DE3923719A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtragen von material aus werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Abtragen von Material aus der Oberfläche eines Werkstückes.

Das Abtragen von Material aus Werkstücken aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Glas wird in bekannter Weise durch mechanische Methoden, wie Fräsen, Schleifen und Abdrehen durchgeführt. Diese Verfahren sind in manchen Fällen auf­ grund des Werkstoffmaterials oder aus räumlichen oder ge­ stalterischen Gründen sehr schwierig durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem auch kompli­ zierte Abtragungen fertigungstechnisch einfach und reprodu­ zierbar durchgeführt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können sehr schnell und einfach sowie ohne Gefahr des Ausbrechens von Teilen des Werkstücks Bereiche jeder Geometrie abgetragen werden. So­ wohl großflächige Abtragungen als auch Nuten und schmale Rillen sowie dicht nebeneinanderliegende Konturen lassen sich formgenau durchführen bzw. herstellen. Es ist möglich, den Abtragungsprozeß sogar an für ihre Bestimmung vorgesehe­ nen Anlagen befindlichen Werkstücken vorzunehmen. Ohne wei­ teres sind auch Werkstücke mit geometrisch unregelmäßigen Konturen leicht zu bearbeiten.

Der energetische Strahl, insbesondere Laserstrahl wird ent­ sprechend fokussiert und mit einer lntensität ausgelegt, die es erlaubt, das Werkstückmaterial an der bestrahlten Stelle mit der gewünschten Tiefe aufzuschmelzen. Durch den weiteren Geschwindigkeitsparameter kann eine Abstimmung getroffen werden, bei der die Intensität des Strahles sowie die Führungsgeschwindigkeit des Strahles angehoben wird, so daß Rillen mit einer automatisierten Einrichtung sehr schnell eingebracht werden können. Für großflächige Abtragungen oder breite Kanäle wird der Strahl nach Herstellung einer ersten Rille parallel daneben gerichtet, womit die Rille ent­ sprechend ausgebreitet wird.

Gleichzeitig mit dem Laserstrahl wird eine Luft- oder Gasdüse mitgeführt, durch die Gas oder Luft mit ent­ sprechender Intensität auf den kurz zuvor aufgeschmolzenen Bereich geblasen wird und somit das geschmolzene Material von der Werkstückoberfläche weggeblasen wird.

Bei Metallwerkstücken empfiehlt es sich, einen Gasstrom aus Sauerstoff und Stickstoff zu verwenden.

Die Erfindung erstreckt sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet ist.

Bei diesem Verfahren wird die Vorrichtung entweder stationär ausgeführt, wie es z.B. bei beweglichen kreissymmetrischen Werkstücken, die in Umfangsrichtung abgetragen oder mit Rillen versehen werden sollen, von Vorteil ist, oder sie kann auch beweglich eingerichtet werden, beispielsweise wenn ebene Werkstücke bearbeitet werden sollen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

ln Fig. 1 ist eine Einrichtung 10 mit entsprechender Optik 11 zur Führung eines Laserstrahls 12 gezeigt, an der eine Düse 13 verschiebbar und verschwenkbar angeordnet ist und die mit einem nicht dargestellten Druckgaserzeuger verbindbar ist. Der Strahleneinrichtung 10 ist eine nicht näher dargestellte Haltevorrichtung für ein Werkstück 14 zugeordnet, die eine Drehbank sein kann, in der das zylin­ drische Werkstück drehbar eingespannt ist.

Für den Abtragungsvorgang wird die Strahleneinrichtung 10 eingeschaltet. Gleichzeitig wird der Zylinder 14 in Pfeil­ richtung gedreht und das Werkstück entlang einer Linie auf­ geschmolzen. Die Gasdüse 13 ist so gerichtet, daß das daraus heraustretende Gas 16 das gerade geschmolzene Material gegen die Bewegungsrichtung des Werkstücks 14 ausbläst.

Nach Fig. 1 werden nebeneinanderliegende Nuten 15 herge­ stellt. Dazu wird der Laserstrahl 12 durch die Optik 11 so fokussiert, daß der auf die Werkstückoberfläche auftreffende Strahl 12′ die Breite der erwünschten Nut 15 hat. Mit dem Strahldurchmesser werden die Strahlenintensität und die Umlaufgeschwindigkeit des Werkstückes 14 sowie die Breite und Tiefe einer Rille oder Nut 15 bestimmt. Durch ent­ sprechende Relativbewegung zwischen Strahleneinrichtung 10 und Werkstück 14 kann jede Konfiguration auf der Mantel­ fläche des Zylinders 14 abgetragen werden. In Fig. 2 ist mit der Nut 17 ein unregelmäßiger Linienzug gezeigt. der durch weitere Abtragung entsprechend den gestrichelten Linien zu einer Fläche mit geometrisch unregelmäßigen Konturen verbreitert wird. In ähnlicher Weise können mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ebene Platten 14′ sowie jedes geometrisch regelmäßige sowie unregelmäßige Werkstück aus irgendeinem Material, das mittels der Laserstrahlen 12 schmelzbar ist, verarbeitet werden.

Das Abtragen einer breiten Fläche erfolgt dadurch, daß der Strahl 12 nach Fertigstellung eines aufgeschmolzenen und abgetragenen Kanals 18 versetzt wird derart, daß das Material 19 neben dem bereits erzeugten Kanal 18 aufge­ schmolzen und weggeblasen wird. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis die gewünschte Fläche 15′ erreicht wird. Bei nicht geradliniger Führung des Strahles 12 werden unregelmäßig geformte Flächen 15′′ abgetragen. In ähnlicher Weise können Tiefenunterschiede durch z.B. örtlich mehr­ maliges Abtragen erreicht werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Abtragen von Material aus der Oberfläche eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, daß das abzutragende Material mittels eines energe­ tischen Strahls (12′) geschmolzen wird und daß das geschmolzene Material ausgeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein fokussierter Strahl (12′) linienartig über das Werkstück (14) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Laserstrahl (12, 12′) verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bearbeitung von Werk­ stücken aus Metall das geschmolzene Material mit einem Gasstrom (16) aus Sauerstoff und Stickstoff ausgeblasen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Halterung für das Werkstück (14) und einer Einrichtung (10) zur Erzeugung eines energetischen Strahles (12, 12′), die relativ zueinander verschiebbar sind, sowie durch eine ausrichtbar angeordnete Düse (13), die an eine Druckgaseinrichtung anschließbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (13) verschiebbar und schwenkbar an der Einrichtung (10) für Laserstrahlen (12, 12′) ange­ ordnet ist.