DE3241780A1

DE3241780A1 - Elektroentladungsbearbeitungs-verfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE3241780A1
Application number: DE19823241780
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1981-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1983-05-26
Anticipated expiration: 2002-11-12
Also published as: US4539458A; DE3241780C2; GB2109284B; GB2109284A; IT8249475A0; FR2516000B1; FR2516000A1; IT1148659B

Description

Inoue-Japax Research Incorporated 5289 Aza Michimasa, Nagatsudamachi, Midoriku, Yokohamashi, Kanagawaken, Japan

Elektroentladungsbearbeitungs-Verfahren und -Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf die Elektroentladungsbearbeitung (EDM) und insbesondere auf ein neues Elektroentladungsbearbeitung-Verfahren nebst -Vorrichtung zur Bearbeitung eines elektrisch leitenden Werkstücks mit einer Werkzeugelektrode zur Bildung eines Hohlraumes im Werkstück, wobei die Werkzeugelektrode eine Bearbeitungsoberfläche einer wesentlichen Flächengröße aufweist, die zum Hohlraum komplementär ist.

Das EDM-Verfahren dieser besonderen,vorstehend angegebenen Art wurde gewöhnlich bisher in einem dielektrischen Fluid, wie z. B. Kerosin oder Transformatoröl, durchgeführt, das in einem Arbeitstank enthalten war. Ein Werkstück wird tief in das dielektrische Fluid im Arbeitstank eingetaucht, und auch eine Werkzeugelektrode wird in das dielektrische Fluid getaucht und dem Werkstück unter Abstand zugewandt. Der zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück gebildete Bearbeitungsspalt wird so tief in das

dielektrische Fluid im Arbeitstank eingetaucht. Mail legt eine Folge elektrischer Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück durch den Bearbeitungsspalt zwecks elektroerosiver Materialabtragung vom Werkstück an. Beim Fortgang der Materialabtragung wird die Werkzeugelektrode in das Werkstück hinein vorgerückt, bis die benötigte Tiefe eines gewünschten Hohlraumes erreicht ist.

Obwohl das vorstehend beschriebene herkömmliche Verfahren als allgemein befriedigend und für industrielle Zwecke annehmbar gefunden wurde, besteht auch weiterhin ein Bedarf an einer Steigerung der Abtragungsgeschwindigkeit und des allgemeinen Bearbeitungswirkungsgrades. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß das dielektrische Fluid der erwähnten Art hochgradig entflammbar ist, so daß eine Anzahl von Maßnahmen benötigt wird, um ein Feuer zu vermeiden sowie ein Feuer, falls es trotzdem auftritt, zu bekämpfen. Andererseits war es beim Drahtschneid-EDM, einer hinsichtlich der Bearbeitungsweise vom Hohlraum-Absenk-EDM sehr verschiedenen EDM-Art, die übliche Praxis, als das Bearbeitungsfluid reines oder destilliertes Wasser zu verwenden, das überhaupt nicht entflammbar ist. So wurden Versuche unternommen, das aus reinem oder destilliertem Wasser bestehende Bearbeitungsfluld auch beim Hohlraum-Absenk-EDM-Verfahren zu verwenden. Es zeigte sich jedoch, daß der mit dem Wasserfluid erzielte Hohlraum-Absenk-Wirkungsgrad dem mit Kerosin oder Transformatoröl erhältlichen stark unterlegen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes EDM-Verfahren der erwähnten Art zu entwickeln ,'das von einer Feuergefahr völlig frei ist und

dennoch die Erzielung eines Hohlraum-Absenk-Wirkungsgrades ermöglicht, der mit dem mit Kerosin oder Transformatoröl erhältlichen vergleichbar oder diesem sogar überlegen ist, und außerdem eine neue und verbesserte EDM-Vorrichtung oder -Anordnung zur Durchführung des neuen EDM-Verfahrens anzugeben.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Verfahren zur Elektroentladungsbearbeitung eines elektrisch leitenden Werkstücks zur Bildung eines Hohlraumes darin, das durch die Schritte a) Einstellen einer Werkzeugelektrode im Abstand zum Werkstück in einem Arbeitstank zur Bildung eines Bearbeitungsspaltes zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück, der im wesentlichen an die Atmosphärenluft im Arbeitstank angrenzt, wobei die Werkzeugelektrode eine zur Form des Hohlraumes komplementäre Bearbeitungsoberfläche mit einer

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Fläche über 2 cm aufweist, b) Zuführen eines Bearbeitungsfluids in den Bearbeitungsspalt und Herausfließenlassen des Bearbeitungsfelds aus dem Bearbeit^ungsspalt in die Atmosphäre im Arbeitstank, welches Bearbeitungsfluid eine auf Wasser basierende Flüssigkeit ist, c) Anlegen einer Folge elektrischer Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück durch den Bearbeitungsspalt zur elektroerosiven Materialabtragung vom Werkstück, wobei man die Spaltentladungsprodukte im Bßarbeitungsfluid mitgerissen werden und damit in die Atmosphärenluft im Arbeitstank gelangen läßt, und d) Relativbewegen der Werkzeugelektrode und des Werkstücks unter im wesentlichen konstanter Beibehaltung des Bearbeitungsspaltes zwecks Fortschritts der Bearbeitung im Werkstück gekennzeichnet ist.

