DE3424958C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschneidemaschine.

Drahtelektroden zum funkenerosiven Bearbeiten mittels Schneidedraht liegen im allgemeinen in Form eines Drahtes aus Kupfer, Messing, Wolfram und dergleichen vor und haben einen Durchmesser im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm.

Fig. 1A und B der Zeichnungen beschreiben die Art und Weise, in welcher eine funkenerosive Bearbeitung mit einer solchen Drahtelektrode durchgeführt wird. Die Drahtelektrode 1 wird unter Spannung gesetzt und mit einer konstanten Geschwindigkeit in Rich­ tung des Pfeils A zugeführt und dabei in einer kon­ frontierenden Beziehung zu einem Werkstück 2 gehal­ ten. Dann wird eine Bearbeitungslösung 3 in koaxia­ ler Richtung mit der Drahtelektrode 1 zugeführt und dabei eine pulsierende Spannung zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 aufrechterhal­ ten. Eine elektrische Entladung wird durch das Me­ dium der Bearbeitungslösung 3 über einen schmalen Spalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werk­ stück 2 ausgebildet, um eine gewünschte Menge des Materials des Werkstücks 2 durch die bei der elek­ trischen Entladung erzeugte Wärmeenergie zu schmel­ zen und zu entfernen. Ein Koordinatentisch (nicht gezeigt), der mit dem Werkstück 2 verbunden ist, wird numerisch kontrolliert, um die gewünschte relati­ ve Bewegung zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 zu erzielen und dabei den Elektrode zu-Werkstück-Spalt während der gesamten Zeit konstant zu halten und eine kontinuierliche elektrische Ent­ ladung zu ermöglichen.

Durch Wiederholen der elektrischen Ladung und Kontrollieren des Koordinatentisches in der vorer­ wähnten Weise, kann eine Kerbe 4 kontinuierlich in das Werkstück 2 eingeschnitten werden und das Werk­ stück 2 kann in der gewünschten Form bearbeitet wer­ den. Eine solche funkenerosive Bearbeitung mit einem Schneidedraht wird in großem Maße ange­ wendet, z. B. beim Schneiden von Gußformen.

Die Geschwindigkeit der Schneidedraht-Bearbeitung hängt von dem Druck ab, der auf die Drahtelektrode 1 ausgeübt wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird, in welcher die Abszisse den Druck T (g) und die Ordinate die Schneidegeschwindigkeit F (mm/min) an­ gibt. Fig. 2 zeigt eine charakteristische Kurve, die allmählich nach rechts ansteigt, was bedeutet, daß die Schneidegeschwindigkeit größer wird, wenn der Druck vergrößert wird. Es wurde bestätigt, daß dann, wenn man den Druck vergrößert, die Draht­ elektrode 1 kleineren Vibrationen unterworfen wird und der Elektrode-zu-Werkstück-Spalt kann gleich­ mäßiger überwacht werden und ergibt eine stabilere Wiederholung der elektrischen Entladung und damit eine Erhöhung der Schneidegeschwindigkeit. Eine übliche Elektrode wird in US-PS 42 87 404 mit dem Titel "Elektrode für Electrical Discharge Machining" beschrieben, wobei eine Drahtelektrode aus einem Material mit hoher Zugfestigkeit und einem Metall mit guter Bearbeitbarkeit hergestellt wird.

Drahtelektroden aus beispielsweise Kupfer, Messing oder Stahl mit den üblichen kristallinen Strukturen, sind hinsichtlich der Zugfestigkeit begrenzt und es ist nicht möglich, eine höhere Schneidegeschwin­ digkeit durch eine Erhöhung der Zugfestigkeit zu er­ zielen.

