DE1936235A1 - Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von leitfaehigen Materialien - Google Patents
Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von leitfaehigen MaterialienInfo
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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
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Description
Patentanwalt·
WpI.-Ing. R. Beetz u.
Dipl.-Ing. Umprecht 233-H.770P 15.7.1909
VUMA Vyskumny ustav me'chanizacie a automatizäclep
Νονέ Mesto nad Vähom (Tschechoslowakei)
Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von leitfähigen Materialien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen
Bearbeiten von elektrisch leitfähigen Materialien, bei denen zwischen Werkzeug Und Werkstück ständig
ein Zwischenraum aufrechterhalten wirde
Bei dem üblichen Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten wird ein Zwischenraum zwischen dem Werkzeug
und dem Werkstück ständig von einem geeigneten Elektrolyten durchspült. Das Werkzeug ist dabei an den positiven und
das Werkstück an den negativen Pol einer Stromquelle angeschlossen. Im Verlaufe der Bearbeitung wird das Werkstück
auf elektrochemischem Wege, d. h0 unter anodischer Auflösung seines Materials in seiner Gestalt dem bearbeitenden
Werkzeug natürlich im negativen Sinne angeglichen.
233-(S 623*0-Df-r (7) 00 988 5^1188
Als Bearbeitujngsmedium wird bei neueren Verfahren dieser Art ein mit Gas zu einer stabilen Mischung ge- mischter
Elektrolyt verwendet, wobei die Mischung in ihrem gesamten Volumen praktisch gleiche elektrische
Leitfähigkeit aufweist. Um die Kopierbarkeit auch von
komplizierten Werkzeug!"ormen zu steigern, wird als Bearbeitun£sinedium
ein unstabiles Elektrolyt— und Gasgemisch benutzt, das während des Bearbeitungsvorganges kontinuierlich
in dem Zwischenraum zwischen Werkzeug und Werkstück eingespeist wird·
Bei anderen bekannten Verfahren mit einem reinen
fe Elektrolyt als Bearbeitunf/sniedium wird das Werkstück zwar
mit verhältnismäßig hoher Ge seil windigkeit, aber gleichzeitig
mit ungenügender Kopierbarkeit bearbeitet. Die Ungenauigkeit zeigt sich vor allem bei der Bearbeitung von
Kurvenflächen und scharfen Kanten, da das Ausmaß des Zwischenraumes
infolge der Abweichungen in Xormalrichtung
zur zu bearbeitenden Stelle von dem Vorschub des Werkzeuges
abhängt und somit in einem verhältnismäßig großem Bereich schwankt» Um eine genauere Formgebung für die
bearbeitete Oberfläche zu erzielen, ist es nötig, das
Werkstück nachträglich mühsam und kostspielig zu korrigieren, sofern dies überhaupt möglich ist·
W Bei Verwendung eines Elektrolyt- und Gasgemisches
und insbesondere eines unstabilen Gemisches aXs Bearbeitungsmedium
kann man dagegen die Genauigkeit des Kopierens der Werkzeugform wesentlich steigern, ohne in der
Regel das Werkzeug korrigieren zu müssen» Jedoch ist dabei die Bearbeitungsgeschwindigkeit beträchtlich, niedriger,'
im Durchschnitt ca. ein Drittel dei· bei Reinelektrolyt-Bearbeitung
erreichten Geschwindigkeit» Diese Herabsetzung der Bearbeitungsgeschwindigkeit wird dadurch verursacht,
daß das Bearbeitun^smedium - bei Aufrechterhal-
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lung scm.-; i. konstanter technologischer Parameter wie
Spannung zwischen Werkstück und Werkzeug, Elektrolyttemperatur, spezifische Abnahme u. ä. - als Ganzes im
Zwischenraum eine geringere spezifische Leitfähigkeit aufweist und somit auch zu niedrigerer gesamter Stromstärke
i'iihrt. Dieser Zustand hält in ganzem Verlauf dos
Bearbeituii.sprozt-sses an, bei dein ein konstantes Ausmaß
des Zwischenraumes', der sogenannte Gleichgewichtsspalt, dessen Größe im Unterschied zu den üblichen elektrochemischen
Bearbeitun^sverfahreu auch von der Qualität des unstabilen
Gas- und Elektrolytgeniisches beeinflußt wii'd,
aufrechterhalten wird.