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Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 gekennzeichnet.

So wird vorzugsweise im Schritt b) das Bearbeitungsfluid in den Bearbeitungsspalt mit einem Volumenströmungsdurchsatz im Bereich von 10 bis 1000 cm /min, vorzugsweise von 50 bis 5OO cm /min, zugeführt.

Besonders kann das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchgeführt werden, daß das Werkstück im Arbeitstank derart angeordnet wird, das es von der Atmosphärenluft umgeben wird und nicht in das Bearbeitungsfluid eingetaucht ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß ein derartiges Volumen des Bearbeitungsf luids im Arbeitstank aufrechterhalten wird, daß

gerade

es das darin angeordnete Werkstück/abdeckt. Die Schichtdicke des Bearbeitungsfluids über der Oberseite des Werkstücks liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 15 mm und noch bevorzugter im Bereich von 2 bis 10 mm.

Das Bearbeitungsfluid kann aus 0 bis 5 Gew. % wenigstens eines Kohlenwasserstoffes, 1 bis 5 Gew. % wenigstens eines organischen Stoffes außer Kohlenwasserstoffen und Rest im wesentlichen Wasser bestehen. Solche organischen Stoffe können wenigstens ein Stoff der Gruppe wasserlösliches Silikonöl, Äthylenglycol, Polyäthylenglycol, Propylenglycol, Glycerin, Diäthylenglycol, Polyalkylather und höherer (Fett-)Alkohol sein. Der organische Stoff ist vorzugsweise ein polyester-denaturiertes Silikonöl und kann als ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel definiert werden.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur Elektroentladungsbearbeitung eines elektrisch leitenden Werkstücks zur Bildung eines Hohlraumes darin, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens/gekennzeichnet durch eine Halteeinrichtung zum Einstellen einer Werkzeugelektrode im Abstand zum Werkstück in einem Arbeitstank zur Bildung eines Bearbeitungsspaltes zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück, der im wesentlichen an die Atmosphärenluft im Arbeitstank angrenzt, wobei die Werkzeugelektrode eine zur Form des Hohlraumes komplementäre

Bearbeitungsoberfläche mit einer Fläche über 2 cm aufweist, eine Einrichtung zum Zuführen eines Bearbeitungsfluids in den Bearbeitungsspalt und zum Herausfließenlassen des Bearbeitungsfluids aus dem Bearbeitungsspalt in die Atmosphärenluft im Arbeitstank, welches Bearbeitungsfluid eine auf Wasser basierende Flüssigkeit ist, eine Stromquelle zum Anlegen einer Folge elektrischer Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück durch den Bearbeitungsspalt zur elektroerosiven Materialabtragung vom Werkstück bei Ermöglichung des Mitreißens der Spaltentladungsprodukte im Bearbeitungsfluid und ihres Gelangens damit in die Atmosphärenluft im Arbeitstank und eine Einrichtung zur Relativbewegung der Werkzeugelektrode und des Werkstücks unter im wesentlichen konstanter Beibehaltung des Bearbeitungsspaltes zwecks Fortschritts der Bearbeitung im Werkstück.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht und t eilweise schematische Ansicht zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem

das Werkstück seitlich von Atmosphärenluft im Arbeitstank umgeben ist;

Fig. 2 und 3 graphische Darstellungen zum Vergleich der Beziehung zwischen dem Abtragungsdurchsatz und der Oberflächenrauhigkeit beim Verfahren gemäß der Erfindung mit dem herkömmlichen Verfahren;

Fig. 4 eine Fig. 1 ähnliche Darstellung zur schematischen Veranschaulichung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem der Oberflächenspiegel des Bearbeitungsfluids im Arbeitstank

unmittelbar über der Oberseite des Werkstücks liegt; und

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung, wie die Dicke des Bearbeitungsfluids über dem Werkstück den Abtragungsdurchsatz undjtien relativen Elektrodenverschleiß beeinflußt.

In Fig. 1 ist eine EDM-Vorrichtung 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung 1 enthält ein Maschinenbett 2, auf dem ein Kreuzgleittisch 3 montiert ist, der zum Tragen eines darauf in der Horizontalebene oder X-Y-Ebene verschiebbaren Arbeitstanks 4 dient. Im Arbeitstank 4 ist ein Arbeitstisch 5 in fester Lage zur festen Montage eines Werkstücks W darauf. Das Werkstück W wird nach der Darstellung mit einer Werkzeugelektrode E nach einem neuen Verfahren gemäß der Erfindung bearbeitet. Die Werkzeugelektrode E hat eine Bearbeitungsoberfläche S, die unter Abstand dem Werkstück W über einen EDM-Spalt G zugewandt und komplementär zum Profil eines im Werkstück W zu bearbeitenden Hohlraumes gestaltet ist. Die Werkzeugelektrode E wird von einem vertikalen

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Schaft 6 getragen, der zur vertikalen Aufwärts- und Abwärtsbewegung durch eine Antriebseinheit 7 ausgelegt ist. Die letztere enthält einen auf eine Spaltvariable, z. B₉ Spannung über den Bearbeitungsspalt G_/ ansprechenden HiIfsmechanismus zu einer derartigen Bewegung der Werkzeugelektrode E, daß der Bearbeitungsspalt G im wesentlichen konstant beibehalten wird. Vorzugsweise enthält die Antriebseinheit 7 außerdem einen Mechanismus zur Hin- und Herbewegung der Werkzeugelektrode E während ihres Vorschubs durch den Hilfsmechanismus. Die Werkzeugelektrode E ist über den leitenden Schaft 6 elektrisch mit einer Ausgangsklemme einer EDM-Stromquelle 8 verbunden, deren andere Ausgangsklemme über den leitenden Arbeitstisch 5 elektrisch mit dem Werkstück W verbunden ist.

