DE3706490C2 - Vorrichtung und Verfahren zum funkenerosiven Drahtschneiden mit einer aus einer Schmelze hergestellten Drahtelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine funkenerosive Drahtschneidemaschine mit einem eine Schmelze enthaltenden Behälter, der an seiner Unterseite eine Austrittsdüse aufweist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 35 14 661 A1 bekannt. Dort wird auf einer Funkenerosionsmaschine eine bereits fertige Laufdrahtelektrode für ein erleichtertes Einfädeln dadurch versteift, daß sie zusätzlich durch Metall ummantelt wird. Dies erfolgt dadurch, daß die Laufdrahtelektrode durch eine Kammer geführt wird, welche geschmolzenes Metall enthält.

Die US 38 45 805 zeigt allgemein das Herstellen von Drähten aus einer Schmelze, bei der die flüssige Schmelze durch eine Düse gedrückt wird und einer stromabwärts der Düse befindlichen Abkühlflüssigkeit abgeschreckt wird. Dort wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Abschreckflüssigkeit mit der gleichen Geschwindigkeit durch ein Rohr bewegt werden muß, wie die abzuschreckende Schmelze.

Die DE 34 25 394 A1 beschreibt eine Drahtelektrode für einen Schneiddraht einer Funkenerosionsmaschine, der aus einem Kern aus armorphem Reinmetall und einer dünnen kristallinen Schicht auf der Oberfläche des Kerns besteht. Zusätzlich kann der Draht auf seiner Oberfläche noch durch eine Schicht eines Materials mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit überzogen sein. Bei der Herstellung dieses Drahtes aus einer Schmelze wird mittels eines Schnellabschreckverfahrens mit Temperaturgradienten von 10⁶ K/s abgekühlt.

Bekannterweise werden bei der funkenerosiven Bearbeitung von Werkstücken zwischen einem Laufdraht als Werkzeugelektrode und dem Werkstück Entladungen erzeugt, die einen Material­ abtrag vom Werkstück bewirken. Die Werkzeugelektrode ist daher ein Laufdraht, der zwischen zwei Führungen gespannt und geführt und ständig durch Nachführen neuen Drahtes erneut werden muß. Insbesondere bei Schnellschnittbear­ beitungen kann es geschehen, daß der Draht bei der Bear­ beitung reißt. Weiterhin ist eine Trennung des Drahts erforderlich, wenn Mehrfachbearbeitungen eines Werkstücks durchzuführen sind. Hierzu wird der Draht nach einem Ab­ trennen mit seiner Spitze in eine Startöffnung eingefädelt.

Bei derartigen gewollten oder ungewollten Unterbrechungen des Drahts ist die Handhabung des Drahts schwierig. Nach einem Drahtriß muß der Draht zurückgezogen werden und die Drahtführung muß auf die Startöffnung zurückgefahren werden, um ihn dort wieder einzufädeln. Dieses Einfädeln nach einem Drahtriß oder auch bei einer Mehrfachbearbeitung gelingt nicht immer, zumindest nicht auf einfache Weise, da es nicht immer möglich ist, die Lage des Drahtes zu beherrschen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte funkenerosive Drahtschneidemaschine und das Verfahren zu deren Betrieb dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine einfache Handhabung des Drahts bezüglich des Einfädelns in eine Startöffnung des Werkstücks ermöglicht wird und Draht­ brüche keine nennenswerte Störung bewirken.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsbildenden Maschine bzw. dem Verfahren durch die im Kennzeichenteil der Ansprüche 1 bzw. 8 an­ gegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, nicht wie bisher üblich, einen fertigen Draht zum Erodieren zu ver­ wenden, sondern den Draht unmittelbar vor dem Bearbeitungs­ vorgang zu erzeugen.

Dadurch, daß der Erodierdraht jeweils unmittelbar vor der Bearbeitung des Werkstücks kontinuier­ lich neu erzeugt wird, ergeben sich erhebliche Vorteile.

