DE10084316B4 - Method of electro-discharge surface treatment - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Elektroentladungsoberflächenbehandlung, um eine harte Dünnschicht auf einer Oberfläche eines Werkstücks zu bilden, durch elektrische Entladung zwischen einer Elektrode und dem Werkstück, so dass die harte Dünnschicht auf der Oberfläche des Werkstücks durch die Energie der elektrischen Entladung gebildet wird, umfassend die Schritte:
Teilen des elektrischen Entladungsstromimpulses in n Impulslängen Tn mit jeweils zugehörigem Spitzenwert Ipn, wobei n eine ganze Zahl größer 1 ist;
Einstellen der ersten Impulslänge T1 und des ersten Spitzenwerts Ip1, so dass die elektrische Stromdichte zwischen der Elektrode und dem Werkstück in einem vorbestimmten Bereich liegt, um die Freisetzung von Elektrodenmaterial zu unterdrücken; und
Einstellen der k-ten Impulslänge Tk und des k-ten Spitzenwerts Ipk, wobei 2 ≤ k ≤ n, und k eine ganze Zahl ist, so dass die Zufuhrmenge von Material der harten Dünnschicht durch die Freisetzung von Elektrodenmaterial einem vorbestimmten Wert entspricht, der durch eine vorbestimmte Bearbeitungsbedingung bestimmt ist.A method of electro-discharge surface treatment for forming a hard thin film on a surface of a workpiece by electric discharge between an electrode and the workpiece so that the hard thin film is formed on the surface of the workpiece by the energy of electric discharge, comprising the steps of:
Dividing the electrical discharge current pulse into n pulse lengths Tn, each with associated peak value Ipn, where n is an integer greater than 1;
Setting the first pulse length T1 and the first peak value Ip1 so that the electric current density between the electrode and the workpiece is in a predetermined range to suppress the release of electrode material; and
Setting the k-th pulse length Tk and the k-th peak value Ipk, where 2 ≦ k ≦ n, and k is an integer, so that the supply amount of material of the hard film by the release of electrode material corresponds to a predetermined value by a predetermined processing condition is determined.

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in einem Verfahren der Elektroentladungsoberflächenbehandlung, durch welches eine harte Dünnschicht auf einer Oberfläche eines Werkstücks durch Energie der elektrischen Entladung gebildet wird, wenn die elektrische Entladung zwischen der Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung und dem Werkstück erzeugt wird.The The present invention relates to improvements in a method the electric discharge surface treatment, through which a hard thin film on a surface a workpiece is formed by energy of electrical discharge when the electrical discharge between the electrode for electro-discharge surface treatment and the workpiece is produced.

Hinsichtlich des Stands der Technik, durch die eine harte Dünnschicht auf einer Oberfläche eines Werkstücks gebildet wird, um das Werkstück mit Eigenschaften der Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit auszustatten, legt beispielsweise das offengelegte japanische Patent Nr. 148615/1993 ein Verfahren der Elektroentladungsoberflächenbehandlung offen. Gemäß der Patentveröffentlichung wird ein Verfahren der Elektroentladungsoberflächenbehandlung von Metall vorgesehen, welches die Schritte umfasst: Durchführen einer primären Bearbeitung (Akkumulationsbearbeitung), in der eine Presspulverelektrode verwendet wird, welche eine Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung ist, gebildet durch Pressen von Pulver von WC-(Wolframkarbid) und Co (Kobalt); und Durchführen einer sekundären Bearbeitung (Umschmelzbearbeitung), in der die Elektrode durch eine Elektrode aus Kupfer ersetzt wird, deren Elektrodenverbrauch relativ klein ist. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, eine harte Dünnschicht mit einer starken Adhäsionskraft hinsichtlich von Stahl zu bilden, es ist jedoch unmöglich, eine harte Dünnschicht mit einer starken Adhäsionskraft hinsichtlich von Sinterwerkstoff wie z.B. Sinterkarbid zu bilden.Regarding of the prior art, through which a hard thin film on a surface of a workpiece is formed to the workpiece with properties of corrosion resistance and wear resistance to equip, for example, the Japanese Patent Laid-Open No. 148615/1993 discloses a method of electro-discharge surface treatment open. According to the patent publication is provided a method of electro-discharge surface treatment of metal, which includes the steps of performing a primary edit (Accumulation processing) in which a powdered powder electrode is used which is an electrode for Electric discharge surface treatment is formed by pressing powder of WC (tungsten carbide) and Co (cobalt); and performing a secondary one Machining (remelting), in which the electrode through a Electrode is replaced by copper, whose electrode consumption is relatively is small. According to this Method is it possible a hard thin film with a strong adhesion however, it is impossible to form one hard thin film with a strong adhesion with regard to sintered material such as e.g. To form cemented carbide.

