DE1615497A1 - Verfahren zur Trennung einer Elektrode vom Werkstueck beim elektrochemischen Raeumziehen von OEffnungen und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

VUMA Vskumny ustav mechanizäcie a autömatizacie, έ Mesto nad Vahom

"Verfahren zur Trennung einer Elektrode vom Werkstück beim .elektrochemischen Räumziehen von Öffnungen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens"

lür diese Anmeldung wird die Priorität der tschechoslowakischen Patentanmeldung PV 6252-66 vom 29. September 1966 in Anspruch genommen.

Die Erfindung "betrifft sowohl ein Verfahren zur Trennung einer Elektrode vom Werkstück beim elektrochemischen Räumziehen von Öffnungen auch in bei spanabhebender Bearbeitung unzugänglichen Stellen, als auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens»

Elektrochemischen Bearbelängsverfahren ermöglichen in immer zunehmenden Maße, Werkstücke derartiger Formgebung zu-bearbeiten, die in spanabhebender Bearbeitung /überhaupt nicht erreichbar ist, oder nur unter einem außerordentlichi hohen Aufwand gefertigt werden kann, wozu Einzweckeinrichtungen erforderlich sind. ^:

Das elektrochemische Bearbeitungsverfahren wird im Prinzip so durchgeführt, daß das Werkzeug - die. Elektrode - in der Nahe der zu bearbeitenden Öberfläeke eines Werkzeuges gehalten wird, wobei durch einen zwisöhen der zu bearbeitenden Fläche und der Oberfläche der Elektrode vörgeBshenen Sj>alt der Elektrolyt derart hindurchstr^i&ft daß er den vollen

Arbeitsraum überflutet, d.h. den Teil des Spaltes, in welchem sich die augenblicklich bearbeitete Fläche und der wirksame Teil der Elektrode befinden. Bedingung ist, daß das Werkstück und die Elektrode aus elektrisch leitendem und im Elektrolyt inertem Material bestehen müssen. Wenn die Elektrode und das Werkstück an eine Gleichstromquelle derart angeschlossen werden, daß die Elektrode die Kathode und das Werkstück die Anode bilden, dann geht bei einer gewissen Spannung durch den Elektrolyt elektrischer Strom hindurch, der elektrochemische und nachfolgende Veränderungen sowohl am Werkstück, als auch an der Elektrode verursacht-. Durch Einwirkung dieser Veränderungen ändert sich das Material der zu bearbeitenden Werkzeugfläche, d.h. es löst sichauf und bildet gemeinsam mit dem an der Elektrode entstehenden Wasserstoff Reaktionsprodukte des eleki»chemischen Vorganges. Die Reaktionsprodukte werden sodanij/Vom strömenden Elektrolyt aus dem Arbeitsraum abgetragen. Die Geschwindigkeit des elektrochemischen Auflösens des Werkstückmaterials, d.h. die eigentliche Bearbeitungsgeschwindigkeit hängt von der Menge des durch den Elektrolyt hindurchgeführten elektrischen Stromes ab.

Bisher werden in erwähnter Weise lediglich kurze Öffnungen gefertigt, bei welchen das Werkzeug, die Elektrode, nicht nur betätigt, sondern durch eine Zugstange auch geführt wird. Bei dieser Art der Elektrodenbetätigung kommt es oft zu „Deformationen der Elektrode, was sich unerwünsch- terweise durch äne Änderung der Lage des wirksamen Teiles

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der Elektrode, was Ungenauigkeiten in der Bearbeitung, gegebenenfalls auche eine Verhinderung der Bearbeitung überhaupt, zur Folge haben kann.

Die Aufgabe nach, der Erfindung beruht auf der Vermeidung der bekannten erwähnten Kachteile der Verfahren dt zur Trennung einer Elektrode TOm Werkstück beim elektrochemischen Räumziehen von öffnungen. Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Elektrode von der anliegenden zu bearbeitenden Werkstückfläche entweder durch eisn Elektrolytstrom abgehoben oder durch zumindest einen elektrisch nichtleitenden Vorsprung an der Elektrode abgedrückt wird.