Zunächsteinmal ist die Positionierung der Erodiervorrichtung wesentlich erleichtert. Nach einer gewollten oder unge­ wollten Drahtunterbrechung ist es nämlich ausreichend, die Drahterzeugungsvorrichtung exakt über die Startöffnung zu positionieren; hierbei muß nicht wie beim Stand der Technik Rücksicht auf infolge der Drahtunter­ brechung aufgetretene Positionsänderungen eines Drahts in Bezug auf die Drahtzuführungsvorrichtung genommen werden. Weiterhin ist mit der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Schnittgeschwindigkeit bei der Bearbeitung erreichbar, da sich eine hohe Drahtgeschwindigkeit erzielen läßt und hier­ durch die Spülbedingungen bei der Bearbeitung optimiert werden. Darüber hinaus ergibt sich eine insbesondere bei hohen Drahtgeschwindigkeiten erhebliche Materialeinsparung, da der beim Schneiden verbrauchte Draht gesammelt und wieder als Rohmaterial zugeführt und damit wiederverwendet werden kann. Außerdem läßt sich der Abstand der Drahterzeugungsvorrichtung zum Werkstück so weit ver­ ringern, daß keine Auslenkung des Drahts zwischen der Drahterzeugungsvorrichtung und der zu bearbeitenden Kontur des Werkstücks ergibt. Hierdurch erhöht sich die bei der Bearbeitung erzielbare Genauigkeit und es steigt die Genau­ igkeit der Positionierung.

Vorteilhafterweise weist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Behälter eine Heizvorrichtung auf, mittels derer das Rohmaterial schmelzbar ist. Insbesondere kann, wie bereits erwähnt, dieses Rohmaterial aus bei einem früheren Bearbeitungsvorgang an sich ver­ brauchtem Draht bestehen, der so einer erneuten Verwendung zugeführt wird. Durch bekannte Regelvorrichtungen für beispielsweise eine elektrische Heizvorrichtung lassen sich weiterhin optimal die Schmelzbedingungen für das Rohmaterial einstellen und kontrollieren.

Vorteilhafterweise ist auslaßseitig am Behälter eine Austrittsdüse vorgesehen, die eine Kühleinrichtung aufweist. Durch die Form der Düse läßt sich sicher und reproduzierbar die Querschnittsform der Drahtelektrode beeinflussen und ein­ stellen. In diesem Zusanmenhang wird darauf hingewiesen, daß üblicherweise die erzeugte Drahtelektrode einen kreis­ förmigen Querschnitt aufweist dessen Durchmesser mit stei­ gender Drahtgeschwindigkeit, also insbesondere bei Schnell­ schnittbearbeitungen, verringert wird, so daß bei hohen Drahtgeschwindigkeiten sehr dünne Erodierdrähte verwendet werden. Es ist aber auch für spezielle Bearbeitungsvorgänge möglich, dem Draht einen anderen als einen kreisförmigen Querschnitt zu geben, beispielsweise einen bandförmigen Verlauf, also einen rechteckigen Querschnitt.

Durch die Kühleinrichtung kann eine besonders schnelle Verfestigung des im Behälter geschmol­ zenen Rohmaterials zur Ausbildung der Drahtelektrode er­ reicht werden. Hierbei ist ein hoher Temperaturgradient, etwa in der Größenordnung von 10 K/s und darüber von Vorteil. Statt einer in der Austrittsdüse vorgesehenen Kühleinrichtung oder zusätzlich dazu, kann auch eine Kühlung des noch nicht erstarrten Rohmaterials in der das Werkstück umgebenden Spülflüssigkeit erfolgen. Falls erforderlich, kann diese hierfür noch zusätzlich gekühlt werden.

Zur weiteren Führung der Drahtelektrode ist bei einer weite­ ren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Auf­ nahmevorrichtung vorgesehen, die als Auffangdüse ausgebildet, koaxial ausgerichtet zur Austrittsdüse und in einem zur Aufnahme des Werkstücks genügenden Abstand zur Austrittsdüse angeordnet ist. Damit erfolgt eine sichere Führung der Drahtelektrode zwischen der Aus­ trittsdüse und der Auffangdüse. Bei einer weiteren vor­ teilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Transport­ vorrichtung für die Drahtelektrode vorgesehen, beispiels­ weise in Form eines beidseitig am Erodierdraht angreifenden gegenläufigen Räderpaares, zwischen dem die Drahtelektrode durchgezogen wird. Damit die Drahtelektrode immer unter gleicher Spannung steht, wird die Transportvorrichtung vorteilhafterweise mit einem einstellbar konstanten Dreh­ moment betrieben. Hierdurch ergibt sich eine konstante Zugspannung unabhängig von der Drehzahl der Transportvor­ richtung und damit auch von der Drahtgeschwindigkeit. Weiterhin lassen sich hierdurch die Verhältnisse bei der Verfestigung des geschmolzenen Rohmaterials zur Ausbildung der Drahtelektrode in einem gewissen Maße beeinflussen. Durch ein höheres Drehmoment der Transportvorrichtung, als es eigentlich zur sicheren Führung des Erodierdrahts er­ forderlich wäre, läßt sich nämlich eine zusätzliche Vor­ streckung bei der Verfestigung und damit ein dünnerer Querschnitt des Erodierdrahts erzielen.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile ergeben sich sinngemäß aus der voranstehenden Schilderung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine stark vereinfachte Darstellung in einem vertikalen Längsschnitt einer erfindungsge­ mäßen Drahtschneidemaschine.

