DE3006711A1

DE3006711A1 - Verfahren und vorrichtung zum spiegel-finishen eines werkstuecks

Info

Publication number: DE3006711A1
Application number: DE19803006711
Authority: DE
Inventors: Shoichi Honda; Hiroshi Kamada; Yasuo Kimoto; Hidehiko Maehata; Katsunori Tamiya
Original assignee: Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1979-02-24
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1980-09-04
Also published as: CH644540A5; DE3006711C2; US4294673A; US4328083A

Description

HOFFMANN · EITjLjU & FAIiTNER 1 Π Π fi 7 1

PATENTANWÄLTE £ U U Q / i I

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197Ä) · D I PL.-I N G. W. EITLE · D R. RER. NAT. K. H O FFMAN N · D I PL.-I N G. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATH E)

33 124 p/wa

HITACHI SHIPBUILDING & ENGINEERING CO. LTD., OSAKA / JAPAN

Verfahren und Vorrichtung zum Spiegel-Finishen eines Werkstücks

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spiegel-Finishen eines Werkstücks. Unter dem Begriff "Spiegel-Finishen" versteht man das Hochglanzpolieren, die Feinstbearbeitung oder auch das Mikrofinishen der Oberfläche eines Werkstücks zur Erzielung einer ausgezeichneten Rundheit eines zylindrischen Werkstückes bzw. einer ausgezeichneten Oberflächenrauhigkeit.

Auf herkömmliche Weise hat man die Aussen- oder Innenfläche

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eines zylindrischen Werkstückes aus rostfreiem Stahl, aus unlegiertem Kohlenstoffstahl, aus Nicht-Eisenmetall usw., entsprechend einem Dreh- oder Schleifverfahren unter Verwendung einer Hochgenauigkeitsdrehbank oder einer Hochgenauigkeitsschleifmaschine unter Verwendung von Diamantwerkzeugen spiegelpoliert. Entsprechend einem solchen Verfahren war jedoch die von den Werkzeugen von einem Werkstück zu beseitigende Metallmenge extrem klein und die Poliergeschwindigkeit daher sehr gering. Da weiterhin das Durchbiegen des Maschinenwerkzeughauptkörpers oder die thermische Verformung des Werkstückes einen unmittelbaren Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit hatte, war es erforderlich, in einem vorbestimmten Umfang besondere Massregeln vorzusehen, um die geforderte Bearbeitungsgenauigkeit aufrecht zu erhalten. Unter diesem Gesichtspunkt waren die herkömmlichen Verfahren insbesondere für das Spiegelpolieren grosser zylindrischer Werkstücke nicht geeignet.

Derartig gross dimensionierte zylindrische Werkstücke hat man daher herkömmlich mit einem Handpolierwerkzeug poliert. Unter einem solchen Verfahren leidet nicht nur die Bearbeitungswirksamkeit. Darüber hinaus ist es sehr schwierig, eine sauber gefinishte Oberfläche mit hoher Genauigkeit zu erzielen und einen Polyiervorgang unter Aufwendung geringer Kosten durchzuführen.

Es wurde bereits ein elektrolytisches Polieren vorgeschlagen. Da jedoch das übliche elektrolytisehe Polieren als Elektrolyt eine starke Säure erforderte, war die Bearbeitungswirksamkeit gering. Darüber hinaus waren mechanische Vorbereitungen erforderlich.

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Es wurde ebenso ein Verfahren vorgeschlagen, entsprechend dem ein wasserdurchlässiges Schleifmittel in einem Spalt vorgesehen wurde und ein Elektrolyt in den Spalt eingegeben wurde, welcher zwischen den Arbeitselektroden und der zu behandelnden Aussenflache eines zylindrischen Werkstücks besteht. Bei diesem Verfahren wurde das zylindrische Werkstück gedreht und dem Spalt zwischen den Arbeitselektroden und dem zylindrischen Werkstück zur Erzeugung eines anodischen Passivfilms auf der zu behandelnden Oberfläche ein Gleichstrom oder eine pulsierende Spannung aufgebracht. Dabei wurden die vorstehenden Teile der zu behandelnden Oberfläche durch Schleifen bzw. durch einen abrasiven Vorgang und ein elektrolytisches Abseigern beseitigt. Wenn entsprechend einem derartigen Verfahren gearbeitet wurde, nahm jedoch die Wirksamkeit des Finishens des Schleifmittels im Laufe der Zeit erheblich ab. Daraus resultierte in einem unzureichenden Umfang die Feinstbearbeitung der zu behandelnden Oberflächen. Daher wurde es vorgeschlagen, das verwendete Schleifmittel durch ein neues zu ersetzen und hierfür den FeinstbearbeitungsVorgang zu unterbrechen. In solch einem Fall erhöhte sich jedoch infolge der Erneuerung des Schleifmittels die Feinstbearbeitungskraft nach dem Wiederaufnehmen der Feinstbearbeitung im Gegensatz zu der Feinstbearbeitung kurz vor der Unterbrechung. Dadurch ergaben sich auf der zu behandelnden Oberfläche übermässige Schleifriefen, wodurch es unmöglich war, eine gleichmässig feinstbearbeitete Oberfläche zu erzielen. Ausserdem wurde die Bearbeitungswirksamkeit herabgesetzt.

Durch Anwendung der bekannten Verfahren betrug die minimalst erreichbare Oberflächenrauhigkeit 0,2 bis 0,3 umRmax Es war daher schwierig, eine gleichmässige Oberfläche mit

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einer Oberflächenrauhigkeit von 0,1 umRmax oder weniger

zu erzielen. Ebenso war es unmöglich, eine Rundheit eines zylindrischen We:
ger zu erzielen.

zylindrischen Werkstücks von einigen wenigen um oder weni-

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Spiegel-Finishen, d.h. zur Feinstbearbeitung eines zylindrischen Werkstückes zu schaffen, entsprechend dem das anodische Abseigern durch auf das Metall der zu behandelnden Oberfläche einwirkende Elektrolyse mit einem Abtragungsvorgang kombiniert ist, durch den der auf der zu behandelnden Oberfläche ausgebildete anodische Passivfilm mechanisch abgetragen und beseitigt wurde, indem abrasive Mittel, wie Schleifmittel, verwendet werden.

Derartige Schleifmittel sind beispielsweise Schleiftücher, Schleifkörner oder Schwabbelkörper. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem der Umfang der Feinstbearbeitung des Werkstücks nicht infolge der Beeinträchtigung und Verschlechterung des Schleifmittels abnimmt und es ausserdem nicht erforderlich ist, den Feinstbearbeitungsvorgang zum Auswechseln des Schleifmittels zu unterbrechen, so dass eine gleichförmige Feinstbearbeitung mit hoher Wirksamkeit und geringen Kosten durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Elektrolyt in einem passiven Zustand verwendet wird, dass eine elektrolytische Spannung im Bereich von einigen Volt bis ungefähr 15V verwendet wird, dass die Dichte des elektrolytischen Stromes ungefähr 10 A/cm oder weniger

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beträgt, dass das Schleifmittel wasserdurchlässig ist, dass die Anpresskraft des Schleifmittels an die zu behandelnde Oberfläche 0,5 kgf/cm^z oder mehr beträgt, dass die Schleifgeschwindigkeit des Schleifmittels 2 m/sek. oder mehr beträgt, und dass der Zyklus während dem ein Abschnitt der zu behandelnden Fläche der Arbeitselektrode ausgesetzt ist, im Bereich von 20 bis 200 ms liegt.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden vorzugsweise die vorstehenden Teile der zu behandelnden Oberfläche elektrolytisch aus- bzw. abgeseigert und dann abgetragen, wodurch die Aussenflache oder die Innenfläche von zylindrischen Werkstücken zuverlässig, leicht und sehr wirksam spiegelpoliert werden können, um so eine Oberflächenrauhigkeit von ungefähr 0,1 umRmax oder weniger und eine Rundheit der zylindrischen Werkstücke von einigen wenigen um zu erzielen.

Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäss durch eine in den Ansprüchen gekennzeichnete Vorrichtung gelöst, mit der ein kontinuierliches Langzeit-Spiegel-Finishen oder Spiegelpolieren mit einer verbesserten Bearbeitungswirksamkeit vorgenommen werden kann, indem ein Schleifmittelfördermechanismus, ein Wirbelmechanismus für die Bewegung der Schleifköpfe relativ zur zu schleifenden Oberfläche und ein Bewegungsmechanismus zur Axialbewegung der Schleifköpfe relativ zur zu bearbeitenden Oberfläche vorgesehen sind.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines ersten Beispiels eines Werkzeugs, welches im Zusammenhang mit einem erfindungsgemässen Verfahren zum Spiegel-Finishen eines zylindrischen Werkstückes verwendet wird,

Fig. 2 eine charakteristische Kurve während der Zeit, in der das Spiegel-Finishen durchgeführt wird,

Fig. 3 eine charakteristische Kurve zur Darstellung des Verhältnisses zwischen der Oberflächenrauhigkeit und dem Zyklus, während dem ein Teil der zu behandelnden Oberfläche den Arbeitselektroden ausgesetzt ist,

Fig. 4 eine charakteristische Kurve zur Darstellung

des Verhältnisses zwischen der Schleifgeschwindigkeit eines Schleifmittels und der Oberflächenrauhigkeit ,

Fig. 5 eine charakteristische Kurve zur Darstellung

des Verhältnisses zur Anpresskraft des Schleifmittels auf die zu behandelnde Oberfläche, dem Spalt zwischen der zu behandelnden Oberfläche und der Elektrodenfläche und der Oberflächenrauhigkeit ,

Fig. 6 eine Teilschnittansicht eines zweiten Beispiels eines gemäss der Erfindung zu verwendenden Werkzeuges ,

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Fig. 7 eine Vorderansicht eines dritten Beispiels eines gemäss der Erfindung zu verwendenden Werkzeuges,

Fig. 8 eine Seitenansicht des in Fig. 7 dargestellten Werkzeuges,

Fig. 9 eine charakteristische Kurve des Stromes, der in der Zeit fliesst, in der mit dem in Fig. 7 dargestellten Werkzeug das Spiegel-Finishen durchgeführt wird,

Fig. 10 eine Vorderansicht eines vierten Beispiels eines gemäss der- Erfindung zu verwendenden Werkzeugs,

Fig. 11 eine Vorderansicht einer ersten-Ausführungsform eines Gerätes zum erfindungsgemässen Spiegel-Finishen eines zylindrischen Werkstücks ,

Fig. 12 eine Draufsicht auf das Gerät gemäss Fig. mit weggelassenen Teilen,

Fig. 13 eine charakteristische Kurve zur Darstellung des Verhältnisses zwischen der Finish-Zeit und der Beseitigungsgeschwindigkeit, und

Fig. 14-19 Vorderansichten von sechs anderen Ausführungsformen von Spiegel^Finish-Geräten entsprechend der Erfindung.

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Zunächst wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Spiegel-Finishen eines zylindrischen Werkstückes beschrieben.

Ein in Fig. 1 dargestelltes zylindrisches Werkstück 1 mit einer einem Spiegel-Finishen zu unterwerfenden Aussenfläche 2 ist in Richtung des Pfeiles A mittels eines geeigneten Antriebsmechanismus drehbar und ist mit der Anode einer Energieversorgung verbunden.

Eine Arbeitselektrode 3 ist neben der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstückes mit einem Abstand Ig angeordnet und ist mit der Kathode der Energieversorgung verbunden. Die Elektrodenfläche 4 der Arbeitselektrode 3 ist mit einer konkav gekrümmten Oberfläche versehen, deren Radius ein wenig grosser ist als der der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstückes und befindet sich gegenüber der Aussenseite 2 des zylindrischen Werkstücks 1, wobei sich zwischen den Oberflächen ein Abstand befindet. Die Arbeitselektrode 3 ist mit einer Öffnung 5 versehen, durch die ein Elektrolyt 6 zugeführt werden kann. Die Öffnung 5 mündet in die Elektrodenfläche 4.

Zwischen der Elektrodenfläche 4 und der Aussenseite 2 des zylindrischen Werkstücks 1 befindet sich ein Schleifmittel 7 mit Wasserdurchlässigkeitseigenschaften und elektrischen Isoliereigenschaften. Das Schleifmittel 7 kann als Schleiftuch, als Schwabbelkissen oder als Schleifkörner alleine oder in geeigneter Kombination ausgebildet sein. Das Schleifmittel 7 verhindert einen Kurzschluss zwischen dem zylindrischen Werkstück 1 und der Elektrodenfläche 4 der Arbeitselektrode 3 und hält zwischen diesen Teilen einen elektrolytischen Spalt aufrecht. Es ist wünschenswert, dass das Schleifmittel 7 eine Dicke von 0,5 mm

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oder mehr einnimmt.

Um das Schleifmittel 7 zwischen das zylindrische Werkstück

1 und dieElektrodenflache 4 anzuordnen, kann das Schleifmittel 7 auf einen geeigneten Abschnitt der Elektrodenfläche 4 aufgebracht werden oder Schleifkörner können in das Elektrolyt 6 gemischt werden.

Die Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstücks 1 wird auf eine solche Weise spiegelgefinisht, dass die Elektrodenfläche 4 der Arbeitselektrode 3 mit einem Abstand von 1 bis

2 mm der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstücks 1 gegenüberliegt und dass das Elektrolyt 6 in den Spalt zwischen der Elektrodenfläche 4 und der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstücks 1 durch die Zuführöffnung 5 der Arbeitselektrode 3 von einer äusseren Vorrichtung zum Zuführen des Elektrolyts zugeführt wird. Das zylindrische Werkstück 1 wird dann gedreht und das Schleifmittel 7 wird durch die Elektrodenfläche 4 gegen die Aussenfläche des zylindrischen Werkstücks 1 gepresst. Das zylindrische Werkstück 1 und die Arbeitselektrode 3 sind mit der Anode bzw. der Kathode einer Gleichstrom-oder einer pulsierenden elektroIytischen Energiequelle verbunden. Das zylindrische Werkstück 1 oder die Arbeitselektrode 3 wird axial zur Arbeitselektrode 3 bzw. zum zylindrischen Werkstück 1 in axialer Richtung des zylindrischen Werkstücks 1 bewegt. Weiterhin ist dafür gesorgt, dass ein Elektrolyt in einem passiven Zustand, wie beispielsweise 20 % Natriumnitratlösung, verwendet wird. Eine zu verwendende elektrolytische Spannung liegt in einem Bereich von einigen wenigen Volt bis 15 V. Die Dichte eines elektrolytischen Strmes beträgt

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ungefähr 10 A/cm oder weniger. Die Anpresskraft des

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Schleifmittels 7 auf die zu behandelnde Oberfläche beträgt 0,5 kgf/cm oder mehr. Die Schleifgeschwindigkeit des Schleifmittels 7 beträgt 2 m/s oder mehr. Der Zyklus, während dem ein Teil der zu behandelnden Oberfläche der Arbeitselektorde 3 gegenüberliegt, liegt in einem Bereich von 20 bis 200 ms.

