DE3220433A1

DE3220433A1 - Verfahren zum elektrochemischen abtragen von metallischem werkstoff

Info

Publication number: DE3220433A1
Application number: DE19823220433
Authority: DE
Inventors: Alfred Ing.(Grad.) Thilow; Gerhard 7000 Stuttgart Ziegler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-05-29
Filing date: 1982-05-29
Publication date: 1983-12-01
Also published as: US4475995A; FR2527492B1; DE3220433C2; IT8321272A0; JPS58210199A; IT1170143B; IT8321272A1; CH659417A5; FR2527492A1

Description

^R· 17833

27.5.1982 Rs/Jä

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1

Verfahren zum elektrochemischen Abtragen von metallischem Werkstoff

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum elektrochemischen Abtragen von metallischem Werkstoff nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 26 33 629₅ wo mittels eines ortsfesten Werkzeuges ein Durchbruch in einem metallischen Werkstück hergestellt -wird. Weiterhin ist es aus der DE-OS 28 2k 770 bekannt, zum Erzeugen von Schrägen an Schlitzkanten von Hubkolbenmaschinen-Zylindern ein elektrochemisches Arbeitsverfahren zu verwenden, vobei die Zylinderwandung zunächst mit einer Hartchromschicht überzogen und diese anschließend im Bereich von Schlitzkanten durch elektrochemisches Formentgraten verrundet werden.

Weiterhin ist es grundsätzlich bekannt, metallische Werkstücke durch elektrochemisches Senken zu bearbeiten, wobei nach einer empirischen Ermittlung der Gestalt der Werkzeugelektrode und der sonstigen Arbeitsbedingungen eine hinsichtlich ihrer Form exakt vorgegebene Ausnehmung aus einem Werkstoff herausgearbeitet wird. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig, weil mit sehr hohem Arbeitsstrom bei sehr hohen Arbeitsdrücken gearbeitet wird. Weiterhin be-

steht wegen des kleinen Arbeitsspaltes die Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen beim elektrochemischen Senken welche wegen der hohen Arbeitsströme Schaden verursachenkönnen .

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden. Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß mit wesentlich 'niedrigeren Bearbeitungsströmen und geringeren Arbeitsdrücken ein technisch einwandfreies Ergebnis erreicht wird, da beim vorliegenden Verfahren ausschlaggebend die Volumenkorrektur im Arbeitsspalt zwischen Werkzeug und Werkstück ist, während die Formgebung in einem vorhergehenden Arbeitsprozeß wie Kokillenguß oder dergleichen vorgegeben wird. Bei der anschließenden Volumenkorrektur ist die Formgebung der Ausnehmung von untergeordneter Bedeutung. Es ist ausreichend, wenn die Form der Werkzeug-Elektrode der Form der Ausnehmung angepaßt ist. Das erf indungsg.emäße Verfahren kann mit besonderem Vorteil dort eingesetzt werden, wo durch die elektrochemische Metallbearbeitung im wesentlichen eine Korrektur eines vorgegebenen Volumens vorzunehmen ist. Dies ist beispielsweise der Fall in der Brennraummulde des Zylinderkopfes eines Kraftfahrzeuges, wo für alle Zylinder gleich große Brennräume geschaffen werden sollen zur Erzielung eines runden Laufes und eines möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauchs. Diese gleichen Volumina sind in der Regel nicht gegeben, weil die gegossenen Zylinderköpfe sich beim Abkühlen des Gußteiles verziehen und anschließend mechanisch bearbeitet werden müssen. Hierbei erfolgt ein unterschiedlicher Abtrag an den verschiedenen Brennraummulden, welcher zu unterschiedlichen Brennraumvolumina führt, was durch das erfindungsgemäße Verfahren in besonders einfacher und vorteilhafter Weise korrigiert werden kann.

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Durch die Korrektur des Brennraumvolumens erreicht man unabhängig von geringen Formunterschieden der verschiedenen Brennraummulden gleiche Kompression in den einzelnen Zylindern des Motors des Kraftfahrzeuges und somit einen gleichmäßigen ruhigen Lauf des Motors.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt die verwendete Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist mit 10 ein Werkstück bezeichnet, dem eine Werkzeug-Elektrode 11 gegenübersteht. Zwischen Werkstück 10 und Werkzeug 11 liegt ein Arbeitsspalt .12, welcher mit einem flüssigen Elektrolyten, im vorliegenden Fall NaN0_ ausgefüllt ist. Der Arbeitsspalt 12 bildet -das während der Bearbeitung zu korrigierende Volumen.

Die Stromversorgung der Anlage erfolgt durch einen Generator G, der im gezeichneten Fall eine Gleichspannung am Arbeitsspalt 12 liefert, welche in der Größenordnung von ca. 10 bis 30 V liegt. Anstelle einer Gleichspannung kann jedoch auch eine Wechselspannung als Bearbeitungsspannung verwendet werden, wie dies aus der elektrochemischen Metallbearbeitung grundsätzlich bekannt ist. Der positive Ausgang des Generators G ist über eine Leitung 13 und ein Strommeßgerät A mit dem Werkstück 10 verbunden, der negative Ausgang des Generators G liegt über eine Leitung 1U an der Werkzeug-Elektrode 11. Parallel zum Generator G ist ein Spannungsmeßgerät V eingeschaltet.