Weiter hat die Werkzeugelektrode E eine Mehrzahl von Innenbohrungen 9, die sämtlich am Bearbeitungsspalt G unter Abständen an der Elektrodenbearbeitungsoberfläche S münden. Die Innenbohrungen 9 laufen an ihren Speisungsenden in einen Einlaßkanal 10 zusammen, der den Schaft 6 zur Aufnahme eines Bearbeitungsfluids F aus einem Speieher durchsetzt. Eine Pumpe 12 ist zum; Abzieherjdes Bearbeitungsfluids F aus dem Speicher 11 und zu seinem Fördern durch eine Leitung 13 in den Fluid-Einlaßkanal 10 vorgesehen. Ein Ventil 14 in der Leitung 13 wird durch eine Steuereinheit 15 reguliert, um den Volumenströmungsdurchsatz des Bearbeitungsfluids F zu steuern, das durch die Innenbohrungen 9 in den Bearbeitungsspalt G eingespeist wird. Ein weiteres Ventil 16 ist vorgesehen, um einen Teil des von der Pumpe 12 abgezogenen Bearbeitungsfluids F in den Speicher 11 zurückzuleiten, und kann reguliert werden, um den Speisedruck des Bearbeitungsfluids F zu steuern,

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das in den EDM-Spalt G eingeführt wird. Die Pumpe 12 wird von einem Motor 17 angetrieben.

Das Bearbeitungsfluid F soll bei der Durchführung der Erfindung aus einer auf Wasser basierenden Flüssigkeit bestehen, die im wesentlichen nicht entflammbar ist, jedoch die Verwendung von reinem oder destilliertem Wasser allein ausschließt. So enthält zur Durchführung der Erfindung das Bearbeitungsfluid oder die Bearbeitungsflüssigkeit F einen geringen Gehalt, etwa 0,1 bis 5 Gew. %, eines organischen Stoffes, möglicherweise auch einen geringen Gehalt, etwa 0,1 bis 5 Gew. %, eines Kohlenwassersotffes, wie etwa Kerosin oder Transformatoröl, und Rest Wasser. Das Wasser sollte vorzugsweise einen spezifischen Widerstand im Bereich von 10 bis 10 Ohm.cm haben. Der organische Stoff kann fest, etwa in Pulverform, sein, ist gedoch vorzugsweise eine wasserlösliche organische Flüssigkeit, die noch bevorzugter ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel ist. Ein bevorzugtes Beispiel des wasserlöslichen organischen Stoffes zur Verwendung im Rahmen der Erfindung ist ein Silikonöl und insbesondere ein polyäther-denaturiertes Silikonöl. Andere Beispiele des wasserlöslichen organischen Stoffes zur Verwendung im Rahmen der Erfindung umfassen Äthylenglycol und Polyäthylenglycol, obwohl sie weniger wirksam sind.

Der Kreuzleittisch 3 wird von einem X-Achsenmotor 18 und einem Y-Achsenmotor 19 angetrieben, um den Arbeitstank 4 und damit den darin befestigten Arbeitstisch 5 zu verschieben und so das Werkstück W in einem X-Y-Ebenen- oder horizontalen Koordinatensystem relativ zu einer Vertikalachse der Werkzeugelektrode E oder der Längsachse

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des Schaftes 6 zu positionieren. Die Motoren 18 und 19 können auch angetrieben werden, um das Werkstück W translatorisch längs einer vorgewählten Umlaufbahn in der X-Y-Ebene bei einem Endbearbeitungsschritt zu bewegen. So werden die Werkzeugelektrode E und das Werkstück W in einem ersten oder Grobbearbeitungsschritt relativ durch die Antriebseinheit 7 bewegt, um ein Eindringen der Werk-

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zeugelektrode in das Werkstück W zu bewirken, bis die benötigte Tiefe des Hohlraumes erreicht ist, und in einem zweiten oder Endbearbeitungsschritt werden sie durch die Motoren 18 und 19 relativ bewegt, um eine wirkungsvolle Translationsbewegung der Werkzeugelektrode E in der X-Y-Ebene senkrecht zur Eindringrichtung zu bewirken. Vorzugsweise werden die Motoren 18 und 19 sowohl zur Positionierung- als auch zur Translationsbewegung des Werkstücks W unter den Steuerbefehlen eines numerischen Steuergeräts 20 angetrieben.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung ist es wesentlich, daß der zwischen der Werkzeugelektrode E und dem Werkstück W definierte Bearbeitungsspalt G im wesentlichen in Berührung mit atmosphärischer Luft im Arbeitstank 4 im Gegensatz zur herkömmlichen Anordnung gehalten wird, bei der der Bearbeitungsspalt G tief in das Bearbeitungsfluid eingetaucht oder tief unterhalb dessen Oberfläche im Arbeitstank angeordnet wird.

