DE69301083T2

DE69301083T2 - Bearbeitungsflüssigkeit für Funkenerosionsmaschine

Info

Publication number: DE69301083T2
Application number: DE69301083T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Takahashi
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2013-10-29
Also published as: EP0596660B1; CN1089198A; US5539173A; HK46696A; DE69301083D1; JP3393885B2; CN1038732C; EP0596660A1; JPH06182621A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Elektroerosionsflüssigkeiten (Electric Discharge Machining- ("EDM"-)Flüssigkeiten) und besonders auf EDM-Flüssigkeiten zur Oberflächenendbearbeitung, wobei die Flüssigkeit durch Zumischen eines Pulvers zu einer dielektrischen Flüssigkeit hergestellt wird.
Bei Vorrichtungen zur elektroerosiven Bearbeitung wird üblicherweise eine dielektrische Flüssigkeit, wie Öl oder Wasser, als EDM-Flüssigkeit verwendet. Die Verwendung einer EDM-Flüssigkeit, die durch Zumischen eines leitfähigen oder halbleitenden Pulvers zu der dielektrischen Flüssigkeit hergestellt wird, ist bekannt. Die mit dem leitfähigen Pulver gemischte dielektrische Flüssigkeit wird zur Bearbeitung eines Werkstücks durch elektrische Entladung über das leitfähige Pulver verwendet.
So offenbart beispielsweise die japanische Patentveröffentlichung 52-26357, veröffentlicht am 13. Juli 1977, ein Verfahren, bei dem ein leitfähiges Pulver einer dielektrischen Flüssigkeit zugemischt wird, die in den Bearbeitungsspalt zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück zugeführt und die Pulvermenge entsprechend einem gewünschten Übermaß gesteuert wird. Die zuzumischenden leitfähigen Pulver werden durch Mischen von Metall- oder Graphitpulver mit einer Teilchengröße von 5 bis 10 um mit bearbeiteten Teilchen wie Graphit und Ruß mit einer Teilchengröße von 10 bis 100 Å hergestellt. Die gemischten leitfähigen Pulver werden der dielektrischen Flüssigkeit zu einer Dichte von 0,05 bis 15 g/l zugemischt.
Die japanische Patentveröffentlichung 55-27810, veröffentlicht am 23. Juli 1980, offenbart ein Verfahren, bei dem Pulver verdampfbarer Metalle (d.h., Pulver von Metallen mit hohem Dampfdruck) zu einer dielektrischen Flüssigkeit, die in einen Bearbeitungsspalt zugeführt wird, zugegeben werden. Das Metallpulver wird bei einer hohen Elektroerosionstemperatur leicht verdampft, und die Metalldämpfe werden in der dielektrischen Flüssigkeit dispergiert, wodurch ihre Leitfähigkeit erhöht wird, so daß durch Anlegen von Spannungspulsen leicht elektrische Entladung induziert werden kann. Pulver von Cadmium, Indium, Zink, Magnesium, Zinn, Blei und Wismut werden als Metallpulver verwendet.
Die japanische Offenlegungsschrift 55-500733, veröffentlicht am 16. Oktober 1980, offenbart, daß eine mit leitfähigem Pulver, wie Metallpulver oder Graphit, mit einer Teilchengröße von bis zu 5 um in einer Menge von 0,001 bis 1 Vol.-% gemischte dielektrische Flüssigkeit die Abtragrate erhöht, wobei die Elektrodenabnutzung verringert und die bearbeitete Oberfläche verbessert wird.
Die japanische Patentveröffentlichung 54-20718, veröffentlicht am 25. Juli 1979, gibt ein Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung an, bei dem eine Paste, die durch Verkneten eines hauptsächlich aus leitfähigem Pulver und dielektrischer Flüssigkeit bestehenden Pulvergemischs hergestellt wird, in einen gewünschten Bearbeitungsspalt eingeführt wird. Graphit, Messing, Wolfram, Silber-Wolfram, Silber, Kupfer und Kupfer-Wolfram werden als leitfähige Pulver verwendet. Ebenso kann eine Paste durch Verkneten eines Gemisches, das aus leitfähigem Pulver, magnetischem Bariumferrit-Pulver aus Bariumferrit und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt besteht, mit einer geringen Menge der dielektrischen Flüssigkeit hergestellt werden.
In der japanischen Offenlegungsschrift 2-83119, veröffentlicht am 23. März 1990, ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Oberflächenschicht an einem Werkstück durch elektrische Entladung angegeben, bei dem das Material zur Bildung der Oberflächenschicht in Pulverform zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück zugeführt wird. Die EDM-Flüssigkeit enthält ein Gemisch aus 20 g/l Silicium mit einer mittleren Teilchengröße von ungefähr 20 bis 40 um und der dielektrischen Flüssigkeit. Wolframcarbid und Halbleiter, wie Zirkoniumborid, können beispielsweise als Pulvermaterial verwendet werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine EDM-Flüssigkeit und ein Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung anzugeben, mit denen gute und glatte Werkstückoberflächen erhalten werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer EDM-Flüssigkeit und eines Verfahrens zur elektroerosiven Bearbeitung, wobei ein Pulver gleichmäßig in einer dielektrischen Flüssigkeit verteilt wird, um Werkstücke selbst mit großen Werkzeugelektroden mit gleichmäßig hoher Bearbeitungsgenauigkeit zur gewünschten Form zu bearbeiten.
Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor und werden dem Fachmann durch Lesen dieser Beschreibung oder Durchführung der Erfindung klar werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch die beigefügten Ansprüche verwirklicht und erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird eine Elektroerosionsflüssigkeit bereitgestellt, die ein Gemisch aus einer dielektrischen Flüssigkeit und einem Pulver aus Silicium enthält, wobei das Pulver hauptsächlich aus polykristallinem Silicium und aus einem geringen Anteil anorganischem Oxid besteht. Vorzugsweise ist das Pulver in einem Anteil von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die dielektrische Flüssigkeit, enthalten, wobei 0,2 bis 3 Gew.-% noch bevorzugter sind. Das anorganische Oxid umfaßt Siliciumoxid, Eisenoxid und/oder Calciumoxid und ist in einem Anteil von 0,01 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Silicium, enthalten. Das Silicium weist eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 100 um auf.
Die EDM-Flüssigkeit wird erfindungsgemäß durch Verkneten des Pulvers mit einem flüssigen Knetmedium, das in der dielektrischen Flüssigkeit löslich ist, zu einem flüssigen Konzentrat und durch Dispergieren dieses flüssigen Konzentrats in der dielektrischen Flüssigkeit hergestellt. Das flüssige Knetmedium sind z.B. Öle, die hauptsächlich aus einem aromatischen Kohlenwasserstoff oder aromatischen Kohlenwasserstoffen einer Dichte von mehr als 0,93 g/ml bei 15 ºC bestehen.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung von Werkstükken unter Verwendung einer Werkzeugelektrode angegeben, das umfaßt:
Zumischen eines Pulvers aus Silicium mit einem geringen Anteil anorganischem Oxid zu einer dielektrischen Flüssigkeit, wodurch eine Elektroerosionsflüssigkeit erzeugt wird, wobei das Silicium vorwiegend aus polykristallinem Silicium besteht und das Pulver in einem Anteil von 0,1 bis 5 Gew.- %, bezogen auf die dielektrische Flüssigkeit, enthalten ist, und
Zuführen der Elektroerosionsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt zwischen dem Werkstück und der Werkzeugelektrode, zur Anwendung bei der Endbearbeitung.
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen schematischen Zeichnungen beispielhaft beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine mikroskopische Aufnahme eines Querschnitts durch eine Werkstückoberfläche nach der Bearbeitung;
Fig. 2 eine mikroskopische Aufnahme eines Querschnitts durch eine Werkstückoberfläche nach der Bearbeitung mit einer erfindungsgemäßen EDM-Flüssigkeit;
Fig. 3 eine Darstellung der Ergebnisse einer Augerelektronenspektroskopischen Analyse der Werkstückoberfläche vor der Bearbeitung;
Fig. 4 eine Darstellung der Ergebnisse einer Augerelektronenspektroskopischen Analyse der Werkstückoberfläche nach der Bearbeitung;
Fig. 5 eine Darstellund der Ergebnisse einer Augerelektronenspektroskopischen Analyse der Werkstückoberfläche nach der Bearbeitung mit der erfindungsgemäßen EDM-Flüssigkeit;
Fig. 6 die Rauhigkeit der Werkstückoberfläche nach der Bearbeitung und
Fig. 7 die Rauhigkeit der Werkstückoberfläche nach Bearbeitung mit der erfindungsgemäßen EDM-Flüssigkeit.
Im Rahmen der Erfindung wurde das Verfahren zur Bildung einer glatten Werkstückoberfläche bei der Endbearbeitung, so wie sie industriell gefordert wird, im Detail untersucht, wobei die Eigenschaften der Metallstruktur des Werkstücks voll ausgenutzt wurden. Dabei wurde festgestellt, daß die in einer dielektrischen Flüssigkeit dispergierten Komponenten eines speziellen halbleitenden Pulvers mit anderen Komponenten (beispielsweise Komponenten der dielektrischen Flüssigkeit oder des Werkstücks) reagieren können, wobei eine glatte Oberfläche eines metallischen Werkstücks mit gewünschter Struktur gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung umfaßt die experimentelle Feststellung der im folgenden aufgelisteten Phänomene:
(a) Siliciumpulver haftet als Beschichtung am Werkstück praktisch nicht, selbst wenn es durch elektrische Entladung thermisch geschmolzen wurde.
(b) Beim elektroerosiven Bearbeiten unter Verwendung der dielektrischen Flüssigkeit, die polykristallines Siliciumpulver und eine geringe Menge eines zusätzlichen, spezielle Komponenten enthaltenden Pulvers enthält, bildet das Werkstück auf der Basis von α-Eisen an der Oberfläche eine Legierung aus Silicium und Komponenten, die nicht in dem zusätzlichen Pulver enthalten waren.
(c) Die Legierung ist eine Kohlenstoff-Eisen-Silicium-Legierung, und die legierte Oberfläche dieses Werkstücks auf der Basis von α-Eisen ist bemerkenswert gleichmäßig.
