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DE7330369U - VorrichtUng zur elektrischen Bearbeitung von Werkstücken

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Publication number: DE7330369U
Application number: DE7330369U
Authority: DE
Original assignee: LANGUEPIN CAREL FOUCHE PARIS
Current assignee: LANGUEPIN CAREL FOUCHE PARIS
Priority date: 1975-07-31
Filing date: 1973-08-21
Publication date: 1976-03-18
Also published as: US4097710A

Description

DIPL.-ING. R. LEMCKE DipJ.-lng. H.-J. P'"™«·'

Patentanwalt Karlsruhe 1

Gebrauchsmuster-Anmeldung G- 73 30 309.2

Anmelderin: CAEEL PüUCHE LANGUEPIN, 55, Rue d'Amsterdam, Paris/Frankreich

Vorrichtung zur elektrischen Bearbeitung von Werkstücken

lüe Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur elektrischen Bearbeitung von werkstücken, bei dem einzelne und zeitlich voneinander getrennt aufeinanderfolgende, negative Spaunungsimpulse an einen Elektrodenstempel angeschlossen sind und zwischen Elektrodenstempel und Werkstück ein Elektrolyt verhältnismäßig geringer Leitfähigkeit ströme und der Elektrodenstempel seine Kontur nach Art einir Patrize in bzw. an dem zu bearbeitenden Werkstück nachformt.

£.8 sind Vorrichtungen für zwei verschiedene Arten der Aerxstückbearbeitung bekannt, .bei Vorrichtungen zur elektroerosiven Bearbeitung sind werkstück und EIeTctrode in ein flüssiges Dielektrikum eingetaucht und

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der werkstoffabtrag erfolgt durch elektrische Funken oder Lic*"'Ή«ίτΛτ» sehr kurzer Dauer, die zwischen Elektrode und Werkstück überspringen, bei Vorrichtungen zur elektrochemischen Bearbeitung ist das Werkstück an den Huspol und die Elektrode an den Minuspol einer Gleichstromquelle angeschlossen und durch einen Elektrolyten voneinander getrennt.

Bei der elektroerosiven Bearbeitung werden am Werkstück nebeneinanderliegende kleine Krater erzeugt, von denen jeder der Erosionswirkung eines Funkens oder eines kurzen Lichtbogens entspricht. Um eine einigermaßen glatte Oberfläche am Werkstück zu erzeugen, muß mit Feinelektroden und Funken mit langsam abnehmender Energie gearbeitet werden.

Im Gegensatz hierzu erlaubt die elektrochemische Bearbeitung die Erzeugung einer sehr guten Werkstückoberfläche in einem einzigen Arbeitsgang. Bei sachge-'mäßter Bearbeitung erreicht die erzeugte Oberfläche Polierquali i,ät.

Während aber die elektroerosive Bearbeitung es erlaubt, eine zuzüglich einer geringen Vergrößerung in jeder Richtung genaue Wiedergabe der Elektrode zu erhalten„ ist im Gegensatz dazu eiie bedeutende üngenauigkeit bei der elektrochemischen Bearbeitung zu verzeichnen, wobei die Wiedergabe der Elektrodenform derart von der eigentlichen Form der Elektrode abweicht, daß dies grundsätzlich nicht tragbar ist. han kann daher nur eine brauchbare Kopie der Elektrodenform am Werkstück erhalten, wenn man die Form der Elektrode vorher entsprechend von Erfahrungswerten korrigiert, wodurch aber

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der Anwendungsbereich der elektrochemischen Bearbeitung stark eingeschränkt ist.