Eine funkenerosive Drahtschneidemaschine 10 zur elektro­ erosiven Bearbeitung eines Werkstücks 12 weist einen Be­ hälter 18 für Rohmaterial 22 auf, das mittels einer in der Wand des Behälters 18 angeordneten elektrischen Heizvor­ richtung 20 erwärmt und zum Schmelzen gebracht wird. Die Heizvorrichtung 20 ist eine elektrische Widerstandsheizung oder Induktionsheizung, die über ein geeignetes Netzgerät 24 mit elektrischem Strom versorgt wird. Zur Temperatur­ einstellung und -regelung können an dem Behälter 18 und/oder der Heizvorrichtung 20 Temperaturfühler vorgesehen sein, die in Abhängigkeit von der erreichten Temperatur die Heiz­ leistung des Heizgeräts 24 steuern oder regeln.

Bei genügend hoher Temperatur im Behälter 18 ist das dort befindliche Rohmaterial 22 geschmolzen und dieses ge­ schmolzene Metall wird mit einem steuerbar angetriebenen Kolben 26 in Richtung des in Fig. 1 dargestellten Pfeils druckbeaufschlagt, damit es aus einer Öffnung im Boden des Behälters 18 austreten kann.

Die Bodenöffnung des Behälters 18 ist mit einer Austritts­ düse 28 versehen, deren Innenkontur die Form der zu erzeu­ genden Drahtelektrode festlegt. Für eine schnelle Abkühlung des flüssigen Rohmaterials 22 ist in der Wand der Aus­ trittsdüse 28 eine Kühlvorrichtung 32 vorgesehen, die von einem Kühlaggregat 30 versorgt wird. Durch Druck auf den Kolben 26 und entsprechend angepaßte Kühlbedingungen läßt sich erreichen, daß aus der Austrittsöffnung der Austritts­ düse 28 ein bereits verfestigte Drahtelektrode 14 austritt.

Diese Drahtelektrode 14 wird mit hoher Geschwindigkeit in die Startbohrung eines Werkstücks 12 "geschossen".

Die Drahtelektrode 14 wird nach Durchqueren des Werkstücks 12 in einer Auffangdüse 34 geeigneter Form aufgefangen. Die Innenkonturen der Austrittsdüse 28 am Behälter 18 und der Auffangdüse 34 sind aufeinander und auf die Kontur der Drahtelektrode 14 abgestimmt. Weiterhin sind die Auffangdüse 34 und die Austrittsdüse 28 koaxial zueinander ausgerichtet.

Nach der Auffangdüse 34 gelangt die Drahtelektrode 14 in eine Transportvorrichtung 40. Die Transportvorrichtung 40 besteht aus zwei gegenläufig rotierenden Rädern oder Walzen, die zwischen sich die Drahtelektrode 14 weiterziehen, und schließlich gelangt die Drahtelektrode 14 in einen Auf­ fangbehälter 42. Die in dem Auffangbehälter 42 gesammelte Drahtelektrode 14 kann für eine erneute Beschickung des Behälters 18 wieder als Rohmaterial 22 in diesen eingebracht werden. Hierdurch verringern sich die Materialkosten für die Drahtelektrode erheblich, da diese mehrfach genutzt werden kann.

Das Rohmaterial 22 zur Herstellung der Drahtelektrode 14 ist so auszuwählen, daß bei der erwähnten hohen Abkühl­ geschwindigkeit, also mit einem hohen Temperaturgradienten, ein amorphes Drahtmaterial entsteht, welches unter hohen mechanischen und/oder elektrischen Belastungen gut belastbar ist. Die Drahtgeschwindigkeit kann Größenordnungen von 100 m/sec und darüber erreichen.