Zur Lösung der Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Sie besteht aus einem Betätigungsmechanismus für die Elektrode aus mit dem Elektrolytvorratsbehälter verbundenen Kammern und einem Werkstück, in welchem die Elektrode untergebracht ist und dessen Hauptmerkmal darin besteht, daß die Kammern, in eine von denen die-Elektrolyt/zuführung, einmündet und aus der anderen die Elektrolytabführung ausgeht, durchlas Werkstück verbunden sind»

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Möglichkeit, auch solche Öffnungen zu bearbeiten, die das gleiche Profil in der ganzen Länge besitzen, in welchem jedoch die Achse keine Gerade, sondern beispielsweise einen Teil dteiner Kurve bildet. Ein weiterer Vorteil ist

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darin zu sehen, daß es zu keinen Deformationen der Elektrode kommt und auch solche öffnungen bearbeitet werden können, deren Querschnittsfläche-mehrmals kleiner ist als die Länge der öffnnng, z.B. ringförmige Öffnungen, bei welchen das Verhaältnis des Durchmeseers und der Länge der öffnung mehr als 1 : 20 beträgt. Ein noch weiterer Vorteil besteht darin, daß die Fertigung des Werkzeuges - der Elektrode - im Arbeit Bumfang und in der Genauigkeit anspruchslos ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Durchführung sind in der Zeichnung beispielsweise veranschau-r licht. Es zeigen

Pig. 1 die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine Führung der Elektrode in der Vorrichtung : durch den Elektrolytstrom.

Die Vorrichtung zur Durchführung des elektroohemischen Räumziehrerfahrens besteht im wesentlichen nach Fig. 1 aus einem Betätigungsmechanismus 31> einer Elektrode 22, Kammern .34 und einem Werkstück 20.

Der Betätigungsmechanismuskörper 31 enthält den eigentlichen Körper, einen Gleitstein 30 und eine Zugstange 27. In der Längsachse des Körpers 31 des Betätigungsmechanismus ist eine öffnung zur Führung des Gleitsteines 30 vorgesehen.

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Die Zugstange 27 irt derart ausgeführt, daß sie auf ihrer Oberfläche, z.B. mit Teflon, isoliert ist. An ihrem einen Ende ist die Zugstange 27 mit einem nicht isolierten Kern 28 versehen und an ihrem anderen Ende ist die Elektrode 22 angeschlossen. Die Zugstange kann auch biegsam ausgeführt sein, sie kann z.B. aus einem Seil bestehen. Sei Zugstange dient zur Übertragung der Betätigungskraft an die Elekgrode 22. Die Elektrode 22 ist so ausgestaltet, daß sie an ihrem Ende in Bewegungsrichtung zumindest einen Führungsvorsprung 24 trägt, der aus elektrisch isolierendem Material, z.B. Ebonit, besteht. Die Elektrode 22 dient zur eigentlichen Bearbeitung des Werkstücks 20, der Führungsvorsprung 24 dient zur Führung der Elektrode 22 innerhalb des Werkstücks 20 in bestimmtem Abstand von der zu bearbeitenden Flache 21. Die Kammern 34 sind aus elektrisch nichtleitendes Material, beispielsweise Teflon, ausgeführt. Die Kammern 34 sind von einer Seite her mit Verbindungsöffnungen zur Aufnahme des Werkstücks 20 versehen. Ihr Inneres ist hohl. Die dem Betätigungsmechanismus näher liegende Kammer 34 hat auf ihrer Stirnseite eine Öffnung 26 und auf ihrer Seite einen Zuführungskanal 37· Die dem Betätigunsmechanismus entfernt liegende Kammer 34 hat von einer Seite her einen Ausführungskanal 35.

Im Körper des Betätigungsmechanismus 31 ist der Gleitstein 30 untergebracht, der in Richtung "S" beweglich ist

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(Pig. 1) und an welchen mittels eines Gelenks 29 die Zugstange 27 angeschlossen ist, die durch die öffnung 26 der Kammer 34 hindurchgeht. Sie Zugstange 27 ist in der öffnung 26 mittels der Dichtung 25 abgedichtet. Die Kammern 34 sind miteinander mittels des Werkstücks 20 verbunden, auf welches der Zuführungsring 23 aufgeschoben ist, der an den positiven Pol der Energiequelle 32 angeschlossen wird.

Im Zuführungskanal 37 der dem Betätigungsmechanismus 31 näher liegenden Kammer 34 ist die Zuführung 4-0 des Elektrolyts 4-1 angeordnet, dessen anderes Ende in den Vorratsbehälter (nicht gezeigt) des Elektrolyts 41 einmündet. Sie Zuführung 40 des Elektrolyts 41 ist mit einem Verschluseventil 38 versehen. Im Abführungskanal 35 ist die Abführung 39 angeordnet, deren anderes Ende in den Vorratsbehälter des Elektrolyts 41 einmündet. In die Abführung 39 ist eine Drossel- und Absperrsystem 36 eingefügt.