(d) Die gebildete gleichmäßige Werkstückoberfläche ist unabhängig von einem bestimmten physikalischen Parameter, nämlich der relativen Annäherung zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück.
Im Hinblick auf diese Phänomene wurde erfindungsgemäß die EDM-Flüssigkeit der vorliegenden Erfindung gefunden, bei der das Pulver aus polykristallinem Silicium und einer geringen Menge anorganischem Oxid gleichmäßig in der dielektrischen Flüssigkeit dispergiert ist.
Das Silicium, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen EDM-Flüssigkeit verwendet werden kann, ist polykristallines Silicium. Polykristallines Silicium wurde zur Bildung einer glatten Werkstückoberfläche experimentell ausgewählt, obwohl nichtkristallines, polykristallines und einkristallines Silicium bekannt sind.
Es muß jedoch nicht das gesamte Siliciumpulver aus polykristallinem Silicium bestehen. Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäße EDM-Flüssigkeit die erwarteten Vorteile auch dann aufweisen kann, wenn neben dem polykristallinen Silicium eine geringere Menge an zusätzlichem Silicium, wie nichtkristallinem Silicium oder anderen Siliciumarten darin enthalten sind. Wenn zusätzliche Siliciumarten in der EDM- Flüssigkeit enthalten sind, sollte ihre Menge vorzugsweise nicht mehr als 2 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das polykristalline Silicium, betragen, obwohl ihre Menge in manchen Fällen je nach den Bedingungen bei der elektroerosiven Bearbeitung auch einige 20 Gew.-%, bezogen auf das polykristalline Silicium, betragen kann. Polykristallines Silicium muß also in einem Anteil von mehr als 80 Gew.-%, bezogen auf das Siliciumpulver, vorhanden sein.
Das vorwiegend aus polykristallinem Silicium bestehende Siliciumpulver muß ausreichende Teilchengröße und eine ausreichende Teilchengrößenverteilung aufweisen, damit es in der dielektrischen Flüssigkeit dispergiert werden kann. Wenn die Teilchen des Pulvers einen zu kleinen Durchmesser haben, können sie Aggregate bilden und sich absetzen. Wenn die Teilchen des Pulvers dagegen eine zu große Teilchengröße aufweisen, können sie die Stabilität der Bearbeitung stören oder einen Kurzschluß zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück verursachen, was zur Beschädigung des Werkstücks führt. Es wurde festgestellt, daß eine mittlere Teilchengröße von 0,01 bis 100 um verwendet werden kann. Der mittlere Teilchendurchmesser beträgt vorzugsweise 0,1 bis 80 um, da die durch den Mahlvorgang oxidierte Teilchenoberfläche die Leitfähigkeit beeinträchtigt. Eine mittlere Teilchengröße von 1,0 bis 50 um ist noch mehr bevorzugt.
Durch Mahlen hergestellte Pulver werden nach industrieller Praxis bequemerweise nicht klassiert. In diesem Fall enthalten Siliciumpulver hinsichtlich ihrer Teilchengrößenverteilung vorzugsweise mehr als ein Drittel Teilchen mit einer Teilchengröße von ungefähr 1 bis 50 um, um eine glatte Werkstückoberfläche zu erzielen.
Das anorganische Oxid, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen EDM-Flüssigkeit verwendet werden kann, damit die Oberfläche eines Werkstücks auf der Basis von α-Eisen als Kohlenstoff-Eisen-Silicium-Legierung ausgebildet wird, kann ein Metalloxid oder ein Nichtmetalloxid sein. Zudem kann das anorganische Oxid aus einem oder mehreren Oxiden zusammengesetzt sein. Das anorganische Oxid kann zusammen mit dem polykristallinen Silicium in einem Pulver vorliegen oder ein unabhängiges Pulver darstellen.
Das anorganische Oxid ist vorzugsweise Siliciumoxid, Eisenoxid und/oder Calciumoxid. Es wurde festgestellt, daß eine glatte Oberfläche am Werkstück unter den verschiedensten Bearbeitungsbedingungen erhalten werden kann, wenn ein geringer Anteil solcher anorganischer Oxide im Pulver enthalten ist.
Ein geringer Anteil an anorganischem Oxid ist akzeptabel. Unter geringem Anteil soll ein Anteil verstanden werden, mit dem die Realisierung der oben erwähnten Werkstückoberfläche durch elektroerosives Bearbeiten möglich ist, wenn das Pulver aus polykristallinem Silicium und dem anorganischen Oxid in der dielektrischen Flüssigkeit dispergiert ist. Das anorganische Oxid liegt vorzugsweise in einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das vorwiegend aus polykristallinem Silicium bestehende Silicium, vor.