L-io vüj"Ii.C{;eiule Erfindung soll nun die obenerwähnten
Nachteile ties bisherigen Standes der Technik beseitigen
bzv: * vermindern, und ihr liegt daher die Aufgabe
zujnmde, 'ein neues und vorteilhaftes Verfahren zum elektrochemischen
Bearbeiten Von elektrisch leitfähigen Materialien
y.\x schaffen, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
in der Weise gelöst, daß durch den Zwischenraum abwechselnd mindestens zwei Bearbeitungsraedien unterschiedlicher
spezifischer Leitfälligkeit hindurchgeführt werden.'
Vorteilhafterweise wird dabei die Periode für den
Wechsel von einem Bearbeitungsmedium zu einem anderen in Abhängigkeit von den Abmessungen des Zwischenraumes zwischen
Werkzeug und Werkstück und/oder in Abhängigkeit von der Länge der Elektrolysestrecke in diesem Zwischenraum
bestimmt.
Ein Vorteil des erfindungsgeraäßeii Verfahrens liegt
in der Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit bei gleich-
zeitiger Beibehaltung einer gesteigerten Genauigkeit der
Übertragung der Werkzeugfora auf das Werkstück. Erzielt man bei einem üblichen elektrochemischen, als Bearbei-
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ßAD
ttm,-smediiim eine Flüssigkeit verwendenden Verfahren eine
bestimmte Bearbeitungsgeschwindigkeit und bei Verwendung eines unstabilen Gemisches unter identischen Umständen
ungefähr ein Drittel der erwähnten Geschwindigkeit, so ermöglicht es das erfindungsgernäße Verfahren, bis vier
Fünftel der Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erzielen, wobei die Kopierbarkeit nicht niedriger ausfällt als bei
Verwendung einer unstabilen Mischung als Bearbeitungspiedium.
Da das erfindungsgemäße Verfahren mit minimalen Abmessungen
für den Zwischenraum, nämlich einem Drittel bis
k einem Fünfzehntel der gebräuchlichen Ausmaße durchführbar
ist, wird auch die Kopierbarkeit von scharfen Kanten und Vorsprangen erhöht. Die für das erfindungsgemäße Verfahren
notwendige Elektrolytmenge ist wesentlich geringer als bei bisher bekannten Verfahren (in einigen Fällen bis
um 90 c/j) , was einen weiteren Vorteil darstellte Dank, der
abwechselnden Durchspülung des gesamten Zwischenraumes mit mehreren Bearbeitungsmedien sinken auch die Verluste
an Betriebsspannung wesentlich, die bei den üblichen elektrochemischen
Bearbeitungsverfahren mit Verringerung des Ausmaßes des Zwischenraumes rasch anwachsen,, Ein weiterer
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der
glatt bearbeiteten Oberfläche, die frei ist von etromli-
) nienf'örmigen Kavitationen bzw, terrassenförmigen Vorsprüngen,
die infolge von ungeeigneten hydrodynamischen Bedingungen
entstehen.