Unter der angegebenen Bedingung des zur Luft offenen Bearbeitungsspaltes wird das Bearbeitungsfluid F beim Verfahren gemäß der Erfindung mit einem ausreichenden Volumenströmungsdurchsatz, vorzugsweise von 10 bis 1000 cm /min, aus dem Speicher 11 in den Bearbeitungsspalt G zugeführt

und vom Bearbeitungsspalt G direkt in die Atmosphärenluft ausströmen oder spritzen gelassen. Man legt eine Folge elektrischer Impulse von der EDM-Stromquelie 8 zwischen der Werkzeugelektrode E und dem Werkstück W an, um gesonderte, zeitlich beabstandete elektrische Entladungen durch den Bearbeitungsspalt G in der Gegenwart des Bearbeitungsfluids F zu bewirken, wodurch elektroerosiv Material vom Werkstück W abgetragen wird. Die Spritzer der die Spalt-EDM-Produkte und Funken mitführenden Bearbeitungsflüssigkeit F sind in Fig. 1 auch dargestellt und mit der Bezugsziffer 21 bezeichnet.

Man läßt die Spritzer 21 des Bearbeitungsfluids F aus dem EDM-Spalt G ggf. durch Schwerkraft direkt auf den Boden des ArbeitstanksjM und/oder zunächst direkt auf das Werkstück W und über dieses fließend dann auf den Boden des Arbeitstanks 4 fallen. Das Bearbeitungsfluid F läuft dann aus dem Arbeitstank 4 in eine Entleerungseinheit 22 ab.

Oberhalb der Werkzeugelektrode E und des Werkstücks W innerhalb des Arbeitstanks 4 liegend ist eine Abdeckung 2 in der Form eines nach unten offenen Kastens oder Schirms zum Sammeln des verbrauchten Bearbeitungsfluids F, der Spalt-EDM-Produkte und Funken, die aus dem Bearbeitungsspalt G auftreten, angeordnet. Diese von der Abdeckung 22 · erfaßten Stoffe läßt man durch Schwerkraft teilweise auf das Werkstück W und teilweise auf den Boden des Arbeitstanks 4 fallen und von da aus dem Arbeitstank 4 in die Entleerungseinheit 22 abfließen. Die Wand des Arbeitstanks 4 ist hoch genug, daß der Bearbeitungsspalt G ausreichend unterhalb dessen Oberseite liegt und die

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Spritzer sämtlich darin erfaßt werden. Um dies zusätzlich zu sichern, ist außerdem ein nach innen vorspringendes Randblech 24 rings um die Oberseite des Arbeitstanks 4 vorgesehen. Außerdem werden aus dem Bearbeitungsspalt G austretende und der Abdeckung 23 entweichende Gase und Nebel in einem mit einem Gebläse 26 verbundenen Ventilator erfaßt. Das Gebläse 26 wird zum Abziehen der Gase und Nebel aus dem Arbeitstank 4 verwendet. Eine Gasbehandlungseinheit 27 kann zum Filtrieren und Behandeln dieser Gase und Nebel zwecks Verwerfung oder Abgabe nach ihrer Gefahrlosmachung vorgesehen sein.

Die Werkzeugelektrode E kann aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder einer Wolframlegierung wie herkömmlich bestehen, es wurde jedoch gefunden, daß sie vorzugsweise aus Kohlenstoff (Graphit) oder einer gesinterten Mischung aus Kohlenstoff (Graphit) und Metall (z. B. Kupfer oder Eisen) besteht. Es wurde allgemein gefunden, daß ein Elektrodenmaterial mit höherer Wärmekapazität oder geringerer Wärmeleitfähigkeit beim erfindungsgemäßen Verfahren zu bevorzugen ist.

Während die EDM-Stromquelle 8 von der Art sein kann, die eine gleichmäßige Reihe von EDM-Impulsen erzeugt, wurde gefunden,|daß man zur Durchführung der Erfindung vorzugsweise eine Stromquelle 8 verwendet, die sich zur Lieferung einer Folge von zeitlich beabstandeten Reihen elektrischer Impulse eignet, sie sie beispielsweise in der US-PS 4 288 675 gezeigt ist.

Das Bearbeitungsfluid F wird in den Bearbeitungsspalt G vorzugsweise durch eine oder mehrere in der Werkzeug-

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9 elektrode E gebildete Innenbohrungen eingespeist, obwohl es auch durch einen oder mehrere im Werkstück W gebildete Kanäle oder mittels einer oder mehrerer in der Nähe des Bearbeitungsspaltes G angeordneter Düsen zugeführt werden kann.

