DE3525473A1 - Elektrochemisches bearbeitungsverfahren - Google Patents

Elektrochemisches bearbeitungsverfahren

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DE3525473A1
DE3525473A1 DE19853525473 DE3525473A DE3525473A1 DE 3525473 A1 DE3525473 A1 DE 3525473A1 DE 19853525473 DE19853525473 DE 19853525473 DE 3525473 A DE3525473 A DE 3525473A DE 3525473 A1 DE3525473 A1 DE 3525473A1
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Withdrawn
Application number
DE19853525473
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English (en)
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Robert Eugene Pittsburgh Pa. Fromson
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Priority to US06/632,977 priority Critical patent/US4541909A/en
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/04Electrodes specially adapted therefor or their manufacture

Description

drying. Ernst Stratmann 3525473
PATENTANWALT
D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9 VNR; 109126
— 3 —
Düsseldorf,
•16. Juli 1985 8529
.Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.
,Elektrochemisches Bearbeitungsverfahren
•Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Entfernung von "hohen Punkten" ;von der Oberfläche von Werkstücken aus reaktivem Metall. Das Verfahren verwendet eine parallel zur Stirnfläche liegende, im Gegensatz zur senkrecht zur Stirnfläche liegende elektrochemische Bearbeitung mit einer geformten Elektrode.-
Typischerweise wird die elektrochemische Bearbeitung in einer senkrecht zur Stirnfläche liegenden Arbeitsweise durchgeführt (Gravitätseinsenkung). Im allgemeinen wird ein Elektrolyt durch das Zentrum der Elektrode hindurchgepumpt und Elektrolyt fließt typischerweise in ungesteuerter Weise von dem Arbeitsstück nach außen und von dort in einen Sumpf, von wo es dann zurückgeführt wird. Eine Spannung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück ermöglicht es, Material von der Oberfläche des Werkstückes mit Hilfe des elektrisch leitfähigen Elektrolyten (z. B. NaCl oder NaKN(^) abzutragen. Im allgemeinen wird das Werkzeug in das Werkstück mit einer konservativ langsamen Geschwindigkeit eingeführt, um Lichtbogenbildung zu vermeiden.
Die Vermeidung von Lichtbögen ist besonders wesentlich bei reaktiven Metallen, da Lichtbogenbildung große Teilchen aus unlöslichem Oxid bilden kann, welche die Oberflächenentfernung stören können. Infolgedessen wird die elektrochemische Bearbeitung im allgemeinen bei Werkstücken aus reaktivem Metall nicht angewendet.
Teile aus reaktivem Metall wurden im allgemeinen durch Schleifen mit ihrer Endoberfläche versehen. Jedoch ist das Schleifen ein langsames und aufwendiges Verfahren.
In der US-Patentschrift 34 45 372 wird ein elektrochemisches Bearbeiten parallel zu der Oberfläche beschrieben, wobei flache Winkel bis hinab zu dem Winkel Null verwendet werden, sowie eine Elektrode, die so geformt ist, daß sie Material unter Kompensation des kreisförmigen Bewegungsweges gleichförmig entfernt. Alle Teile des Werkstückes sind während der gleichen Zeitdauer unter der Elektrode, wobei die Elektrode größer ist, während sie von dem Zentrum der Rotation sich auswärts bewegt, um die schneller sich bewegende Oberfläche zu kompensieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform mit einer geneigten Oberfläche wird die Bewegungsgeschwindigkeit durch den Winkel sowie von der Rate der Materialentfernung diktiert.
Der Stand der Technik hat jedoch noch Nachteile, die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden sollen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren für die Entfernung von hohen Punkten von der Oberfläche von Werkstücken aus reaktivem Metall zu schaffen, bei dem diese Nachteile nicht mehr auftreten.
Gelöst wird diese Aufgabe bei dem genannten elektrochemischen Bearbeitungsverfahren zur Entfernung von hohen Punkten von der Oberfläche eines Werkstückes aus reaktivem
Metall dadurch, daß das Arbeitsstück gemessen wird, um die Position eines hohen Punktes und die Menge des zu entfernenden Materials zu bestimmen, daß ein keilförmiges, den Winkel Null aufweisendes elektrochemisches Bearbeitungswerkzeug in Ausrichtung mit dem Zentrum des hohen Punktes angeordnet wird, und daß das Werkzeug parallel zur Oberfläche des Werkstückes über den hohen Punkt bewegt wird, als ein Produkt des Stromes multipliziert mit dem Kehrwert der Geschwindigkeit, im wesentlichen proportional zur Menge des Materials, das entfernt werden soll.
Werkstücke aus reaktivem Metall können elektrochemisch bearbeitet werden, um "hohe Punkte" :sowohl auf Flächen wie auch auf Röhren zu entfernen. Es wurde gefunden, daß in den Röhren, beispielsweise, derartige Ungenauigkeiten im allgemeinen verhältnismäßig gleichförmig in alle Richtungen von dem hohen Punkt sich abflachen. Somit kann ein einziges keilförmiges Werkzeug benutzt werden, um die meisten Ungenauigkeiten von einer gegebenen Produktart zu entfernen.