Die dielektrische Flüssigkeit, in der das polykristalline Silicium und das anorganische Oxid dispergiert sind, kann eine dielektrische Flüssigkeit auf Wasser- oder Ölbasis sein. Als dielektrische Flüssigkeit auf Wasserbasis werden üblicherweise Wasser oder Wasser, das wasserlösliche Substanzen, wie wasserlösliche Oligomere und wasserlösliche Hochpolymere, enthält, verwendet. Als dielektrische Flüssigkeit auf Ölbasis wird üblicherweise Mineralöl verwendet, wobei öllösliche Stoffe darin gelöst sein können. Öl, das aus Komponenten besteht, die eine Molekularstruktur mit einer Vielzahl an Kohlenstoffatomen aufweisen, wird jedoch vorzugsweise verwendet, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten. So kann beispielsweise Öl, das aus einem oder mehreren aromatischen Kohlenwasserstoffen besteht, oder Öl, dem aromatische Kohlenwasserstoffe zugesetzt wurden, verwendet werden.
Das Pulver wird bei der Herstellung der EDM-Flüssigkeit vorzugsweise in einem Mengenanteil von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die dielektrische Flüssigkeit, der dielektrischen Flüssigkeit zugemischt, wobei 0,2 bis 3 Gew.-% noch mehr bevorzugt. Auch wenn die EDM-Flüssigkeit in den Bearbeitungsspalt zwischen dem Werkstück und der Werkzeugelektrode zugeführt wird und sich später ein Teil des Pulvers in einer Vorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung absetzt, liegt dies im Rahmen der Erfindung, solange das oben erwähnte Mischungsverhältnis bei der Herstellung der EDM-Flüssigkeit gewählt wird.
Additive, wie Additive zur Verbesserung der Produktivität bei der Bearbeitung, Dispergiermittel, Mittel zur Förderung der Redispergierung, Antioxidationsmittel und Antischaummittel, können der EDM-Flüssigkeit zugefügt werden, solange sie die Vorteile der Erfindung nicht beeinträchtigen.
Um das Pulver aus polykristallinem Silicium und dem anorganischen Oxid in der dielektrischen Flüssigkeit zu dispergieren, können beliebige Mittel verwendet werden. So können Dispergiermittel, wie grenzflächenaktive Mittel, verwendet werden. Besonders wirksam sind Polyethylenoxide als kolloidale Dispergiermittel.
Im Rahmen der Erfindung wurde ferner ein vorteilhaftes Verfahren gefunden, um das Pulver gleichmäßig zu dispergieren. Bei diesem Verfahren wird das Pulver mit einem flüssigen, in der dielektrischen Flüssigkeit löslichen Knetmedium unter Bildung eines flüssigen Konzentrats durch Scherwirkung verknetet. Anschließend wird das flüssige Konzentrat in der dielektrischen Flüssigkeit gelöst.
Der Anteil des mit dem flüssigen Knetmedium zu vermischenden Pulvers beträgt 10 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, und hängt von der Teilchengröße und der Teilchengrößenverteilung ab.
Als flüssiges Knetmedium kann eine dielektrische Flüssigkeit dienen. Wenn allerdings eine dielektrische Flüssigkeit auf Ölbasis verwendet wird, besteht das Öl vorzugsweise hauptsächlich aus einem oder mehreren aromatischen Kohlenwasserstoffen. Es ist noch bevorzugter, wenn das hauptsächlich aus einem oder mehreren aromatischen Kohlenwasserstoffen zusammengesetzte Öl ein Öl mit einer hohen Dichte von 0,93 g/ml bei 15 ºC und einer kinematischen Viskosität von mehr als 100 cSt bei 40 ºC ist, da es das Absetzen des Pulvers durch Abschwächung der Teilchenkohäsion verhindern kann. Es ist in diesem Fall nicht unbedingt notwendig, daß die dielektrische Flüssigkeit auf Ölbasis und das Knetmedium auf Ölbasis die gleiche kinematische Viskosität aufweisen.
Zum Kneten des Pulvers und des flüssigen Mediums unter Schwerwirkung können beliebige Vorrichtungen verwendet werden. Der Kneter ist allgemein bekannt und wird üblicherweise bei der Verarbeitung hochpolymerer Verbindungen und bei der Herstellung von Farben und Papier verwendet. Bei der Verarbeitung hochpolymerer Verbindungen werden beispielsweise Kalander, Kneter, Banbury-Mischer und Extruder verwendet, die eine Einrichtung zum Kneten hochmolekularer Verbindungen mit hoher zwei- oder dreidimensionaler Scherwirkung enthalten.
Auch wenn das oben erwähnte Öl mit hoher Dichte verwendet wird, sollte das Konzentrat besser flüssig als pastos sein, auch wenn seine kinematische Viskosität vom Pulveranteil abhängt. Es wurde festgestellt, daß das Pulver keine Klumpen in der dielektrischen Flüssigkeit bildet, wenn die EDM- Flüssigkeit unter Verwendung dieses Konzentrats hergestellt wird, wodurch Pulvermaterial gespart wird und bei der Bearbeitung der Bearbeitungsspalt nicht unnötig vergrößert werden muß.
Durch die Verwendung von erfindungsgemäßer EDM-Flüssigkeit kann am Werkstück durch Anwendung der in der Werkstückendbearbeitung üblicherweise angewandten EDM-Bedingungen eine sehr glatte Oberfläche gebildet werden, wobei die Oberfläche die oben erwähnte Metallzusammensetzung hat. Die EDM- Bedingungen in der Endbearbeitung sind beispielsweise:
Polarität Werkstück positiv gepolt
AN-Impulszeit 1 bis 20 us
AUS-Impulszeit 2 bis 80 us
Strom 0,1 bis 10 A (bei Kurzschluß).
Zudem kann jede EDM-Vorrichtung, die mit einer Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr ausgestattet ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.