Mit den zuvor erwähnten Anordnungen ist ein anodisches Abseigern durch auf dem Metall in der zu behandelnden Fläche durchgeführte Elektrolyse mit einem Schleifen kombiniert, durch das anodische Passivfilme, die auf der zu behandelnden Oberfläche erzeugt werden, mechanisch abgetragen und mittels des Schleifmittels beseitigt werden, so dass vorstehende Teile der zu behandelnden Oberfläche vorzugsweise elektrolytisch abgeseigert und abgeschliffen werden, wodurch die Aussenflache eines zylindrischen Werkstücks leicht, zuverlässig und wirksam spiegelgefinisht werden kann, um eine Oberflächenrauhigkeit von ungefähr 0,1 umRrnax und eine Rundheit des zylindrischen Werkstückes von wenigen um zu erzielen.

Nachfolgend wird die Erfindung weiter im einzelnen beschrieben.

Der an einem Teil der zu behandelnden Oberfläche fliessende Strom J verändert sich in einem Bereich vom Strom J1, wenn dieser Teil der zu behandelnden Oberfläche der Arbeitselektrode 3 gegenüberliegt, zu einem Strom J2, wenn dieser Teil der zu behandelnden Oberfläche nicht der Arbeitselektrode 3 gegenüberliegt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Durch eine derartige Veränderung des Stromes J wird das Spiegel-Finishen wie folgt durchgeführt: Während der

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Strom J2 fliesst, wird ein anodischer Passivfilm auf dem vorstehenden und konkaven Abschnitt des genannten Teils der zu behandelnden Fläche ausgebildet. Wenn dieser Teil der zu behandelnden Oberfläche dann der Arbeitselektrode 3 gegenüberliegt, wird ein derartiger anodischer Passivfilm an dem vorstehenden Teil abgeschliffen und durch das Schleifmittel 7 beseitigt. Der am vorstehenden Teil fliessende Strom wird dann bis auf den Strom J1 verstärkt.- Der vorstehende Teil wird vorzugsweise selektiv elektrolytisch abgeseicert. Danach werden diese Vorgänge wiederholt, so dass nur derartig vorstehende Teile der zu behandelnden Oberfläche gefinisht werden.

Es wird nun der Zyklus T beschrieben, während dem ein Teil der zu behandelnden Oberfläche der Arbeitselektrode 3 gegenüberliegt.

Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen einem derartigen Zyklus T und der Oberflächenrauhigkeit. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, beträgt der geeignete Bereich des Zyklus T zur Erzielung einer Oberflächenrauhigkeit von 0,5 umRmax oder weniger 10 bis 600 ms. Insbesondere bei der Bedingung von T < 10 ms wird der Besextigungsbetrag der zu behandelnden Oberfläche extrem gering, so dass eine gut behandelte Oberfläche infolge der unzureichenden Zeitperiode nicht erzielt werden kann, die allerdings notwendig wäre, einen anodischen Passivfilm zu erzeugen. Ausserdem liegt dies an der Streuung des Elektrolyts.

Wenn andererseits T > 600 ms beträgt, bricht der auf den konkaven Bereichen der zu behandelnden Oberfläche erzeugte anodische Passivfilm, so dass solche konkaven Bereiche

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gleichzeitig mit dem elektrolytischen Abseigern der vorstehenden Bereiche elektrolytisch abgeseigert werden. Daher wird bei grösserwerdendem Zyklus T die Oberflächenrauhxgkeit verschlechtert.

Es ist ebenso aus Fig. 3 ersichtlich, dass der Zyklus T für die Erzielung einer zufriedenstellenden Oberflächenrauhxgkeit von ungefähr 0,1 nmRmax oder weniger im Bereich von
20 bis 200 ms betragen sollte.

Anhand der nachfolgenden Beschreibung erfolgt die Diskussion der Schleifgeschwindigkeit des Schleifmittels.

Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der Schleifgeschwindigkeit des Schleifmittels 7 und der Oberflächenrauhxgkeit. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sollte die Schleifgeschwindigkeit des Schleifmittels 2 m/s oder mehr betragen, um eine Oberflächenrauhxgkeit von 0,5 umRmax oder weniger zu erzielen. Insbesondere wenn die Schleifgeschwindigkeit weniger
als 2 m/s beträgt, ist der Beseitigungsbetrag der zu behandelnden Oberfläche extrem klein und die Oberflächenrauhxgkeit schlecht, da der anodische Passivfilm mittels des Schleifmittels nicht in ausreichendem Masse beseitigt v/erden kann.

In der nachfolgenden Beschreibung erfolgt die Diskussion
der Anpresskraft des Schleifmittels 7 auf die zu behandelnde Oberfläche.

Fig. 5 zeigt das Verhältnis zwischen der Anpresskraft P des Schleifmittels auf die zu behandelnde Oberfläche, dem Spalt Ig zwischen der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstücks 1 und der Elektrodenfläche 4 der Arbeitselektrode 3 und der

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zu erzielenden Oberflächenrauhigkeit.

Die Anpresskraft P des Schleifmittels 7 hängt vom Spalt Ig ab. Die in Fig. 5 ersichtliche unterbrochene Linie zeigt die Anpresskraft P des Schleifmittels 7 mit einer Dicke von 5 mm.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, wird die Anpresskraft P grosser, wenn der Spalt Ig abnimmt. Ebenso ist aus den in Fig. 5 ausgezogenen Linien ersichtlich, dass die Oberflächenrauhigkeit von der Anpresskraft P des Schleifmittels 7 abhängt.

Es ist festzustellen, dass derartige Daten unter Bedingungen erzielt wurden, entsprechend denen das zylindrische Werkstück einen Durchmesser von 20 bis 100 und eine Länge von 500 mm hat. Dabei betrug die anfängliche Oberflächenrauhigkeit 25 umRmax oder weniger. Die seitliche Abweichung des zylindrischen Werkstücks infolge der Drehbewegung betrug von 0,01 bis 0,04 mm. Die Arbeitselektrode 3 hatte eine Breite von 40 mm und eine Höhe von 15 bis 60 mm, je nach der Dimension des zylindrischen Werkstücks, und eine Fläche

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von 7 bis 26 cm . Die elektrolytische Spannung betrug 9 V, der elektrolytische Strom 10 bis 50 A. Als Elektrolyt wurde eine 20 %-ige Natriumnitratlösung verwendet. Das zylindrische Werkstück wurde mit einer Drehzahl von 500 Upm gedreht. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung der Arbeitselektrode relativ zum zylindrischen Werkstück und in dessen Axialrichtung betrug V1 " 12 mm/min, bzw. V2 = 4 mm/min.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass eine bessere Oberflächenrauhigkeit erzielt wird, wenn die Anpresskraft P des

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Schleifmittels grosser wird. Sowohl bei der Geschwindigkeit V1 =5 12 mm/min und V2 = 4 mm/min, wurde eine Oberflächenrauhigkeit von 0,05 bis 0,1UmRnIaX bei P = 0,5 kgf/cm^ oder mehr erzielt.

Wenn im Gegensatz dazu die Anpresskraft P des Schleifmittels kleiner wird als 0,5 kgf/cm , wird die Oberflächenrauhigkeit rapide schlechter. Solch ein Phänomen ist bemerkenswert, wenn die Fördergeschwindigkeit V der Arbeitselektrode grosser wird.

Aus dem Verhältnis zwischen der Anpresskraft P des Schleifmittels und dem Spalt Ig zwischen der Aussenfläche 2 des zylindrischen WErkstücks 1 und der Elektrodenfläche 4 der Arbeitselektrode 3 entsprechend Fig. 5 ist verständlich,

dass Ig 1,8 mm ist, wenn P = 0,5 kgf/cm^ ist, und dass Ig

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1,4 mm beträgt, wenn P = 1 kgf/cm ist. Insbesondere kann Ig in einem relativ grossen Bereich liegen, vorausgesetzt, dass die Anpresskraft P des Schleifmittels der Bedingung genügt, entsprechend der eine stabile Oberflächenrauhigkeit von ungefähr 0,1 umRmax (P > 0,5 kgf/cm ) erzielt werden kann. Daher kann die Genauigkeit der Anordnung der Arbeitselektrode 3 bei ungefähr 0,1 mm liegen.