Wird eine übliche Drahtelektrode 1 aus Kupfer, Mes­ sing oder Stahl während der Bearbeitung in bezug auf ein Werkstück nach oben oder nach unten geführt, wie dies in Fig. 3 gezeigt wird, dann werden Teile der Drahtelektrode 1 häufig an einem oberen oder unteren Ende der Kerbe 4, die in das Werkstück 2 eingeschnitten wurde, verstreut und abgeschieden. Das abgeschiedene Material 5 besteht hauptsächlich aus Kupfer oder Stahl und man hat festgestellt, daß das Material sich hinter der Drahtelektrode 1 beim Einschneiden in das Werkstück 2 abscheidet, wie dies in den Fig. 3A, 3B, 4A und 4B gezeigt wird. Das abge­ schiedene Material 5 auf der bearbeiteten Oberfläche beeinträchtigt die Dimensionsgenauigkeit der einge­ schnittenen Kerbe 4. Eine solche Schicht aus abgeschiedenem Material 5 hat eine Dicke im Bereich von etwa 10 bis 100 µm in den Flächen, bei denen eine große Bear­ beitungsenergie angewendet wird. Erhöht man die Be­ arbeitungsenergie, dann wird die eingeschnittene Kerbe 4 manchmal mit dem abgeschiedenen Material ge­ füllt, wie dies in Fig. 4 gezeigt wird. Dieses un­ erwünschte Phänomen ergibt eine Reihe von Nachteilen. Das zu bearbeitende Werkstück kann nicht von den Drahtelektroden entfernt werden. Während der Bearbei­ tung kommt die Bearbeitungslösung 3, die koaxial mit der Drahtelektrode 1 ausgespritzt wird, nicht in den Elektrode-zu-Werkstück-Spalt und verursacht da­ durch eine gasförmige elektrische Entladung, wodurch die Schneidegeschwindigkeit erniedrigt wird und die Gefahr besteht, daß die Drahtelektrode 1 bricht. Das abgeschiedene Material aus hauptsächlich Kupfer, Eisen und dergleichen, kann nur mit gefährlichen Chemikalien, wie rauchender Salpetersäure, entfernt werden, und ein solches Verfahren ist mühselig, zeitaufwendig und unsicher.

Deshalb weisen die üblichen Drahtelektroden zahlreiche Nachteile auf und haben sich als noch nicht befriedigend herausgestellt.

Durch die vorliegende Erfindung sollen die vorerwähnten Nachteile vermieden werden.

Die Herstellung von Drähten aus amorphen Legierungen ist aus DE-OS 23 64 131 und US-PS 38 45 805 bekannt. Aus der genannten DE-OS 23 64 131 ist außerdem ein amorpher Draht aus einer Co-Fe-Si-B-Legierung zu entnehmen, der sich jedoch hinsichtlich der Mengenverhältnisse der einzelnen Komponenten von dem erfindungsgemäßen Drahtkern unterscheidet. Darüber hinaus sind aus US-PS 43 41 939 Drahtelektroden mit Überzügen bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschneidemaschine zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Zugfestigkeit aufweist, die keine merklichen Mengen ihres Materials auf dem Werkstück abscheidet, und mit welcher man ein Werkstück mit erhöhter Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit bearbeiten kann.

Die vorstehende Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschneidemaschine gelöst, wobei die Drahtelektrode dadurch gekennzeichnet ist, daß der Draht aus (a) einer amorphen Cu-Zn-Ag-Legierung, insbesondere 65-70% Cu, 20-25% Zn und 5-15% Ag, oder (b) einer amorphen Legierung aus 67,5% Co, 5% Fe, 12,5% Si und 15% B besteht.

Die Erfinder haben festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Drahtelektroden eine wesentlich höhere Zugfestigkeit als die üblichen Drahtelektroden haben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1A und 1B sind Diagramme und zeigen ein elektrisches Entladungsbear­ beitungsverfahren mit einem Schneidedraht unter Verwendung einer üblichen Drahtelektrode.

Fig. 2 ist ein Diagramm und zeigt die Beziehung zwischen dem Draht­ elektrodendruck und der Schnei­ degeschwindigkeit.

Fig. 3A, 3B, 4A, 4B sind Diagramme und zeigen die Art und Weise, in welcher das Material von üblichen Draht­ elektroden auf den Oberflächen der zu verarbeitenden Werkstücke abgeschieden wird.

Fig. 5 ist ein Diagramm und zeigt die Spannungs-Belastungs-Kurve eines amorphen Drahtes und eines Klavierdrahtes.

Fig. 6A und 6B sind schematische Ansichten einer Spinnvorrichtung unter Verwendung einer rotierenden Flüssigkeitsschicht zur Herstel­ lung einer Drahtelektrode ge­ mäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7A und 7B sind schematische Ansichten von anderen Spinnvorrichtungen, die man zur Herstellung von Drahtelektroden gemäß der vor­ liegenden Erfindung verwenden kann.

Die bisher bei elektrischen Entladungsbearbeitungs­ verfahren unter Verwendung eines Schneidedrahtes ein­ gesetzten Drahtelektroden weisen einen kristallinen Aufbau auf, der keine ausreichende Zugfestigkeit er­ möglicht.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird eine Le­ gierung in geschmolzenem Zustand mittels eines Schnellabschreckverfahrens, wie einem Spinnverfah­ ren zur Herstellung eines amorphen Drahtes, in einer rotierenden Flüssigkeitsschicht abgeschreckt. Die Abschrechungsrate des Metalls oder der Legierung liegt im Bereich von 10⁵ bis 10⁶°C/sec. Ein so her­ gestellter dünner, amorpher Draht kann direkt als Drahtelektrode verwendet werden oder man kann ihn noch weiter zu einer Drahtelektrode verziehen. Die so erhaltene Drahtelektrode weist eine Reißfestig­ keit auf, die wesentlich höher ist als die der Draht­ elektroden des Standes der Technik.