In der Zeichnung sind einige mögliche Ausführungsbeispiele für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, die im folgenden
zur weiteren Erläuterung der Erfindung in Aufbau und Wirkungsweise näher beschrieben sind. Es zeigen:
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BAD ORlOtNAt
Fig.. 1 eine Vorrichtung, bei der mit einer unstabilen
Elektrolyt-, und Gasmischung gearbeitet wird;
Fig. 2 eine ähnliche Vorrichtung, bei der unter uii-
- ,terschiedlichen Druckbedingungen und mit hoher
Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet wird;
Fig. 3 eine Vorrichtung, bei der im Zwischenraum ein
höchst intensiver elektrochemischer Bearbeitungsprozeß abläuft; und
Fig. h eine Vorrichtung, bei der im Zwischenraum Gas
hindurchs/trümt.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung besteht
im wesentlichen aus einem Düsensystem und einem Mischerkörper 56. Das Düsensystem besteht aus einem Körper 50, in
dem eine zylindrische Kammer 53 und ein Zuführkegel 55 angeordnet
sind. Im letztgenannten ist eine Kegeldüse 5h so
axial gelagert, daß die Mündungen des Körpers 50 und der
Kegeldüse ^h in einer Ebene liegen. An seinem Unterteil
ist der Körper 50 mit dem Mischerkörper 56 verbunden, der
im Inneren als Diffusor 58 und Mischkammer 57 ausgebildet
isto Am Unterteil des Miseherkörpers 56 ist ein in einer
kreisförmigen Scheibe 12 endendes Werkzeug 11 angeschlossen,
das mittels eitles Holilverbindungsstückes 16 mit dem
Diffusor 58 und mittels eines Eintrittskanals 15 mit einem
Zwischenelektrodenraum 21 kommuniziert, wobei die Stirnfläche 13 und die Seitenwand Hk des Werkzeugs 11
zum Kopieren einer gewünschten Form in ein Werkstück dienen. Ferner ist die Vorrichtung mit einigen Manometern
ausgestattet, nämlich einem Manometer 63 für Elektrolyt 30 in einer Zuführleitung 52, einem Manometer 62 für Gas
kO in einer Gasleitung 51 und einem Manometer 60 an dem
Hohlverbindungsstück 16.
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SAD ORIGINAL
Der in der Zeichnung als voll ausgezogener Streifen. dargestellte Elektrolyt 30 wird der Kegeldüse 5^ durch..
die Zuführleitung 52 zugeführt, während die Kammer 53 und
der ZufUhrkegel ϊ? durch die Gasleitung 51 mit Gas 4θ gespeist
werden; das Gas kO füllt dabei den ganzen inneren
Raum aus, in dem sich der Elektrolyt 30 bzw» dessen Teilchen
31 nicht befinden. Diese Teilchen 31 des LLektrolyts
30 bilden sich als versehiedenförmige Tropfen in der Mischkammer
57» wo ihre Größe und ihre Verteilung stabilisierfc
werden; in der Zeichnung sind sie als dunkle Kreise bzw. ungleicliniüßige Flecken veranschaulicht.
Bei elektrochemischer Bearbeitung; mittels einer unstabilen
Mischung von Gas kO und Elektrolyt 30 (Fig. i)
bildet sich im Werkstück 20 (zo B. einem Zylinder aus
Chromnickelstahl) eine Aushöhlung, die an die kreisförmige
Scheibe 12 des Werkzeuges 11 erinnert. Das Verlczeug
11 ist aus Kupfer und wird an den negativen Pol der Betriebsstromquelle
angeschlossen. Deren positiver Pol ist mit dem Werkstück 20 verbunden. Der zugeführte Elektrolyt
30 (z. B. 50prozentige Natriuranitrafclösung) wird in
die Mischkammer 57 unter größerem Druck, als das Gas ho
(z. B. mit Stickstoff und Kohlenoxiden angereicherte Luft) hineingetrieben. Das unter normalen Bedingungen in die
Mischkammer 57 eintretende Gasvolumeii 4© ist vielfacli
größer als das Elektfolytvolumen 30» aber dennoch arbeiten
das Düseiisystem und der eigene Mischer 56 nicht als
Durchflußapparat mit Gas 40 als Treibmedium» Das DCisensystem
wird zusammen mit der Gasleitung 51 in Richtung
und mit der Geschwindigkeit des Einheitsveictors 3 (FigD 1)
vorgeschoben. Dieser Vorschub soll die infolge der y-Y-Spannung
zwischen Werkstück 20 und Werkzeug 11 und infolge der Wanderung von Elektrolytteilchen 31 durcli den Zwischenelektrodenraum
21 entstehende Materialabnahme c3es Werkstückes 20 an seiner zu bearbeitenden Ooerfläclie aus-