Wenn andererseits in Fig. 1 die Durchbiegung des zylindrischen Werkstücks 1 grosser ist oder die Rundheit des zylindrischen Werkstückes schlecht ist, wird der Spalt Ig zwischen der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstücks 1 undder Elektrodenfläche 4 der Arbeitselektrode 3 gross, so dass sowohl die Anpresskraft des Schleifmittels 7 als auch der elektrolytische Strom abnimmt.

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Wenn dagegen der Spalt Ig zwischen der Aussenflache 2 des zylindrischen Werkstücks 1 und der Elektrodenfläche 4 kleiner wird, werden sowohl die Anpresskraft des Schleifmittels 7 als auch der elektrolytische Strom hinsichtlich einer Beschleunigung des Schleifens verstärkt, wodurch die Form des zylindrischen Werkstücks modifiziert werden kann.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft die Diskussion der Ergebnisse eines gemäss der Erfindung durchgeführten Versuchs.

Ein zylindrisches Werkstück wurde unter Zugrundelegung folgender Bedingungen spiegelgefinisht. Das zylindrische Werkstück hatte einen Durchmesser von 30 mm und eine Länge von 400 mm. Die anfängliche Oberflächenrauhigkeit betrug 20 umRmax oder weniger, die anfängliche Rundheit des Werkstücks betrug 4 bis 7 um. Die Durchbiegung des zylindrischen Werkstücks infolge der Drehung betrug 0,01 bis 0,04 mm. Die Arbeitselektrode hatte eine Breite-von 40 mm, eine Höhe von 20 mm, eine Kathodenfläche von 8,4 cm^ und eine Elektrodenfläche von 16,5 itimR. Die elektrolytische Spannung betrug 9 V und der elektrolytische Strom hatte eine Stärke von 14 A. Als Elektrolyt wurde eine 20 %-ige Natriumnitratlösung verwendet. Die Anpresskraft des Schleifmittels betrug ungefähr 1 kgf/cm². Das zylindrische Werkstück wurde mit einer Drehzahl von ungeführ 500 üpm gedreht und die Fördergeschwindigkert der Arbeitselektrode relativ zum Werkstück betrug ungefähr 8 mm/min. Unter diesen Bedingungen erhielt das zylindrische Werkstück nach dem Spiegel-Finishen eine Oberflächenrauhigkeit von 0,05 bis 0,1 umRmax und eine Rundheit von 1,5 bis 3 um mit einer Durchmesserabnähme

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des zylindrischen Werkstücks von O_fO4 bis 0,06 mm. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass es möglich ist, eine spiegelgefinishte Oberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit von 0,05 bis 0,1 umRmax und einer Rundheit im umBereich erzielbar ist, obwohl das zylindrische Werkstück bei der Rotation eine Durchbiegung im Bereich von 10 bis 40 um erfährt. Weiterhin iät von dem Umfang der Abnahme des Werkstückdurchmessers verständlich, dass nur die vorstehenden Teile der zu behandelnden Oberfläche des zylindrischen Werkstücks beseitigt werden, um eine glatte spiegelgefinishte Oberfläche zu schaffen.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft die Diskussion eines zweiten Beispiels eines gemäss der Erfindung verwendeten Werkzeuges unter Bezugnahme auf Fig. 6.

In Fig. 6 sind Teile, die mit denen der Ausführungsform gemäss Fig. 1 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei diesem Beispiel ist eine Arbeitselektrode 3 nicht mit einer Elektrolyt-Versorgungsöffnung versehen, wie beim in Fig. 1 dargestellten Beispiel. Ein Elektrolyt 6 kann in den Spalt zwischen der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstückes 1 und der Elektrodenfläche 4 der Arbeitselektrode 3 mittels einer Düse 8 eingebracht werden, welche unabhängig von der Arbeitselektrode 3 ausgebildet ist. Wie beim in Fig. 1 dargestellten Fall wird bei diesem Beispiel die Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstückes 1 durch Elektrolyse in Kombination mit einem Schleifen spiegelgefinisht.

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In der nachfolgenden Beschreibung erfolgt die Diskussion eines dritten Beispiels eines gemäss der Erfindung verwendeten Werkzeugs unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8.

Auch bei dem in Fig. 7 dargestellten Werkzeug sind Teile, die mit der Ausfuhrungsform gemäss Fig. 1 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei diesem Beispiel wird eine Zusatzelektrode 9 ergänzend zu einer Arbeitselektrode 3 entsprechend Fig. 1 dem Werkstück zugeordnet. Zwischen der Elektrodenfläche 10 dieser Zusatzelektrode 9 und der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstücks 1 befindet sich kein Schleifmittel. Diese Zusatzelektrode 9 ist gegenüber der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstücks 1 mit einem Abstand von 1 bis 2 mm angeordnet und steht mit der Arbeitselektrode 3 durch eine einheitliche Konstruktion in Verbindung. Beide Elektroden 9 und 3 werden in Axialrichtung des zylindrischen Werkstücks 1 relativ zu diesem bewegt. An die Zusatzelektrode 9 ist eine Spannung angelegt, welche geringer ist als die an die Arbeitselektrode 3 angelegte Spannung.

Wenn ein Abschnitt der Aussenfläche 2 des zylindrischen Werkstücks 1 auf die Zusatzelektrode 9 gerichtet ist, fliesst zu diesem Abschnitt ein Strom J2 entsprechend der Darstellung in Fig. 9. Dadurch wird ein anodischer Passivfilm auf den konkaven und vorstehenden Teilen der zu behandelnden Oberfläche erzeugt und zwar in der Nähe des genannten Abschnitts. Wenn das zylindrische Werkstück 1 dann gedreht wird, so dass dieser genannte Abschnitt der zu behandelnden Oberfläche auf die Arbeitselektrode 3 zu gerichtet ist, wird der auf den vorstehenden Teilen

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erzeugte anodische Passivfilm abgeschliffen und durch das Schleifmittel beseitigt. Der in diesem Bereich fliessende Strom wird erhöht und erreicht den Wert J1. Daher werden vorzugsweise und selektiv die vorstehenden Teile der zu behandelnden Oberfläche einer elektrolytischen Wirkung unterzogen und abgeseigert. Die Wiederholung derartiger Vorgänge erlaubt das ausschliessliche Spiegel-Finishen der vorstehenden Teile der zu behandelnden Oberfläche .

Allgemein gesprochen beträgt die Dichte eines elektrolytischen Stromes zur Erzeugung eines anodischen Passiv-

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films O,1 A/cm oder weniger.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft die Diskussion des Ergebnisses eines unter Verwendung des Werkzeuges gemäss Fig. 7 durchgeführten Versuches.

Dem Versuch lagen folgende Bedingungen zugrunde. Die Arbeitselektrode 3 war eine Küpferelektrode mit einer Breite von 40 mm, einer Höhe von 20 mm und einer Elektrodenfläche mit einem Radius von 16 mmR. Die Schleifkörner mit einer Grosse von # 600.bis #800 (600 entspricht 26 bis 31 um, 800 entspricht 18 bis 22 um) wurden dem Schleifmittel 7 und dem Elektrolyt 6, d.h. einer 20 %-igen Natriumnitratlösung, zugegeben. Es wurde eine Gleichspannung von 6 bis 9 V angelegt. Dem Spalt zwischen der Arbeitselektrode 3 und dem gedrehten zylindrischen Werkstück 1 wurde ein Elektrolyt 6 zugegeben. Dann erreichte der Strom, welcher im Bereich der zu behandelnden Oberfläche, die auf die Arbeitselektrode 3 gerichtet ist, fliesst, einen Wert von J1. Der Leckstrom J2, welcher an dem Bereich der zu behandelnden Oberfläche fliesst,

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die nicht der Arbeitselektrode 3 gegenüberliegt, erzeugt in diesem Bereich der Oberfläche einen anodischen Passivfilm.

