung, wodurch die Höhe des Materialverbrauches merklich im Vergleich mit der herkömmlichen Drahtelektrode einer ähnlichen elektrischen Leitfähigkeit herabgesetzt werden kann.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drahtelektrode 1 kann - wie in Fig.3 gezeigt ist - aus einem magnetischen Kernglied 1a mit zwei elektrisch leitenden Schichten 1b und 1c bestehen. Beispielsweise kann das Kernglied 1a ein Draht eines Durchmessers von 0,1 mm aus magnetischem rostfreiem Stahl sein, der durch Ziehen bei Raumtemperatur vorbereitet ist; die innere elektrisch leitende Schicht 1b kann aus Kupfer zusammengesetzt sein, das in einer Dicke von 0,05 mm auf das Kernglied 1a aufgetragen ist, und die äußere elektrisch leitende Schicht 1c kann aus Gold zusammengesetzt sein, das in einer Dicke von 0,05 mm auf der inneren Schicht 1b abgeschieden oder aufgetragen ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der magnetische rostfreie Stahldraht 1a einen Durchmesser von 1,5 mm aufweisen; die innere, leitende Kupferschicht 1b kann eine Dicke von 0,03 mm besitzen, und die äußere leitende Schicht 1c kann eine Dicke von 0,02 mm haben. Es hat sich gezeigt, daß diese zusammengesetzten Drähte eine merkliche Verringerung der Geschwindigkeit oder Rate der axialen Verschiebung erlauben und gleichzeitig extrem gute elektrische und ther-
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mische Leitungseigenschaften besitzen und verschleißbeständig bzw. gegenüber einer Erosion widerstandsfähig sind.
Das durch die Anordnung 16 erzeugte Magnetfeld sollte vorzugsweise eine Stärke über 100 Gauss besitzen. Der magnetisch leitende Kerndraht 1a bildet eine Bahn für die Magnetflüsse , die auftreten, um mit dem Bearbeitungs- oder Entladungsstrom, der durch den zwischen dem Werkstück W und dem leitenden Teil 1b (oder 1b und 1c) der Drahtelektrode 1 gebildeten Bearbeitungsspalt fließt, so in Wechselwirkung zu treten, daß äußerst günstige Bearbeitungsergebnisse geliefert werden. Es hat sich gezeigt, daß die Wechselwirkung den Spaltdurchbruch erleichtert, wirksam den Spaltabstand ausdehnt und die Folgefreguenz der Bearbeitungsentladungen steigert. Die Bearbeitungsspäne und andere Spaltprodukte werden so aus dem Bearbeitungsspalt besser abgeführt, was die Erneuerung der Bearbeitungsflüssigkeit im Spaltbereich fördert und damit ein Kühlen des Werkstückes mit erhöhter Geschwindigkeit erlaubt. Die Bearbeitungsentladungen können nacheinander mit geringerer Neigung zu einem schädlichen oder zerstörenden Lichtbogen und Kurzschluß wiederholt werden. Die mit erhöhter Geschwindigkeit erneuerte Bearbeitungsflüssigkeit erleichtert auch das Kühlen der Drahtelektrode und verhindert so deren überhitzung aufgrund des Durchganges eines Bearbeitungsstromes hoher Amperezahl, wodurch entsprechend der Drahtbruch auf einen Mindestwert verringert wird und der Schneidprozeß mit erhöhter Stabilität fortschreiten kann und also das bearbeitete Werkstück eine verbesserte Oberflächengüte und -genauigkeit aufweist.
Die Spule 16 liegt vorzugsweise in der Nähe des Bearbeitungsspaltes oder des Bereiches der Schneidzone 4, und sie ist so angeordnet, daß sie die Drahtelektrode 1 umgibt. Das
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durch die Spule 16 erzeugte Magnetfeld und damit das Ausgangssignal der Strom- bzw. Spannungsversorgung 17 zum Erregen der Spule 16 ist entweder ein Wechselsignal oder ein Gleichsignal und entweder kontinuierlich oder gepulst. Das gepulste oder Wechselmagnetfeld wird jedoch bevorzugt. Mit gepulsten oder wechselnden Magnetflüssen hat es sich gezeigt, daß die Bearbeitungsspäne und andere Spaltansammlungen zufälligen Bewegungen unterliegen und leichter aus dem Spaltbereich abgeführt werden. Weiterhin wird die zufällige und streuende Erzeugung von Bearbeitungsentladungen entlang den Bearbeitungsflächen gefördert, was einen möglichen Lichtbogen oder Kurzschluß ausschließt und somit einen Fortgang der Materialabtragung mit erhöhtem Wirkungsgrad und großer Stabilität erlaubt.
Mehr als eine Spule 16 kann vorgesehen werden, wobei diese Spulen in Phase oder außer Phase miteinander durch die gemeinsame Strom- bzw. Spannungsversorgung 17 erregt werden. Eine Spule kann auf einer Seite der Schneidzone 4 vorgesehen sein, und eine andere Spule kann auf deren entgegengesetzten Seite bezüglich des Werkstückes W liegen.