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em original
t'leirl·':ΐι.* 'ei geeignet ausgewählter Vorschiibgeschvindicke.it
.^it'lli sich zwischen der zu bearbeitende!' Oberfläche
2.2 im«,! vier Stirnfläche 13 des Wei'kzeaiges 11 ein konstanter
Abstand ein, so da'" das Ausmaß des ZwischenelektrodeiirauiiiuH
£1 iiimier gleich bleibt. Bei Erhöhung der Vorsclmbgeschwindifjkeit
unter sonst unveränderten Bedingungen wird der Zwisclieiielektrodenraum 21 mit Elektrolyt 3° überflutet;
dieser füllt dann auch das Hohlverbindungsstück
IC aus. Das Manometer oO wird nicht einen größeixen Druck
anzeigen, und die Stri5muii<_,sgeschv;inüi ^kei t des Elektrolyts
"0 iii Zwisclienelektrodenraiun 21 sinkt so A\reit, bis
die Eearbcitungsgesclivindigkcit bis auf einen kritischen
Wert herabgesetzt wird. Die elektrochemische Bearbeitung mittels einer unstabilen Mischung von Gas '+0 und Elektrolyt
3O führt - ähnlich vde bei der Bearbeitung mit reinem
flüssigem Elektrolyt 3^ - unter den gegebenen Bedingungen
zu einem konstanten Ausmaß des Zwischenelektrodenraumes 21» Bei übermäßig geringen Dimensionen des Zwischenelektrodenrauats
21 v.ird jedoch der zum Durchpressen der unhomogenen Mischung durch den Zwischenelektrodenraura 21 notwendige
Druck zum begrenzenden Faktore Eine Erhöhung dieses Drukkes
stellt jedoch höhere Ansprüche nicht nur an die Konstruktion des betreffenden Werkzeuges, sondern auch an die
Klemmvorrichtung für das Werkstück.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann man auch mit der
Vorrichtung nach Fig., 1 durchführen} in diesem Fäll ist es
aber· notwendig, zuerst solche Bedingungen zu schaffen, damit das Düsensystem und der Mischerkörper als Durchflußapparat
mit dem Gas ho als Treibmedium fungierten. Das Volumenverhältnis
von Elektrolyt 30 und Gas kO ist zwar dasselbe
wie oben beschrieben, aber dei* von dem Manometer 63
gemessene Druck des Elektrolyts 3° ist niedriger als der von dem Manometer 62 gemessene Druck des Gases kO» Bei dieser
Anordnung und der Einheitsvektor-Geschwindigkeit S
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BAD
würde die Vorrichtung ähnlich wie die in Figo 1 dargestellte
Einrichtung arbeiten, d» h« mit Hilfe der unstabilen Mischung. Ferner ist es notwendig, die Vorschubgeschwindigkeit
des Werkzeuges 11 so zu steigern, daß die Einheitsvektor-Geschwindigkeit
S2 ihrem Absolutwert nach größer (z. B* doppelt so groß) wird wie die Einheitsvektor-Geschwindigkeit
S1. Anfangs und sogar bei veränderten
Druckbedingungen und höherer Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges 11 verläuft die Bearbeitung mittels unstabiler
Mischung wie in Fig·. 2 dargestellt« Zusammen mit der Verringerung
des Zwischenelektrodenraumes 21 wächst jedoch die Überflutung desselben, so daß immer größere Partien
des Zwischenelektrodenraumes 21 mit flüssigem Elektrolyt
" 3° ausgefüllt werden. Gleichzeitig mit der Überflutung des
Zwischenelektrodenraumes 21 hört auch die Strömung des Elektrolyts 30 an der Kegeldüse $k auf, der von Manometer
6o gemessene Druck des Gases kO im Hohlverbindungsstück
10 steigt und erreicht den von dem Manometer 62 angezeigten Druck des Gases 40 (Fig. 3)* Iwi Zwischenelektrodenraum
21 verläuft dann eine sehr intensive elektrochemische Bearbeitung der Oberfläche 22, die den Elektrolyt 30 erhitzt
und seine Viskosität herabsetzt. Infolge der Erhitzung des Elektrolyts 30» der intensiven Bearbeitung der
Oberfläche 22 und der Steigerung des Druckes im Hohlverbindungsstück
16 wird der Elektrolyt 30 aus dein Zwischenelektrodenraum
21 herausgedrückt, und es kommt zu dessen Durchströmung mit Gas 40 (Fig. 4). In diesem Moment übernimmt die Vorrichtung wieder die Funktion eines Durchflußapparats,
so daß der flüssige Elektrolyt 30 wieder durch
die Kegeldüse $k zu fließen beginnt. Dann werden die Elektrolytteilchen
31 wieder den Zwischenelektrodenraum 21 überfluten und der gesamte Bearbeitungszyklus wiederholt
sich.
