DE69902204T2

DE69902204T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Drahtelektroden zum funkenerosiven Schneiden

Info

Publication number: DE69902204T2
Application number: DE69902204T
Authority: DE
Inventors: Louis Lacourcelle
Original assignee: Thermocompact SA
Current assignee: Thermocompact SA
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1999-05-04
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2019-05-05
Also published as: ATE221145T1; FR2778489A1; DE69902204D1; FR2778489B1; JPH11347848A; EP0955396A1; US6176994B1; EP0955396B1; ES2181380T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Elektroden in der Ausbildung eines Drahtes, die für die Bearbeitung von metallischen Werkstücken durch die Funkenerosion verwendet werden.
Bei einer solchen Bearbeitung, die bsp. in dem Dokument FR 2 418 699 A beschrieben ist, wird eine Elektrode in der Ausbildung eines Drahtes mit einer Verschiebung in Längsrichtung gezogen, und ein Abschnitt dieses Drahtes wird gemäss einem geradlinigen Segment geführt und gespannt, welches gemäss einer Bahn in der Nähe eines zu bearbeitenden metallischen Werkstückes seitlich versetzt wird. Ein elektrischer Generator erzeugt eine Potenzialdifferenz zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und dem Metalldraht, der die Elektrode bildet. Eine Bearbeitung ergibt sich in der Bearbeitungszone, die zwischen dem die Elektrode bildenden Draht und dem metallischen Werkstück besteht, und das Werkstück und der Draht werden progressiv erodiert.
Man hat schon lange Zeit danach gesucht, die Qualitäten der Drahtelektrode für die Funkenerosion zu verbessern, wobei in der Bearbeitungszone, die zwischen der Drahtelektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück besteht, eine Übereinstimmung eines guten mechanischen Widerstandes gegenüber dem Ziehen, einer guten elektrischen Leitfähigkeit des Drahtes und einer besseren Regelmäßigkeit der Erzeugung von Funken bei der Funkenerosion angestrebt wurde.
Das Dokument US 4 287 404 A beschreibt bsp. ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Drahtelektrode für die Funkenerosion, die eine drahtförmige Seele hat, welche von einer Metallschicht mit niedriger Verdampfungstemperatur umgeben ist, wie bsp. Zink, Kadmium, Zinn, Blei, Antimon und Wismut. Die Ablagerung der peripheren Metallschicht wird durch eine Stufe einer kalten elektrolytischen Ablagerung ab einem metallischen Salzbad in einer wässrigen Lösung bewirkt, die gefolgt ist von einer Stufe eines Ziehens des Drahtes. Ein solches Verfahren ergibt den Nachteil der Herstellung einer Drahtelektrode, deren periphere Beschichtung zu schnell verdampft und während der Funkenerosion einen unzureichenden Schutz für die Seele sicherstellt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Draht nach der elektrolytischen Ablagerung der Oberflächenschicht aus Metall mit einer mäßigen Verdampfungstemperatur zu erwärmen, wie es in dem Dokument EP 0 185 492 A gelehrt wird, um so eine diffundierte Legierung zu verwirklichen. Ein solches Verfahren erlaubt jedoch keine Herstellung einer Drahtelektrode mit einer legierten Oberflächenschicht, die mit einer unter Kontrolle gebrachten Dicke und Struktur diffundiert ist.
Das Dokument US 4 169 426 A beschreibt ein anderes Verfahren der Herstellung einer Drahtelektrode für die Funkenerosion, die eine von einer Metallschicht umgebene drahtförmige Seele hat, bei welcher ein Eingangs-Leitungsdraht kontinuierlich durch ein Bad eines geschmolzenen Metalls hindurchgeführt wird, worauf der Draht rasch gekühlt wird, um die Bildung von intermetallischen Zusammensetzungen an der Grenzfläche zwischen der drahtförmigen Seele und der peripheren Metallschicht zu vermeiden. Der Draht wird dann anschließend einer thermischen Behandlung bei 320ºC während mehrerer Minuten unterworfen, bevor er für seine Anpassung an den gewünschten finalen Durchmesser gezogen wird. Ein solches Ver fahren ergibt ebenfalls den Nachteil einer nicht unter Kontrolle gebrachten Dicke und Struktur der Ummantelung.
Das Dokument CH 655 265 A bringt den Vorschlag einer Vorerwärmung des Leitungsdrahtes mit Joulescher Wärme, wobei ein passender elektrischer Strom durch ihn hindurchgeleitet wird, bevor er zum Durchqueren eines Bades aus einem geschmolzenen Metall gebracht wird.
Das Dokument EP 0 811 701 A lehrt ein ähnliches Verfahren der Herstellung eines Drahtes für die Funkenerosion durch eine Hindurchführung des Drahtes durch ein Bad eines geschmolzenen Metalls, in welchem der Draht durch Joulesche Wärme während seines Durchgangs durch das Bad des geschmolzenen Metalls erwärmt wird. Das Verfahren erlaubt nicht viel besser als die vorhergehenden Verfahren, die Dicke und die Struktur der Ummantelung unter Kontrolle zu bringen.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Drahtelektrode für die Funkenerosion mittels eines beliebigen der vorerwähnten Verfahren ist es besonders schwierig, die Menge des abgelagerten Metalls zu regulieren, welches die Ummantelung bildet, und darüber hinaus den Anteil des diffundierten Metalls und daher als Folge davon auch die Beschaffenheit der erhaltenen Legierungsphasen. Bei dem Verfahren gemäss dem Dokument EP 0 185 492 A ist bsp. die thermische Diffusion der Metalle sehr empfindlich bsp. gegenüber der Temperatur, mit welcher der Draht getragen wird, und gegenüber der Dauer der Erwärmung, sodass zur Erreichbarkeit einer besonderen Struktur bei der Verteilung der Konzentrationen des Metalls in der Ummantelung eine sehr präzise Regelung der Bedingungen für die Erwärmung des Drahtes während der Stufe der Diffusion erforderlich ist, was industriell schwierig zu realisieren ist. Außerdem kann nicht in einer einfachen Art und Weise mit einem einzigen Arbeitsgang eine Struktur des Drahtes erhalten werden, der bsp. eine Oberflächenschicht aus reinem Zink aufweist, die eine Zwischenschicht aus diffundiertem Messing abdeckt.
Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Ummantelung der Drahtelektrode für die Funkenerosion eine genügende Dicke haben muss, um die Schicht des Abbrandes bei der Benutzung des Drahtes für eine Bearbeitung durch die Funkenerosion auszubilden, und diese Ummantelung muss befriedigende Eigenschaften ergeben und muss an die zu realisierenden Bedingungen der Bearbeitung angepasst sein. Gesucht wird nämlich die Verwirklichung einer diffundierten Messingschicht, die eine kristalline Struktur der Phase β ergibt, wobei eine größere Schnelligkeit der Funkenerosion favorisiert wird. Die Erreichbarkeit einer solchen Beschichtung der Phase β hängt jedoch sehr deutlich ab von den Bedingungen der Temperatur bei der Stufe der Diffusion, und es ist schwierig, eine konstante und unter Kontrolle gebrachte industrielle Herstellung zu verwirklichen.
Das Dokument FR 2 502 647 A betrifft ein Verfahren zum Vermessingen von metallischen Werkstücken wie bsp. eines Drahtes von sehr großer Länge für pneumatische Armierungen. Auf einem Eisenkern wird eine Kupferschicht von mäßiger Dicke (0.28 u) abgelagert, danach wird eine Zinkschicht durch Elektrolyse abgelagert und der Draht wird dann erwärmt, um eine vollständige Diffusion des Kupfers und des Zinks sicherzustellen, sodass dadurch eine Schicht aus Messing α realisiert wird, mit welchem die Haftung zwischen dem Draht und dem Gummi der Luftbereifung begünstigt wird. Der erhaltene Draht ergibt eine Dicke der Ummantelung, die zu schwach ist, um für die Funkenerosion anwendbar zu sein, und das Messing α ist nicht für die Funkenerosion geeignet. Das angewandte Verfahren würde nicht die Erreichbarkeit eines Drahtes erlauben, der eine Ummantelung einer ausreichenden Dicke hat, um für die Funkenerosion verwendbar zu sein.
Das durch die vorliegende Erfindung vorgesehene Problem ist die Bereitstellung von Mitteln, die auf sehr einfache und wenig kostspielige Art und Weise erlauben, die Möglichkeiten und die Flexibilität der Herstellung von Drahtelektroden für die Funkenerosion beträchtlich zu verbessern, welche wenigstens eine Beschichtung aus einem Metall oder einer Legierung aufweisen, die um eine elektrisch leitfähige drahtförmige Seele herum diffundiert ist. Gesucht wird nach einer beliebigen Regulierung des Gehaltes der Metalle in den verschiedenen Schichten, welche die Ummantelung bilden, und der Dicke dieser Schichten, um die Struktur der Drahtelektrode an die Erfordernisse anzupassen.
Gemäss einer Perfektionierung der Erfindung wird auch nach einer Verbesserung der Metall- oder Legierungsschicht auf der Seele gesucht, um so das spätere Ziehen des Drahtes ohne einen beachtlichen Abbau der peripheren Metallschicht zu erlauben.
Gemäss einer anderen Zielsetzung der Erfindung wird nach einem Mittel gesucht, welches eine solche Metall- oder Legierungsschicht beliebig zu realisieren erlaubt, deren Oberflächenbereich einen erhöhten Anteil eines Metalls mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur enthält, wie bsp. Zink, Kadmium, Zinn, Blei, Antimon oder Wismut.
Um diese sowie weitere Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Drahtelektrode für die Funkenerosion vor, die eine elektrisch leitfähige drahtförmige Seele hat, welche von einer metallischen Ummantelung in einer diffundierten Zone umgeben und dafür angepasst ist, die Zone des Abbrandes des Drahtes bei der Funkenerosion zu bilden; dieses Verfahren weist wenigstens eine Stufe einer Elektrolyse der Drahtelektrode auf, die sich in ein Elektrolysebad abspult, das im wesentlichen aus geschmolzenen Salzen besteht, um gleichzeitig eine Zufuhr eines Metalls oder einer Legierung, welches bzw. welche eine Ablagerung auf einer darunterliegenden Metall- oder Legierungsschicht bildet und auch die thermische Diffusion in der diffundierten Zone zwischen der besagten Ablagerung und der besagten darunterliegenden Schicht sicherzustellen.
In dem Elektrolysebad werden die Salze bei einer Temperatur höher als ihre Schmelztemperatur getragen, wobei dieses Bad für die folgende Beschreibung und für die Ansprüche auch durch den Ausdruck "Bad aus geschmolzenen Salzen" bezeichnet werden kann.
