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DE1936235A1 - Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von leitfaehigen Materialien - Google Patents

Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von leitfaehigen Materialien

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DE1936235A1
DE1936235A1 DE19691936235 DE1936235A DE1936235A1 DE 1936235 A1 DE1936235 A1 DE 1936235A1 DE 19691936235 DE19691936235 DE 19691936235 DE 1936235 A DE1936235 A DE 1936235A DE 1936235 A1 DE1936235 A1 DE 1936235A1
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DE
Germany
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electrolyte
tool
workpiece
space
gas
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DE19691936235
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English (en)
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DE1936235C3 (de
DE1936235B2 (de
Inventor
Jan Augustin
Trebichavsky Dipl-Ing Ctibor
Zubak Dipl-Ing Jan
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VUMA Vyskumny Ustav Mechanizacie a Automatizacie
Original Assignee
VUMA Vyskumny Ustav Mechanizacie a Automatizacie
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Publication date
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Publication of DE1936235B2 publication Critical patent/DE1936235B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE1936235C3 publication Critical patent/DE1936235C3/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING 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
    • B23H3/00Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/08Working media

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

Patentanwalt· WpI.-Ing. R. Beetz u. Dipl.-Ing. Umprecht 233-H.770P 15.7.1909
München 22, StelnsdorfttMO
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.
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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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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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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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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.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    V 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; wirdo
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    SAO ORIGiNAi.
    Leerseite
DE19691936235 1968-07-24 1969-07-16 Verfahren zum elektrochemisch abtragenden Bearbeiten von Werkstücken Expired DE1936235C3 (de)

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