Gemäß den durch die jetzigen Erfinder durchgeführten Untersuchungen wurde jedoch folgendes Wissen herausgefunden. Wenn eine Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung, hergestellt aus einem Material wie z.B. Ti (Titan), verwendet wird, welches fähig ist, ein hartes Karbid zu bilden, und elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem Metall eines Werkstücks erzeugt wird, ist es möglich, eine starke harte Dünnschicht auf der Metalloberfläche des Werkstücks zu bilden, ohne dem Prozess des Umschmelzens ausgesetzt zu sein. Der Grund für die Bildung der starken harten Dünnschicht auf der Metalloberfläche ist, dass das Elektrodenmaterial, welches durch elektrische Entladung verbraucht wird, mit C (Kohlenstoff) reagiert, welcher eine Komponente der Bearbeitungslösung ist, so dass TiC (Titaniumkarbid) erzeugt werden kann. Es wurde auch folgendes Wissen herausgefunden. Wenn eine Presspulverelektrode, welche eine aus Metallhydrid wie z.B. TiH2 (hydriertes Titanium) hergestellte Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung ist, verwendet wird und eine elektrische Entladung zwischen der Presspulverelektrode und dem Metall eines Werkstücks generiert wird, ist es möglich, eine harte Dünnschicht schneller zu bilden, deren Adhäsionseigenschaft höher ist als die für den Fall, in dem Ti verwendet wird. Weiter wurde folgendes Wissen herausgefunden. Wenn eine Presspulverelektrode als eine Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung, in der eine Wasserstoffverbindung wie z.B. TiH2 mit anderem Metall oder Keramik gemischt wird, verwendet wird und eine elektrische Entladung zwischen der Presspulverelektrode und dem Metall eines Werkstücks generiert wird, ist es möglich, schnell eine harte Dünnschicht mit verschiedener Härte- und Verschleißfestigkeitseigenschaft zu bilden.However, according to the studies made by the present inventors, the following knowledge has been found. When an electrode for electric discharge surface treatment made of a material such as Ti (titanium) capable of forming a hard carbide and electric discharge is generated between the electrode and the metal of a workpiece, it is possible to use a strong electrode to form a hard thin film on the metal surface of the workpiece without being subjected to the remelting process. The reason for forming the strong hard thin film on the metal surface is that the electrode material consumed by electrical discharge reacts with C (carbon), which is a component of the machining solution, so that TiC (titanium carbide) can be produced. The following knowledge was also found out. When a powdered powder electrode which is an electrode for electro-discharge surface treatment made of metal hydride such as TiH 2 (hydrogenated titanium) is used and an electric discharge is generated between the powdered powder electrode and the metal of a workpiece, it is possible to form a hard thin film more rapidly, whose adhesion property is higher than that in the case where Ti is used. Next, the following knowledge was found out. When a powdered powder electrode as an electrode for electro-discharge surface treatment in which a hydrogen compound such as TiH 2 is mixed with other metal or ceramic is used and an electric discharge is generated between the powdered powder electrode and the metal of a workpiece, it is possible to rapidly form a hard thin film with different hardness and wear resistance properties.

Das obige Verfahren wird beispielsweise im offengelegten japanischen Patent Nr. 192937/1997 offengelegt. 4 ist eine Ansicht der Anordnung, die ein Beispiel der Vorrichtung zeigt, die für die oben beschriebene Elektroentladungsoberflächenbehandlung verwendet wird. In 4 sind Referenzziffer 1 eine Presspulverelektrode als eine Elektrode für die Elektroentladungsoberflächenbehandlung, zusammengesetzt aus gepresstem Pulver von TiH2, Referenzziffer 2 ein Werkstück, Referenzziffer 3 ein Bearbeitungsbehälter, Referenzziffer 4 eine Bearbeitungslösung, Referenzziffer 5 ein Schaltelement zum Schalten einer Spannung und eines Stroms, übertragen zwischen der Presspulverelektrode 1 und dem Werkstück 2, Referenzziffer 6 ein Steuermittel zur Steuerung durch Ein- und Ausschalten des Schaltelements 5, Referenzziffer 7 eine Stromversorgungseinheit, Referenzziffer 8 ein Widerstand und Referenzziffer 9 eine harte Dünnschicht, die gebildet wurde. Gemäß dem obigen Aufbau kann, wenn eine elektrische Entladung zwischen der Presspulverelektrode 1 und dem Werkstück 2 generiert wird, die harte Dünnschicht 9 auf einer Oberfläche des Werkstücks 2, hergestellt aus Stahl oder Sinterkarbid, durch die Elektroentladungsenergie gebildet werden. In diesem Aufbau entsprechen das Schaltelement 5, die Steuerschaltung 6, die Stromversorgungseinheit 7 und der Widerstand 8 einer Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung, um eine Impulswellenform eines elektrischen Entladungsstroms festzulegen, wenn die Elektroentladungsoberflächenbehandlung durchgeführt wird.The above method is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 192937/1997. 4 Fig. 10 is a view of the arrangement showing an example of the apparatus used for the above-described electric discharge surface treatment. In 4 are reference numbers 1 a powdered powder electrode as an electrode for electro-discharge surface treatment composed of pressed powder of TiH 2 , reference numeral 2 a workpiece, reference number 3 a processing container, reference number 4 a machining solution, reference number 5 a switching element for switching a voltage and a current, transmitted between the powdered powder electrode 1 and the workpiece 2 , Reference number 6 a control means for controlling by turning on and off the switching element 5 , Reference number 7 a power supply unit, reference digit 8th a resistance and reference number 9 a hard thin film that was formed. According to the above construction, when an electric discharge occurs between the powdered powder electrode 1 and the workpiece 2 is generated, the hard thin film 9 on a surface of the workpiece 2 made of steel or cemented carbide, are formed by the electric discharge energy. In this structure, the switching element correspond 5 , the control circuit 6 , the power supply unit 7 and the resistance 8th an electric discharge surface treatment power supply unit to set a pulse waveform of an electric discharge current when the electric discharge surface treatment is performed.

In der obigen konventionellen Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung wird im Grunde ein Elektroentladungsstromimpuls mit rechteckiger Wellenform verwendet. Wie in 5 gezeigt, wird, wenn der Spitzenwert Ip des Elektroentladungsstroms und die Impulslänge T geändert werden, die Dicke einer auf einem Werkstück gebildeten Dünnschicht justiert.In the above conventional electric discharge surface treatment power supply unit, an electric discharge current pulse having a rectangular waveform is basically used. As in 5 As shown, when the peak value Ip of the electric discharge current and the pulse length T are changed, the thickness of a thin film formed on a workpiece is adjusted.