Im Gegensatz zu den elektrolytischen Verfahren, die für die Herstellung von Drahtelektroden für die Funkenerosion bekannt sind, ergibt sich so die Elektrolyse nicht ab dem Bad der metallischen Salze in einer wässrigen Lösung, sondern ab einem Bad von einem oder mehreren metallischen Salzen, die auf einer Temperatur höher als ihre Schmelztemperatur gehalten werden.
Das Bad der geschmolzenen Salze enthält wenigstens ein Salz eines Metalls, welches in die Zusammensetzung der metallischen Ummantelung eintritt.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform enthält das Bad der geschmolzenen Salze ein Zinksalz.
Gute Resultate werden erhalten durch die Verwendung eines Bades aus geschmolzenen Salzen, welches wenigstens ein metallisches Salz aus der Familie der Chloride, Jodide, Bromide und Sulfate enthält.
Vorteilhaft kann zu dem Bad der geschmolzenen Salze wenigstens ein alkalisches oder erdalkalisches Metall hinzugefügt werden, wie bsp. Natriumchlorid, Kalium- Chlorid und Lithiumchlorid, deren Anwesenheit die Schmelztemperatur des Bades der geschmolzenen Salze erniedrigt und die elektrische Leitfähigkeit des Bades verbessert. Dadurch lässt sich die mögliche Variationsbreite der Temperatur gegen die Niedrigtemperaturen hin verbessern und lässt sich so auch die mögliche Variationsbreite der Schnelligkeit der thermischen Diffusion in der diffundierten Zone zwischen der Ablagerung und der darunterliegenden Schicht verbessern.
In der Praxis kann das Elektrolysebad aus geschmolzenen Metallsalzen vorteilhaft in Berührung stehen mit einer Metallmasse, die aus dem oder den metallischen Bestandteilen der Salze gebildet ist. Die metallische Masse bildet die Anode oder den positiven Pol, während die elektrisch leitfähige drahtförmige Seele kontinuierlich durch das Bad der geschmolzenen Salze hindurchgeführt wird und die Kathode oder den negativen Pol bildet.
Die metallische Masse der Anode kann aus einem Feststoff bestehen. Alternativ kann die metallische Masse der Anode geschmolzen sein und in Berührung stehen mit einer Feststoffelektrode, wie bsp. einer Elektrode aus Graphit, welche die positive Polarität ergibt.
Die Erfindung hat den Vorteil der Unabhängigkeit von Parametern für das Regeln der Schnelligkeit, mit welcher das Metall der Elektrolyse dargeboten wird, und der Schnelligkeit der thermischen Diffusion in der diffundierten Zone. Im Verlauf der Stufe der Elektrolyse bilden so die Werte der elektrische Stromdichte der Elektrolyse, der Temperatur des Elektrolysebades und der Dauer des Abspulens der Drahtelektrode in das Elektrolysebad Parameter, welche so geregelt werden, dass die gewünschte Struktur der metallischen Ummantelung erhalten wird.
Gemäss einer vorteilhaften Möglichkeit sind die Werte der elektrischen Stromdichte der Elektrolyse und der Temperatur des Elektrolysebades derart gewählt, dass die Schnelligkeit der Ablagerung des Metalls oder der Legierung größer ist als die Schnelligkeit der thermischen Diffusion, sodass der Oberflächenbereich der Drahtelektrode aus einer nicht diffundierten und homogenen Ablagerung des Metalls oder der Legierung ausgebildet wird, welche eine Diffusionszone umgibt, in welcher sie durch eine deutliche Grenzschicht abgetrennt ist.
In diesem Fall kann angenommen werden, dass die Dauer des Abspulens der Drahtelektrode in das Elektrolysebad genügend kurz gewählt wird, damit die Diffusion des Metalls oder der Legierung der Ablagerung unvollständig ist. Wenn eine kurze Dauer des Abspulens gewählt wird, ist es möglich, mit nur einer einzigen Stufe gemäss der Erfindung eine Drahtelektrode für die Funkenerosion zu realisieren, die eine Oberflächenschicht aus Metall oder einer Legierung aufweist, die nicht diffundiert und relativ dick ist und welche eine diffundierte Schicht einer geringeren Dicke überdeckt.
Gemäss einer anderen Möglichkeit sind die Werte der Dichte des elektrischen Stromes der Elektrolyse und der Temperatur des Elektrolysebades derart gewählt, dass die Schnelligkeit der Ablagerung des Metalls oder der Legierung weniger beträgt als die Schnelligkeit der thermischen Diffusion, sodass der Oberflächenbereich des Elektrodendrahtes aus einem diffundierten Metall oder einer Legierung gebildet ist. In diesem Fall kann angenommen werden, dass die Dauer des Abspulens des Elektrodendrahtes in das Elektrolysebad genügend lange gewählt wird, damit die Diffusion des Metalls oder der Legierung der Ablagerung vollständig ist.
Für eine gute Anpassung an die zusammentreffenden Bedingungen bei einer Bearbeitung durch Funkenerosion kann die Zufuhr des Metalls oder der Legierung vor teilhaft mit einer Menge gesichert sein, die ausreicht, dass die Ummantelung bei der finalen Drahtelektrode eine Dicke von mehreren Mikrons aufweist.
