DE3446629C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektro­ chemischen Entgraten von metallischen Werkstücken, bei dem in einem Elektrolyten das Werkstück als Anode und entsprechend den zu entgratenden Kanten des Werkstückes ausgebildete Gegenelektroden als Kathode geschaltet sind. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Genera­ tor zur Spannungsversorgung der im Elektrolyten angeord­ neten Elektrodenanordnung aus Werkstück als Anode und Gegenelektrode als Kathode.

Das elektrochemische (EC)-Entgraten hat sich in vielen Bereichen der Praxis bewährt, wobei insbesondere vor­ teilhaft ist, daß mit diesem Verfahren gezielt an schwer zugänglichen Werkstückkanten gearbeitet werden kann.

Das EC-Entgraten ist als ein elektrochemisches Abtragen mit äußerer Stromquelle unter Einsatz einer Formelek­ trode definiert. Das Werkstück wird dabei als Anode, die Formelektrode dagegen als Kathode an eine Gleich­ spannungsquelle angeschlossen. Zwischen Anode und Kathode befindet sich eine elektrisch leitende Flüssigkeit, die bei Stromfluß eine anodische Auflösung des Werkstoffes bewirkt, aus dem in wäßriger Lösung Metallhydroxyd entsteht, das als Schlamm aus der Lösung ausfällt. Im Gegensatz zu anderen elektrochemischen Verfahren wie Elektrolyse, Elektropolieren und Badentgraten erzielt man beim elektrochemischen Formentgraten, bedingt durch den kleinen Abstand zwischen Elektrode und Werkstück einen eng lokalisierten Materialabtrag. Im Gegensatz zum so­ genannten EC-Senken erfolgt beim EC-Entgraten im allgemeinen keine Relativbewegung zwischen Werkstück und Elektrode. Da­ durch vergrößert sich der Wirkspalt im Laufe der Bearbeitung.

Vom Stand der Technik sind Verfahren zum EC-Entgraten von me­ tallischen Werkstücken vorbekannt, bei denen es meist um eine spezielle Auswahl des Elektrolyten oder um spezielle Ausbil­ dungen der Formelektroden geht. In der Praxis bemüht man sich dabei, Werkstücke mit einer Vielzahl von Graten durch geringst­ möglichen Arbeitsaufwand zu bearbeiten. Beispielsweise können mehrere Elektroden gleichzeitig betrieben werden. Schwierig­ keiten können aber bei unterschiedlich stark ausgebildeten Gratzonen auftreten. Diese erfordern entweder eine Anpassung des Arbeitsspaltes, womit eine aufwendige Änderung der Elek­ troden verbunden ist, oder ergeben unerwünschte unterschied­ lich große Verrundungen.

Bei metallischen Werkstücken, bei denen aufgrund der zu ent­ gratenden Kantenlänge der maximale Arbeitsstrom einer gege­ benen Anlage überschritten wird, sind üblicherweise mehrere Arbeitsgänge erforderlich. Die Werkstücke müssen somit mehr­ mals eingelegt und kontaktiert werden, wozu die zugehörigen Elektrodenvorrichtungen jeweils ausgewechselt werden. Dafür ist jeweils ein entsprechend hoher Aufwand erforderlich.

Speziell für rotationssymmetrische Werkstücke ist aus der DD-PS 75 920 eine Einrichtung vorbekannt, bei der jeweils nur ein Teil des rotierenden Werkstückes der Elektrode ge­ genübersteht, so daß die elektrochemische Wirkfläche der Segmentfläche klein und somit der zur Erzielung der notwen­ digen Stromdichte erforderliche Aufwand an Stromversorgungs­ anlagen gering gehalten werden kann. Die Kapazität einer Stromversorgungsanlage kann somit zur Versorgung mehrerer Elektroden ausreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung anzugeben, mit denen das EC-Ent­ graten unabhängig von der Geometrie der Werkstücke erfolgen kann und trotzdem der technische Aufwand gering ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bei Verwendung einer an das Werkstück angepaßten Gesamt­ kathodenanordnung jeweils in Teilbereichen der Anord­ nung nacheinander mit vorgebbaren Entgratparametern gearbeitet wird.

Vorzugsweise kann dabei in Teilbereichen der Anordnung mit unterschiedlichen Entgratparametern gearbeitet wer­ den. Für den Fall, daß die Teilbereiche der Elektroden­ anordnung gleich aufgebaute Teilkathoden bilden, wird in vorteilhafter Weise mit gleichen Entgratparametern nacheinander gearbeitet. Darüber hinaus kann das Ent­ graten auch im Pulsbetrieb erfolgen.

Das Entgraten im Pulsbetrieb ist bereits vom Stand der Technik bekannt. Beispielsweise in der DE-OS 30 06 062 ist ein Entgratverfahren beschrieben, bei dem Gleichstrom während einer Vielzahl von aufeinanderfol­ genden Perioden zugeführt wird, die durch Ruheintervalle getrennt sind, in denen kein Strom zugeführt wird.

