DE4227005A1

DE4227005A1 - Verfahren zur Regelung des Stromes bei einem elektrochemischen Bearbeitungsprozeß

Info

Publication number: DE4227005A1
Application number: DE4227005A
Authority: DE
Inventors: Fritz-Herbert Frembgen
Original assignee: FREMBGEN FRITZ HERBERT
Current assignee: FREMBGEN FRITZ HERBERT
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1992-08-14
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2012-08-15
Also published as: ES2086839T3; CZ283367B6; CZ161593A3; EP0585667A1; EP0585667B1; US5306402A; DE4227005B4; DE59302164D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Stromes bei einem elektrochemischen Bearbeitungspro zeß, bei dem zwischen Werkzeug und Werkstück ein, von einem Elektrolyten durchströmter Arbeitsspalt gebildet wird, dessen Breite durch Materialabtrag vergrößert wird, indem vom Werkzeug zum Werkstück ein Gleichstrom fließt, der am Ende des Bearbeitungsprozesses größer als am Anfang ist. Aus der DE 40 40 590 C1 ist ein derarti ges Verfahren bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Materialabtrag in einem Probelauf bestimmt, der z. B. mit konstanter Stromstärke gefahren wird. Das Pro dukt aus Stromstärke und Bearbeitungszeit ist dem Material abtrag proportional. In diesem Probelauf wird z. B. der Spannungsanstieg in Abständen oder fortlaufend gemessen, der zu einem Konstantstrom über die ganze Dauer des Ar beitsprozesses führt. Für die anschließenden Arbeitspro zesse wird dann aber nicht diese Konstantstromrege lung angewandt, vielmehr wird ausgehend von derselben Anfangsstromstärke die Strommenge pro Zeiteinheit kontinuierlich oder feinstufig über die ganze Dauer des Bearbeitungsprozesses stetig bis auf die Endstrom stärke erhöht, die z. B. 10% über der Anfangsstromstär ke liegen kann. Diesem bekannten Verfahren lag der Ge danke zugrunde, daß während des Bearbeitungsprozesses sich die Spaltbreite stetig vergrößert, so daß mehr Elektrolyt durch den Spalt fließen und dadurch auch mehr an Wärme abgeführt werden kann. Das bekannte Verfahren hat sich bewährt und führt zu einer Reduzierung der Bear beitungszeit verglichen mit einer Konstantstromregelung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stromregelungsverfah ren zu schaffen, mit dem die Bearbeitungszeit weiterhin reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genann ten Art dadurch gelöst, daß der Bearbeitungsprozeß min destens zwei Bearbeitungsperioden umfaßt, zwischen denen ein sprunghafter Stromanstieg erfolgt.

Der Gleichstrom kann stetig oder gepulst zugeführt werden, wobei die am Ende des Prozesses vorhandene Stromerhöhung auch durch Vergrößerung der Pulsbreiten erreicht werden kann.

Beim elektrochemischen Bearbeiten und zwar insbe sondere beim Entgraten von Werkstücken zeigt sich, daß der abzutragende Grat längs der zu bearbeitenden Kantenlänge häufig ungleichmäßig ist. Es gibt be stimmte lokale Bereiche, in denen der Abstand zwischen Werkstück und Werkzeug kleiner ist als in den übrigen Bereichen. Man kann von sogenannten Grat spitzen sprechen. Da in diesen Bereichen der elektri sche Widerstand am kleinsten ist, fließt hier der größte Strom und dieser muß begrenzt werden, um eine örtliche Überhitzung zu vermeiden, die zur Zerstörung des Werkstückes und des Werkzeuges infolge Funkenüber schlages führen könnte. Mit dem erfindungsgemäßen Ver fahren wird nun eine erste Bearbeitungsperiode vorge schlagen, in der die Stromstärke je nach Konfiguration der abzutragenden Gratspitzen, deren Anzahl und Vertei lung über die gesamte zu bearbeitende Kantenlänge ge rade so niedrig gewählt wird, daß eine Überhitzung des Elektrolyten ausgeschlossen ist. Ein sicherer Wert für den Anfangsstrom ist 0,5 A/mm Gesamtkantenlänge. Die Dauer der ersten Bearbeitungsperiode ist ebenfalls von der Ausbildung der Gratspitzen und deren Häufigkeit ab hängig. Im allgemeinen beträgt diese Dauer 10% bis etwa 40% der Gesamtbearbeitungszeit. In vielen Fällen reicht eine erste Bearbeitungsperiode im Bereich von 1 Sek. bis etwa 3 Sek. aus, um die Gratspitzen abzutragen, den Grat also insgesamt zu nivellieren. Danach kann nun erfindungsgemäß der Arbeitsstrom sprunghaft erhöht werden und zwar mindestens um 30%. Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß in sehr vielen Anwendungsfällen ein sprunghafter Stromanstieg nach Beseitigung der Grat spitzen auf das Dreifache bis zum Zehnfachen des An fangsstromes möglich ist, ohne daß es zu einer örtli chen Überhitzung und einer damit einhergehenden Ver dampfung des Elektrolyten kommt, weil eben die Engstel len in der ersten Bearbeitungsperiode beseitigt sind, so daß sich ein homogenerer Stromfluß ausbildet. Je nach der Länge des Gesamtbearbeitungsprozesses kann sich an die zweite Bearbeitungsperiode, die vorzugsweise auf dem sprunghaft erhöhten Stromniveau gefahren wird, noch eine weitere Stromanstiegsstufe anschließen. In den allermeis ten Fällen reicht aber ein einstufiges Stromregelungsver fahren aus, wobei in der ersten kürzeren Bearbeitungs periode der Strom konstant oder ansteigend zugeführt wird und dann der sprunghafte Stromanstieg auf die Endstrom stärke erfolgt, die dann bis zum Ende des Bearbeitungs prozesses eingehalten wird. Der Erfolg des erfindungsge mäßen Verfahrens ist eine weitere Reduzierung der Bearbei tungszeit. Auch die softwaremäßige Steuerung der Stromzufuhr ist einfacher. In vielen Fällen können Probeläufe mit Spannungsmessungen ganz entfallen. Sie sind nur noch dann sinnvoll, wenn die prozentuale Dauer der ersten Bearbeitungsperiode zu minimieren und die Stromstärke während der ersten Bearbeitungs periode und/oder der zweiten Bearbeitungsperiode zu maximieren sind.

