WO2017060023A1 - Edm-bohren von keramik und vorrichtung - Google Patents

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ceramic
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ceramics
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Susanne Kamenzky
Jan Münzer
Dimitrios Thomaidis
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/04—Electrodes specially adapted therefor or their manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H5/00—Combined machining
    • B23H5/06—Electrochemical machining combined with mechanical working, e.g. grinding or honing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/10—Working turbine blades or nozzles
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/14—Making holes

Definitions

  • the invention relates to a method for drilling ceramics by means of EDM and a device.
  • FIGS. 1, 2 and 3 show different embodiments of EDM electrodes.
  • the figures and the description represent only embodiments of the invention.
  • the solution to the problem is made by using high speeds.
  • the speed is at least 1000 U / min, in particular ⁇ sondere at least 10000U / min and reaches 30000U / min - 50000U / min.
  • standard hollow electrodes 1 ' which have only a single inner channel 4' (FIG. 1)
  • Electrodes 1 ', 1 ⁇ , 1 ⁇ are delivered to a workpiece at a higher speed.
  • the web or webs of the inner channels 5 ⁇ , 6 ⁇ ; 5 ⁇ , 6 ⁇ , 7 ⁇ 8 ⁇ (Fig. 2, 3) as cutting and carrying the
  • the electrodes used for the ceramic removal and the erosion can be the same.
  • the inventive step lies in the fact that with the beschrie ⁇ surrounded process, ie a combination of a spanendem and an abrasive manufacturing processes with a single tool, the erosion electrode, now on a EDM machine with the erosion electrode even in a two-step procedure cooling air holes in a hot gas-carrying component with a electrically non-conductive ceramic thermal insulation layer can be drilled.
  • This improves the cost-effectiveness of the machining since the component no longer has to be drilled, masked and then ceramic-coated after the metallic coating, but can be drilled on a machine after complete coating in one operation.
  • the quality of the machining result is also improved, since the geometry of the bore in the field of Kera ⁇ mik can be almost performed while the

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Abstract

Durch die Verwendung von höheren Drehzahlen einer EDM-Elektrode können auch Keramik oder Keramikschichtsysteme bearbeitet werden.