Aufgabe der Neuerung ist es daher, eine Vorrichtung zur elektrischen Bearbeitung von Werkstücken derart weiterzubilden, daß die beschriebenen Nachteile der beiden Bearbeitungsweisen vermieden, ihre Vorteile jedoch miteinander vereinigt werden. Dies soll auf einfache Weise und ohne nennenswerten Mehraufwand gegenüber den bisher hierfür benutzten Vorrichtungen erfolgen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen Elektrodenstempel und Werkstück in Abhängigkeit von der zwischen beiden Teilen 'lerrsüheriden Arbeitsspannung regelbar ist. Mit ei..^r solchen Vorrichtung kann man die elektroerosive mit der elektrochemischen Bearbeitung kombinieren, wodurch man einerseits eine schnelle und genaue Bearbeitung, andererseits zugleich eine hohe Oberflächengüte erreicht. Das optimale Ergebnis wird erhalten, wenn man mit einem einzigen Arbeitsgang an. Werkstück eine fertigpolierte rad gegenüber der Elektrode geometrisch genau parpllele J?Vrm erreicht, die einen gleichmäßigen Abstand entsprechend dem Arbeitsspalt zwischen Elektrod? und Werkstück aufweist. Praktisch liegt dieser Al" *tand zvxschen 1 und t/10 mm. Er kann durch an sirli bekanrce regelung, die auf die mittlere Arbeitssrdnnung ν ehrend der Bearbeitung anspricht, aufrecht erhalten wrden.

Besonders vorteiDliaf* Is⁺ es, wenn der Abstand zwischen Elektrodenstenvel uni *vj.*kstück durch eine Servosteuerung auf den gewünschte¹' Wert regelbar ist.

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Außerdem kann es zweckmäßig sein, daß der ElektrodenstenuDel unter der Einwirkung eines Vibrators steht, dessen j?'requenz wenigstens der der Spannungsimpuj.se entspricht. Die Elektrode wird dabei gegen das Werkstück gedrückt und der zwischen beiden Teilen notwendige ^jstcjad (i'^-ch die elektromagnetisch erzeugten Vibrationen hergestellt. Eine solche Vorrichtur_o eignet dich allgemein zur abtragenden Bearbeitung, beispielsweise zur Zerlegung bzw. Zerstörung eines Gewindebohrers. Auch kann die Kombination ei\es Vibrators mit der Servosteuerung für die Einstellung des Abstandes zwischen Elektrode und Werkstück das Fortschaffen der abgetragenen ^!'.etallpartikel erleichtern,

In an sich bekannter weise wird der Fluß des Elek- \

trolyten über die Elektrode bis zum Arbeitsspalt zwischen Elektrode und Werkstück durch eine Pumpe aufrecht erhalten. .Dabei sind vorzugsweise die Kanäle zur Zuführung des Elektrolyten von stark abgeflachtem querschnitt, d. h., von großer Länge im Vergleich zur Breite. Ist der Querschnitt dieser Kanäle rechteckig, so haben sie vorteilhafterweise die Form von Schlitzen, die durch Sägen oder fräsen hergestellt sind. Man erreicht dadurch eine sehr gleichmäßige Aufteilung des Elektrolyten, was die GenauigKeit der Bearbeitung unterstützt.

Die feuerung wird nachfolgend anhand der Zeichnung eingehender erläutert; dabei zeigt:

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Pig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer

Maschine zur Durchführung der Erfindung;

Pig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht entlang 'der Schnittlinie II-II in Pig. 1; . · ·

Pig. 3 die schematische Darstellung einer Variante ■ eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Maschine und

Pig. 4 ein Diagramm des Spannungsverlaufes in:

Zwischenraum zwischen Elektrode und Werkstück.

Die in Pig. 1 dargestellte Maschine hat einen im wesentlichen C-förmigen Maschinenständer, in dessin Lagerbock 2 eine die Elektrode tragende Säule 3 vertikal verschiebbar geführt ist, deren Stellung durch eine Servosteuerung 23 bestimmt wird. Das obere freie Ende der Säule 3 trägt eine Platte 7» die gegebenenfalls einen Vibrator 8 aufnehmen kann, der elektrisch oder pneumatisch mit einer Frequenz betrieben wird, die gleich oder größer der Impulsfolge der Versorgungsspannung ist. Handelt es sich im besonderen um einen elektromagnetischen Vibrator und ist dieser an ein Netz mit einer Wechselspannung von 50 Perioden angeschlossen, so liegt die Vibratorfrequenz bei 100 Hz,

da die Frequenz der Impulsfolge nor 50 Hz beträgt.