Im Rahmen einer Ausführungsform kann das Metall der Zufuhr Zink sein, und die darunterliegende Schicht kann aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Aufwärmung der drahtförmigen Seele durch Joulsche Wärme vergrößert, wobei dafür ein passender elektrischer Hilfsstrom durch den Teilabschnitt der drahtförmigen Seele durchgeleitet wird, welcher das Bad der geschmolzenen Salze durchquert.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Herstellung einer Drahtelektrode für die Funkenerosion, die eine elektrisch leitfähige Drahtseele hat, welche von einer metallischen Ummantelung umgeben ist,:
- einen Behälter, der ein Elektrolysebad enthält, das im wesentlichen aus geschmolzenen Metallsalzen besteht, angepasst für die Ermöglichung des kontinuierlichen Durchgangs der drahtförmigen Seele quer durch das Bad der geschmolzenen Salze und welcher Heizmittel aufweist, um das Elektrolysebad bei einer passenden Temperatur für eine Konservierung des geschmolzenen Zustandes der metallischen Salze während der Herstellung der Drahtelektrode zu halten,
- Mittel zur Führung und zur Mitnahme des Drahtes, um die drahtförmige Seele und danach die Drahtelektrode zu führen und sie quer durch das Bad der geschmolzenen Salze mitzunehmen,
- eine Hauptquelle eines elektrischen Stromes, deren negative Anschlussklemme mit der drahtförmigen Seele oder mit der Drahtelektrode außerhalb des Bades der geschmolzenen Salze elektrisch verbunden ist, und deren positive Anschlussklemme mit einer leitfähigen Anode elektrisch verbunden ist, die mit dem Bad der geschmolzenen Salze in Kontakt ist, um einen passenden elektrischen Strom in dem Bad der geschmolzenen Salze zwischen der Anode und der drahtförmigen Seele während ihres Durchgangs durch das Bad der geschmolzenen Salze hindurchzuleiten, wodurch eine Ablagerung des Metalls oder der Legierung durch eine Elektrolyse auf der drahtförmigen Seele sichergestellt wird.
Der Behälter kann bsp. eine flüssige obere Schicht enthalten, die wenigstens aus einem geschmolzenen Metallsalz gebildet ist, welches eine flüssige oder feste untere Schicht überdeckt, die aus demselben Metall besteht.
Gemäss einer vorteilhaften Verwirklichung kommen Stromleiter in Kontakt mit der drahtförmigen Seele stromaufwärts von dem Behälter und kommen in Kontakt mit der Drahtelektrode stromabwärts von dem Behälter, und sie werden gespeist von einer Hilfsquelle eines elektrischen Stromes, um durch die Seele einen elektrischen Hilfsstrom hindurchzuleiten, der eine ergänzende Erwärmung der drahtförmigen Seele durch Joulesche Wärme insbesondere während ihres Durchgangs durch das Bad der geschmolzenen Salze sicherstellt.
Gemäss der Erfindung kann die Schnelligkeit der Ablagerung der metallischen Ummantelung auf der elektrisch leitfähigen Seele durch die Wahl des elektrischen Stromes der Elektrolyse mit einem großen Bereich der Schnelligkeiten als Folge der Elektrolyse in einem Bad aus geschmolzenen Salzen geregelt werden. Während bei einer Elektrolyse in einem Bad aus metallischen Salzen in einer wässrigen Lösung die Stromdichten der Elektrolyse weniger als etwa einhundert Ampere pro Quadratdezimeter betragen, erlaubt die Elektrolyse in einem Bad aus geschmolzenen Salzen die Erreichbarkeit von wesentlich höheren Stromdichten. Die wesentlich erhöh ten Stromdichten erlauben eine Vergrößerung der möglichen Variationsbreite der Schnelligkeit bei der Ablagerung des Metalls.
Als Folge der erhöhten Temperatur des Elektrolysebades und der daraus resultierenden thermischen Erwärmung des Drahtes erlaubt das Verfahren gleichzeitig die simultane thermische Interdiffusion der Metalle, welche die metallische Schicht und die Seele bilden, sofern diese Metalle in einer passenden Art und Weise ausgewählt sind. Das Verfahren erlaubt bsp. die gleichzeitige Ablagerung einer Zinkschicht auf einer Seele aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und die simultane Diffusion des Zinks und des Kupfers wechselseitig ineinander. Die Schnelligkeit der Diffusion kann angepasst sein durch die unabhängige Wahl der Temperatur des Bades der geschmolzenen Salze.
Falls erwünscht erlaubt das elektrolytische Verfahren die Realisierung der Ablagerung des Metalls mit einer größeren Schnelligkeit als derjenigen der thermischen Diffusion des Metalls der Metallschicht in die elektrisch leitfähige Seele, bsp. zur Vergrößerung des Gehalts der peripheren Schicht der Drahtelektrode in ein bestimmtes Metall wie bsp. Zink.
Die Erfindung erlaubt es, die Menge des abgelagerten Metalls beliebig zu regeln und den Anteil und die Tiefe des diffundierten Metalls unabhängig und zuverlässig zu kontrollieren.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsformen, angeführt unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, bei welchen:
die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Drahtelektrode für die Funkenerosion gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
die Fig. 2 eine Perspektivansicht zur schematischen Darstellung eines Teilabschnittes der Drahtelektrode für die Funkenerosion gemäss der Erfindung ist; und
die Fig. 3 ein Querschnitt einer Drahtelektrode für die Funkenerosion gemäss einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung gemäss der Erfindung für die Herstellung einer Drahtelektrode 1 für die Funkenerosion einen Behälter 2, der zur Aufnahme eines Bades 3 aus geschmolzenen Salzen angepasst ist, welches ein oder mehrere metallische Salze enthält. Heizmittel, wie bsp. ein elektrischer Widerstand 20, der mit einer äußeren elektrischen Versorgungsquelle verbunden ist, halten das Elektrolysebad bei einer passenden Temperatur, um den geschmolzenen Zustand des oder der metallischen Salze während der Herstellung der Drahtelektrode 1 zu konservieren. Der Behälter 2 umfasst eine Eingangsdüse 4 und eine Ausgangsdüse 5, die angepasst sind, um den kontinuierlichen Durchgang einer leitfähigen drahtförmigen Seele 16 quer durch das Bad 3 der geschmolzenen Salze zu ermöglichen.