6A und 6B sind schematische Illustrationen zur Erläuterung eines Elektrodenmaterials, welches einem Werkstück anhaftet. 7 ist eine Ansicht, die Änderungen in der elektrischen Stromdichte und dem Durchmesser des elektrischen säulenförmigen Entladungslichtbogens für die seit dem Start der elektrischen Entladung vergangene Zeit zeigt. In den 6A und 6B sind Referenzziffer 1 eine Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung, Referenzziffer 2 ein Werkstück, Referenzziffer 10 ein elektrischer säulenförmiger Entladungslichtbogen, Referenzziffer 11 eine Elektrodenkomponente, freigesetzt durch Verdampfung und Explosion, wenn sie schnell erhitzt wird und Referenzziffer 12 eine Elektrodenkomponente, die dem Werkstück 2 anhaftet. Wie in den 6A und 7 gezeigt, sind unmittelbar nach Erzeugung der elektrischen Entladung der Durchmesser des säulenförmigen Lichtbogens 10 klein und die elektrische Stromdichte sehr hoch. Im Unterschied zu einer normalen Elektrode für Elektroentladungsbehandlung werden für die Durchführung einer Entfernungsbearbeitung Wärmeleitung und mechanische Festigkeit der Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung absichtlich gesenkt, um die Produktivität der Oberflächenbehandlungsarbeit zu steigern. Entsprechend wird, wie in 6A gezeigt, wenn die elektrische Stromdichte hoch ist, ein Abschnitt der Elektrode 1 für Elektroentladungsoberflächenbehandlung, der dem elektrischen säulenförmigen Entladungslichtbogen 10 nahe ist, schnell erhitzt und der Abschnitt der Elektrode 1 für Elektroentladungsoberflächenbehandlung wird verdampft und zur Detonation gebracht und auf die Peripherie verstreut (in die Bearbeitungslösung). In diesem Fall wird die Elektrodenkomponente 11, die schnell erhitzt, verdampft und zur Detonation gebracht wird, schnell durch die Bearbeitungslösung abgekühlt. Deshalb kann sie keine harte Dünnschicht des Werkstücks 2 werden. Wenn andererseits die elektrische Stromdichte geeignet ist, wie in 6B gezeigt, wird der Durchmesser des elektrischen säulenförmigen Entladungslichtbogens 10 vergrößert. Deshalb wird ein ausgedehnter Bereich der Elektrode 1 für Elektroentladungsoberflächenbehandlung erhitzt, so dass eine Menge der Elektrodenkomponente 12, die dem Werkstück 2 anhaftet, angehoben wird. 6A and 6B are schematic illustrations NEN for explaining an electrode material which adheres to a workpiece. 7 FIG. 12 is a view showing changes in the electric current density and the diameter of the discharge arc electric arc for the elapsed time since the start of the electric discharge. In the 6A and 6B are reference numbers 1 an electrode for electro-discharge surface treatment, reference numeral 2 a workpiece, reference number 10 an electric columnar discharge arc, reference numeral 11 an electrode component released by evaporation and explosion when heated quickly and reference numeral 12 an electrode component that is the workpiece 2 adheres. As in the 6A and 7 are shown, immediately after generation of the electrical discharge, the diameter of the columnar arc 10 small and the electrical current density very high. Unlike a normal electrode for electro-discharge treatment, heat conduction and mechanical strength of the electrode for electro-discharge surface treatment are purposely lowered to perform the removal processing to increase the productivity of the surface-treating work. Accordingly, as in 6A when the electric current density is high, a portion of the electrode is shown 1 for electric discharge surface treatment, the electric columnar discharge arc 10 is near, heated quickly and the section of the electrode 1 for electric discharge surface treatment is evaporated and detonated and scattered on the periphery (in the processing solution). In this case, the electrode component becomes 11 which is heated, vaporized and detonated quickly, cooled rapidly by the processing solution. Therefore, it can not use a hard thin film of the workpiece 2 become. On the other hand, if the electric current density is suitable, as in 6B is shown, the diameter of the electric columnar discharge arc 10 increased. Therefore, an extended area of the electrode becomes 1 for electric discharge surface treatment, so that an amount of the electrode component 12 that the workpiece 2 attached, is raised.

Wie oben beschrieben ist entsprechend dem elektrischen Entladestrom mit rechteckiger Wellenform (gezeigt in 5), der durch die konventionelle Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung erzeugt wird, sogar wenn der Spitzenwert Ip des elektrischen Entladungsstromimpulses zur Steigerung der Produktivität der Oberflächenbehandlung erhöht wird, ein Verhältnis der Verbundwirkung des Elektrodenmaterials zum Werkstück niedrig. Folglich ist das Verhältnis der Verbundwirkung des Elektrodenmaterials zum Werkstück ca. 10 Gew% bis 50 Gew%.As described above, according to the electric discharge current of rectangular waveform (shown in FIG 5 ) generated by the conventional electric discharge surface treatment power supply unit, even if the peak value Ip of the electric discharge current pulse is increased to increase the productivity of the surface treatment, a ratio of the bonding effect of the electrode material to the workpiece is low. Consequently, the ratio of the composite effect of the electrode material to the workpiece is about 10% by weight to 50% by weight.

Das heißt, das Elektrodenmaterial wird verschwendet, so dass die Kosten für Oberflächenbehandlung erhöht werden.The is called, The electrode material is wasted, so the cost of surface treatment elevated become.