Fig. 6A und 6B zeigen schematisch eine Spinnvorrich­ tung zur Herstellung eines amorphen Drahtes in einer rotierenden Flüssigkeitsschicht, wobei die Spinn­ vorrichtung hauptsächlich aus einem Heizofen, einem Ejektor zum Herausbringen des geschmolzenen Metalls und eine Kühleinheit zum Kühlen einer Drehtrommel be­ steht. Die Drehtrommel hat einen Innendurchmesser von 600 mm und bildet beim Drehen eine gleichmäßige Rotationsschicht von Wasser auf einer inneren Peri­ pherie. Das geschmolzene Material wird in gleicher Weise wie ein amorphes Band gebildet wird, herausge­ schleudert, wobei jedoch das Herausschleudern durch eine Düse mit einem kreisförmigen Querschnitt erfolgt. Das Spinnverfahren bildet kontinuierlich einen amorphen Draht, der sich in dem Kühlwasser in der Trommel ansammelt.

Andere Schnellabschreckverfahren schließen ein Spinnverfahren zur Herstellung eines amorphen Drah­ tes in einem Wasserstrom und ein Spinnverfahren zur Herstellung eines amorphen Drahtes, der mit einem Glas beschichtet ist, wie dies in Fig. 7A bzw. 7B beschrieben wird, ein.

Amorphe Metalldrähte haben im allgemeinen eine Zug­ festigkeit, die 1,5 bis 3mal so groß ist wie die von kristallinen Metalldrähten. In Fig. 5 wird ein Beispiel für die Spannungs-Belastungs-Kurve eines amorphen Metalldrahtes und eines üblichen Klavierdrah­ tes gezeigt.

Da man die Spannung, die auf eine Drahtelektrode aus einem amorphen Legierung angelegt wird, bei dem Bearbeitungsverfah­ ren erhöhen kann, ist es möglich, die Bearbeitungsgeschwin­ digkeit zu erhöhen und die Bearbeitungsgenauigkeit zu ver­ bessern.

Eine so durch Schnellabschrecken einer geschmolzenen Legie­ rung hergestellte Drahtelektrode aus amorpher Legierung hat eine Zugsfestigkeit, die um das 1,5- bis 3fache größer ist als die einer Drahtelektrode aus kristalliner Legierung üblicher Art.

Weitere Vorteile der amorphen Drahtelektrode mit einer höheren Zugfestigkeit sind die folgenden:

Durch Zufügen eines passiven filmbildenden Elements, wie Cr, wird die Korrosionsbeständigkeit erheblich erhöht. Wird eine Drahtelektrode nur aus einer amor­ phen Metallegierung hergestellt, ohne einen Oberflä­ chenüberzug, dann kann man die so hergestellte Draht­ elektrode in einfacher Weise verpacken. Nach der der­ zeitigen Praxis werden Elektroden aus Bronze herge­ stellt und durch Vakuumverpackung verpackt. Die amor­ phen Drahtelektroden gemäß der Erfindung können je­ doch einfacher verpackt werden.

Im allgemeinen haben amorphe Drahtelektroden ohne einen darauf ausgebildeten passiven Film eine Ober­ fläche, die chemisch sehr aktiv ist.

Die Vorteile beim Herstellungsverfahren sind die fol­ genden: Drahtelektroden kann man in einfacher Weise fertig herstellen, indem man lediglich ein geschmol­ zenes Material zum Schnellabschrecken ausstößt. Es ist deshalb nicht notwendig, das übliche Draht­ ziehverfahren unter Ausbildung eines dünnen Drahtes anzuwenden. Infolgedessen kann man das Herstellungs­ verfahren vereinfachen und die Zeit zur Herstellung der Drahtelektrode verkürzen.

Claims (3)

1. Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschneide­ maschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht aus einer amorphen Cu-Zn-Ag-Legierung besteht.

2. Drahtelektrode gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehalt an Cu 65 bis 70%, der Gehalt an Zn 20 bis 25% und der Gehalt an Ag 5 bis 15% beträgt.

3. Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschneide­ maschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht aus einer amorphen Legierung besteht, die zu 67,5% Co, zu 5% Fe, zu 12,5% Si und zu 15% B enthält.