In den allermeisten Anwendungsfällen führt das erfin dungsgemäße Verfahren zum Erfolg, wenn die zeitliche Dauer der ersten Bearbeitungsperiode 1/3 der Gesamtbe arbeitungszeit eingestellt wird, die Stromstärke während der ersten Bearbeitungsperiode mit etwa 0,5 A/mm der zu bearbeitenden Kantenlänge vorgegeben wird und der sprung hafte Stromanstieg etwa 300% des konstanten Anfangsstromes beträgt, wobei dieser auf das Dreifache erhöhte Strom während der Dauer der zweiten Bearbeitungsperiode beibe halten wird.

Beispiel

Ein Kettenrad mit Graten von 0,7 mm Höhe ist elektro chemisch zu bearbeiten. Die zu bearbeitende Kantenlänge beträgt etwa 200 mm.

a) Wird das Konstantstromregelungsverfahren angewendet, stellt man die Stromstärke auf 100 A ein und es er gibt sich entsprechend der insgesamt abzutragenden Materialmenge eine Entgratzeit von 20 Sekunden. Das Strom- Zeit-Produkt beträgt dann 2000 As (Amperse kunden).
b) Das eingangs beschriebene Stromregelungsverfahren gemäß DE 40 40 590 C1 würde mit einem Anfangsstrom von 100 A beginnen, wonach der Strom kontinuierlich linear auf 110 A erhöht wird, mit dem Erfolg, daß die Entgratzeit 19 Sekunden beträgt. Würde man da gegen den linearen kontinuierlichen Stromanstieg stei ler verlaufen lassen mit einer Endstromstärke von 300 A, so würde daraus eine Entgratzeit von 10 Sekun den resultieren.
c) Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit einer Strom stärke von 100 A, die während der ersten Bearbeitungs periode beibehalten wird. Die Dauer der ersten Bearbei tungsperiode beträgt 3 Sekunden. Danach erfolgt ein sprunghafter Anstieg auf 300 A und mit dieser dreifa chen Stromstärke wird die zweite Bearbeitungsperiode gefahren, die 6 Sekunden dauert. Es ergibt sich also eine Gesamtbearbeitungszeit von 9 Sekunden.

Bei allen drei Stromregelungsverfahren wird zur Ent gratung dieselbe Gesamtstrommenge von 2000 As zuge führt. Die Entgratzeit beim erfindungsgemäßen Verfah ren gemäß lit. c beträgt nur 45% der beim Konstantstrom- Regelungsverfahren aufzuwendenden Zeit. Gegenüber dem verbesserten Regelungsverfahren nach dem Stand der Tech nik gemäß lit. b wird - wenn dort die zweite Alternative in Bezug genommen wird - immerhin noch eine Zeiterspar nis von 10% erzielt. Bei Großserien ist diese Zeiterspar nis markant und sie läßt sich durch Optimierung noch wei ter vergrößern, insbesondere, wenn die Gratkonfiguration des Werkstückes dies zuläßt, um z. B. die prozentuale Dauer der ersten Bearbeitungsperiode zu verringern und die zu gehörige Anfangsstromstärke zu erhöhen. Von besonderem Einfluß auf die Reduzierung der Gesamtbearbeitungszeit ist die Größe des Endstromes, also des Stromes in der zwei ten Bearbeitungsperiode und dieser wird durch die Spalt weite zwischen Werkzeug und Werkstück einerseits und da mit von der Menge des durch den Spalt fließenden Elektro lyten genauso bestimmt wie vom Kontaktübergangswiderstand zwischen den Anoden und dem Werkstück sowohl in elektrischer als auch in thermischer Hinsicht. Darüberhinaus begrenzen auch der Querschnitt der Stromzuführungen und die maximale Generatorspannung die Höhe des Endstromes.