Eine Spule oder Spulen 16 (mit der zugeordneten Strombzw. Spannungsversorgung 17) kann durch einen Dauermagneten oder Dauermagnete ersetzt werden, die so gestaltet sind, daß sie das entsprechende Magnetfeld einer Stärke vorzugsweise nicht kleiner als 100 Gauss erzeugen.
Somit ermöglicht die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes, die insbesondere den Schneidwirkungsgrad und die Stabilität verbessern.
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AS-
Leerseite

Claims (16)

Ansprüche
1.)Verfahren zum elektroerosiven Drahtschneiden eines Werk- ^— Stückes mit einer kontinuierlichen länglichen Elektrode, die axial von einer Zufuhrseite zu einer Aufnahmeseite durch eine mit einem Bearbeitungsfeld gespülte Schneidzone des Werkstückes verschiebbar ist,
- bei dem ein elektrischer Bearbeitungsstrom zwischen die laufende längliche Elektrode und das Werkstück über einen Bearbeitungsspalt gelegt wird, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen,
- während eine andere relative Verschiebung als die axiale Verschiebung der länglichen Elektrode zwischen dieser und dem Werkstück entlang einer vorgeschriebenen Bahn bewirkt wird, um ein gewünschtes Drahtschneidmuster im Werkstück zu bilden,
gekennzeichnet
durch
- (a) Ausführen der länglichen Elektrode (1) durch einen aus einem magnetischen Material bestehenden Draht (1a), der mit einer Schicht (1b, 1c) aus einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist, und (b) Anlegen eines Magnetfeldes an den Bereich des Bearbeitungsspaltes .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß das magnetische Material eine größere Dehn- oder Reißfestigkeit als das elektrisch leitende Material aufweist.
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3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
- daß das magnetische Material eine kleinere elektrische Leitfähigkeit als das leitende Material aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- daß das leitende Material aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Kupfer, Silber, Aluminium und Gold sowie Legierungen gewählt ist, die wenigstens einen dieser Stoffe enthalten.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- daß das magnetische Material ein eisenhaltiges Material ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
- daß das magnetische Material ein rostfreier Stahl ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- daß das Magnetfeld eine Stärke nicht kleiner als 100 Gauss aufweist.
8. Vorrichtung zum elektroerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes mit einer kontinuierlichen länglichen Elektrode, mit
- einer Antriebseinrichtung zum axialen Verschieben der länglichen Elektrode von einer Zufuhrseite zu einer Aufnahmeseite durch eine Schneidzone des Werkstückes, während eine Spannung an der durch die Schneidzone laufenden länglichen Elektrode liegt,
- einerSpüleinrichtung zum Spülen der Schneidzone mit ei-
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ner Bearbeitungsflüssigkeit,
- einerstromversorgungseinrichtung zum Leiten eines elektrischen Bearbeitungsstromes zwischen der länglichen Elektrode und dem Werkstück durch einen dazwischen gebildeten Bearbeitungsspalt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen, und
- einerBearbeitungsvorschubeinrichtung zum Bewirken einer relativen Verschiebung zwischen der laufenden länglichen Elektrode und dem Werkstück entlang einer vorgeschriebenen Bahn, um im Werkstück ein gewünschtes Drahtschneidmuster zu bilden,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die längliche Elektrode (1) aus einem Draht (1a) besteht, der aus einem magnetischen Material zusammengesetzt ist und auf den eine Schicht (1b, 1c) eines elektrisch leitenden Materials aufgetragen ist, und
- daß eine Magneteinrichtung (16) ein Magnetfeld an den Bereich des Bearbeitungsspaltes legt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Magneteinrichtung zum Anlegen des Magnetfeldes wenigstens eine Spuleneinrichtung (16) aufweist, die durch eine Strom- bzw. Spannungsversorgung (17) erregbar ist, um das Magnetfeld mit einer Stärke nicht kleiner als 100 Gauss zu erzeugen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die wenigstens eine Spuleneinrichtung (16) eine Spule umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie die längliche Elektrode (1) umgibt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
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dadurch gekennzeichnet,
- daß die Spule (16) im Bereich der Schneidzone angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Magneteinrichtung (16) zum Anlegen des Magnetfeldes wenigstens einen Dauermagneten umfaßt, der das Magnetfeld mit einer Stärke nicht kleiner als 100 Gauss erzeugt und im Bereich der Schneidzone angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
- daß das magnetische Material eine größere Dehn- oder Reißfestigkeit als das elektrisch leitende Material aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
- daß das magnetische Material eine kleinere elektrische Leitfähigkeit als das leitende Material aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
- daß das leitende Material aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Kupfer, Silber, Aluminium und Gold sowie Legierungen besteht, die wenigstens einen dieser Stoffe enthalten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
- daß das magnetische Material ein eisenhaltiges Material ist.
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