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Weiterhin ist rait 15 ein separater Widerstandsmesser bezeichnet, welcher gegebenenfalls in einem gesonderten Meßverfahren zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes zwischen Werkzeug-Elektrode 11 und Werkstück 10 dient. Der gemessene Widerstand bildet ein Maß für das vorhandene Volumen im Arbeitsspalt 12 und den diesem gegenüber noch erforderlichen Abtrag. Anstelle der Messung des Widerstandes zur Bestimmung des Volumens und des notwendigen Abtrages sind auch andere Meßverfahren einsetzbar, z. B. das sog. Auslitern des vorhandenen Volumens.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im vorliegenden Fall eingesetzt zum elektrochemischen Abtragen von metallischem Werkstoff aus dem Brennraum des das Werkstück 10 bildenden Zylinderkopfes eines Kraftfahrzeuges. Durch die angelegte Spannung zwischen dem Werkstück 10 und der Werkzeug-Elektrode 11 findet ein Elektrolysevorgang statt, bei dem Material vom Werkstück 10 abgetragen und vom Elektrolyten aus dem Arbeitsspalt 12 abtransportiert wird. Durch den elektrochemischen Abtrag vom Werkstück 10 erfolgt eine Korrektur des vom Elektrolyten (z. B. NaN0_) ausgefüllten Volumens, nämlich des Arbeitsspaltes 12. Der Arbeitsspalt wird hierbei auf ein vorher empirisch ermitteltes Endvolumen erweitert, wobei als Maß- für den Abtrag die Höhe des Elektrolysestromes und die Bearbeitungszeit dienen. Beim Abtragen des Werkstückes 10 kann so verfahren werden, daß die Höhe der elektrischen Bearbeitungsspannung (V) auf einem vorgegebenen Wert im wesentlichen konstant gehalten und ein vorher empirisch ermittelter Endwert des Elektrolysestromes (A) als Maß für den elektrochemischen Abtrag meßtechnisch erfaßt wird. Die Werkzeug-Elektrode befindet sich während der Bearbeitung in einer festen Position. Der Elektrolysestrom nimmt mit zunehmender Breite des Arbe.itsspalt.es 12 allmählich ab auf einen vorgegebenen Eadwert, welcher einer entsprechenden Breite des Arbeitsspaltes 12 und somit der Korrektur des Volumens auf einen

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vorgegebenen Endwert entspricht. Wichtig hierbei ist, daß sich sowohl das Werkstück 10 als auch das Werkzeug 11 in festen Arbeitspositionen befinden. Unabhängig davon ist es allerdings möglich, die Werkzeug-Elektrode 11 nicht sofort in ihre endgültige Position sondern zunächst in eine Vorbearbeitungsposition 16 zu bringen zum Abtrag eventuell vorhandener Unebenheiten am Werkstück 10, welche einen Kurzschluß verursachen könnten. Erst nach dieser Vorarbeit wird dann die Elektrode 11 in die eigentliche feste Bearbeitungsposition gebracht. Entsprechend kann auch vorgegangen werden, wenn die Werkzeug-Elektrode 11 während der Bearbeitung zum Werkstück 10 hin vorgeschoben wird, um den Abtrag zu beschleunigen. Dieses Verfahren wird anschließend näher erläutert.

Anstelle der elektrochemischen Bearbeitung mit feststehender Werkzeug-Elektrode 11 und begrenzter Abnahme des Elektrolysestromes bi-s auf einen vorgegebenen Endwert kann auch so vorgegangen werden, daß in einem Meßverfahren mit fest vorgegebenen Positionen von Werkzeug-Elektrode 11 und Werkstück 10 zunächst der elektrische Widerstand zwischen Werkzeug-Elektrode 11 und Werkstück 10 als Maß (Ohm) für die erforderliehe Volumenkorrektur ermittelt wird. Im anschließenden elektrochemischen Arbeitsprozeß erfolgt ein Abtrag entsprechend dem gemessenen Widerstand durch Vorgabe des Produktes oder des Integrationswertes aus Elektrolysestrom und Zeit. Aus der Widerstandsmessung mit Hilfe des Meßgerätes 15 kann mit rechnerischen Mitteln der erforderliche Werkstückabtrag zur Korrektur des Volumens des Arbeitsspaltes auf den vorgegebenen Endwert bestimmt werden. Der Abtrag kann dann wahlweise mit konstantem Elektrolysesbrom oder mit veränderlichem Elektrolysestrom, mit ortsfester oder mit vorgeschobener Werkzeug-Elektrode 11 geregelt durchgeführt werden. Maßgeblich für die Beendigung des Bearbeitungsvorganges ist der vorher rechnerisch ermittelte Wert als Produkt oder bei veränderlichem Strom

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als Integral aus Elektrolysestrom und Bearbeitungsdauer. Günstige Arbeitsbedingungen ergeben sich bei einer Breite des Arbeitsspaltes 12 von etwa 1 - 2 mm. Die äußere Form der Werkzeug-Elektrode 11 ist hierbei der beispielsweise im Kokillenguß erzeugten Gestalt der Mulde im .Werkstück 10 im wesentlichen angepaßt. Beim Ausführungsbeispiel, bei dem die Brennraummulde im Zylinderkopf eines Kraftfahrzeugmotors hinsichtlich ihres Volumens korrigiert werden soll, sind Volumenunterschiede von etwa 10 % des Gesamtvolumens zu korrigieren, was mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise möglich wird.

Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Werkzeug-Elektrode 11 beim Abtrag ortsfest angeordnet. Statt dessen kann die Elektrode 11 mit fortschreitendem Abtrag am Werkstück 10 jedoch auch in Richtung auf das Werkstück nachgeführt werden, um durch einen etwa auf gleicher Höhe gehaltenen Elektrolysestrom den Bearbeitungsvorgang zu verkürzen. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn das Produkt aus Elektrolysestrom und Bearbeitungsdauer vorher durch Widerstandsmessung und Berechnung bestimmt worden ist. Die Messung des elektrischen Widerstands erfolgt in einem vorgeschalteten Arbeitsgang mit Hilfe des Widerstandsmessers 15, wobei zur Messung entweder eine niedrige Gleichspannung oder eine hochfreq.uente Wechselspannung, jeweils in der Größenordnung von etwa 1 Volt verwendet wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist in sehr vorteilhafter und einfacher Weise die Korrektur eines vorbearbeitet en Volumens durch elektrochemische Metallbearbeitung möglich, eine bevorzugte Anwendung liegt bei der Nachbearbeitung der Brennraummulde in 'Zylinderköpfen von Verbrennungsmotoren. Die Erfindung beruht darauf,

das Muldenvolumen indirekt unter Ausnutzung des Faradayschen Gesetzes über den Elektrolysestrom als Einflußgröße zu korrigieren. Sowohl der Bearbeitungsstrom als auch der Meßstrom zur Ermittlung des Widerstandes können Gleich- oder Wechselströme sein, wobei die Verwendung von Wechselstrom den Vorteil bringt, daß Polarisationswiderstände zwischen Werkzeug-Elektrode 11 und Werkstück 10 vermieden werden.

Leerseite

Claims

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27.5.1982 Rs/Jä

Robert Bosch GmbH, TOOO Stuttgart 1

Ansprüche

.1.)Verfahr en zum elektrochemischen Abtragen von metallischem Werkstoff von einem Werkstück, insbesondere aus dem Brennraum des Zylinderkopfes eines Kraftfahrzeuges, mittels einer Werkzeug-Elektrode, welche gegenüber dem Werkstück an einer elektrischen Bearbeitungsspannung liegt, wobei der Spalt zwischen der Werkzeug-Elektrode und dem Werkstück mit einem flüssigen Elektrolyten ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch den elektrochemischen Abtrag vom Werkstück (10) eine Korrektur des vom Elektrolyten (NaNO-) ausgefüllten Volumens. (12) durchgeführt wird· auf ein vorgegebenes Endvolumen, wobei als Maß für den Abtrag die Höhe des Elektrolysestromes (A) und die Bearbeitungszeit dienen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Werkzeug (11) und Werkstück (1O) in festem, definiertem Abstand zueinander angeordnet werden, daß die Höhe der elektrischen Bearbeitungsspannung (v) auf einem vorgegebenen Wert im wesentlichen konstant gehalten und ein vorher ermittelter Endwert des Elektrolysestromes (A) als Maß für den elektrochemischen Abtrag meßtechnisch erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit fest vorgegebenen Positionen von Werkzeug (11) und Werkstück (10) zunächst der elektrische Widerstand zwischen Werkzeug-Elektrode (11) und Werkstück (1O) als Maß (15)

für die erforderliche Volumenkorrektur ermittelt wird und im anschließenden elektrochemischen Arbeitsprozeß ein Abtrag entsprechend dem gemessenen Widerstand erfolgt durch Vorgabe des Produktes oder des Integrationswertes aus Elektrölysestrom und Zeit.

h. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtrag mit einer ortsfesten Werkzeug-Elektrode (11) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeug-Elektrode (11) mit fortschreitendem Abtrag in Richtung des Werkstückes (10) nachgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, h oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des elektrischen Widerstandes (15) mit niedriger Gleichspannung erfolgt.

T. Verfahren nach Anspruch 3, k' oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des elektrischen Widerstands (15) mit hochfrequenter Wechselspannung erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeug-Elektrode (11) zunächst in eine Vorbearbeitungsposition (16) gebracht wird zum Abtrag eventuell vorhandener Unebenheiten am Werkstück (10) und anschließend erst in die eigentliche, feste Bearbeitungsposition oder in die Alisgangsposition für die Bearbeitung mit Werkzeugvorschub.