Mittel zum Führen und zur Mitnahme des Drahtes erlauben eine Führung der drahtförmigen Seele 16 und danach der Drahtelektrode 1 sowie deren Mitnahme in einer kontinuierlichen Längsbewegung quer durch das Bad 3 der geschmolzenen Salze. Die drahtförmige Seele 16 wird bsp. von einer stromaufwärts angeordneten Spule 6 angeliefert und quer durch das Bad 3 der geschmolzenen Salze zwischen den Eingangs- und Ausgangsdüsen 4 und 5 des Behälters 2 mittels passender Führungen 17 bewegt, wobei sie eine oder mehrere Umlenkrollen 8 passiert. In dem Bad 3 der geschmolzenen Salze belastet sich die drahtförmige Seele 16 mit einer Schicht von abgelagertem Metall und wird zu einer Drahtelektrode 1. Die Drahtelektrode 1 wird hinter dem Ausgang 5 des Behälters 2 durch Umlenkrollen 9 und 10 bis hin zu einer stromabwärts angeordneten Spule 7 geführt, wo sie aufgespult wird.
Die Vorrichtung kann eine oder mehrere Ziehdüsen 11 umfassen, um die Drahtelektrode 1 für ein Verlängern zu extrudieren und sie nach ihrem Durchgang durch den Behälter 2 und vor ihrem Aufspulen auf die stromabwärts angeordnete Spule 7 zu dimensionieren.
Gemäss der Erfindung umfasst die Vorrichtung außerdem eine Hauptquelle 21 eines elektrischen Stromes, deren negative Anschlussklemme durch einen ersten Stromleiter 23 mit der drahtförmigen Seele 16 oder der Drahtelektrode 1 an einem äußeren Punkt B des Bades 3 der geschmolzenen Salze elektrisch verbunden ist, bsp. stromaufwärts verbunden mit der drahtförmigen Seele 16, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, und deren positive Anschlussklemme mit dem Bad 3 der geschmolzenen Salze durch einen zweiten Stromleiter 22 elektrisch verbunden ist. Der zweite Stromleiter 22 ist bsp. mit einer Elektrode 24 elektrisch verbunden, die im Inneren des Behälters 2 angeordnet ist, um den elektrischen Strom in dem Bad 3 der geschmolzenen Salze zu vergrößern.
Bei einer ersten Ausführungsform enthält der Behälter 2 eine aus einem oder mehreren Metallen im geschmolzenen Zustand gebildete Masse 30, die mit dem Bades 3 der geschmolzenen Salze in Kontakt ist. Die Elektrode 24, welche die positive Polarität sicherstellt, kann bsp. aus Graphit bestehen und befindet sich vorteilhaft in der Masse 30 des geschmolzenen Metalls. Die Metalle der geschmolzenen Metallmasse 30 sind vorteilhaft dieselben wie die Metalle der metallischen Salze des Bades der geschmolzenen Salze. In diesem Fall enthält der Behälter 2 ein Bad 3 der Salze von einem oder mehreren geschmolzenen Metallen, die mit einer Masse 30 der besagten geschmolzenen Metalle in Kontakt sind.
Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Temperatur des Bades 3 der geschmolzenen Salze höher als die Schmelztemperatur der Metalle, welche die Masse 30 des geschmolzenen Metalls bilden, jedoch sollte sie niedriger gewählt werden als die Schmelztemperatur der drahtförmigen Seele 16 des Drahtes. Die Masse 30 des geschmolzenen Metalls bildet die Anode, die mit dem Bad 3 der geschmolzenen Salze in Kontakt ist. Die relativ erhöhte Temperatur des Bades 3 der geschmolzenen Salze bsp. in der Größenordnung von 250ºC bis 700ºC stellt die wenigstens teilweise Diffusion in die drahtförmige Seele 16 des oder der Metalle sicher, die durch Elektrolyse auf der drahtförmigen Seele 16 abgelagert sind.
Bei einer zweiten Ausführungsform wird die Temperatur des Bades 3 der geschmolzenen Salze niedriger gewählt als die Temperatur der Schmelze des oder der abzulagernden Metalle, und die Elektrode 24 ist vorteilhaft durch das oder die abzulagernden Metalle in einem festen Zustand gebildet. Die Elektrode 24 bildet somit für sich allein die Anode, die mit dem Bad 3 der geschmolzenen Salze in Kontakt steht. Die Schnelligkeit der Diffusion wird weniger erhöht sein als bei der vorhergehenden Ausführungsform. Die Masse des auf der drahtförmigen Seele 16 abgelagerten Metalls könnte sich trotzdem vorteilhaft in eine diffundierte Zwischenschicht und eine Oberflächenschicht des oder der nicht diffundierten Metalle verteilen.