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Am unteren Fnde der Säule 3 ist mittels eines hohlen Elektrodenträgers 9 eine Elektrode 10 "befestigt, die einen mittleren Schlitz 11 aufweist (siehe auch Pig. 2), der mit dem Inneren des Elektrodenträgers 9 in Verbindung steht. Dieser Schlitz 11 wird mit einem Elektrolyten 14- über eine Leitung 13a durch eine Pumpe 13 versorgt, die in einen Behälter 16 eingetaucht ist. Die Pumpe liefert einen Druck von wenigstens 1 bar, vorzugsweise jedoch einen Druck bis zu 5 bar.

Der zwischen Elektrode und Werkstück eingebrachte Elektrolyt wird in einem Behälter 15 gesammelt, der das Werkstück 12 aufnimmt und von dem aus der Elektrolyt über die Leitung 17 wieder in den Behälter 16 zurückfließen kann.

Die Elektrode 10 und das Werkstück 12 sind an eine Wechselspannungsquelle 20, vorzugsweise die Netzspannung von 50 Hz, über einen Einweggleichrxchter 18 angeschlossen. Dabei erlaubt ein einstellbarer Transformator 19 die Einstellung der geeigneten Betriebsspannung.

Über die Leitungen 25 wird die zwischen Elektrode 10 und Werkstück 12 herrschende Spannung auf die Servosteuerung 23 gegeben, an der eine Bezugsspannung, beispielsweise zwischen 4 und 20 V, ansteht.

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Der Transformator 19 i^t vorteilhafterweise ein Streutransformator zur Begrenzung des Stromanstieges "beispielsweise im Falle eines durch eine Störung auftretenden Kurzschlusses zwischen Elektrode und Werkstück.

Das nachfolgende Beispiel mag verdeutlichen, wie sich axe Erfindung verwirkliehen läßt.

Die benutzte Elektrode 10 sei ein Quadrat aus Kupfer mit einer Kantenlänge von 2 cm, das durcL· einen mittleren Schlitz 11 von etwa 1 mm Breite durchquert ist, der einen Kern von ungefähr 0,7 mm stehen läßt.

Der "benutzte Elektrolyt habe eine Leitfähigkeit von 4,5 Siemensui
bei 3,5 bar.

4,5 Siemensui/m ; der Förderdruck der Pumpe 13 liege

Im Leerlauf sei die Spannung am Ausgang des Transformators 19 "bzw. der Diode 18 60 V.

Die auftretende Arbeitsspannung sei 6 V. Während der Arbeit des Profils 12a schwankt die Spannung zwischen 4 und 8 V, während die wirksame Stromstärke ungefähr bei 85 Ampere liegt.

Unter diesen Voraussetzungen findet die Bearbeitung statt, ohne daß die Elektrode Abnutzungserscheinungen oder im Gegensatz dazu Anlagerung an der Oberfläche

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zeigt. Wird die Bearbeitung an einem Stahlblock 12 bis zu einer Tiefe von 5 nun fortgesetzt, so läßt sich feststellen,, daß die erarbeitete Vertiefung genau den Querschnitt der Elektrode zuzüglich einer allseitigen Querschnittsvergrößerung von 0,12 mm hat.

Der Oberflächenzustand der Vertiefung im Werkstück ist außerdem hochglanzpoliert.

Die verwendeten Elektrolyten können schwache Elektrolyten sein, wie beispielsweise Waschwasser bzw. Seifenwasser oder Mineralöle mit Emulsionsbildnern, wodurch vorteilhafterweise eine Korrosion der zu bearbeitenden Werkstücke vermieden wird.

Der Vorteil in der Verwendung eines im Querschnitt abgeflachten und über eine Mittelebene der Elektrode 1C \ sich erstreckenden Zuführungskanals für den Elektro

lyten ergibt sich anhand der Fig. 2.

Der über einen solchen Schlitz zugeführte Elektrolyt teilt sich an beiden Seiten des Schlitzes in zwei Hälften auf, die laminar zwischen Elektrode und dem Boden der Vertiefung im Werkstück entlangfließen, wie dies durch die Pfeile 22 angedeutet ist. Danach steigt der Eo-ektr^yt in gleichmäßiger Weise entlang dem gesamten äußeren Umfang der Elektrode auf, wodurch während der Bearbeitung eine irgendwie geartete Unsymmetrie unterbanden Wi¹^d.