Bei der Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens ist die Gesamtkathodenanordnung in Teilkathoden aufgeteilt, die einzeln über eine Schalt­ einheit an den Generator anschließbar sind. Der Schalt­ einheit ist dabei vorzugsweise eine Steuereinheit zur wahlweisen Aktivierung der Teilkathoden zugeordnet, wo­ bei die Steuereinheit selbst programmierbar sein kann. Insbesondere kann die programmierbare Steuereinheit einen Taktgeber für Impulsbetrieb aufweisen. Die Steuer­ einheit kann auch mikroprozessorgesteuert sein.

Mit dem neuen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist es möglich, insbesondere bei schlecht zugänglichen Kanten, Bohrungen und Bohrungsverschneidungen an klei­ nen und diffizil ausgeführten Werkstücken ein elektro­ chemisches Entgraten durchzuführen.

Zur Realisierung der Erfindung lassen sich handelsüb­ liche EC-Entgratanlagen umrüsten. Es stehen dadurch für eine Anlage mehrere, separat ansteuerbare Strom­ kreise zur Verfügung. Für jeden Stromkreis können die Arbeitsparameter variabel eingegeben werden. Dadurch lassen sich nunmehr an mehreren Gratzonen eines Werk­ stückes mit verschieden großen Graten, die durch die unterschiedlichen Bearbeitungsverfahren entstanden sind, bei entsprechend variierten Arbeitsparametern jeweils gezielte Entgratungen ermöglichen. Durch den Teilelek­ trodenbetrieb ist es möglich, eine Kantenlänge in mehre­ ren Arbeitsschritten nacheinander zu bearbeiten. In diesem Fall werden die Arbeitsbedingungen zweckmäßiger­ weise konstant gehalten. Insgesamt ist es dadurch nicht mehr erforderlich, eine Entgratanlage auf die Gesamt­ länge der zu entgratenden Kanten auszulegen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Anordnung mit gleichen Teilkathoden und

Fig. 2 eine Anordnung mit unterschiedlichen Teilkathoden.

Identische Teile sind in den Figuren mit gleichen Be­ zugszeichen versehen. Die Figuren werden teilweise zu­ sammen beschrieben.

Fig. 1 und Fig. 2 bedeuten 1 einen Gleichspannungs­ generator zur Spannungs- bzw. Stromversorgung. Der positive Ausgang des Generators 1 ist mit dem Werkstück als Kathode, der negative Ausgang des Generators 1 mit Formelektroden verbunden. In letzteren Ausgangsleitungen ist eine Schalteinheit 2 zwischengeschaltet, die von einer Steuereinheit 6 angesteuert ist. Der Steuerein­ heit 6 ist eine Programmiereinheit 8 zugeordnet.

In Fig. 1 ist ein Werkstück 10 rundsymmetrisch aufge­ baut und hat beispielsweise symmetrisch verteilte Schlit­ ze 11 bis 22, welche nach der spanenden Vorbearbeitung an dem äußeren Umfang gratbehaftet sind und demzufolge entgratet werden sollen. Dazu sind dem Werkstück 12 separate Elektroden 24 bis 35 zugeordnet, wobei jede einzelne Elektrode 24 bis 35 als Formelektrode derart ausgebildet ist, daß zwischen Grat und Elektrodenfläche ein Arbeitsspalt besteht. Bei den einzelnen Schlitzen 11 bis 22 liegen jeweils identische Verhältnisse vor, wobei der engste Abstand zwischen Werkstück und Kathoden­ anordnung jeweils den Arbeitsspalt definiert, so daß hierüber bei Durchströmen mit einem Elektrolyten ent­ lang den angedeuteten Pfeilen der Strom fließt. Die für die Elektrolytzuführung notwendigen Einrichtungen, wie Pumpe, Behälter und Zuleitungen, sind in den Figuren nicht dargestellt.

Da die einzelnen Schlitze 11 bis 22 des Werkstückes gleichmäßig entgratet werden sollen, werden die einzelnen Formelektroden 24 bis 35 üblicherweise hintereinander­ geschaltet. Durch Zwischenschaltung der steuerbaren Schalteinheit 2 läßt sich nunmehr die Gesamtkathoden­ anordnung mit den einzelnen Formelektroden 24 bis 35 in einzelne Wirkungszonen aufteilen; beispielsweise sind je vier Formelektroden 24 bis 27, 28 bis 31 sowie 32 bis 35 gruppenweise zusammengeschaltet und über je­ weils eine separate Ausgangsleitung mit Zwischenschalter an den Generator 1 angeschaltet. In nacheinanderfolgen­ den Arbeitsschritten können nunmehr jeweils die Teilbe­ reiche nacheinander bearbeitet werden, wobei in diesem Fall die Entgratparameter konstant gehalten werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 braucht der Gene­ rator nicht mehr auf die Gesamtlänge der zu entgraten­ den Kanten ausgelegt zu werden, sondern im Beispiel je­ weils nur auf ein Drittel der vorher erforderlichen Leistung.