Das Bearbeitungsfluid F kann entweder kontinuierlich oder intermittierend in den Bearbeitungsspalt G eingespeist werden. Weiter kann die intermittierende Zufuhr des Bearbeitungs fluids F in den Bearbeitungsspalt G vorteilhaft mit der Hin- und Herbewegung oder intermittierenden Zurückziehung der Werkzeugelektrode E synchronisiert werden, so daß das Bearbeitungsfluid F in den Bearbeitungsspalt G selektiv während der Zeitdauer eingeführt wird, in der die Werkzeugelektrode E zurückgezogen wird bzw. ist.

Beispiel I

Unter Verwendung einer Graphitwerkzeugelektrode mit einem spezifischen Widerstand von 3,0 χ 10 Ohm.cm wurde ein aus "SKD-11" (japanische Industrienormen) bestehendes Werkstück W in einem ersten Versuch nach dem herkömmlichen EDM-Verfahren und in einem zweiten Versuch nach der Erfindung mit einer neuen, allgemein in Fig. 1 dargestellten EDM-Vorrichtungjbearbeitet. In jedem Versuch wurde die Werkzeugelektrode positiv gepolt, und das Werkstück wurde negativ gepolt. Der zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück definierte Bearbeitungsspalt hatte eine Maximal-

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fläche von 50,24 cm . Die Bearbeitungsbedingungen wurden so festgelegt, daß man eine Oberflächenrauhigkeit von 50 bis 60 ,um Rmax auf dem bearbeiteten Werkstück bei einem relativen Elektrodenverschleiß von 1 bis 2 % erhielt.

Im ersten Versuch mit der herkömmlichen EDM-Anordnung wurde der zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück definierte Bearbeitungsspalt tief in ein dielektrisches Fluid eingetaucht, das aus einem gewöhnlich än|rankstellen erhältlichen Kohlenwasserstofföl der Kerosingruppe bestand. Die Bearbeitung schritt mit einem Durchschnittsabtragungsdurchsatz von 2,5 g/min fort. Da die Bearbeitungsflüssigkeit entflammbar war, mußte man Sorge zur Vermeidung eines möglichen Feuers tragen.

Im zweiten Versuch gemäß der Erfindung bestand die Bearbeitungsflüssigkeit aus einem auf Wasser basierenden Fluid, das aus 1 Gew. % eines wasserlöslichen Silikonöls, insbesondere eines polyäther-denaturierten Silikonöls, und Rest im wesentlichen reinem oder destilliertem Wasser mit

4 einem spezifischen Widerstand von 3 χ 10 Ohm.cm bestand.

Eine solche Flüssigkeit ist überhaupt nicht enflammbar. Die Bearbeitungsflüssigkeit wurde in den Bearbeitungsspalt mit einem Volumenströmungsdurchsatz von 50 bis 100 cm /min eingeführt. Man fand, daß die Bearbeitung mit einem Durchschnittsabtragungsdurchsatz von 3,9 g/min fortschritt, d. h. mit einem um mehr als 50 % höheren als dem nach dem herkömmlichen EDM-Verfahren erhaltenen Durchschnittsabtragungsdurchsatz, um eine gleiche Oberflächengüte mit dem gleichen Elektrodenverschleißverhältnis zu erzielen.

Aus den obigen Versuchen ersieht man, daß das EDM-Verfahren gemäß der Erfindung nicht nur völlig frei von einer Feuergefahr ist, sondern auch einen viel höheren Bearbeitungswirkungsgrad als das beschriebene herkömmliche EDM-Verfahren liefert.

Beispiel II

Man folgte dem Beispiel I unter Variieren der Bearbeitungsbedingungen, um die Beziehung zwischen dem Abtragungsdurchsatz und der Oberflächenrauhigkeit nach dem EDM-Verfahren gemäß der Erfindung mit dem nach dem herkömmlichen EDM-Verfahren zu vergleichen. Im Diagramm der Fig. 2, wo die Oberflächenrauhigkeit in ,um Rrriax längs der Abszisse und der Abtragungsdurchsatz in g/min längs der Ordinate aufgetragen sind, zeigt die Kurve A diese nach dem herkömmlichen Verfahren erzielte Beziehung, und die Kurve B zeigt die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Beziehung. Die Bearbeitungsbeingungen wurden so eingestellt, daß man einen relativen Elektrodenverschleiß oder ein Elektrodenverschleißverhältnis von 1 bis 3 % erreichte. Aus dem Diagramm entnimmt man, daß man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine ausgeprägte Verbesserung des Abtragungsdurchsatzes für eine gegebene Oberflächenrauhigkeit oder der Oberflächenglätte für einen gegebenen Abtragungsdurchsatz erhält.

Beispiel III

Unter Verwendung einer aus Elektrokupfer bestehenden Werkzeugelektrode wurde ein aus "SKD-11" bestehendes Werkstück bearbeitet, um darin einen zur Bildung eines Schmiedegesenks für einen Schraubenschlüssel von 100 mm Länge und 10 mm Breite bestimmten Hohlraum zu bilden. Die Bearbeitung wurde in zwei Versuchen durchgeführt, dem ersten nach dem im Beispiel I erwähnten herkömmlichen

nach dem EDM-Verfahren und dem zweiten ebenfalls im Beispiel I

ren
erwähnten Verfah gemäß der Erfindung. Jeder dieser Versuche

umfaßte je einen Grob- und Feinbearbeitungsschritt.