Gemäß dem Verfahren der Elektroentladungsoberflächenbehandlung wird das Elektrodenmaterial durch die Wärme der elektrischen Entladung freigesetzt und ein Teil des so freigesetzten Elektrodenmaterials schmilzt und haftet der Oberfläche des Werkstücks an, so dass eine harte Dünnschicht gebildet werden kann. Entsprechend hat die elektrische Entladungsenergie zwei Funktionen. Eine Funktion besteht im Freisetzen des Elektrodenmaterials, und die andere Funktion besteht im Freisetzen des Elektrodenmaterials und im Aneinanderschmelzen des Werkstücks miteinander. 8A und 8B sind Fotografien, die eine Oberfläche eines Werkstücks für den Fall zeigen, in dem Elektroentladungsoberflächenbehandlung auf einem Werkstück aus Stahl durch einen elektrischen Entladungsstromeinzelimpuls durchgeführt wird. Die in 8A gezeigte Fotografie zeigt einen Fall, in dem eine Menge von freigesetztem Elektrodenmaterial zu groß ist, und 8B zeigt einen Fall, in dem eine Menge von freigesetztem Elektrodenmaterial zu gering ist. In dem Fall, in dem wie in 8A gezeigt die Menge des freigesetzten Materials zu groß ist, kann das Elektrodenmaterial, das durch die elektrische Entladungsenergie freigesetzt wurde, nicht ausreichend geschmolzen werden und es ist unmöglich, eine enganliegende harte Dünnschicht auf dem Werkstück zu bilden. In dem Fall, in dem wie in 8B gezeigt die Menge des freigesetzten Materials zu gering ist, wird das Werkstück übermäßig geschmolzen und eine übermäßig große Menge des Werkstücks wird entfernt, welche eine Menge des Werkstücks übersteigt, die für die Verbundwirkung einer harten Dünnschicht angemessen ist. Entsprechend der rechteckigen Impulswellenform (beispielsweise in 5 gezeigt) der konventionellen Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung wird das Elektrodenmaterial freigesetzt und zur gleichen Zeit werden das Elektrodenmaterial und das Werkstück durch eine elektrische Einzelentladung verschmolzen. Deshalb ist es schwierig sicherzustellen, dass eine passende Menge von Elektrodenmaterial zugeführt wird. Entsprechend gibt es Probleme, wie z.B. ein Entfernen des Werkstücks, was durch die fehlende Zuführung von Elektrodenmaterial verursacht wird, und ein unzureichendes Schmelzen der harten Dünnschicht, was durch die übermäßige Zuführung von Elektrodenmaterial verursacht wird.According to the method of the electric discharge surface treatment, the electrode material is released by the heat of electric discharge, and a part of the thus released electrode material melts and adheres to the surface of the workpiece, so that a hard thin film can be formed. Accordingly, the electric discharge energy has two functions. One function is to release the electrode material, and the other function is to release the electrode material and melt the workpiece together. 8A and 8B FIG. 12 is photographs showing a surface of a workpiece in the case where electric discharge surface treatment is performed on a steel workpiece by a single electric discharge current pulse. In the 8A shown photograph shows a case in which an amount of electrode material released is too large, and 8B shows a case where an amount of electrode material released is too small. In the case where as in 8A When the amount of the released material is too large, the electrode material released by the electric discharge energy can not be sufficiently melted, and it is impossible to form a tight hard film on the workpiece. In the case where as in 8B That is, when the amount of the released material is too small, the workpiece is excessively melted and an excessively large amount of the workpiece is removed, exceeding an amount of the workpiece appropriate for the composite effect of a hard film. According to the rectangular pulse waveform (for example, in FIG 5 1) of the conventional electric discharge surface treatment power supply unit, the electrode material is released, and at the same time, the electrode material and the workpiece are fused by a single electric discharge. Therefore, it is difficult to ensure that a proper amount of electrode material is supplied. Accordingly, there are problems such as removal of the workpiece caused by the lack of supply of electrode material and insufficient melting of the hard thin layer caused by the excessive supply of electrode material.

Aus DE 30 05 073 C2 ist eine Strom- bzw. Spannungsversorgungsschaltung zum funkenerosiven Bearbeiten bekannt, bei der ein Speicherkondensator vorgesehen ist, welcher aus einer Gleichspannungsquelle über einen steuerbaren Schalter geladen wird. Die Entladung des Kondensators wird über einen anderen Schalter gesteuert. Aufgabe der Schaltung ist es eine beliebige Signalform aus einer Aufeinanderfolge extrem kurzer Bearbeitungsimpulse vorgegebener Amplitude zu erzeugen.Out DE 30 05 073 C2 is a current or voltage supply circuit for EDM, in which a storage capacitor is provided, which is charged from a DC voltage source via a controllable switch. The discharge of the capacitor is controlled by another switch. The task of the circuit is an arbitrary waveform of one Create succession of extremely short processing pulses of predetermined amplitude.

Die vorliegende Erfindung wurde ausgeführt, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der Elektroentladungsoberflächenbehandlung bereitzustellen, wodurch Oberflächenbehandlungskosten reduziert werden können und eine enganliegende harte Dünnschicht auf einem Werkstück gebildet werden kann.The The present invention has been made to solve the above problems to solve. It is an object of the present invention to provide a method of electro-discharge surface treatment provide, thereby reducing surface treatment costs can be reduced and a tight, hard thin film on a workpiece can be formed.

Gelöst wird die Aufgabe durch das Verfahren des Anspruchs 1.Is solved the object by the method of claim 1.

Da die vorliegende Erfindung wie oben beschrieben verfasst wurde, können die folgenden Wirkungen bereitgestellt werden.There the present invention as described above, the following effects are provided.

Entsprechend dem Verfahren für Elektroentladungsoberflächenbehandlung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, effizient das Haften von Elektrodenmaterial auf einer Oberfläche eines Werkstücks herzustellen. Deshalb können die Kosten der Oberflächenbehandlung reduziert werden.Corresponding the method for Electric discharge surface treatment According to the present invention, it is possible to efficiently adhere of electrode material on a surface of a workpiece. That's why the cost of surface treatment be reduced.