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Es ist bekannt, daß eine Aufteilung des Elektrolyten, die seine Gleichförmigkeit beeinträchtigt, eine der Ursachen für Entartungen der elektrochemisch hergestellten Vertiefungen ist. Insbesondere bildet ein in eine Richtung bevorzugtes Fließen des Elektrolyten in der Vertiefung eine Furche, da entlang dieser bevorzugten Fließrichtung die vom Elektrolyten mitgeführten Ionen vermehrt auftreten.

Wie in Fig. 3 dargestellt, kann man die am Ausgang des Transformators anstehende Spannung durch zusätzlichen Einsatz eines Kondensators 21 einstellbarer Kapazität regeln» der an den primärseitigen Anaohlüssen eine Überspannung erzeugt.

Schließlich zeigt Fig. 4 die während der Bearbeitung zwischen Elektrode und Werkstück auftretenden Änderungen der Spannung V. Während der Zeitintervalle a, die mit den von der Diode 18 durchgelassenen Spannungshalbwellen korrespondieren, bildet sich eine Spannungsspitze 24 aus, welche ihrerseits mit dem Stromdurchbruch durch den Elektrolyten übereinstimmt.

Während der Zeitintervalle b jedoch, während derer die Diode 18 die jeweils zweite Halbwelle des Wechselstromes sperrt, fließt kein Strom im äußeren Stromkreis des Zwischenraumes zwischen Elektrode und Werkstück, so daß die Spannung, die am Ende der Intervalle a

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ft

noch den V/ert V_Q hat, während des Zeitintervalls b expotentiell abnimmt, a, h, sieh aer duren Electrode und Werkstück dargestellte Kondensator über den mittelmäßig leitfähigen Elektrolyten entlädt, wobei jedoch noch die Elektrolysewirkung fortgesetzt wird.

Obwohl also die Einrichtung nicht wie während der Arbeitshalbzeit versorgt ist, findet dann doch praktisch ununterbrochen eine Portsetzung des Bearbeitungsvorganges statt.

Pestzustellen ist, daß einer der bemerkenswertesten Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung die vernachlässigbar kleine Abnutzung der Elektrode ist, obwohl die Bearbeitung teilweise auf elektroerosiver Wirkung beruht.

Die Erfindung ist auf die Funkenbearbeitung speziell von Spritz- und Gießformen anwendbar, weil sie es erlaubt, in einem einzigen Arbeitsgang genaue Ausnehmungen bzw. Konturen mit einer Oberflächenbeschaffenheit von Polierqualität herzustellen.

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Claims

DlPL.-!NG. R. LEMCKE £'pif ·- * · · · »IPatentanwalt. . i » · · · ·75Karlsruhe1-ing. H.-J. Brommer Gebrauchsmuster-Anmeldung b 73 30 369.2 Anmelderin: CaREL FOUCKi? L Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfa>rer<s zcv elektrischen Bearbeitung von Werkstücken, bei dem einzelne und zeitlich voneinander getrennt aufeinanderfolgende, negative Spanmingsimpulse an einen Elektndenstempel angeschlossen sind und zwischen Elektroden-stempel und rterkstück ein Elektrolyt verhältnismäßig geringer Leitfähigkeit strömt,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Abstand zwischen Elektroderisterripel (10) und Werkstück (12) in Abhängigkeit von der zwischen beiden Teilen herrschenden Arbeitsspannung regelbar ist.

2. Vorrichte..^ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dato der Abstand zwischen Elektrodenstempel (10) und werkstück (12) durch eine Servosteuerung (23) regelbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurcn gekennzeichnet, da ί; der Elektrodenstempel (ΊΟ) an einen Vibrator (b) angeschlossen ist, dessen /reauenz wenigstens der der Spannungsimpulse entspricht.

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(11113/a) - 2 -

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Pumpe (13) zum Umwälzen des Elektrolyten durch den ilektrodenstempel (10) hindurch aufweist und dat die Elektrode etwa in der Mitte ihres indquerschnittes eine Austrittsöffnung, insbesondere einen Schlitz (11) für den Elektrolyten aufweist.

5' Vorrichtung nach einem der vorhergenenden che, dadurch gekennzeichnet, daß die LeitfähigKeit

des Elektrolyten zwischen 0,1 und 15 ^ m/m liegt.

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