BäD ORiGIiMAL

Beim Grobbearbeitungsschritt wurde die Werkzeugelektrode periodisch mit einer Dauer von 0,3 s während des Vorrückens zum Folgen der Materialabtragung vom Werkstück zurückgezogen, bis die benötigte Tiefe des gewünschten Hohlraumes erreicht war. Beim Feinbearbeitungsschritt wurde die Grobbearbeitungs-Werkzeugelektrode durch eine gleichartige Werkzeugelektrode zur Feinbearbeitung ersetzt, und die Feinbearbeitungs-Werkzeugelektrode wurde translatorisch längs einer Umlaufbahn mit einem Radius von 0,5 mm in der Horizontalebene, d. h. der zur Vorrückrichtung beim Grobbearbeitungsschritt senkrechten Ebene bewegt. Sowohl beim ersten als auch beim zweiten Versuch wurden gleiche Impulsbedingungen für jeden der Grobbearbeitungs- und Feinbearbeitungsschritte verwendet. Beim ersten Versuch fand man, daß es 55 min für die Grobbearbeitung und 60 min für die Feinbearbeitung dauerte, um eine endbearbeitete Oberfläche einer Rauhigkeit von 15 .um Rmax zu erhalten. Beim zweiten Versuch fand manAdaß es 50 min für die Grobbearbeitung undJ50 min für die Feinbearbeitung dauerte, wobei man jedoch eine feinbearbeitete. Oberfläche einer Rauhigkeit von 13 ,um Rmax erzielte.

Beispiel IV

Man folgte dem Beispiel IH unter Variieren der für den ersten und den zweiten Versuch identischen Bearbeitungsimpulsbedingungen, um die Beziehung zwischen dem Abtragungsdurchsatz und der Oberflächenrauhigkeit nach dem Verfahren gemäß der Erfindung mit der nach dem herkömmlichen EDM-Verfahren zu vergleichen. Die Versuchsergebnisse wurden in das Diagramm der Fig. 3 aufgenommen,

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wo wieder die Oberflächenrauhigkeit in ,um Rmax läfigs der Abzisse und der Abtragungsdurchsatz in g/min längs der Ordinate aufgetragen sind. Im Diagramm der Fig. 3 zeigt die Kurve C diese nach dem herkömmlichen Verfahren erhaltene Beziehung, und die Kurve D zeigt die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Beziehung. Aus dem Diagramm ersieht man wieder, daß man erfindungsgemäß eine beträchtliche Verbesserung des Abtragungsdurchsatzes für eine gegebene Oberflächenrauhigkeit und der Oberflächenglätte für einen gegebenen Abtragungsdurchsatz erreicht.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der EDM-Vorrichtung der Erfindung, das in Fig. 4 dargestellt ist, in der gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher oder im wesentlichen gleicher Teile oder Bestandteile wie in Fig. 1 verwendet sind, ist so ausgelegt, daß der Oberflächenspiegel der im Arbeitstank 4 aufgenommenen Bearbeitungsflüssigkeit F nahe der Oberseite des Werkstücks W gehalten wird. Der Bearbeitungsflüssigkeitspiegel liegt unmittelbar über der Oberseite des Werkstücks W, so daß dieses gerade bedeckt wird, und ist mit Fs bezeichnet. Damit der Flüssigkeitsspiegel Fs auf dieser Höhe beibehalten wird, ist ein bei 30 gezeigter Schwimmschalter vorgesehen. Der Schwimmschalter 30 dient zum Liefern eines auf die Pumpe 12 wirkenden Signals im Ansprechen auf eine Änderung des tatsächlichen Spiegels der Bearbeitungsflüssigkeit F im Arbeitstank 4 gegenüber einem Schwellenniveau Fs. So wird, wenn der Spiegel das Schwellenniveau Fs übersteigt, die Pumpe 12 abgeschaltet oder verlangsamt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel unter das Schwellenniveau Fs sinkt, wird die Pumpe 12 zur Steigerung des Volumenströmungsdurchsatzes des Bearbeitungsfelds F in den

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Arbeitstank 4 gesteuert. In dieser Weise wird der Spiegel der Bearbeitungsflüssigkeit F im Arbeitstank 4 stets auf dem Schwellenniveau Fs gehalten.