Ferner ist es möglich, eine passende Zufuhrmenge des Elektrodenmaterials sicherzustellen. Deshalb ist es möglich, eine enganliegende harte Dünnschicht auf dem Werkstück zu bilden.Further Is it possible, to ensure a proper supply amount of the electrode material. Therefore Is it possible, a tight, hard thin film on the workpiece to build.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenSummary the drawings

1A bis 1C sind Ansichten, die eine Anordnung einer Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen und die auch eine zwischen den Elektroden angelegte Spannung und einen elektrischen Entladungsstrom zeigen; 1A to 1C Fig. 10 is views showing an arrangement of an electric discharge surface power supply unit of an embodiment of the present invention, and also showing a voltage applied between the electrodes and an electric discharge current;

2A bis 2C sind schematische Illustrationen, die die Umstände der Bildung einer harten Dünnschicht auf einem Werkstück durch Elektroentladungsoberflächenbehandlung zeigen, in welcher eine Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird; 2A to 2C 10 are schematic illustrations showing the circumstances of forming a hard thin film on a workpiece by electric discharge surface treatment in which an electric discharge surface treatment power supply unit of an embodiment of the present invention is used;

3 ist eine Ansicht, die einen Vergleich der Länge des Verbrauchs einer Elektrode zeigt zwischen einem Fall, in dem Elektroentladungsbehandlung durch eine konventionelle Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung durchgeführt wird, und einem Fall, in dem Elektroentladungsbehandlung durch eine Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird; 3 Fig. 12 is a view showing a comparison of the length of consumption of an electrode between a case where electric discharge treatment is performed by a conventional electric discharge surface treatment power supply unit and a case where electric discharge treatment is performed by an electric discharge surface treatment power supply unit of the present invention;

4 ist eine Anordnungsansicht, die ein Beispiel einer Vorrichtung zeigt, die für Elektroentladungsoberflächenbehandlung verwendet wird; 4 Fig. 10 is an arrangement view showing an example of a device used for electric discharge surface treatment;

5 ist eine Ansicht, die eine Spannung zwischen Elektroden zeigt und die ebenfalls einen elektrischen Entladungsstromimpuls in einer konventionellen Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung zeigt; 5 Fig. 12 is a view showing a voltage between electrodes and also showing an electric discharge current pulse in a conventional electric discharge surface treatment power supply unit;

6A und 6B sind schematische Illustrationen der Verbundwirkung von Elektrodenmaterial mit einem Werkstück; 6A and 6B Fig. 12 are schematic illustrations of the bonding effect of electrode material with a workpiece;

7 ist eine Ansicht, die eine Änderung in der elektrischen Stromdichte zeigt und die auch eine Änderung im Durchmesser eines elektrischen säulenförmigen Entladungslichtbogens für den Zeitraum seit dem Beginn der elektrischen Entladung zeigt; und 7 Fig. 12 is a view showing a change in electric current density and also showing a change in the diameter of a discharge arc electric arc for the period since the start of the electric discharge; and

8A und 8B sind Fotografien einer Oberfläche eines Werkstücks aus Stahl, wo Elektroentladungsoberflächenbehandlung durch einen elektrischen Entladungsstromeinzelimpuls durchgeführt wird. 8A and 8B FIG. 12 is photographs of a surface of a workpiece made of steel, where electric discharge surface treatment is performed by a single electric discharge current pulse.

Bester Modus zum Durchführen der ErfindungBest mode to perform the invention

1A bis 1C sind Ansichten, die eine Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 1A eine Ansicht der Anordnung, 1B eine Ansicht, die eine Spannung zwischen Elektroden und auch einen elektrischen Entladungsstrom zeigt und 1C eine Ansicht, die ein anderes Beispiel des elektrischen Entladungsstroms zeigt, sind. In den 1A bis 1C sind Referenzziffer 1 eine Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung, Referenzziffer 2 ein Werkstück, Referenzziffer 3 ein Bearbeitungstank, Referenzziffer 4 eine Bearbeitungslösung, Referenzziffer 13 eine Gruppe von Schaltelementen, Referenzziffer 14 ein Steuermittel zum Steuern durch Ein- und Ausschalten der Gruppe von Schaltelementen 13, Referenzziffer 15 eine Stromversorgungseinheit, Referenzziffer 16 eine Gruppe von Widerständen, T1 eine erste Impulslänge, T2 eine zweite Impulslänge, Tr eine Pausenzeit, IP1 ein erster Spitzenwert und Ip2 ein zweiter Spitzenwert. Die Gruppe von Schaltelementen 13, das Steuermittel 14, die Stromversorgungseinheit 15 und die Gruppe von Widerständen 16 entsprechen einer Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung, um eine Wellenform des elektrischen Entladungsstromimpulses im Prozess der Elektroentladungsoberflächenbehandlung festzulegen. 1A to 1C FIG. 12 is views showing an electric discharge surface treatment power supply unit of an embodiment of the present invention, wherein FIG 1A a view of the arrangement, 1B a view showing a voltage between electrodes and also an electric discharge current and 1C a view showing another example of the electric discharge current is. In the 1A to 1C are reference numbers 1 an electrode for electro-discharge surface treatment, reference numeral 2 a workpiece, reference number 3 a processing tank, reference number 4 a machining solution, reference number 13 a group of switching elements, reference numeral 14 a control means for controlling by turning on and off the group of switching elements 13 , Reference number 15 a power supply unit, reference digit 16 a set of resistors, T1 a first pulse length, T2 a second pulse length, Tr a pause time, IP1 a first peak and Ip2 a second peak. The group of switching elements 13 , the control agent 14 , the power supply unit 15 and the group of resistors 16 correspond to an electric discharge surface treatment power supply unit to set a waveform of the electric discharge current pulse in the process of the electric discharge surface treatment.