Die Hauptquelle 21 des elektrischen Stromes bewirkt einen Durchgang eines passenden elektrischen Stromes durch das Bad 3 der geschmolzenen Salze zwischen der Anode und der drahtförmigen Seele 16 bei ihrem Durchgang durch das Bad 3 der geschmolzenen Salze, um auf der drahtförmigen Seele 16 eine Ablagerung des Metalls durch die Elektrolyse sicherzustellen.
Die Größe des gewählten elektrischen Stromes, der durch die Hauptquelle 21 des elektrischen Stromes abgegeben wird, die gewählte Temperatur des Bades 3 der geschmolzenen Salze und die Dauer des Aufenthalts des Drahtes in dem Bad 3 der geschmolzenen Salze bestimmen die Struktur des Drahtes 1 für die Funkenerosion.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung auch eine Heizquelle 12 eines elektrischen Stromes, die mit Stromleitern 13 und 14 verbunden ist, die mit der drahtförmigen Seele 16 an einer Kontaktstelle A stromaufwärts von dem Behälter 2 und mit der Drahtelektrode 1 an einer Kontaktstelle D stromabwärts von dem Behälter 2 in Kontakt kommen. Die Hilfsquelle 12 des elektrischen Stromes lässt ebenfalls einen passenden elektrischen Hilfsstrom durch die drahtförmige Seele 16 während ihres Durchgangs durch das Bad 3 der geschmolzenen Salze passieren, wodurch eine ergänzende Erwärmung der drahtförmigen Seele 16 durch Joulesche Wärme sichergestellt wird.
Die ergänzende Erwärmung der drahtförmigen Seele 16 muss vorzugsweise eine Überführung des Drahtes auf eine Temperatur erlauben, die genügend groß ist, um die Bildung von brüchigen Legierungsphasen an der Oberfläche der metallischen Ummantelung 15 zu verhindern. In dem Fall eines mit Zink ummantelten Drahtes aus Kupfer kann bsp. die Bildung der Phasen γ, δ oder &epsi; verhindert werden.
Der passende elektrische Hilfsstrom kann vorteilhaft von solcher Größe sein, dass die drahtförmige Seele 16 während ihres Durchgangs durch das Bad 3 der geschmolzenen Salze merklich geglüht wird.
Gemäss einer ersten Ausführungsform befindet sich der stromaufwärts angeordnete Kontaktpunkt A in der unmittelbaren Nähe der Eingangsdüse 4 des Behälters 2, und der stromabwärts angeordnete Kontaktpunkt D befindet sich in der unmittelbaren Nähe der Ausgangsdüse 5 des Behälters 2. In diesem Fall erzeugt sich die ergänzende Erwärmung der drahtförmigen Seele 16 durch Joulesche Wärme in dem einzigen Abschnitt der Seele, welcher den Behälter 2 durchquert, der das Bad 3 der geschmolzenen Salze enthält.
Alternativ kann der stromabwärts befindliche Kontaktpunkt D auf Abstand zu der Ausgangsdüse 5 des Behälters 2 angeordnet werden, um die Erwärmung der Drahtelektrode 1 durch Joulesche Wärme nach ihrem Austritt aus dem Bad 3 der geschmolzenen Salze zu bewirken. Eine Erwärmung der Drahtelektrode 1 während einer genügenden Dauer nach ihrem Austritt aus dem Bad 3 der geschmolzenen Salze kann gewählt werden, um sicherzustellen, dass eine Interdiffusion des herangeführten peripheren Metalls und des Metalls erzeugt wird, welches die drahtförmige Seele 16 bildet.
Vorteilhaft kann eine Vorwärmung der drahtförmigen Seele 16 durch Joulesche Wärme sichergestellt werden, indem der stromaufwärts befindliche Kontaktpunkt A auf Abstand zu der Eingangsdüse 4 angeordnet wird. Der elektrische Hilfsstrom kann so durch einen passenden Abschnitt der drahtförmigen Seele 16 stromaufwärts von dem Bad 3 der geschmolzenen Salze hindurchgeleitet werden.
Im Betrieb der Vorrichtung der Fig. 1 wird am Eingang eine drahtförmige Seele 16, die auf der stromaufwärts angeordenten Spule 6 aufgespult ist und die zukünftige Seele der Drahtelektrode 1 bildet, von der stromaufwärts angeordneten Spule 6 abgespult und durchquert dann nach einem Passieren auf einer ersten Umlenkrolle 8 den Behälter 2, wobei sie die Eingangsdüse 4 durchsetzt und über die Ausgangs düse 5 wieder austritt in der Ausbildung einer Drahtelektrode 1, die durch die Umlenkrollen 9 und 10 geführt wird, um durch eine Ziehdüse 11 hindurch zu gehen und auf die stromabwärts angeordnete Spule 7 aufgespult zu werden. Das Bad 3 der geschmolzenen Salze, welches von der drahtförmigen Seele 16 in dem Behälter 2 durchquert wird, enthält ein oder mehrere geschmolzene Metallsalze und wird durch den elektrische Widerstand 20 bei einer Temperatur höher als die Temperatur der geschmolzenen Salze gehalten. Durch die Wirkung des elektrischen Stromes, der durch die Hauptquelle 21 des elektrischen Stromes abgegeben wird, wird in dem Behälter 2 eine Elektrolyse des oder der geschmolzenen metallischen Salze erzeugt, sodass das oder die Metalle des oder der geschmolzenen Metallsalze sich auf der drahtförmigen Seele 16 ablagern und dabei eine Drahtelektrode 1 mit einer metallischen Ummantelung 15 erzeugen, die eine drahtförmige Seele 16 umgibt, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist.