Wenn dementsprechend das zylindrische Werkstück 1 einen relativ kleinen Durchmesser hat und das Elektrolyt 6 in ausreichendem Masse auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird, ist es nicht immer notwendig, die Zusatzelektrode 9 anzuordnen.

Das in Fig. 7 dargestellte Beispiel zeigt ein zylindrisches Werkstück mit einem relativ kleinen Durchmesser, welches jedoch für die Verwendung eines gross bemessenen zylindrischen Werkstückes geeignet ist. Die Anordnung einer Vielzahl von Arbeitselektroden 3 und einer Vielzahl von Zusatzelektroden 9 ist in Fig. 10 dargestellt. Der Zyklus liegt dabei in einem Bereich von 20 bis 200 ms, so dass ■durch diese Anordnung ein wirkungsvolleres Spiegel-Finishen erfolgen kann.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft die Diskussion eines Gerätes zum Spiegel-Finishen eines zylindrischen Werkstückes entsprechend der Erfindung.

Zunächst erfolgt die Beschreibung einer ersten Ausführungsform eines derartigen Gerätes, welches in Fig. 11 und 12 dargestellt ist, im einzelnen.

In Fig. 11 und 12 hat ein zylindrisches Werkstück 11 eine Aussenflache 12, die sich in Richtung des Pfeiles A dreht. Eine auf einem Grundgestellt 13 befestigte Arbeitselektrode 14 ist mit einer Elektrodenfläche 15 versehen, die eine

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konkav gekrümmte Oberfläche hat, deren Radius ein wenig grosser ist als der der Aussenflache 12 des zylindrischen Werkstücks 11. Diese Elektrodenfläche 15 ist in der Nähe des zylindrischen Werkstücks 11 angeordnet. Führungsrollen 16 sind an beiden Seiten der beiden Enden der Elektrodenfläche 15 und an geeigneten Stellen der Arbeitselektrode 14 angeordnet. Zwei Stützständer 17 sind an geeigneten Stellen einer im Grundgestell 13 ausgebildeten Nut 18 befestigt. Zwei Stützstangen 19 sind zwischen den Stützständern 17 montiert.

Ein Schlitten 20 ist bewegbar auf den Stützstangen 19 aufgesetzt. Zwischen dem Schlitten 20 und einem Stützständer 17 sind Federn 21 angeordnet, die in Fig. 1 nach rechts auf den Schlitten 20 eine Federkraft aufbringen. Eine Spannrolle 22 ist drehbar auf dem Schlitten 20 angebracht.

Ausserdem ist eine Haspel 23 vorgesehen, auf die ein bandförmiges Schleifmittel 24 aufgewickelt ist. In Richtung des Pfeiles B wird mittels eines Antriebsmechanismus eine Aufwickelrolle 25 gedreht. Das von der Haspel 23 abgezogene Schleifmittel 24 wird zum Spalt zwischen dem zylindrischen Werkstück 12 und der Elektrodenfläche 15 der Arbeitselektrode 14 geführt und verläuft dabei über die Spannrolle 22 und die jeweiligen Führungsrollen 16. Das so geführte Schleifmittel 24 steht in Gleitberührung mit der Aussenflache 12 des zylindrischen Werkstücks 11 und wird durch die Elektrodenfläche 15 gegen diese Aussenflache gedrückt. Dann wird das Schleifmittel 24 von der Aufwickelrolle 25 aufgenommen. Hier ist festzustellen, dass die entsprechende Spannung mittels der Spannrolle

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auf das Schleifmittel aufgebracht wird.

Das zylindrische Werkstück 11 ist mit der Anode einer Energieversorgung verbunden. Die Arbeitselektrode 14 ist mit der Kathode der Energieversorgung verbunden. Dem Spalt zwischen der Elektrodenfläche 15 und der Aussenflache 12 des zylindrischen Werkstücks 11 wird durch eine in der Arbeitselektrode 14 befindliche Bohrung von einer Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung ein Elektrolyt zugeführt. Die Elektrolyse wird mit einer Spannung von einigen wenigen Volt bis ungefähr 15V durchgeführt, wobei die elektrol;
weniger beträgt.

bei die elektrolytische Stromdichte ungefähr 10 A/cm oder

Die Aufwickelrolle 25 wird durch den entsprechenden Antriebsmechanismus in Richtung des Pfeiles B mit einer Geschwindigkeit gedreht, die geringer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des zylindrischen Werkstücks. Das Schleifmittel, auf welches mittels der Spannrolle 22 eine Spannung aufgebracht wird, wird durch die Elektrodenfläche 15 auf das zylindrische Werkstück 11 gepresst und wird in Richtung des Pfeiles C bewegt, um auf die Aufnahmerolle 25 aufgewickelt zu werden. Wenn die Schleifmittel-Zuführgeschwindigkeit ungleichmässig wird, wird der Schlitten 20 durch die Feder 21 bewegt, um damit auch die Spannrolle 22 zu bewegen. Dadurch wird die auf das Schleifmittel 24 aufzubringende Spannung eingestellt und geregelt, wodurch die Schleifmittel-Fördergeschwindigkeit konstant gehalten v.^Tird.

Entsprechend der Darstellung in ausgezogenen Linien in Fig. 13 wird die Beseitigungsgeschwindigkeit der Aussenflache 12 des zylindrischen Werkstücks 11 nicht verringert,

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sondern während der Arbeitszeit konstant gehalten. Ein derartig konstanter Betrieb ergibt sich durch die automatische Förderung des Schleifmittels 24. So kann die Aussenflache 12 des zylindrischen Werkstücks 11 zur Erzielung einer Oberflächenrauhigkeit von 0,1 umRmax oder weniger spiegelgefinisht werden. Die unterbrochene Linie in Fig. 13 zeigt eine Beseitigungsgeschwindigkeit, welche durch ein herkömmliches Schleif-Poliergerät erzielt wird, bei dem das Schleifmittel nicht gefördert wird. In solch einem Falle wurde die Beseitigungsgeschwindigkeit während der Bearbeitungszeit verringert. Bei einer Umfangsgeschwindigkeit des zylindrischen Werkstücks von 3 m/s und einer Geschwindigkeit der Relativbewegung der Arbeitselektrode von 8 mm/min, verringerte sich die Beseitigungsgeschwindigkeit des zylindrischen Werkstücks nach ungefähr 30 Minuten auf ungefähr die Hälfte der anfänglichen Beseitigungsgeschwindigkeit. Die ursprüngliche Fläche verblieb wegen des unzureichenden Beseitigungsumfanges der zu behandelnden Fläche unbehandelt.

Wenn andererseits ein abgenutztes Schleifmittel durch ein neues ersetztwird und dabei der Vorgang unterbrochen wird, erscheinen in der zu behandelnden Oberfläche infolge des plötzlichen Anwachsens der Schleifkraft durch das ersetzte neue Schleifmittel Schleifriefen. Daher kann eine gleichmassig bzw. gleichförmig behandelte Oberfläche nicht erzielt werden und die Bearbeitungswirksamkeit wird herabgesetzt.

Entsprechend dem erfindungsgemässen Spiegel-Finish-Gerät wird durch das Vorsehen eines Fördermechanismus für das Schleifmittel zum automatischen Fördern einer bandförmigen

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Schleifmittels die Notwendigkeit eines Ersatzes eines abgenutzten Schleifmittels, wie dies bisher üblich war eliminiert, so dass ein kontinuierliches Langzeit-Spiegel-Finishen realisiert werden kann. Die Bearbeitungswirksamkeit kann bemerkenswert verbessert werden und die spiegelgefinishte Oberfläche hat eine gleichmässige Oberflächenrauhigkeit mit hoher Genauigkeit.