Die Geschwindigkeit und/oder der Strom können so gesteuert werden, daß die Menge des entlang der Zentrumslinie der Werkzeugbewegung entfernten Materials variiert wird, wobei die Keilform des Werkzeuges zu entsprechend geringerer Materialentfernung außerhalb der Werkzeugzentrallinie führt (z. B. ist bei einem dreieckförmigen Werkzeug die Materialentfernung bezüglich der Materialentfernung in der Zentrallinie umgekehrt proportional zur Entfernung von dieser Zentrallinie).
Zunächst wird das Arbeitsstück gemessen, um einen zu entfernenden hohen Punkt zu lokalisieren. Dann wird ein keilförmiges, einen Nullwinkel aufweisendes elektrochemisches Bearbeitungswerkzeug derart angeordnet, daß der Bereich, wo das meiste Metall zu entfernen ist, sich in Ausrichtung zu dem Zentrum des Werkzeugs befindet. Das Werkzeug wird dann
parallel zu der Oberfläche des Werkstückes über den hohen Punkt bewegt, mit dem Produkt aus dem Kehrwert der Geschwindigkeit und dem Strom, im wesentlichen proportional zur Menge des entlang der Zentrumslinie der Werkzeugbewegung zu entfernenden Materials. Somit wird, während das Werkzeug bewegt wird, anfänglich verhältnismäßig wenig Material entfernt, dann, während das Werkzeug sich dem hohen Punkt annähert, wird mehr und mehr Material entfernt, wobei eine maximale Materialentfernung an dem hohen Punkt erreicht wird, und dann wiederum sich abflacht. Bei Blech kann die Materialentfernung der zentralen Verdickung (wie sie sich beispielsweise aus Walζabweichungen in einer Walzanlage ergibt) verhältnismäßig konstant sein, und eine konstante Geschwindigkeit und ein konstanter Strom können während verhältnismäßig großer Entfernungen benutzt werden, wobei die Keilform des Werkzeuges dafür sorgt, daß außerhalb der Zentrumslinie des Streifens weniger Material entfernt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
Es zeigt:
Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung einen Streifen, der eine hohe kronenartige Ungenauigkeit aufweist;
Fig. 2 in einer Querschnittsdarstellung ein Rohr mit einer Ungenauigkeit an seinem Äußeren, die durch Konturlinien auf einer Rohroberfläche dargestellt ist;
Fig. 3A und 3B
Darstellungen von leitenden Oberflächen eines keilförmigen Werkzeuges zur Endbearbeitung eines Streifens aus reaktivem Metall; und
Fig. 4 eine grafische Darstellung der "keilförmigen" ;Zeit unterhalb der Elektrode sowie die Materialentfernung als Funktionen der Distanz von dem Zentrum der Elektrode für die Konfigurationen 3A und 3B.
Fig. 1 zeigt in übertriebener Darstellung die "ijberkronung" ,: die oft bei der Herstellung eines flachen Streifens auftritt. Es ist zu erkennen, daß die maximal erforderliche Metallentfernung sich an oder nahe dem Zentrum des Streifens befindet, und daß die Menge des zu entfernenden Materials sich gleichförmig in beide Richtungen vermindert. Bei einem gegebenen Strom ist die Materialentfernung durch elektrochemische Bearbeitung im allgemeinen proportional zur Menge der Zeit unterhalb der Elektrode (die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück sei über der Elektrodenoberfläche konstant). Es ist zu erkennen, daß die höheren Teile der Überkronung größere Metallentfernung erfordern, so daß diese unter der Elektrode langer gehalten werden müssen. Dies wird durch die keilförmige Elektrode erreicht, die im Zentrum des Streifens 12 langer ist als an den Rändern 14 (normalerweise können Toleranzen mit einem Werkzeug erreicht werden, das eine kleinere Breite aufweist, als der vollen Breite des Streifens entspricht). Während das Werkzeug parallel zur Oberfläche (senkrecht zum Querschnitt) wie in Fig. 1 dargestellt) bewegt wird, befindet sich das Werkzeug über dem zentralen Teil· 12 während eines längeren Zeitraums, als an den Außenseitenteilen 14, und somit wird mehr Metall im Zentrum entfernt, wodurch der Streifen so abgeflacht wird, daß er sich innerhalb der geforderten Maße befindet. Bei streifenförmigem Material mag der hohe Punkt über eine größere Lange des Streifens verhältnismäßig konstant ver-
bleiben, so daß das Produkt aus Geschwindigkeit und Strom relativ konstant für einen größeren Teil des Streifens gehalten werden kann.