Gleichzeitig wird in dem Fall bsp. einer drahtförmigen Seele 16 aus einem Metall wie bsp. Kupfer oder einer Kupferlegierung und in dem Fall der Ablagerung eines Metalls wie bsp. Zink in der metallischen Ummantelung 15 als Folge der erhöhten Temperatur des Bades 3 der geschmolzenen Salze eine Interdiffusion des oder der Metalle der metallischen Ummantelung 15 in dem oder in den Metallen der drahtförmigen Seele 16 an der Grenzfläche zwischen der metallischen Ummantelung 15 und der Seele 16 erzeugt, wodurch bsp. ein Zwischenbereich einer diffundierten Legierung wie bsp. Messing oder eine vollständig diffundierte Ummantelung 15 ausgebildet wird.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird die drahtförmige Seele 16 während ihres Durchgangs durch das Innere des Behälters 2, der das Bad 3 der geschmolzenen Salze enthält, ebenfalls von einem elektrischen Hilfsstrom durchquert, der von der Hilfsquelle 12 des elektrischen Stromes abgegeben wird, wobei der be sagte elektrische Hilfsstrom eine ergänzende Erwärmung der Drahtelektrode 1 oder der drahtförmigen Seele 16 durch Joulesche Wärme sicherstellt. Diese ergänzende Erwärmung erlaubt eine Beschleunigung der Diffusion der Metalle zwischen der metallischen Ummantelung 15 und der drahtförmigen Seele 16 und/oder eine Verbesserung der Verankerung der metallischen Ummantelung 15 auf der drahtförmigen Seele 16.
Es ist zu verstehen, dass das Verfahren der Erfindung darin besteht, wenigstens eine Stufe der elektrolytischen Ablagerung eines Metalls oder einer Legierung auf einer drahtförmigen Seele 16 durch einen Durchgang durch ein Bad 3 von geschmolzenen Salzen vorzusehen. Es kann auch eine aufeinanderfolgende Ablagerung von mehreren Schichten von identischen oder verschiedenen Metallen oder Legierungen auf eine gleiche drahtförmige Seele 16 vorgesehen werden.
Die durch ein Verfahren gemäss der Erfindung erhaltene Drahtelektrode 1 kann bsp. eine Ummantelung 15 aus einer Zinkschicht umfassen, die eine Zwischenschicht einer Legierung überdeckt, welche an der Grenzschicht mit einer Seele 16 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit Zink diffundiert ist. Die Zwischenschicht ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, die durch die thermische Diffusion erhalten ist.
Bei dem Beispiel der Fig. 2 besteht die Ummantelung 15 aus einer Monoschicht, die entweder aus einer insgesamt diffundierten Legierung oder aus einer dicken Schicht aus nicht diffundiertem Zink besteht, welche eine diffundierte Grenzschicht einer sehr geringen oder vernachlässigbar kleinen Dicke umgibt.
Bei dem Beispiel der Fig. 3 umfasst die Ummantelung 15 eine Schicht 151 aus nicht diffuniertem Zink, die eine Zwischenschicht 152 aus einer mit Zink diffundierten Legierung umgibt und eine deutliche Grenzsicht 153 aufweist.
Eine solche Drahtelektrode für die Funkenerosion ergibt ausgezeichnete Eigenschaften, die nicht ohne weiteres mittels der bekannten Herstellungsverfahren erreichbar waren: die Anwesenheit einer Zwischenschicht 152 aus diffundiertem Messing verbessert die Schnelligkeit der Bearbeitung durch die Funkenerosion, während die Anwesenheit einer Oberflächenschicht 151 aus nicht diffundiertem Zink eine bessere Endbearbeitung der Oberfläche des bearbeiteten Werkstückes während der Funkenerosion zu erreichen erlaubt. Eine solche Drahtelektrode kann bsp. durch die Elektrolyse in einem Bad aus Zinkchlorid und Kaliumchlorid bei gleichen molaren Konzentrationen erhalten werden, welches bei etwa 450ºC gehalten wird, wobei die Zeit des Durchgangs des Drahtes und des elektrischen Stromes der Elektrolyse als eine Funktion der gewünschten Dicken der Zinkschicht und der diffundierten Schicht angepasst werden.