Als nächstes wird nachstehend der Betrieb erklärt. Die Elektrode 1 für Elektroentladungsoberflächenbehandlung und das Werkstück 2 befinden sich einander entgegengesetzt in der Bearbeitungslösung 4 und es wird ein vorbestimmter Abstand wird zwischen ihnen durch eine Antriebseinheit eingehalten, die in der Zeichnung nicht gezeigt wird. Der Spitzenwert des elektrischen Entladungsstroms ist eine Funktion der Spannung der Stromversorgungseinheit 15 und des Widerstandswerts eines Widerstands in der Gruppe von Widerständen 16, der in Reihe mit einem Schaltelement in der Gruppe von Schaltelementen 13 verbunden ist, welches eingeschaltet wird. Wenn das Schaltelement in der Gruppe von Schaltelementen 13, das in Reihe mit einem Widerstand mit hohem Widerstandswert in der Gruppe von Widerständen 16 verbunden ist, durch das Steuermittel 14 eingeschaltet wird, kann eine Spannung zwischen der Elektrode 1 für Elektroentladungsoberflächenbehandlung und dem Werkstück 2 angelegt werden. Nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne vergangen ist, wird elektrische Entladung erzeugt (der erste Spitzenwert Ip1). Nachdem die Erzeugung einer elektrischen Entladung erkannt wurde und die erste Impulslänge T1 vergangen ist, wird das Schaltelement, das zuvor eingeschaltet wurde, durch das Steuermittel 14 ausgeschaltet, und das Schaltelement in der Gruppe von Schaltelementen 13, das in Reihe mit einem Widerstand von geringem Widerstandswert in der Gruppe von Widerständen 16 geschaltet ist, wird eingeschaltet, so dass der elektrische Entladungsstrom erhöht werden kann (der zweite Spitzenwert Ip2). Nachdem dann die zweite Impulslänge T2 vergangen ist, werden alle Schaltelemente in der Gruppe der Schaltelemente 13 durch das Steuermittel 14 abgeschaltet. Weiter wird, nachdem die Pausenzeit Tr vergangen ist, das Schaltelement in der Gruppe von Schaltelementen 13 durch das Steuermittel 14 selektiv wiederum eingeschaltet. Wenn die obige Operation wiederholt wird, wird Elektroentladungsoberflächenbehandlung durchgeführt. Wie oben beschrieben kann der Spitzenwert des elektrischen Entladungsstroms durch selektives Ein- und Ausschalten des Schaltelements in der Gruppe von Schaltelementen 13 durch das Steuermittel 14 gesteuert werden.Next, the operation will be explained below. The electrode 1 for electric discharge surface treatment and the workpiece 2 are opposite to each other in the machining solution 4 and a predetermined distance is maintained between them by a drive unit not shown in the drawing. The peak value of the electric discharge current is a function of the voltage of the power supply unit 15 and the resistance of a resistor in the group of resistors 16 in series with a switching element in the group of switching elements 13 is connected, which is turned on. When the switching element in the group of switching elements 13 , which is in series with a high resistance resistor in the group of resistors 16 is connected by the control means 14 is turned on, a voltage between the electrode 1 for electric discharge surface treatment and the workpiece 2 be created. After a predetermined period of time elapses, electric discharge is generated (the first peak value Ip1). After the generation of an electric discharge has been detected and the first pulse length T1 has passed, the switching element, which has been previously turned on, by the control means 14 turned off, and the switching element in the group of switching elements 13 , in series with a resistor of low resistance in the group of resistors 16 is switched on, so that the electric discharge current can be increased (the second peak value Ip2). After then the second pulse length T2 has passed, all switching elements in the group of switching elements 13 by the control means 14 off. Further, after the pause time Tr has elapsed, the switching element is in the group of switching elements 13 by the control means 14 selectively turned on again. When the above operation is repeated, electric discharge surface treatment is performed. As described above, the peak value of the electric discharge current can be obtained by selectively turning on and off the switching element in the group of switching elements 13 by the control means 14 to be controlled.

Der elektrische Entladungsstromimpuls kann einer Stufe ähnlich sein, wie in 1B gezeigt. Alternativ kann der elektrische Entladungsstromimpuls einen Anstiegsverlauf haben, wie in 1C gezeigt. Der elektrische Entladungsstromimpuls kann anstiegsverlaufförmig erhöht werden durch das Verfahren, in dem Induktivität in Reihe in den Stromversorgungskreis der Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung eingefügt wird.The electric discharge current pulse may be similar to a stage as in FIG 1B shown. Alternatively, the electric discharge current pulse may have a rising characteristic as in FIG 1C shown. The electric discharge current pulse can be increased in an increase in slope by the method in which inductance is serially inserted into the power supply circuit of the electric discharge surface treatment power supply unit.

2A bis 2B sind schematische Illustrationen, die die Umstände der Bildung einer harten Dünnschicht auf einem Werkstück durch Elektroentladungsoberflächenbehandlung zeigen, in welcher eine Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In der Zeichnung sind Referenzziffer 1 eine Elektrode, Referenzziffer 2 ein Werkstück, Referenzziffer 10 ein elektrischer säulenförmiger Entladungslichtbogen und Referenzziffer 17 eine harte Dünnschicht, gebildet auf dem Werkstück 2 durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung. 2A zeigt einen Zustand entsprechend dem ersten Abschnitt der ersten Impulslänge T1, gezeigt in 1B oder 1C. 2B zeigt einen Zustand entsprechend dem letzten Abschnitt der ersten Impulslänge T1, gezeigt in 1B oder 1C. 2C zeigt einen Zustand entsprechend dem Abschnitt der zweiten Impulslänge T2, gezeigt in 1B oder 1C. 2A to 2 B 10 are schematic illustrations showing the circumstances of forming a hard thin film on a workpiece by electric discharge surface treatment in which an electric discharge surface treatment power supply unit of an embodiment of the present invention is used. In the drawing are reference numerals 1 one electrode, reference number 2 a workpiece, reference number 10 an electric columnar discharge arc and reference numeral 17 a hard thin film, formed on the workpiece 2 by the method of the present invention. 2A FIG. 12 shows a state corresponding to the first portion of the first pulse length T1 shown in FIG 1B or 1C , 2 B shows a state corresponding to the last portion of the first pulse length T1 shown in FIG 1B or 1C , 2C FIG. 12 shows a state corresponding to the portion of the second pulse length T2 shown in FIG 1B or 1C ,