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Während des oben beschriebenen elektrochemischen Bearbeitungsvorganges
stellt sich der Gleichgewichtsspalt im Zwischenelektrodenraum 21 ein, der zwischen einem Drittel
und einem Fünfzehntel der üblicherweise verwendeten Dimensionen beträgt, und ermöglicht es, auch bei erhöhter
Kopiergenauigkeit verhältnismäßig rasch zu arbeiten. Hervorragende
Kopierbarkeit kann man auch dadurch beweisen, daß sogar geringste Unebenheitsfehler auf der Stirnfläche
13 der kreisförmigen Scheibe 12 auf die zu bearbeitende
Oberfläche 22 getreu übertragen werden. "
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt man häufig
nicht mit einem kurzen kreisförmigen, in den Zwischenelektrodenraum
21 mündenden üintrittskanal 15 aus; manchmal
sollte dieser die Form eines länglichen engen Spaltes aufweisen» Je nach der Form des HohlVerbindungsstückes 16
und des erwähnten engen Spaltes kann man dann im Zwischenelektrodenraum
21 verschiedene Bedingurgpn schaffen, so daß es sich im allgemeinen nicht behaupten läßt, daß der gesamte
Zwischenelektrodenraum 21 abwechselnd zumindest mit zwei Bearbeitungsmedien (d« i» Gas hO und Elektrolyt 3O
im oben erwähnten Fall) durchgespült werde» Diese ununterbrochenen
Ströme von Bearbeitungsniedien ändern' ihre Lagen
während des Arbeitsvorganges, aber man kann nicht ausschließen, daß gleichzeitig durch die eine Partie des
Zwischenelektrodenrauraes 21 der eine Strom von Bearbeitungsmedium
(z, B. flüssiger Elektrolyt) und durch die andere Partie desselben der andere Strom (z. B0 Gas)
fließt. Diese Erscheinung läßt sich durch geeignete Formadaptierung des Hohlverbindungsstückes 16* vermeiden, und
außerdem steht sie allen oder wenigstens den meisten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens gar nicht im Wege.
8Q9885/1188
SAD ORiGlWAL
Claims (1)
- PatentansprücheV 1, /'erfahren zum elektrochemischen Bearbeiten von elektrisch leitfähigen Materialien, bei dem zwischen Werkzeug und Werkstück ständig ein Zwischenraum aufrechterhalten wird, dadurch ge kenn zeichnet, daß durch den Zwischenraum abwechselnd mindestens zwei Bearbeitun,';smedien unterschiedlicher spezifischer Leitfähigkeit hindurcligeführt werden.2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichhet, dai.» die Periode für den Wechsel von eimern "earbeitun^smedi um zu einem anderen in Abhängigkeit Von den Abmessungen des Zwischenraumes zwischen Werkzeug und Werkstück bestimmt wird. ·3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode für den Wechsel von einum 3earbeituii^smediuiii Zl* einem anderen in Abhängigkeit vt-n dar Länge der Jilektrolysestrecke in dem Zwischenraum zwischen Werkzeug und Werkstück bestimmt; wirdo809885/1188SAO ORIGiNAi.Leerseite
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