Alternativ kann eine Seele 16 aus Eisen, Aluminium oder einem anderen Metall mit einer Ummantelung 15 vorgesehen werden, die eine Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder einem anderen Metall oder einer anderen Legierung einer guten elektrischen Leitfähigkeit hat sowie eine Oberflächenschicht, die teilweise oder vollständig diffundiert ist auf der Basis eines Metalls einer schwachen Verdampfungstemperatur, wie bsp. Zink, Kadmium, Zinn, Blei, Antimon und Wismut.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die ausführlich beschrieben worden sind, sondern sie schließt die verschiedenen Varianten und Verallgemeinerungen ein, die bei den nachfolgenden Ansprüchen enthalten sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Drahtelektrode (1) für die Funkenerosion, die eine elektrisch leitfähige drahtförmige Seele (16) hat, welche von einer metallischen Ummantelung (15) in einer diffundierten Zone umgeben und dafür angepaßt ist, die Zone des Abbrandes des Drahtes bei der Funkenerosion zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Stufe einer Elektrolyse der Drahtelektrode (1) aufweist, die sich in ein Elektrolysebad (3) abspult, das im wesentlichen aus geschmolzenen Salzen besteht, um gleichzeitig eine Zufuhr eines Metalls oder einer Legierung, welches bzw. welche eine Ablagerung auf einer darunterliegenden Metall- oder Legierungsschicht bildet, und die thermische Diffusion in der diffundierten Zone zwischen der besagten Ablagerung und der besagten darunterliegenden Schicht sicherzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf der besagten Stufe einer Elektrolyse die Werte der elektrischen Stromdichte der Elektrolyse, der Temperatur des Elektrolysebades (3) und der Dauer des Abspulens der Drahtelektrode (1) in das Elektrolysebad (3) Parameter bilden, die so geregelt werden, daß die gewünschte Struktur der metallischen Ummantelung (15) erhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der elektrischen Stromdichte der Elektrolyse und der Temperatur des Elektrolysebades (3) derart gewählt sind, daß die Geschwindigkeit der Ablagerung des Metalls oder der Legierung sich oberhalb der Geschwindigkeit der thermischen Diffusion befindet, sodaß die Oberflächenzone der Drahtelektrode (1) von einer äu ßeren Schicht (151) einer nicht diffundierten Ablagerung des Metalls oder der Legierung ausgebildet ist, welche eine Diffusionszone (152) bedeckt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Abspulung der Drahtelektrode (1) in das Elektrolysebad (3) kurz gewählt ist, damit die nicht diffundierte Oberflächenschicht (151) aus dem Metall oder der Legierung relativ dick ist und eine diffundierte Schicht (152) einer dünneren Dicke bedeckt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der elektrischen Stromdichte der Elektrolyse und der Temperatur des Elektrolysebades (3) derart gewählt sind, daß die Geschwindigkeit der Ablagerung des Metalls oder der Legierung niedriger liegt als die Geschwindigkeit der thermische Diffusion, sodaß die Oberflächenzone der Drahtelektrode aus diffundiertem Metall oder diffundierter Legierung gebildet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Metalls oder der Legierung in einer Menge sichergestellt ist, die dafür ausreicht, daß die Ummantelung (15) bei der fertigen Drahtelektrode (1) eine Dicke von mehreren Mikrons ergibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Zufuhr Zink ist und die darunterliegende Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad aus den geschmolzenen Salzen wenigstens ein alkalisches oder erdalkalisches Metallsalz enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß während ihres Durchganges durch das Bad (3) der geschmolzenen Salze die Erwärmung der drahtförmigen Seele (16) durch Joulesche Wärme erhöht wird, indem ein passender elektrische Hilfsstrom durch den Teilabschnitt der Drahtelektrode durchgeleitet wird, welcher das Bad (3) der geschmolzenen Salze durchquert.

10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung einer Drahtelektrode (1) für die Funkenerosion, die eine elektrisch leitfähige Seele (16) hat, welche von einer metallischen Ummantelung (15) umgeben ist, bestehend aus:

- einem Behälter (2), der ein Elektrolysebad (3) enthält, das im wesentlichen aus geschmolzenen Metallsalzen besteht, für die Ermöglichung des kontinuierlichen Durchgangs der drahtförmigen Seele (16) quer durch das Bad (3) der geschmolzenen Salze angepaßt ist und Heizmittel (20) aufweist, um das Elektrolysebad bei einer passenden Temperatur zu halten, für eine Konservierung des geschmolzenen Zustands des oder der metallischen Salze während der Herstellung der Drahelektrode (1),

- Mitteln zur Führung und zur Mitnahme des Drahtes (6, 7, 8, 9, 10, 4, 5), um die drahtförmige Seele (16) und danach die Drahtelektrode (1) zu führen und sie quer durch das Bad (3) der geschmolzenen Salze mitzunehmen,

- einer Hauptquelle (21) eines elektrischen Stromes, deren negative Anschlußklemme mit der drahtförmigen Seele (16) oder mit der Drahtelektrode (1) außerhalb des Bades (3) der geschmolzenen Salze elektrisch verbunden ist und deren positive Anschlußklemme elektrisch verbunden ist mit einer leitfähigen Anode, die mit dem Bad (3) der geschmolzenen Salze in Kontakt ist, um einen passenden elektrischen Strom in dem Bad (3) der geschmolzenen Salze zwischen der Anode und der drahtförmigen Seele (16) während ihres Durchganges durch das Bad (3) der geschmolzenen Salze hindurchzuleiten und eine Ablagerung eines Metalls oder einer Legierung durch eine Elektrolyse auf der drahtförmigen Seele (16) sicherzustellen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Stromleiter (13, 14) in Kontakt kommen mit der drahtförmigen Seele (16) stromaufwärts (A) von dem Behälter und in Kontakt kommen mit der Drahtelektrode (1) stromabwärts (D) von dem Behälter (2) und von einer Hilfsquelle (12) eines elektrischen Stromes gespeist werden, um durch die drahtförmige Seele (16) einen elektrischen Hilfsstrom hindurchzuleiten, der ihre komplementäre Erwärmung durch Joulesche Wärme insbesondere während ihres Durchgangs durch das Bad (3) der geschmolzenen Salze sicherstellt.

12. Drahtelektrode (1) für die Funkenerosion, die durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 erhalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Ummantelung (15) aus einer nicht diffundierten Zinkschicht (151) aufweist, welche über einer Zwischenschicht (152) aus einer mit Zink diffundierten Legierung mit einer deutlichen Grenzschicht (153) angeordnet ist.

13. Drahtelektrode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer drahtförmigen Seele (16) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und die Zwischenschicht (152) eine durch thermische Diffusion erhaltene Legierung aus Kupfer und Zink ist.