Fig. 2 erläutert eine Ungenauigkeit bei einem Rohr. Wenn auch gelegentlich eine langgestreckte ungenauigkeit analog zu einer "Überkronung" ;bei einem Rohr auftreten kann, sind typischerweise derartige Ungenauigkeiten bei Röhren verhältnismäßig kurz und mit veränderlichem Winkel um das Rohr . herum angeordnet. Wenn eine derartige ungenauigkeit lokalisiert wird, kann ein keilförmiges Werkzeug mit einer leitenden Oberfläche ähnlich der Darstellung von Fig. 3A, um ein Beispiel zu nennen, jedoch modifiziert zu einem halben Zylinder, der annähernd um den jeweiligen Typ des Rohres hälftig herumreicht, benutzt werden. Das Rohr wird unter dem elektrochemischen Bearbeitungswerkzeug gedreht, um das Zentrum des hohen Punktes mit dem Zentrum der leitenden Oberfläche des Werkzeuges auszurichten. Das Werkzeug wird dann parallel zur Oberfläche bewegt (im allgemeinen in Längsrichtung parallel zur Achse des Rohres). Das Rohr kann gedreht werden, beispielsweise, um einer wendeiförmigen Ungenauigkeit zu folgen. Das Produkt aus Strom und Kehrwert der Werkzeuggeschwindigkeit wird so gesteuert, daß dieses Produkt im wesentlichen proportional zur entlang der Zentrallinie der Werkzeugbewegung zu entfernenden Metallmenge ist. Die außerhalb der Zentrallinie entfernte Materialmenge ist proportional geringer infolge der keilförmigen Form des Werkzeuges. Mit einer entsprechenden Elektrode kann Material auch von der Innenseite eines Rohrs entfernt werden, wobei die vorliegende Erfindung verwendet wird.
Fig. 3A und 3B erläutern leitende Oberflächen der keilförmigen Werkzeuge zur Verwendung bei der elektrochemischen Bearbeitung von flachen Streifen. Der Elektrolyt wird zur Peripherie gepumpt und fließt über die leitende Oberfläche und tritt durch die Schlitze-16 aus. Typischerweise nähert
sich die Keilform einem gleichschenkligen Dreieck mit einer Basis, die größer ist als die zwei gleichen Seiten, da eine derartige Form gute Ergebnisse liefert und leicht herzustellen ist. Jedoch bedeutet in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck "keilförmig" !irgend eine grob symmetrische Form (einschließlich einer flachen domartigen Form, oder einer Diamantform, wie sie in Fig. 3B dargestellt ist), die unterhalb der Elektrode für den zentralen Teil eine längere Zeit liefert als für die Teile auf den beiden Seiten. Fig. erläutert die "keilförmige" ;Zeit unterhalb der Elektrode sowie die Materialentfernung als Funktionen der Distanz von dem Zentrum der Elektrode (senkrecht zur Bewegungsrichtung) bei einem Strom von 1.000 A für die Figurationen der Fig. 3A und 3B.
Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit der Werkzeugbewegung im wesentlichen konstant gehalten und der Strom proportional zur zu entfernenden Materialmenge variiert. Bei einigen Verfahren, wie beispielsweise einer flachen Streifenproduktion, neigt die Krone dazu, während des Produktionslaufes in einer bekannten Weise zu wachsen. IrI derartigen Fällen kann die Örtlichkeit und die Amplitude des hohen Punktes an einem oder an verhältnismäßig wenigen Arbeitsstücken gemessen werden und diese Ergebnisse benutzt werden, um viele Arbeitsstücke elektrochemisch zu bearbeiten. Diese Verwendung eines einzigen Meßwerkstückes (oder Satz von Werkstücken), um ein Vielfaches von Werkstücken elektrochemisch zu bearbeiten, wobei das Vielfache der Werkstücke auf der gleichen Anlage hergestellt wird und somit vermutlich ähnliche Abweichungen aufweisen, reduziert die Inspektionszeit.
Dieses Verfahren hat sich als besonders nützlich bei der Bearbeitung von Zirkoniumlegierungen erwiesen. ,In einem Beispiel wurde ein Werkstück mit einer flachen Stirnfläche mit einer Spalteinstellung (Werkzeug-zu-Werkstück) von 0,022 Zoll (0,56 mm) und mit Zuführraten von 0,5 Zoll (12,7 mm)
pro Minute, 1 Zoll (2,54 cm) pro Minute, 2, 3, 4 (5,08; 7,62; 10,16 cm) pro Minute sowie 18 Zoll (45,7 cm) pro Minute bearbeitet. Wegen der zur Stirnfläche parallelen Bearbeitung können Isolatorknöpfe benutzt werden, um die Spaltbreite aufrechtzuerhalten, und es kann ein Werkzeug mit einem Winkel von Null verwendet werden (d. h., die Stirnfläche des Werkzeuges ist im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Werkstückes). Es gab bei keiner Geschwindigkeit Lichtbogenbildung.
Zusätzliche zur Veränderung der Zuführrate wurde auch die Spannung (und somit der Strom) verändert. Die Materialentfernung variierte von 0,00025 Zoll (0,00635 mm) bei 18 Zoll (45,7 cm) pro Minute zu 0,023 Zoll (0,584 mm) bei 1 Zoll (2,54 cm) pro Minute Zuführrate.
Vorzugsweise erfolgt der Elektrolytfluß von der Umfangsdichtung nach innen. Dieser nach innen gerichtete (umgekehrte) Fluß liefert einen gesteuerten Rückdruck und ergibt eine wesentlich glattere Oberfläche. Es wird angenommen, daß der nach innen gerichtete Fluß die Instabilität möglichst klein macht, die durch Flußkanalisierung bei dem normalen, nach außen gerichteten Fluß verursacht wird. Eine Flußkanalisierung neigt dazu, die größte Strömung und somit den frischesten Elektrolyten in solchen Gebieten zu liefern, wo die Flußkanalisierung am tiefsten ist. Somit ergibt der nach außen gerichtete Fluß einen Destabxlisierungseffekt und neigt dazu, Oberflächenriefen zu fördern, statt die gewünschte Oberflachenglattheit. Der gleichförmigere Rückdruck des umgekehrten (nach innen gerichteten) Flusses minimiert diesen Effekt.
ES/jn 4
- Leerseite -