Beispiel

Eine EDM-Flüssigkeit wurde unter Verwendung des folgenden Pulvers hergestellt:
Polykristallines Silicium (Teilchengröße 1 bis 80 um) 95,5 Gew.-%
Siliciumdioxid (SiO&sub2;) 3,0 Gew.-%
Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) 1,0 Gew.-%
Calciumoxid (CaO) 0,5 Gew.-%.
500 g Pulver dieser Zusammensetzung, 20 g Polyethylenglycol als Kolloid-Dispergiermittel und 5 g 2,6-di-tert-Butylphenol wurden zu 500 g aromatischem Kohlenwasserstoff mit einer kinematischen Viskosität von 930 cSt bei 40 ºC und mit einer Dichte von 0,98 g/ml bei 15 ºC zugefügt, um ein Konzentrat herzustellen. Die Bestandteile wurden durch einstündiges Rühren bei 60 ºC nach und nach vermischt. Das Gemisch wurde anschließend mit Hilfe von zwei Walzen mit unterschiedlicher Drehzahl so lange geknetet, bis das Konzentrat homogen war. Das Konzentrat war eine fließfähige viskose Substanz. Um die EDM-Flüssigkeit herzustellen, wurde das flüssige Konzentrat zu einer dielektrischen Flüssigkeit auf Mineralölbasis mit einer kinematischen Viskosität von 2 cSt bei 40 ºC in einem Anteil von 1 Gew.-%, bezogen auf die dielektrische Flüssigkeit, zugegeben und 30 min lang gerührt.
Mit dieser EDM-Flüssigkeit wurde eine elektroerosive Bearbeitung unter folgenden Bedingungen durchgeführt:
Elektroerosionsgerät: Modell Sodick A35 Mark 21
Werkzeugelektrode, Durchmesser: 30 mm
Material des Werkstücks (japanische Industrienorm): SKD-61
Elektrische Bedingungen: Polarität Werkstück positiv gepolt
AN-Impulse 4 us
Strom 5 A (bei Kurzschluß).