Die nachfolgende Beschreibung ist auf eine Ausführungsform eines Geräts des zum Spiegel-Finishen der Innenfläche eines zylindrischen Werkstücks gerichtet, welches in Fig. 14 dargestellt ist.

Ein zylindrisches Werkstück 26 ist mit der Anode einer Energieversorgung verbunden. Eine Stützachse 27, die in der Achse des zylindrischen Werkstücks 26 liegt, ist mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden, um die Stützachse 27 in Axialrichtung des zylindrischen Werkstücks 26 zu bewegen. Die Stützachse 27 ist mit der Kathode der Energiezuführung verbunden. Auf der Stützachse 27 ist über eine Drehlagerung oder dergleichen ein Rahmen 28 montiert, der an den Enden mit Schleifköpfen 29 versehen ist. Der Rahmen 28 wird um die Stützachse 27 in Richtung des Pfeiles D mittels einer Wirbelvorrichtung (nicht dargestellt) gedreht.

Jeder Schleifkopf 29 ist mit einer Arbeitselektrode mit einer Elektrodenfläche 30 versehen, die konvex geformt ist und einen Radius aufweist, welcher im wesentlichen dem der zu bearbeitenden Innenfläche des zylindrischen Werkstücks 26 entspricht. Weiterhin ist eine Anpressvorrichtung zum Anpressen der Elektrodenfläche 30, der Arbeitselektrode

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an die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 mittels einer Feder oder einer hydraulischen Einrichtung vorgesehen. Schliesslich ist eine Elektrolytversorgungsvorrichtung vorzusehen, um den Spalt zwischen der Elektrodenfläche 30 und der Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 mit Elektrolyt zu versorgen.

Über Bürsten oder dergleichen sind dieArbeitselektroden mit der Stützachse 27 verbunden, die ihrerseits mit der Kathode der Energieversorgung in Verbindung steht.

Am Rahmen 28 befinden sich Drehglieder 32, wie beispielsweise Rollen, die mit der Stützachse 27 oder mit einem Getriebe in Verbindung stehen, dessen Zahnräder mit an der Stützachse 27 befindlichen Zahnrädern kämmen. Auf einer Welle 33 der Drehglieder 32 ist ein Schleifmittel 35 aufgewickelt, v/elches von den Haspeln 34, auf denen Schleifmittel aufgewickelt ist, abgezogen wurde. Dabei verläuft das Schleifmittel über die Elektrodenflächen 30 der Schleifköpfe 29. Die Haspeln 34 sind dabei auf dem Rahmen 28 angebracht.

Für das Schleifmittel 35 wird nachgiebiges, nicht-gewebtes Schleifmittel verwendet, welches wasserdurchlässig und elektrisch isolierend ist. Auf diese nachgiebige, nichtgewebte Schleifunterlage sind die Schleifkörner aufgebracht.

In der nachfolgenden Beschreibung erfolgt die Diskussion des Betriebs des Vorrichtung gemäss Fig. 14.

Im in Fig. 14 dargestellten Zustand, bei dem die Elektrodenflachen 30 der Schleifköpfe 29 gegen die Innenfläche 31

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des zylindrischen Werkstücks 26 mit einer vorbestimmten Anpresskraft gepresst werden und in dem der Rahmen 28 in Richtung des Pfeiles D simultan mit der Aufbringung einer elektrolytischen Spannung gedreht wird, wird die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks einer Elektrolyse unterworfen und entsprechend einem Abseigerungsvorgang durch Elektrolyse abgerieben, was im Zusammenhang mit einem SchleifVorgang durch das Schleifmittel 35 erfolgt. Die Wellen 32, die mit der festen Stützachse 27 in Verbindung stehen, werden um die Stützachse 27 gedreht. Das über die Elektrodenflächen 30 laufende Schleifmittel 35 wird dann auf die Wellen 33 der Drehglieder 32 aufgewickelt. In der gleichen Zeit wird neues Schleifmittel 35 von den Haspeln 34 abgezogen und den Elektrodenflächen 31 zugeführt. Weiterhin wird simultan mit der Drehung des Rahmens 28 die Stützachse 27 axial mit konstanter Geschwindigkeit vorbewegt und die Schleifköpfe 29 werden axial mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, während sie in" der Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 einer Drehbewegung unterworfen sind, wodurch die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 gleichförmig poliert wird.

Die Schleifmittei-Aufwickelgeschwindigkeit ist von der Anzahl der Drehungen des Rahmens 28, dem Verhältnis des Stützachsendurchmessers zum Drehglieddurchmesser und den Dimensionen der Wellen 33 abhängig, die auf der Grundlage der Dauer der Verwendbarkeit des Schleifmittels 35 bestimmt sind.

Wenn beispielsweise die Anpresskraft des Schleifmittels

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0,5 bis 1 kgf/cm^ und die Schleifgeschwindigkeit des Schleifmittels 1 bis 2 m/s beträgt, beträgt die Lebensdauer des Schleifmittels 40 bis 60 Minuten. Wenn der Innendurchmesser des zylindrischen Werkstücks 26 1 m und der Umfang der Arbeitselektrode 0,3 m beträgt, wird die Schleifmittel-Aufwickelgeschwindigkeit 0,2 bis 0,4 mm oder mehr pro Umdrehung des Schleifkopfes betragen. Die Dimensionen der Stützachse 27, des Drehgliedes 32 und der Wellen 33 ergeben sich daher aus dieser Schleifmittel-Aufwickelgeschwindigkeit. Es ist möglich, die Schleifmittel-Aufwickelgeschwindigkeit durch Zwischenschaltung von Zahnrädern oder dergleichen zu reduzieren, wenn dies notwendig ist.

Während das Schleifmittel 35 entsprechend der Darstellung durch den Pfeil D in der Altsführungsform gemäss Fig. 14 in relativ zur Schleifrichtung entgegengesetzter Richtung aufgewickelt wird, kann entsprechend der Darstellung in Fig. 15 das Schleifmittel 35 auch in der Schleifrichtung aufgewickelt werden.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft die Diskussion eines anderen Ausführungsbeispiels eines Gerätes zum Spiegel-Finishen der Innenfläche eines zylindrischen Werkstücks, wobei auf Fig. 16 Bezug genommen wird.

Wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein zylindrisches Werkstück 26 mit der Anode einer Energieversorgung verbunden. Eine Stützachse 36, die in der Achse des zylindrischen Werkstückes 26 liegt, ist auf einem nicht dargestellten Antrieb befestigt, um die Stützachse 36 axial zu bewegen. Diese Stützachse ist mit der Kathode

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der Energieversorgung verbunden.

Auf der Stützachse 36 ist über eine Drehlagerung oder dergleichen ein Rahmen 37 montiert, der an den Enden mit Schleifköpfen 38 versehen ist.

Dieser Rahmen kann um die Stützachse 36 in Richtung des Pfeiles D mittels einer Wirbeleinrichtung (nicht dargestellt) gedreht werden. Jeder Schleifkopf 38 umfasst eine Arbeitselektrode mit einer Elektrodenfläche 39 in Form einer konvex gekrümmten Fläche mit einem Radius, der im wesentlichen gleich dem Radius der Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 ist. Weiterhin umfasst jeder Schleifkopf 38 eine Anpressvorrichtung zum Anpressen der Elektrodenfläche 39 der Arbeitselektrode an die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 mittels einer Feder oder einer hydraulischen Einrichtung. Schliesslich umfasst jeder Schleifkopf eine Elektrolyt-Versorgungseinrichtung zum Versorgen des Spaltes zwischen der Elektrodenfläche 39 und der Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 mit einem Elektrolyt. Die Arbeitselektroden stehen über Bürsten oder dergleichen mit der Stützachse 36 in Verbindung, die Ihrerseits mit der Kathode der Energieversorgung in Verbindung steht.