Claims (6)

  1. PATENTANWALT
    D-4OOO DÜSSELDORF 1 ■ SCHADOWPLATZ 9
    VNR: 109126
    Düsseldorf, 16. Juli 1985
    51,909
    Westinghouse Electric Corporation
    Pittsburgh, Pa., V. St. A.
    Patentansprüche ;
    ■ 1. Elektrochemisches Bearbeitungsverfahren für die Entfernung von hohen Punkten von der Oberfläche von einem Werkstück aus reaktivem Metall, gekennzeichnet durch Messen des Werkstückes, Bestimmung der Position eines hohen Punktes und der zu entfernenden Materialmenge, Anordnen eines keilförmigen, im Winkel von Null angeordneten elektrochemischen Bearbeitungswerkzeuges in Ausrichtung zu dem Zentrum des hohen Punktes; und Bewegen des Werkzeuges parallel zu der Oberfläche des Werkstückes über dem hohen Punkt bei einem Produkt von Strom mal der Umkehrung der Geschwindigkeit, das im wesentlichen proportional zur Menge des zu entfernenden Materials ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die äußere Oberfläche eines Rohrs ist.
    — 2 —
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das keilförmige Werkzeug eine aktive Oberfläche besitzt, die so geformt ist, daß sie annähernd über den halben Weg um das Rohr herum paßt, das bearbeitet werden soll.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch1 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück aus reaktivem Metall aus Zirkoniumlegierung besteht.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Werkzeugbewegung im wesentlichen konstant gehalten wird und daß der Strom proportional zur zu entfernenden Materialmenge variiert wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hohe Punkt an einem Werkstück gemessen und dann ein Vielfaches an Werkstücken elektrochemisch in der gleichen Weise bearbeitet wird, wie es für das gemessene Werkstück erforderlich ist, wobei von ähnlichen Werkstücken, die auf der gleichen Ausrüstung hergestellt wurden, angenommen wird, daß sie ähnliche Abweichungen besitzen und in ähnlicher Weise bearbeitet werden, wodurch die Irispektionszeit reduziert wird.
DE19853525473 1984-07-20 1985-07-17 Elektrochemisches bearbeitungsverfahren Withdrawn DE3525473A1 (de)

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