In 1B oder 1C sind die erste Impulslänge T1 und der erste Spitzenwert Ip1 derart eingestellt, dass die elektrische Stromdichte in einem vorbestimmten Bereich sein kann, um die Freisetzung von Elektrodenmaterial zu unterdrücken (2A) und der Durchmesser des elektrischen säulenförmigen Entladungslichtbogens 10 ist im Bereich der ersten Impulslänge T1 ausreichend ausgedehnt (2B). Als nächstes wird unter der Bedingung, dass der Durchmesser des elektrischen säulenförmigen Entladungslichtbogens 10 ausgedehnt ist, die Gruppe der Schaltelemente 13 durch das Steuermittel 14 derart gesteuert, dass eine Zufuhrmenge von Material der harten Dünnschicht durch die Freisetzung von Elektrodenmaterial ein vorbestimmter Wert gemäß einer vorbestimmten Bearbeitungsbedingung in der zweiten Impulslänge T2 sein kann, und der elektrische Entladungsstrom wird auf einen vorbestimmten zweiten Spitzenwert Ip2 erhöht. Auf diesem Wege kann, wie in 2C gezeigt, die harte Dünnschicht 17 auf dem Werkstück 2 effizient gebildet werden.In 1B or 1C For example, the first pulse width T1 and the first peak value Ip1 are set so that the electric current density may be in a predetermined range to suppress the release of electrode material ( 2A ) and the diameter of the electric columnar discharge arc 10 is sufficiently extended in the range of the first pulse length T1 ( 2 B ). Next, under the condition that the diameter of the electric columnar discharge arc 10 is extended, the group of switching elements 13 by the control means 14 so controlled that a supply amount of material of the hard thin film by the release of electrode material may be a predetermined value according to a predetermined processing condition in the second pulse length T2, and the electric discharge current is increased to a predetermined second peak value Ip2. In this way, as in 2C shown the hard thin film 17 on the workpiece 2 be formed efficiently.

Hinsichtlich der Einstellwerte der ersten Impulslänge T1 und des ersten Spitzenwertes Ip1, durch welche sich die elektrische Stromdichte zwischen den Elektroden in einem vorbestimmten Bereich befinden kann, um die Freisetzung von Elektrodenmaterial zu unterdrücken, und auch hinsichtlich der Einstellwerte der zweiten Impulslänge T2 und des zweiten Spitzenwertes Ip2, durch welche eine Zufuhrmenge von Material der harten Dünnschicht zum Werkstück ein vorbestimmter Wert sein kann, so wurden die Einstellwerte vorher experimentell gefunden. Deshalb können jene Werte gemäß einer vorbestimmten Bearbeitungsgeschwindigkeit, einem Zustand der Oberfläche der harten Dünnschicht und einer Bearbeitungsbedingung, wie etwa einer Verbrauchsmenge der Elektrode, eingestellt werden.Regarding the set values of the first pulse length T1 and the first peak value Ip1, through which the electric current density between the Electrodes may be located in a predetermined area to the Release of electrode material to suppress, and also in terms of Set values of the second pulse length T2 and the second peak value Ip2, through which a supply amount of material of hard thin film to the workpiece may be a predetermined value, the setting values have been made in advance found experimentally. Therefore, those values can be calculated according to a predetermined processing speed, a state of the surface of the hard thin film and a processing condition such as a consumption amount of the electrode.

Beispielsweise werden Daten, wie z.B. eine Verbrauchsmenge der Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung, ein Zustand der Oberfläche der auf dem Werkstück gebildeten harten Dünnschicht und eine Produktivität der Oberflächenbehandlungsarbeit vorher experimentell gesammelt in dem Fall, wo die Parameter der Elektrode wie z.B. Material der Elektrode für Elektroentladungsoberflächenbehandlung, Zusammensetzung des Elektrodenmaterials und Härte des Elektrodenmaterials und die Parameter vom Material des Werkstücks geändert werden, und auch in dem Fall, wo die Parameter wie z.B. erste Impulslänge T1, zweite Impulslänge T2, erster Spitzenwert Ip1 und zweiter Spitzenwert Ip2 geändert werden. Unter Verwendung der obigen Daten können gemäß den Bearbeitungsbedingungen, wie z.B. eine vorbestimmte Bearbeitungsgeschwindigkeit, ein Oberflächenzustand der harten Dünnschicht und ein Elektrodenverbrauch, die erste Impulslänge T1 und der erste Spitzenwert Ip1, durch welche die elektrische Stromdichte zwischen den Elektroden in einem vorbestimmten Bereich zum Unterdrücken der Freisetzung von Elektrodenmaterial festgesetzt werden kann, eingestellt werden, und es können auch die zweite Impulslänge T2 und der zweite Spitzenwert Ip2, durch welche eine Zufuhrmenge von Material der harten Dünnschicht zum Werkstück ein vorbestimmter Wert sein kann, eingestellt werden.For example, data such as a consumption amount of the electrode for Elektroentla surface treatment, a state of the surface of the hard film formed on the workpiece, and a productivity of the surface treatment work previously experimentally collected in the case where the parameters of the electrode such as electrode discharge electrode material, electrode material composition, and electrode material hardness and material parameters of the workpiece, and also in the case where the parameters such as first pulse length T1, second pulse length T2, first peak value Ip1 and second peak value Ip2 are changed. Using the above data, according to the processing conditions such as a predetermined machining speed, a surface state of the hard film and an electrode consumption, the first pulse length T1 and the first peak value Ip1, by which the electric current density between the electrodes in a predetermined range for suppressing the Can be set, and also the second pulse length T2 and the second peak value Ip2, by which a supply amount of material of the hard film to the workpiece can be a predetermined value, can be set.