Zwei Anpressrollen 40 sind entlang von jeweiligen im Rahmen 37 befindlichen Schlitzen 41 verschiebbar auf dem Rahmen 37 angeordnet und werden mittels Federn 42 gegen die Stutζachse 36 gedrückt.

Ein Schleifband 43 verläuft überdie Elektrodenfläche 39 der Schleifköpfe 38 und zwischen der Stützachse 36 und

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den beiden Rollen 40, die das Schleifband 43 gegen die Stützachse 36 drücken. Für das Schleifband 43 wird ein nachgiebiges, nicht-gewebtes Schleifmittel verwendet, welches wasserdurchlässig ist und elektrisch isolierende Eigenschaften hat. Auf dieses nicht-gewebte Schleifmittel sind Schleifkörner aufgebracht.

Eine Schleifband-Anpresseinrichtung besteht aus den Rollen 40, den Schlitzen 41 und den Federn 42.

Nachfolgend wird der Betrieb des in Fig. 16 dargestellten Gerätes beschrieben.

Bei dem in Fig. 16 dargestellten Zustand, in dem die Elektrodenflächen 39 der Schleifköpfe 38 gegen die Innenflächen 31 des zylindrischen Werkstückes 26 mit einer vorbestimmten Anpresskraft gepresst werden und in dem der Rahmen 37 in Richtung des Pfeiles D simultan mit der Aufbringung der elektrolytischen Spannung gedreht wird, wird die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstückes einer Elektrolyse unterworfen und durch Elektrolyse in Verbindung mit einem Schleifen durch das Schleifband 43 abgetragen.

Das durch die Anpressrollen gegen die feste Stützachse 36 gedrückte Schleifband 43 wird ebenso gedreht und wird in Richtung des Pfeiles E entgegen der Schleifrichtung des Pfeiles D auf einer Umlaufbahn auf den Elektrodenflächen 39 der Schleifköpfe 38 bewegt. Zugleich mit der Drehung des Rahmens 37 wird die Stützachse 36 mit konstanter Geschwindigkeit axial vorgeschoben. Die Schleifköpfe 38 werden gedreht und axial in der Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 gedreht und axial vorgeschoben,

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wodurch die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 gleichmässig poliert wird.

Während das Schleifband 43 in Richtung entgegen der Schleifrichtung gemäss dem Pfeil D (Ausführungsform gemäss Fig. 16) zirkuliert, ist es möglich, dass das Schleifband 43 in derselben Richtung wie die Schleifrichtung gemäss Pfeil D zirkuliert, wie dies in Fig. 17 dargestellt ist. Dies erfolgt durch die Anordnung von Zwischenrollen 44 oder Zahnrädern zwischen der Stützachse 36 und den Anpressrollen 40 und durch Anordnung des Schleifbandes 43 zwischen die Rollen 40 und 44.

In der nachfolgenden Beschreibung wird eine weitere Ausführungsform eines Gerätes zum Spiegel-Finishen der Innenfläche des zylindrischen Werkstückes diskutiert und zwar unter Bezugnahme auf Fig. 18.

Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist ein zylindrisches Werkstück 26 mit der Anode einer Energieversorgung verbunden. Eine in der Achse des zylindrischen Werkstückes 26 liegene Stützachse 45 ist mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden, damit die Stützachse 45 axial bewegbar ist. Die Stützachse 45 ist mit der Kathode der Energieversorgung verbunden.

Auf der Stützachse 45 ist über eine Drehlagerung oder dergleichen ein Rahmen 46 montiert, der an beiden Enden mit einem Schleifkopf 47 versehen ist. Der Rahmen 46 kann um die Stützachse 45 in Richtung des Pfeiles D mittels eines Wirbelkofpes (nicht dargestellt) gedreht werden.

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Jeder Schleifkopf 47 umfasst eine Arbeitselektrode mit einer konvex gekrümmten Elektrodenfläche 48, die im wesentlichen denselben Radius hat wie die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks, eine Anpresseinrichtung zum Anpressen der Elektrodenfläche 48 der Arbeitselektrode an die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 mittels einer Feder oder einer nicht dargestellten hydraulischen Einrichtung, und eine Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung zum Zuführen eines Elektrolyts zum Spalt zwischen der Elektrodenfläche 48 und der Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26. Durch Bürsten oder dergleichen sind die Arbeitselektroden mit der Stützachse 45 verbunden, die ihrerseits mit der Kathode der Energieversorgung verbunden ist.

Am Rahmen 46 sind zwei zusätzliche Drehglieder 49, wie Rollen, angebracht, die mit der Stützachse 45 in Berührung stehen, oder deren Zahnräder mit an der Stützachse 45 angebrachten Zahnrädern in Eingriff stehen.

Zwei Drehgleider 50 sind entlang von im Rahmen 46 angeordneten jeweiligen Schlitzen 51 auf dem Rahmen 46 verschiebbar angebracht. Die Drehglieder 50 werden durch Federn 52 gegen zusätzliche Drehglieder 49 gedrückt. Jedes der beiden Schleifbänder 53 ist über eine Elektrodenfläche 48 und jedes der Drehglieder 50 geführt. Für die Schleifbänder 53 wird nachgiebiges, nicht-gewebtes Schleifmittel verwendet, welches wasserdurchlässig ist und elektrische Isoliereigenschaften hat. Auf dieses Schleifmittel werden Schleifkörner aufgebracht.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft den Betrieb des in

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Fig. 18 dargestellten Gerätes.

Bei dem in Fig. 18 dargestellten Zustand, in dem die Elektrodenflächen 48 der Schleifköpfe 47 mit einer vorbestimmten Druckkraft gegen die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 gedrückt wird und in dem der Rahmen 46 simultan mit der Aufbringung einer elektrolytischen Spannung in Richtung des Pfeiles D gedreht wird, wird die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstückes 26 einer Elektrolyse unterworfen und durch Elektrolyse in Kombination mit einem Schleifen durch Schleifbänder 53 gefinisht.

Die zusätzlichen Drehglieder 49, die in Berührung mit der festen Stützachse 45 sind oder mit dieser kämmen, v/erden um die Stützachse 45 gedreht. Die von den Drehgliedern 50 gegen die zusätzlichen Drehglieder 49 gedrückten Schleifbänder 53 werden in Richtung des Pfeiles E gedreht und verlaufen bei" einer zirkulierenden Bewegung über die Elektrodenflächen 48 der Schleifköpfe 47 in der Schleifrichtung gemäss Pfeil D entgegengesetzten Richtung. Simultan mit der Drehung des Rahmens 46 wird die Stützachse 45 axial mit konstanter Geschwindigkeit vorgeschoben. Die Schleifköpfe 47 werden in der Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 mit konstanter Geschwindigkeit gedreht und axial vorgeschoben, wodurch die Innenfläche 31 des zylindrischen Werkstücks 26 gleichmässig poliert wird.

Während die Schleifbänder 53 in der Schleifrichtung gemäss dem Pfeil D bei der Ausführungsform gemäss Fig. 18 entgegengesetzter Richtung zirkulieren, ist es möglich, die Schleifbänder 53 in derselben Richtung wie die Schleifrichtung entsprechend dem Pfeil D zirkulieren zu lassen, was

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in Fig. 19 dargesellt ist. Dabei drücken die Drehglieder 50 unmittelbar auf die Stützachse 45.