In Fig. 2 bedeuten 1, 2 sowie 6 und 8 die gleichen elektrischen Versorgungs- bzw. Schalteinheiten wie in Fig. 1. Das Werkstück ist hier mit 40 bezeichnet. Es weist drei unterschiedliche Bohrungen 41, 42 und 43 auf, die unterschiedliche Entgratzonen aufweisen. Zur Ent­ gratung sind in das Werkstück unterschiedliche Form­ elektroden 44, 45 und 46 eingebracht, die den ent­ sprechenden Gratzonen angepaßt sind. Bei Durchströmen mit einem Elektrolyten entlang den angedeuteten Pfeilen fließt zwischen den Wirkflächen der Elektroden 44 bis 46 und den Graten der Entgratstrom. In diesem Fall ist das Werkstück 40 auf eine nichtmetallische Elektro­ lytführung 50 aufgesetzt.

Die Elektroden 44 bis 46 sind entsprechend Fig. 1 über die Schalteinheit 2 an den Generator 1 angeschaltet. Es ist aber ersichtlich, daß in diesem Fall für die unterschiedlichen Gratausbildungen unterschiedliche Entgratparameter notwendig sind. Durch die Steuerein­ heit 6 mit zugehörigem Programmiergerät können somit für die nacheinander zu entgratenden Abschnitte unter­ schiedliche Entgratparameter vorgegeben werden.

Als Entgratparameter sind die Gesamtzeit der Ent­ gratung, die Impulswirkzeit, die zugehörigen Pausen so­ wie die Arbeitsspannung von Relevanz. Jeweils diese vier Parameter bilden einen Programmsatz, der am Programmier­ gerät 8 vorgewählt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß ein Programmiergerät mit Speicher für 16 Sätze von Programmparametern für die Praxis ausreichend ist. Darüber hinaus enthält das Programmiergerät 8 einen Taktgeber, mit dem Taktimpulse für einen Pulsbetrieb beim Entgraten vorgebbar sind.

Die Schalteinheit 2 muß für das Schalten hoher Ströme ausgelegt sein. Für diesen Zweck können die in den Figuren angedeuteten Schalter 3, 4 und 5 aus Transistor- Schaltungen aufgebaut sein. Auch die Verwendung von Thyristoren ist möglich. Bei einem praxisgerechten Auf­ bau einer einzelnen Schalteinheit aus mehreren Transi­ storen wird im allgemeinen eine sogenannte Vorsteuerung notwendig sein.

Die Steuereinheit 6 kann mikroprozessorgesteuert sein. Insbesondere kann sie auch solche Einrichtungen ent­ halten, die vor Inbetriebnahme der Entgratanlage zu­ nächst die Kurzschlußfreiheit zwischen Werkstück und Formelektroden überprüft. Dafür soll noch kein Arbeits­ strom fließen, so daß nur geringe Spannungen erforder­ lich sind. Letztere können aber ebenfalls vom Generator 1 geliefert werden. Im Rahmen eines automatisierten Betriebes erfolgt die Überprüfung der Kurzschlußfrei­ heit jeweils vor Zuschaltung der eigentlichen Entgrat­ spannungen.

Es hat sich gezeigt, daß mit der beschriebenen Vor­ richtung und den dazu angegebenen Verfahren das Form­ entgraten von Werkstücken mit komplizierteren Geome­ trien, wie Verzahnungen, Nuten und Durchbrüchen, ein­ facher erfolgen kann. Insbesondere durch die abschnitts­ weise Entgratung mit gleichen Entgratparametern läßt sich der Aufwand für den Generator entscheidend ver­ ringern, so daß das Entgraten wirtschaftlicher als bisher wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum elektrochemischen Entgraten von metal­ lischen Werkstücken, bei dem in einem Elektrolyten das Werkstück als Anode und entsprechend den zu entgraten­ den Kanten des Werkstückes ausgebildete Gegenelektroden als Kathode geschaltet sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Verwendung einer an das Werkstück angepaßten Gesamtkathodenanordnung jeweils in Teilbereichen der Anordnung nacheinander mit vorgeb­ baren Entgratparametern gearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Teilbereichen der An­ ordnung mit unterschiedlichen Entgratparametern gear­ beitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilbereiche der Anordnung gleich aufgebaute Teilkathoden bilden, dadurch gekennzeichnet, daß mit gleichen Entgratparametern gearbeitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Pulsbetrieb gearbeitet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 bis 4, mit einem Generator zur Spannungsversorgung der im Elektrolyten angeordne­ ten Elektrodenanordnung aus Werkstück als Anode und Gegenelektrode als Kathode, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gesamtkathodenanord­ nung in Teilkathoden (24 bis 35, 44 bis 46) aufgeteilt ist, die einzeln über eine Schalteinheit (2) an den Generator (1) anschließbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schalteinheit (2) einer Steuereinheit (6) zur wahlweisen Aktivierung der Teilkathoden zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuereinheit (6) ein Programmiergerät (8) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die programmierbare Steuer­ einheit (6, 8) einen Taktgeber für Impulsbetrieb auf­ weist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die programmierbare Steuereinheit (6, 8) mikroprozessorgesteuert ist.