Ergebnisse

Fig. 1 zeigt in einer mikroskopischen Aufnahme mit einer Vergrößerung von 1000 den Querschnitt einer Werkstückoberfläche, wobei die elektroerosive Bearbeitung am gleichen Werkstück unter Verwendung der gleichen dielektrischen Flüssigkeit auf Mineralölbasis und unter den gleichen EDM- Bedingungen wie im vorhergehenden Beispiel, aber ohne Zusatz des Pulvers zur dielektrischen Flüssigkeit, durchgeführt worden war. Wie Fig. 1 zeigt, wurde eine Schicht auf der Werkstückoberfläche gebildet, die jedoch dünn und ungleichmäßig ist.
Fig. 2 zeigt in einer mikroskopischen Aufnahme mit einer Vergrößerung von 1000 den Querschnitt einer Werkstückoberfläche, die gemäß dem vorhergehenden Beispiel bearbeitet worden war. Fig. 2 zeigt, daß eine relativ feine, dicke und sehr glatte Schicht auf der Werkstückoberfläche gebildet wurde.
Zudem wurde eine Röntgenanalyse der Werkstückoberfläche unter folgenden Bedingungen durchgeführt:
Röntgenquelle: Rad-C-System
Kathode Kupfer
Spannung 50 kV
Strom 200 mA
Messung: Zeitkonstante 1,0 s
abgetasteter Bereich 20 bis 80º.
In der Röntgenanalyse wurde vor der Bearbeitung α-Eisen am Werkstück nachgewiesen, wogegen nach der Bearbeitung an der Werkstoffoberfläche α-Eisen, γ-Eisen und eine Legierung aus Kohlenstoff(C)-Eisen(Fe)-Silicium(Si) nachgewiesen wurde. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen EDM-Flüssigkeit wurde also an der Werkstückoberfläche α-Eisen durch thermische Umwandlung in γ-Eisen umgewandelt und eine Kohlenstoff-Eisen-Silicium-Legierung gebildet. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird bei der Bildung einer solchen Legierung eine feine, dicke und glatte Schicht an der Werkstückoberfläche gebildet.
Die Werkstückoberfläche wurde vor und nach der Bearbeitung zusätzlich mit Auger-Elektronenspektroskopie untersucht. Fig. 3 zeigt die Ergebnisse der Auger-elektronenspektroskopischen Untersuchung der Werkstückoberfläche vor der Bearbeitung. Der Punkt "0" auf der Abszisse in Fig. 3 stellt die äußerste Oberfläche des Werkstücks dar, die Punkte "5" und "10" entsprechen einer Tiefe von der Oberfläche von 5000 bzw. 10000 Å. Die Ordinate gibt die Konzentration der Elemente an. Vor der Bearbeitung wurden an der äußersten Oberfläche der gleiche Anteil an Eisen (Fe), Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O) und ein geringer Anteil an Chrom (Cr), Silicium (Si) und Molybdän (Mo) nachgewiesen. Aufgrund des Nachweises von Sauerstoff (O) kann angenommen werden, daß die äußerste Oberfläche von Oxiden bedeckt ist. Im Bereich von der äußersten Oberfläche bis zu einer Tiefe von 5000 Å steigt Eisen (Fe) stark an, während Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O) stark abfallen.
Fig. 4 zeigt die Ergebnisse der Auger-elektronenspektroskopischen Untersuchung der Werkstückoberfläche nach der Bearbeitung mit einer dielektrischen Flüssigkeit auf Mineralölbasis ohne Verwendung des Pulvers. Es wurde festgestellt, daß während der Bearbeitung Kohlenstoff (C) in das Werkstück eingebracht wurde.
Fig. 5 zeigt die Ergebnisse der Auger-elektronenspektroskopischen Untersuchung der Werkstückoberfläche nach der Bearbeitung mit der erfindungsgemäßen EDM-Flüssigkeit. Ein großer Anteil an Kohlenstoff (C) und ein kleiner Anteil an Eisen (Fe) wurden an der äußersten Oberfläche nach der Bearbeitung nachgewiesen. (Fig. 5). Im Bereich von der äußersten Oberfläche bis zu einer Tiefe von 5000 Å fällt Kohlenstoff (C) stark ab, wogegen Eisen (Fe) bzw. Silicium (Si) stark ansteigen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen die gemessenen Rauhigkeiten der in der mikroskopischen Aufnahme der Fig. 2 bzw. 3 gezeigten Werkstückoberflächen. Es wurde festgestellt, daß die Werkstückoberfläche, die mit der erfindungsgemäßen EDM-Flüssigkeit endbearbeitet wurde, sehr glatt ist (Fig. 6 und 7).
Das oben beschriebene Beispiel diente nur zur Illustration und Erläuterung. Es soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf diese Ausführungsform beschränken, da im Lichte der vorstehend beschriebenen Lehre zahlreiche Ausführunggsformen und Modifizierungen möglich sind. Der Rahmen der Erfindung soll durch die beigefügten Ansprüche festgelegt werden.