Wie zuvor diskutiert, kann mit den zuvor beschriebenen erfindungsgemässen Geräten ein zylindrisches Werkstück dadurch spiegelpoliert bzw. spiegelgefinisht werden, dass Material durch Elektrolyse im Zusammenhang mit einem mechanischen Schleifvorgang von der Innenfläche oder der Aussenfläche von insbesondere gross bemessenen zylindrischen Werkstücken abgetragen werden. Die Zirkulation der Schleifbänder, welche ausreichend länger ist als die Grosse der Elektrodenflächen der Arbeitselektroden, erlaubt die Realisierung eines Langzeit-Poliervorganges und die Schaffung einer gleichmässig spiegelgefinishten Oberfläche. Daher schafft die Erfindung ein höchst wirksames und wirtschaftliches Gerät.

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Claims

HOFFMANN · EITLE & PARTNER 0 Π Π ß 7 1

PATENTANWÄLTE JUUO / \ \

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . D I PL.-I N G. W. EITLE · D R. RER. N AT. K. H O FFMAN N · D I PL.-I NG. W. LEH N

DIPL.-ING. K.FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MO N CHEN 81 . TELEFON (0S9) 911087 ■ TELEX 05-29619 (PATH E)

33 124 p/wa

HITACHI SHIPBUILDING & ENGINEERING CO., LTD -, OSAKA / JAPAN

Verfahren und Vorrichtung zum Spiegel-Finishen eines Werkstücks

PATENTANSPRÜCHE

1.j Verfahren zum Spiegel-Finishen eines zylindrischen Werkstücks, entsprechend dem ein Schleifmittel und ein Elektrolyt in den Spalten angeordnet bzw. den Spalten zugeführt ist, die zwischen einem mit der Anode einer Energiezuführung verbundenen zylindrischen Werkstück und von mit der Kathode der Energieversorgung verbundenen und gegenüber der Aussenfläche oder der Innenfläche des zylindrischen Werkstücks angeordneten Arbeitselektroden bestehen, und entsprechend dem ein anodisches Abseigern durch Auswirkung

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einer Elektrolyse auf das Metall der zu behandelnden Oberfläche des zylindrischen Werkstücks von einem Schleifvorgang begleitet ist, durch den ein anodischer Passivfilm, welcher auf der zu behandelnden Oberfläche erzeugt wird, durch ein Schleifmittel mechanisch abgetragen wird, wodurch die vorstehenden Teile der zu behandelnden Oberfläche elektrolytisch abgeseigert und bevorzugt abgeschliffen werden, dadurch gekennzeichnet , dass ein Elektrolyt in einem passiven Zustand verwendet wird, dass eine elektrolytische Spannung im Bereich von einigen wenigen Volt bis ungefähr 15V verwendet wird, dass die Dichte

2 des elektrolytischen Stromes ungefähr 10 A/cm oder weniger beträgt, dass das Schleifmittel wasserdurchlässig ist, dass die Anpresskraft des Schleifmittels

2 an die zu behandelnde Oberfläche 0,5 kgf/cm oder mehr beträgt, dass die Schleifgeschwindigkeit des Schleifmittels 2 m/sek. oder mehr beträgt und dass der Zyklus während dem ein Abschnitt der zu behandelnden Fläche der Arbeitselektrode ausgesetzt ist, im Bereich von 20 bis 200 ms liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenflächen der Arbeitselektroden als gekrümmte Flächen ausgebildet sind, deren Krümmung im wesentlichen gleich der Krümmung der zu behandelnden Oberfläche eines zylindrischen Werkstücks ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass ein zylindrisches Werkstück

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(11; 26) mit der Anode einer Energieversorgung verbunden ist, dass Arbextselektroden (14) dem zylindrischen Werkstück gegenüberliegend angeordnet und mit der Kathode der Energieversorgung verbunden sind, dass Elektrodenflächen (15; 30; 39; 48) der Arbextselektroden in Form von gekrümmten Flächen ausgebildet sind, die im wesentlichen der zu behandelnden gekrümmten Fläche (12; 31) des zylindrischen Werkstücks entspricht, dass zwischen der zu behandelnden Fläche und jeder Elektrodenfläche ein bandförmiges Schleifmittel (24; 35; 53) angeordnet ist, welches mit der zu behandelnden Oberfläche in Berührung steht, dass ein Schleifmittel-Fördermechanismus vorgesehen ist, mit dem das bandförmige Schleifmittel relativ zur zu behandelnden Oberfläche bewegbar ist, dass ein Elektrolyt (6) im passiven Zustand in den Spalt zwischen jeder Elektrodenfläche und der zu behandelnden Fläche einführbar ist, dass ein Wirbelmechanismus vorgesehen ist, mit dem die Arbextselektroden und die zu behandelnde Oberfläche des zylindrischen Werkstückes miteinander im ümfangsrichtung des zylindrischen Werkstücks drehbar sind, und dass ein Bewegungsmechanismus vorgesehen ist, mit dem die Arbextselektroden und die zu behandelnde Oberfläche des zylindrischen Werkstücks miteinander in Axialrichtung des zylindrischen Werkstücks bewegbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektrodenflächen (4; 15) der Arbextselektroden (3) als konkav gekrümmte Flächen ausgebildet sind, deren Radius ein wenig grosser ist als der der Aussenflache (2; 12) des zylindrischen Werkstücks ,■dass der Schleifmittel-Fördermechanismus eine

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Schleifmittelhaspel (23), auf die das bandförmige Schleifmittel gewickelt ist, Führungsrollen (16) zum Führen des von der Haspel (23) abgezogenen und zum Spalt zwischen jeder Elektrodenfläche und der Aussenflache des zylindrischen Werkstücks (11) eingebrachten Schleifmittels (24) und Aufwickelrollen (25) zum Aufwickeln des Schleifmittels umfasst, und dass der Wirbelmechanismus so konstruiert ist, dass durch diesen Mechanismus das zylindrische Werkstück drehbar ist.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenflächen (30; 39; 48) der Arbeitselektroden als konvex gekrümmte Flächenausgebildet sind, deren Radius ein wenig geringer ist als der der Innenfläche (31) des zylindrischen Werkstücks (26), dass der Wirbelmechanismus eine in der Achse des zylindrischen Werkstücks liegende Stützachse (27) und einen Rahmen (28) umfasst, welcher um die Stützachse drehbar ist und an beiden Enden mit Arbeitselektroden versehen ist, und dass der Bewegungsmechanismus so konstruiert ist, dass der Wirbelmechanismus axial zum zylindrischen Werkstück bewegbar ist.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifmittel-Fördermechanismus auf dem Rahmen (28) befestigte Schleifmittelhaspeln (34) umfasst, auf denen das Schleifmittel aufgewickelt ist, und dass dieser MEchanismus Drehglieder (32) umfasst, die durch die Stützachse (27) drehbar sind und auf die das von den Haspeln (34) abgewickelte

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Schleifmittel (35) aufwickelbar ist, nachdem das Schleifmittel die Elektrodenflächen passiert hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass eine Vielzahl von Arbeitselektroden auf dem Rahmen befestigt ist, dass das Schleifband (53) endlos um die jeweiligen Elektrodenflächen (48) der Vielzahl von Arbeitselektroden verläuft, dass der Schleifmittelfördermechanismus auf dem Rahmen (46) befestigte Rollen (50) umfasst, durch die das Schleifmittel auf die Stützachse (45) drückbar ist, und dass das Schleifmittel (53) zirkulierend auf der Vielzahl von Arbeitselektroden bewegt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass zusätzliche Drehglieder (49) auf dem Rahmen (46) drehgelagert sind, dass das Schleifband (53) endlos um Rollen (50) und die Elektrodenflächen (48) der Arbeitselektroden geführt sind, und dass die Schleifbänder (53) gegen die Drehglieder (49) gedrückt werden, die ihrerseits an der Stützachse (45) anliegen,so dass die Schleifbänder gleichzeitig mit der Umlaufbewegung der Arbeitselektroden zirkulieren.

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