Sie Vorbereitung der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt derart, daß durch das Werkstück 20 die Zugstange 27 hindurchgezogen wird, an welche auf der einen Seite der Gleitstein 30 angeschlossen wird. Der wirksame Teil der Elektrode 22, die sich außerhalb der ,· öffnung des Werkstücks befindet, wird in das andere Ende des Werkstückes 20 eingschoben, wo bereits eine vorher bearbeitete kurze Fläche vorhanden ist. Sie Tiefe der vorbearbeiteten Fläche des Werkstückes 20 muß so groß sein, daß sie den Führungsvorsprung 24 der Elektrode 22 auffängt und ti Boh»·

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dabei zwischen der zu bearbeitenden Fläche 21 des Werkstückes 20 und dem Führungsvorsprung immer noch ein Abstand von mindestens 0,01 mm erhalten bleibt.' An das Werkstück 20 werden sodann von der Seite her die Kammern 34 geschlossen, an welche die Zuführung 4-0 und die Abführung 39 angeschlossen werden, wodurch die Vorrichtung für das Strömen des Elektrolyts 41 vorbereitet ist. Nach dieser Vorbereitung der Vorrichtung beginnt durch die Zuführung 40 an der Zugstange 27 vorbei ii»aa8 Werkstück 20 der Elektrolyt einzuströmen, der am wirksamen Teil der Elektrode 22 und durch die im größeren Abstand liegende Eammerv34 und die Abführung 39 in dem Vorratsbehälter des Elektrolytsv41 weiterfließt. Der Zufuhrungsdruck des Elektrolyts 41 (z.B. Kochsalzlösung) beträgt 2 - 20 atü. Nach Einschaltung der Stromquelle 32 setzt zwischen der Elektrode 22 und der zu bearbeitenden Fläche:21 des Werkstückes 20 ein elektrolytiseher Vorgang ein, der ein elektrochemisches Lösen des Metalles,des Werkstückes 20 herbeiführt, wobei durch den Vorschub der Elektrode 22 im Werkstück 20 eine bearbeitete Fläche entsteht, deren Formgebung jener des Querschnittes der Elektrode 22 ent spricht, der der Kammer 34» in welcher der Abführungskanal 35 vorgeaehen ist, am nächsten liegt'. Es ist nicht notwendig, daß die einzelnen Querschnitte entlangder Elektrode 22 in geometrischer Formgebung übereinstimmen, aber man muß aus dem der Kammer 34 mit dem Zufährungekanal 37 am nächsten liegenden Querschnitt, der in geometrischer Formgebung der ursprünglichen Öffnung im Werkstück 20 ent-

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sprechen soll, stufenlos auf den Querschnitt entsprechender formgebung übergehen» der durch das elektrochemische Räumziehen der inneren Öffnung des Werkstückes 20 erreicht wird. Auf diese Weise können nicht nur ringförmige Öffnungen vergrößert werden, sondern auch eine viereckige Öffnung aus einer ringförmigen umgestaltet werden.

Bei einem Strömungssinn des Elektrolyts 41, der bei elektrochemischen Räumziehen von langen Stäben mit sehr kleinen Öffnungen vorteilhaft ist, kommt es zu einem vorteilhaften Verlauf des Druckabfalles des Elektrolyts 41 bei seiner Strömung durch die Vorrichtung, und es kann ein gleichmäßiges Fließen der Elektrode 22 durch den Elektrolyt 41 gewährleistet werden. Bei elektrochemischem Räumziehen von langen Stäben mit sehr kleinen Öffnungen kann der entgegengesetzte Strömungssinn des Elektrolyts 41' nicht verwendet werden, d.h. aus der vom Betätigungsmechanismus 31 entfernt liegenden Kammer 34 in die näher liegende, nachdem es zu einem wesentlichen Elektrolytdruckabfall beim TJmf»ließen der Elektrode 22, wesentlichen Elektrolytdruckabfall beim umfließen der Elektrode 22 kommt und der restliche Elektrolytdruck nicht ausreicht , die notwendige Durchflußmenge des Elektrolyts 41 durch die öffnung des Werkstücks 20 der Zugstange entlang zu gewährleisten. Die Ausmaße der Zugstange 27 kann man nämlich nicht willkürlich verringern, nachdem mit abneh* fcende* Querschnitt der Seele 28 der Zugstange 27 auch die