Generell läßt sich sagen, daß die prozentuale Dauer der ersten Bearbeitungsperiode in Abhängigkeit von dem Quotienten aus der Summe gratbehafteter bzw. stark zu bearbeitender Kantenstücke am Arbeitsspalt und der zu bearbeitenden Gesamtkantenlänge bestimmt wird. Ist die ser Quotient klein, so kann auch die prozentuale Dauer der ersten Bearbeitungsperiode niedrig gewählt werden. Die Stromstärke zu Beginn der ersten Bearbeitungsperio de liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 A bis etwa 5 A pro mm zu bearbeitender Kantenlänge und hier muß ein Wert im unteren Bereich gewählt werden, wenn der auf die zu bearbeitende Gesamtkantenlänge bezogene Längenanteil stark abzutragender Bereiche klein ist. Andernfalls würde es im Bereich dieser Gratspitzen zu örtlichen Überhitzun gen kommen. Liegen dagegen günstigere Verhältnisse vor, insbesondere hinsichtlich einer gleichmäßigen Kante mit allenfalls geringer Grathöhe, so kann mit einem Anfangs strom im oberen Teil des angegebenen Bereiches gefahren werden, weil sich der Arbeitsstrom im wesentlichen über die ganze Kantenlänge verteilt.

Auch für die Höhe des Faktors des sprunghaften Stromanstie ges spielt der Längenanteil stark abzutragender Gratstücke bezogen auf die zu bearbeitende Gesamtkantenlänge eine Rolle, denn wenige lokale Gratspitzen können während der ersten Bearbeitungsperiode so weit nivelliert wer den, daß für den Stromanstiegsfaktor im Bereich von et wa 2 bis etwa 10 ein Wert im oberen Bereich gewählt wer den kann, jedenfalls dann, wenn die übrigen vorstehend genannten Kriterien hinsichtlich der Begrenzung des End stromes dies zulassen.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Stromes bei einem elektro chemischen Bearbeitungsprozeß, bei dem zwischen Werk zeug und Werkstück ein, von einem Elektrolyten durch strömter Arbeitsspalt gebildet wird, dessen Breite durch Materialabtrag vergrößert wird, indem vom Werk zeug zum Werkstück ein Gleichstrom fließt, der am Ende des Bearbeitungsprozesses größer als am Anfang ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsprozeß mindestens zwei Bearbeitungsperioden umfaßt, zwischen denen ein sprunghafter Stromanstieg erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Bearbeitungsperiode mit konstanter oder an steigender Stromstärke durchgeführt wird, bevor der Strom sprunghaft erhöht wird und daß die Dauer der ers ten Bearbeitungsperiode im Bereich von etwa 10% bis et wa 40% der gesamten Bearbeitungszeit liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der sprunghafte Stromanstieg mindestens 30% der am Ende der ersten Bearbeitungsperiode vorhandenen Stromstärke ausmacht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke am Ende des Be arbeitungsprozesses mindestens etwa das Dreifache der Anfangsstromstärke beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sprunghafte Stromanstieg ei nen Wert im Bereich von etwa 2 bis etwa 10 aufweist und einen Wert im oberen Teil des Bereiches gewählt wird, wenn der auf die zu bearbeitende Gesamtkanten länge bezogene Längenanteil stark abzutragender Be reiche klein ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke in der mindestens einen, sich an den sprunghaften Stromanstieg an schließenden Bearbeitungsperiode etwa konstant ge halten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die prozentuale Dauer der ersten Bearbeitungsperiode in Abhängigkeit von dem Quotienten aus der Summe gratbehafteter bzw. stark zu bearbeiten der Kantenstücke am Arbeitsspalt und der zu bearbeiten den Gesamtkantenlänge bestimmt wird und bei kleinem Quotienten auch die prozentuale Dauer der ersten Bearbeitungsperiode niedrig gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke zu Beginn der ersten Bearbeitungsperiode im Bereich von etwa 0,5 A bis etwa 5 A pro mm zu bearbeitender Kantenlänge liegt und daß ein Wert im unteren Teil des Bereiches gewählt wird, wenn der auf die zu bearbeitende Gesamt kantenlänge bezogene Längenanteil stark abzutragender Bereiche klein ist.