Zur Funkenerosion ist selbstverständlich noch eine ent­ sprechende Energiezufuhr erforderlich, die von einem Ge­ nerator 36 zur Verfügung gestellt, der über elektrische Leitungen 38 mit der Austrittsdüse 28 bzw. dem Werkstück 12 verbunden ist. Weiterhin ist die Auffangdüse 34 mit der­ selben Leitung des Generators 36 verbunden wie die Aus­ trittsdüse 28. Selbstverständlich sind hierzu Austrittsdüse 28 bzw. die Auffangdüse 34 aus elektrisch leitfähigem Material.

Das Werkstück 12 ist in üblicher Weise in eine Spül­ flüssigkeit 16 eingebettet, beispielsweise in deionisiertes Wasser oder eine kohlenwasserstoffhaltige Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit kann zusätzlich oder alternativ zur Kühlvor­ richtung 32 der Austrittsdüse 28 eine Kühlung zur Ver­ festigung des geschmolzenen Rohmaterials 22 bewirken.

Falls die Austrittsdüse 28 mittels der Kühlvorrichtung 32 und zugehörigem Kühlaggregat 32 gekühlt wird, so wird vorteilhafterweise flüssiger Stickstoff oder dergleichen als Kühlmedium verwendet.

Falls während der Bearbeitung ein Riß der Drahtelektrode 14 auftritt, wird über eine geeignete Steuervorrichtung die Druckbeaufschlagung des Kolbens 26 unterbrochen. Hierdurch hört automatisch die Erzeugung der Drahtelektrode auf. Zum gleichen Zeitpunkt wird der Generator 36 abgeschaltet oder betriebsmäßig abgetrennt. Dann läuft die Maschine zum Startpunkt zurück, die Drahtproduktion wird wieder auf­ genommen und die Erosion wird wieder gestartet, sobald die Drahtrißstelle erreicht ist.

Es kann aber auch unmittelbar nach dem Drahtriß die Energie­ zufuhr vom Generator 36 unterbrochen werden. Dann wird weiterhin (neuer) Draht durch den Schnittspalt durchge­ schossen und wenn dieser neue Erodierdraht 14 die Auf­ fangdüse 34 oder die Transportvorrichtung 40 wieder erreicht hat, kann die Energiezufuhr vom Generator 36 erneut ein­ setzen und es kann weiter geschnitten werden. Das gleiche gilt sinngemäß für eine Mehrfachbearbeitung.

Claims (10)

1. Funkenerosive Drahtschneidemaschine mit einem eine Schmelze (22) enthaltenden Behälter (18), der an seiner Unterseite eine Austrittsdüse (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Behälter (18) Teil einer Drahterzeugungsvorrichtung ist,
• - daß die Schmelze (22) das Rohmaterial für eine Drahtelektrode (14) ist und
• - daß eine Austragsvorrichtung (26) zum Ausbringen des geschmolzenen Rohmaterials (22) mit hoher Geschwindigkeit aus dem Behälter vorgesehen ist, wobei nach dem Ausbringen die so erzeugte Drahtelektrode (14) ein Werkstück (12) durchquert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (18) eine Heizvorrichtung (20) aufweist, mittels derer das Rohmaterial schmelzbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auslaßseitig am Behälter (18) eine Austrittsdüse (28) vorgesehen ist, die eine Kühleinrichtung (32) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsvorrichtung (26) ein im Inneren des Behälters (18) verschieblich gelagerter Kolben ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Auffangdüse (34) ausgebildete Aufnahmevorrichtung vorgesehen ist, die koaxial zur Austrittsdüse (28) ausgerichtet ist und daß die Auffangdüse (34) und die Austrittsdüse (28) in solchem Abstand zueinander angeordnet sind, daß das Werkstück (12) dazwischen positioniert werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transportvorrichtung (40) für die Drahtelektrode (14) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung (40) mit einstellbar konstantem Drehmoment betreibbar ist.

8. Verfahren zum funkenerosiven Drahtschneide-Bearbeiten von Werkstücken mittels einer Drahtelektrode, dadurch gekennzeichnet daß die Drahtelektrode unmittelbar vor einem Durchqueren eines Werkstückes aus einer durch eine Düse gepreßten Schmelze, die sich nach dem Austritt aus der Düse verfestigt, hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Rohmaterial einer Abkühlung mit einem Temperaturgradienten von 10⁶ K/s vor Erreichen der Arbeitszone unterworfen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtelektrode nach der Bearbeitung des Werkstücks zur Wiederverwendung als Rohmaterial gesammelt wird.