Das Bearbeitungsfluid F ist hier wieder eine nicht entflammbare Flüssigkeit, die aus Wasser und einem oder mehreren organischen Stoffen zusammengesetzt ist, die ein Silikonöl, Äthylenglycol, Polyäthylenglycol, Propylenglycol, Glycerin, Diäthylenglycol, Polyalkyläther und/oder ein höherer (Fett-)Alkohol sein können. Der organische Stoff wird zur Steigerung des Molekulargewichts der Wasserflüssigkeit verwendet. Es wurde gefunden, daß ein solcher organischer Stoff wirksam die Erzeuguno von Hochfrequenzkomponenten in einer Bearbeitungsentladung fördert, eine Tatsache, die den hohen Abtragungsdurchsatz und den verminderten Elektrodenverschleiß, die mit dem besonderen erwähnten Bearbeitungsfeld erzielt: werden, im Vergleich mit reinem Wasser zu"erklären scheint.(In der Vorrichtung 100 nach Fig. 4 ist vorgesehen, daß das Bearbeitungsfluid F im Ärbeitstank 4 in dem Ausmaß gehalten wird, daß sein Oberflächenspiegel auf einem vorgeschriebenen Schwellenniveau Fs nahe und unmittelbar über der Oberseite des Werkstücks W gehalten wird. Das Bearbeitungsfluid F im Arbeitstank 4, wovon ein Teil' Bearbeitungsentladungen im Spalt G unterworfen wird, läßt man aus dem Arbeitstank 4 allmählich in die Entleerungseinheit 22 abfließen, während frisches solches Bearbeitungsfluid F dem Arbeitstank 4 durch eine Zuleitung 29 zugeführt wird, die mit dem Speicher 11 über die Pumpe 12 und die Leitung 13 verbunden ist. So wird eine langsame kontinuierliche Erneuerung des Bearbeitungsfluids F im Arbeitstank 4 ermöglicht. In diesem Ausfünrungsbeispiel wird unter den beschriebenen Bedingungen

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das Bearbeitungsfluid F in den Bearbeitungsspalt G hinein ergänzt, indem man die Werkzeugelektrode E hin- und zurückbewegt oder vom Werkstück W intermittierend zurückzieht. Während jedes Rückziehhubs wird das Bearbeitungsfluid F im Bereich der Werkzeugelektrode E und des Werkstücks W, d. h. ein Teil des Bearbeitunas fluids F im Arbeitstank 4, welcher Teil auf dem Werkstück W liegt, in den Bearbeitungsspalt G eingesaugt. Während des folgenden Werkzeugelektroden-Rückkehrhubes erzeugt man eine Folge elektrischer Entladungen fortlaufend durch den sich verengenden Spalt G zur elektroerosiven Materialabtragung vom Werkstück W, während das vorher in den ßearbeitungsspalt G eingesaugte Bearbeitungsfluid F daraus abgepumpt wird. Entladungsprodukte, v/ie z. B. Bearbeitungsspäne, Teer und Gase, werden im Bearbeitungsfluid F mitgerissen und zusammen mit diesem aus dem Bearbeitungsspalt G als Spritzer 21 abgeführt. Der Zyklus wird wiederholt. So wird der Umfang oder Rand des Bearbeitungsspaltes G im wesentlichen in Berührung mit der Atmosphärenluft ohne die Anwesenheit einer großen Menge des Bearbeitungsfluids wie beim herkömmlichen System gehalten. Dies ermöglicht, daß die Spaltentladungsprodukte ohne weiteres oder ohne Flüssigkeitsbremsung wie bei der herkömmlichen Anordnung abgeführt und in vom Bearbeitungsspalt G entfernte Bereiche fast unmittelbar nach dem Auftritt jeder elektrischen Entladung entfernt werden.

Beispiel V.

Ein Stahlwerkstück W wurde mit einer Kupferelektrode E in einer allgemein in Fig. 4 gezeigten Anordnung bearbeitet. Das Bearbeitungsfluid F bestand aus 1 Gew. % eines polyäther-denaturierten Silikonöls und Rest

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destilliertem Wasser mit einem spezifischen Widerstand

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von 3 χ 10 Ohm . cm. Die Bearbeitungsimpulse hatten einen Spitzenstrom von 70 A und eine Impulsdauer von 280 .us. Ergebnisse des Versuchs sind im in Fig. 5 dargestellten Diagramm gezeigt, wo der Abtragungsdurchsatz und der relative Elektrodenverschleiß längs der Ordinaten und die Dicke des Bearbeitungsfluids F über der Oberseite des Werkstücks W längs der Abszisse aufgetragen sind, Man sieht, daß, wenn die Dicke des Bearbeitungsfelds auf 2,6 mm eingestellt', der Abtragungsdurchsatz maximal wird und einen Wert von 5 g/min, d. h. nahezu einen zweifach höheren Wert als den beim herkömmlichen System erreichbaren Viert erreicht. Wenn die Fluiddicke 15 ram übersteigt, ergibt sich kein wesentlicher Unterschied des Abtragungsdurchsatzes gegenüber dem herkömmlich erreich"-baren Wert. Der relative Elektrodenverschleiß verringert sich schroff, wenn die Fluiddicke 2 mm überschreitet. Ein minimaler relativer Elektrodenverschleiß von 1 % wird mit einer Fluiddicke von 5 mm erreicht. Allgemein ist der relative Elektrodenverschleiß minimal bei einer Fluiddicke im Bereich von 5 bis 20 mm. Man sieht so, daß man die besten Bearbeitungsergebnisse mit der Fluiddicke im Bereich von 2 bis 10 mm erhält.

Während das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 so dargestellt und beschrieben ist, daß dabei das Bearbeitungsfluid F in den Bearbeitungsspalt G über den Arbeitstank 4 eingeführt wird, sei bemerkt, daß auch die Werkzeugelektrode E wie in Fig. 1 mit einem oder mehreren Innenfluidkanälen vorgesehen werden kann, die am Bearbeitungsspalt G münden. Solche Fluidkanäle sollten wie in Fig. 1 dann derart vorgesehen sein, daß sie mit den

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Fluidzuführbauelementen 14, 13, 12, 11 verbunden sind, um das Bearbeitungsfluid F unter Druck kontinuierlich oder intermittierend in den Bearbeitungsspalt G einzuführen.