Description

EDM-Bohren von Keramik und Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bohren von Keramiken mittels EDM und eine Vorrichtung.
Es können derzeit nur metallische Bauteile mittels EDM ge¬ bohrt werden, da die Keramik nicht elektrisch leitfähig ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön¬ nen, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es zeigen die Figuren 1, 2 und 3 verschiedene Ausführungsbei- spiele von EDM-Elektroden .
Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Die Lösung des Problems erfolgt durch Verwendung hoher Drehzahlen. Die Drehzahl liegt bei mindestens 1000U/min, insbe¬ sondere bei mindestens 10000U/min und reicht bis 30000U/min - 50000U/min. Statt Standardhohlelektroden 1 `, die nur über einen einzigen inneren Kanal 4` (Fig. 1) verfügen, werden vorzugsweise Mehrkanalelektroden 1``, 1``` eingesetzt (Fig. 2, 3) werden.
Diese Elektroden 1`, 1``, 1``` (Fig. 1, 2, 3) werden mit ei- ner höheren Drehzahl auf ein Werkstück zugestellt. Dabei wirken der oder die Stege der Innenkanäle 5``, 6 `` ; 5```, 6```, 7``` 8``` (Fig. 2, 3) als Schneiden und tragen die
Keramikschicht ab. Sobald die Keramikschicht durchbohrt ist und das elektrisch leitende Metall freiliegt, startet der Erodierprozess wie sonst bei metallischen Werkstoffen üblich.
Dabei können die zum Keramikabtragen und die zum Erodieren eingesetzten Elektroden die gleichen sein.
Es können auch zum Keramikabtragen andere Elektroden eingesetzt werden als für das Erodieren des Metalls. Dies würde aus Bearbeitungsdauergründen Sinn machen, wenn mit einer Mehrkanalelektrode 1``, 1``` schneller durch die Keramik gearbeitet werden kann und mit einer Einkanalelektrode 1 ` schneller erodiert werden kann. In diesem Fall könnte erst bei allen keramikbeschichteten Bauteilen die Keramik entfernt werden, dann die Elektrode getauscht werden und dann die Kühlbohrungen mit derselben EDM-Vorrichtung ohne Ausspannen des Bauteils auferodiert werden.
Der erfinderische Schritt liegt darin, dass mit dem beschrie¬ benen Verfahren, d. h. eine Kombination aus einem spanendem und einem abtragenden Fertigungsverfahren mit einem einzigen Werkzeug, der Erodierelektrode, nun auf einer Erodiermaschine mit der Erodierelektrode selbst in einem Zweischrittverfahren Kühlluftbohrungen in ein heißgasführendes Bauteil mit einer elektrisch nicht leitenden keramischen Wärmedämmschicht ge- bohrt werden können. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung, da das Bauteil nun nicht mehr nach der metallischen Beschichtung gebohrt, maskiert und dann keramisch beschichtet werden muss, sondern nach der Komplettbeschich- tung in einem Arbeitsgang auf einer Maschine gebohrt werden kann. Die Qualität des Bearbeitungsergebnisses wird ebenfalls verbessert, da die Geometrie der Bohrung im Bereich der Kera¬ mik nahezu ausgeführt werden kann, während beim
Maskierverfahren dort immer starke Unstetigkeiten entstehen, die negativen Einfluss auf die Kühlwirkung und die Integrität der Schichtanbindung haben können. Die Durchlaufzeit wird aufgrund der vereinfachten technischen Abläufe und der ver- schlankten Logistik ebenfalls verkürzt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren
zum Bohren von Keramiken oder keramisch beschichteten Bau- teilen,
bei dem eine EDM-Elektrode (1 `, 1``, 1```) verwendet wird und
wobei die EDM-Elektrode (1`, 1``, 1```) mit einer Drehzahl von mindestens 1000U/min,
insbesondere von mindestens 10000U/min,
zum Bohren durch die Keramik oder durch das
keramikbeschichtete Bauteil gedreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem durch ein Inneres (4 `, 4``, 4 `` `; 5``, 6``; 5```, 6`` `, 7`` `, 8```) der EDM-Elektrode (1`, 1``, 1```) eine Flüssigkeit geleitet wird,
die beim Bohren durch die Keramik als Kühlungsmittel und/oder Transportmittel für abgetragenes Material dient und
beim optionalen Bohren durch Metall ein Elektrolyt durch das Innere (4`, 4``, 4 `` `; 5``, 6` `; 5```, 6```, 7```, 8```) der EDM-Elektrode (1`, 1``, 1```) geleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem ein Schichtsystem aus keramischer Schicht und metallischem Substrat bearbeitet wird,
bei dem zuerst die Keramik mit höheren Umdrehungszahlen von mindestens 1000 U/min bearbeitet wird und
danach der metallische Teil des Schichtsystems,
wobei dann ein Elektrolyt verwendet wird und
insbesondere kleinere Umdrehungszahlen streng kleiner 1000U/min verwendet werden.
EDM-Vorrichtung,
insbesondere zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3,
das eine EDM-Elektrode (1`, 1``, 1```) aufweist,
die bei Drehzahlen von 1000U/min,
insbesondere von mindestens 10000U/min drehbar ist.
5. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem die EDM-Elektrode (1`, 1``, 1```) mehrere innere Kanäle ( 5``, 6 ` `; 5```, 6```, 7```, 8```) aufweist, insbesondere zwei (4``) drei oder vier (4```) innere Kanäle aufweist .
6. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, oder 5,
bei dem verschiedene Arten von EDM-Elektroden (1`, 1``, 1```) verwendet werden oder verwendbar sind,
insbesondere für die Bearbeitung der Keramik und des Me¬ talls .
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