Claims

1. Elektroerosionsflüssigkeit, die ein Gemisch aus einer dielektrischen Flüssigkeit und einem Pulver aus Silicium und anorganischem Oxid umfaßt, wobei das Pulver in einem Anteil von 0,1 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf die dielektrische Flüssigkeit, enthalten ist und das Silicium zu mehr als 80 Gew.-% aus polykristallinem Silicium besteht.

2. Elektroerosionsflüssigkeit nach Anspruch 1, wobei das anorganische Oxid Siliciumdioxid, Eisenoxid und/oder Calciumoxid enthält.

3. Elektroerosionsflüssigkeit nach Anspruch 2, wobei das anorganische Oxid in einem Anteil von 0,01 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Silicium, enthalten ist.

4. Elektroerosionsflüssigkeit nach Anspruch 3, wobei das Silicium einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 100 um aufweist.

5. Elektroerosionsflüssigkeit nach Anspruch 2, hergestellt durch

- Verkneten des Pulvers mit einem flüssigen, in der dielektrischen Flüssigkeit löslichen Knetmedium unter Bildung eines flüssigen Konzentrats, und

- Dispergieren des flüssigen Konzentrats in der dielektrischen Flüssigkeit.

6. Elektroerosionsflüssigkeit nach Anspruch 5, wobei das flüssige Knetmedium Öle enthält, die vorwiegend aus einem oder mehreren aromatischen Kohlenwasserstoffen bestehen und eine Dichte von mehr als 0,93 g/ml bei 15 ºC aufweisen.

7. Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung von Werkstücken unter Verwendung einer Werkzeugelektrode, das umfaßt:

- Zumischen eines Pulvers aus Silicium und anorganischem Oxid zu einer dielektrischen Flüssigkeit, wodurch eine Elektroerosionsflüssigkeit erzeugt wird, wobei das Pulver in einem Anteil von 0,1 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf die dielektrische Flüssigkeit, enthalten ist und das Silicium zu mehr als 80 Gew.-% aus polykristallinem Silicium besteht, und

- Zuführen der Elektroerosionsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt zwischen dem Werkstück und der Werkzeugelektrode,

zur Verwendung bei einer Endbearbeitung.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das anorganische Oxid aus Siliciumdioxid, Eisenoxid und/oder Calciumoxid besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das anorganische Oxid in einem Anteil von 0,01 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Silicium, enthalten ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Silicium einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 100 um aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Zumischen das Verkneten des Pulvers mit einem flüssigen, in der dielektrischen Flüssigkeit löslichen Medium unter Bildung eines flüssigen Konzentrats und das Dispergieren des flüssigen Konzentrats in der dielektrischen Flüssigkeit umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das flüssige Knetmedium Öle enthält, die vorwiegend aus einem oder mehreren aromatischen Kohlenwasserstoffen bestehen und eine Dichte von mehr als 0,93 g/ml bei 15 ºC aufweisen.