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anwendbare Intensität des elektrischen Stromes ab, der durch die Seele 28 hindurchgeht und der an der elektrochemischen Bearbeitung der Fläche 21 teilnimmt. Sollte dieses Verfahren zum Räumziehen von sehr kleinen öffnungen langer Stäbe angewandt werden und wird keine zu große Vorschufcgeschwindigkeit der Elektrode 22 gefordert, was die Verwendung eines größeren Querschnittes der Seele 28 der Zugstange 27 ermöglicht, ist es möglich, den Elektrolyt 41 übereintimmend mit dem Vorschubsinn der Elektrode strömen zu lassen, d.h. in der Vorrichtung nach Fig. 1 würde der Elektrolyt 41 von der vom Betätigungsmechanismus 31 entfernt liegenden Kammer 34 in die näher liegende Kammer 34 strömen. Auf diese Weise kann auch ein Polieren von langen Innenöffnungen erfolgen* Der Druck des Elektrolyts 4I in den Kammern 34 ist während des Räumziehens-mittels der Drosselvorrichtung 38 und des Drossel- und Absperrsystems 36 einstellbar.

Das Polieren von langen Innenöffnungen kann auch so durchgeführt werden, daß die Abführung des Elektrolyts 41 über den Drossel- und Absperrmechanismus 36 erfolgt, durch dessen geeignete Einstellung die Füllung der vom Betätjgmgssmechanismus 31 entfernt liegenden Kammer 34 and des durch die bearbeitete Fläche 21 des Werkstückes 20 abgegrenzten Raumes mit dem Elektrolyt 41, dessen Druck 0,5 - 6 atü . sein muß, erreicht wird.

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Wenn beim, Räumziehen die Elektrode22 innerhalb deB Werkstückes 20 durch, den Strom des Elektrolyts 41 (Fig. 2) getragen wird,so ist die Zugstange 27 biegsam - z.B. ein Seil und vor der Elektrode 22 ohne Führungsvorsprünge 24 ist von der Seite der Elektrolytzuführung her ein elektrisch nicht leitender Abstandzylinder 33 befestigt, der zur Vermeidung eines Kurzschlusses für den Fall, daß es infolge Elektrolytdruckabfalles zu einer Elektrolytdruckabnahme kommen würde und die Elektrode 22 sich auf eine Seite des Werkstückes 20 neigt. In diesem Falle kommt das Werkstück 20 zum Anliegen an den elektrisch nicht-leitenden Abstandszylinder 33. Beim Anschließen der Vorrichtung an die Stromquelle 32 und wenn die Elektrode 22 im Elektrolyt st rom (in gezeigter Richtung) schwebt, verläuft der beschriebene elektrochemische Vorgang des Räumziehens von öffnungen.

Während der Strömung des Elektrolyts 41 wird die Elektrode 22 in eine Schwingungsbewegung gebracht, wobei sie sich mehr oder weniger den zu bearbeitenden Flächen 21 des Werkstückes. 20 nähert. In äußersten Ausschwingungen bearbeitet die Elektrode 22 die Innenfläche des Werkstückes 20 bei äußertet geringen Zwischenelektrodenabständen, wodurch zusammen mit den Schwingungen der Elektrode 22 eine höhere Genauigkeit der Bearbeitung erreicht wird. Die Schwingungs- > gestaltung der Elektrode 22 wird nicht durch die Strömungsgestaltung des Elektrolyts bestimmt.

Patentansprüche: - 11 -

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Claims (1)

PAT ENTA. HSP RÜG HE

1. Verfahren zur f rennung einer Slektrode vom Werkstück beim elektrochemischen Räumziehen yon Öffnungen , dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (22) iron der anliegenden zu bearbeitenden Flache (21) des Werkstückes (20) eintweder duroh einen ElektroljrtBtrom abgehoben oder durch zumindest einen elektrisch nicht-14 tenden Vorsprung (24) der Elektrode (22) abgehalten

2* Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch;1, bestehend aus einem Betätigungemechanisrnus der Elektrode, mit mit dem Elektrolytvorratsge- , häuse verbundenen Kammern und dem Werkstück, in welchem die Slektrode untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (34r)r in welcher einen die Elektrolytzuführung (40) und welcher anderen die Elektrolytabführung (39) münden, durch das Werkstück (20) verbunden sind·

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