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Claims

Ansprüche

1... Verfahren zur Elektroentladungsbearbeitung eines elektrisch leitenden Werkstücks zur Bildung eines Hohlraumes darin/ gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Einstellen einer Werkzeugelektrode (E) im Abstand zum Werkstück (W) in einem Arbeitstank (4) zur Bildung eines Bearbeitungsspaltes (G) zwischen der Werkzeugelektrode (E) und dem Werkstück (G), der im wesentlichen an die Atmosphärenluft im Arbeitstank (4) angrenzt, wobei die Werkzeugelektrode (E) eine zur Form des Hohlraumes komplementäre Bearbeitungsoberfläche (S) mit einer Fläche über

2 2 cm aufweist,

b) Zuführen eines Bearbeitungsfluids (S) in den Bearbeitungsspalt (G) und Herausfließenlassen des Bearbeitungsfluids (F) aus dem Bearbeitungsspalt (G) in die Atmosphärenluft im Arbeitstank (4), welches Bearbeitungsfluid (F) eine auf Wasser basierende Flüssigkeit ist,

c) Anlegen einer Folge elektrischer Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode (E) und dem Werkstück (W) durch den Bearbeitungsspalt (G) zur elektroerosiven Materialabtragung vom Werkstück (W), wobei man die Spaltentladungsprodukte im Bearbeitungsfluid (F) mitgerissen werden und damit in die Atmosphärenluft im Arbeitstank (4) gelangen läßt, und

d) Relativbewegen der Werkzeugelektrode (E) und des Werkstücks (W) unter im wesentlichen konstanter Beibehaltung des Bearbeitungsspaltes (G) zwecks Fortschritts der

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Bearbeitung im Werkstück (W).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zufuhr des Bearbeitungsfelds (F) in den Bearbeitungsspalt (G) in einem Volumenströmungsdurchsatzbereich von 10 bis 1000 cm /min steuert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Werkstück (W) im Arbeitstank derart anordnet, daß es von der Atmosphärenluft umgeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein solches Volumen des Bearbeitsfluids (F) im Arbeitstank (4) beibehält, daß das darin angeordnete Werkstück (W) gerade abgedeckt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Bearbeitungsfluids (F) über der Oberfläche des Werkstücks (W) im Bereich von 2 bis 15 mm liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Dicke höchstens 10 mm ist.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsfluid (F) aus 0 bis 5 Gew. % wenigstens

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eines Kohlenwasserstoffes, 1 bis 5 Gew. % wenigstens eines organischen Stoffes außer Kohlenwasserstoffen und Rest im wesentlichen Wasser besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß als der organische Stoff wenigstens ein Stoff der Gruppe Silikonöl, Äthylenglycol, Polyäthylenglycol, Propylenglycol, Glycerin, Diäthylenglycol, Polyalkyläther und höherer (Fett-)Alkohol verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Silikonöl ein polyäther-denaturiertes Silikonöl verwendet wird.

1Oo Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß als organischer Stoff ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel verwendet wird.

11. Vorrichtung zur Elektroentladungsbearbeitung eines elektrisch leitenden Werkstücks zur Bildung eines Hohlraumes darin, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch:

eine Halteeinrichtung (6) zum Einstellen einer Werkzeugelektrode (E) im Abstand zum Werkstück (W) in einem Arbeitstank (4) zur Bildung eines Bearbeitungsspaltes (G) zwischen der Werkzeugelektrode (E) und dem Werkstück (W), der im wesentlichen an die Atmosphärenluft im Arbeitstank (4) angrenzt, wobei die Werkzeugelektrode (E) eine zur Form des Hohlraumes komplementäre Bearbeitungsober-

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2 fläche (S) mit einer Fläche über 2 cm aufweist,

eine Einrichtung (9, 10, 11 - 14) .zum Zuführen eines Bearbeitungsfluids (F) in den Bearbeitungsspalt (G) und zum Herausfließenlassen des Bearbeitungsfluids (F) aus dem Bearbeitungsspalt (G) in die Atmosphärenluft im Arbeitstank (4), welches Bearbeitungsfluid (F) eine auf Wasser basierende Flüssigkeit ist,

eine Stromquelle (8) zum Anlegen einer Folge elektrischer Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode (E) und dem Werkstück (W) durch den Bearbeitungsspalt (G). zur elektroerosiven Materialabtragung vom Werkstück (W) bei Ermöglichung des Mitreißens der Spaltentladungsprodukte im Bearbeitungsf luid (F) und ihres Gelangens damit in die Atmosphärenluft im Arbeitstank (4) und

eine Einrichtung (7, 18, 19, 20) zur Relativbewegung der Werkzeugelektrode (E) und des Werkstücks (W) unter im wesentlichen konstanter Beibehaltung des Bearbeitungsspaltes (G) zwecks Fortschritts der Bearbeitung im Werkstück (W) .