3 ist eine Ansicht, die einen Vergleich der Länge des Verbrauchs einer Elektrode zeigt zwischen einem Fall, in dem Elektroentladungsbehandlung durch eine konventionelle Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung durchgeführt wird, und einem Fall, in dem Elektroentladungsbehandlung durch eine Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wobei der Vergleich unter der Bedingung durchgeführt wird, dass die Dicke der auf dem Werkstück gebildeten harten Dünnschicht gleich eingestellt ist. In diesem Fall ist der elektrische Entladungsstromimpuls, der durch die konventionelle Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung erzeugt wird, eine Rechteckwelle, deren Spitzenwert Ip 8A und deren Impulslänge T 8 μs sind. Hinsichtlich des elektrischen Entladungsstromimpulses, der durch die Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung erzeugt wird, sind die erste Impulslänge T1 8 μs, der erste Spitzenwert Ip1 2A, die zweite Impulslänge T2 8 μs und der zweite Spitzenwert Ip2 8A. In 3 ist im Fall des konventionellen elektrischen Entladungsstromimpulses die Länge des Verbrauchs der Elektrode ungefähr 500 μs, und im Fall des elektrischen Entladungsstromimpulses der vorliegenden Erfindung ist die Länge des Verbrauchs der Elektrode ungefähr 200 μs. Das heißt, es kann verstanden werden, dass der Verbrauch der Elektrode im Fall der Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung der vorliegenden Erfindung viel kleiner ist als der Verbrauch der Elektrode im Fall der konventionellen Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung. 3 FIG. 12 is a view showing a comparison of the length of consumption of an electrode between a case where electric discharge treatment is performed by a conventional electric discharge surface treatment power supply unit and a case where electric discharge treatment is performed by an electric discharge surface treatment power supply unit of the present invention. FIG Comparison is made under the condition that the thickness of the hard film formed on the workpiece is set equal. In this case, the electric discharge current pulse generated by the conventional electric discharge surface treatment power supply unit is a square wave whose peak value Ip 8A and pulse width T are 8 μs. With regard to the electric discharge current pulse generated by the electric discharge surface treatment power supply unit, the first pulse length T1 is 8 μs, the first peak value Ip1 2A, the second pulse length T2 is 8 μs, and the second peak value Ip2 is 8A. In 3 In the case of the conventional electric discharge current pulse, the length of consumption of the electrode is about 500 μs, and in the case of the electric discharge current pulse of the present invention, the length of consumption of the electrode is about 200 μs. That is, it can be understood that the consumption of the electrode in the case of the electric discharge surface treatment power supply unit of the present invention is much smaller than the consumption of the electrode in the case of the conventional electric discharge surface treatment power supply unit.

Entsprechend der Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, effizient zu bewerkstelligen, das Elektrodenmaterial an eine Oberfläche eines Werkstücks anzuhaften. Deshalb können die Kosten von Oberflächenbehandlung verringert werden. Ferner ist es möglich, eine passende Zufuhrmenge des Elektrodenmaterials sicherzustellen. Deshalb ist es möglich, eine enganliegende harte Dünnschicht auf dem Werkstück zu bilden.Corresponding the power supply unit for Electric discharge surface treatment of the present invention, it is possible to efficiently accomplish to adhere the electrode material to a surface of a workpiece. That's why the cost of surface treatment be reduced. Further, it is possible to have a suitable supply amount of the electrode material. That's why it's possible to have one close fitting hard thin film on the workpiece to build.

In der obigen Erläuterung entspricht der Spitzenwert des elektrischen Entladungsstrom zwei Stufen, es sollte jedoch beachtet werden, dass der elektrische Entladungsstrom drei oder mehr Stufen entspricht. In jedem Abschnitt der Impulslänge kann es sein, dass der elektrische Strom des elektrischen Entladungsstromimpulses nicht konstant ist oder nicht anstiegsverlaufsförmig ist, sondern der elektrische Strom kann eine vorbestimmte Zeitfunktion sein.In the above explanation corresponds to the peak value of the electric discharge current two Steps, it should be noted, however, that the electric discharge current corresponds to three or more stages. In each section of the pulse length can it may be that the electric current of the electric discharge current pulse is not constant or is not rising trend-shaped, but the electric Power can be a predetermined time function.

Gewerbliche Anwendbarkeitcommercial applicability

Wie oben erläutert, sind die Stromversorgungseinheit für Elektroentladungsoberflächenbehandlung und das Verfahren der Elektroentladungsoberflächenbehandlung der vorliegenden Erfindung geeignet für das Oberflächenbehandlungsgewerbe, in dem eine harte Dünnschicht auf einem Werkstück gebildet wird.As explained above are the power supply unit for electric discharge surface treatment and the method of electro-discharge surface treatment of the present invention Invention suitable for the surface treatment industry, in a hard thin film formed on a workpiece becomes.

Claims (1)

Verfahren zur Elektroentladungsoberflächenbehandlung, um eine harte Dünnschicht auf einer Oberfläche eines Werkstücks zu bilden, durch elektrische Entladung zwischen einer Elektrode und dem Werkstück, so dass die harte Dünnschicht auf der Oberfläche des Werkstücks durch die Energie der elektrischen Entladung gebildet wird, umfassend die Schritte: Teilen des elektrischen Entladungsstromimpulses in n Impulslängen Tn mit jeweils zugehörigem Spitzenwert Ipn, wobei n eine ganze Zahl größer 1 ist; Einstellen der ersten Impulslänge T1 und des ersten Spitzenwerts Ip1, so dass die elektrische Stromdichte zwischen der Elektrode und dem Werkstück in einem vorbestimmten Bereich liegt, um die Freisetzung von Elektrodenmaterial zu unterdrücken; und Einstellen der k-ten Impulslänge Tk und des k-ten Spitzenwerts Ipk, wobei 2 ≤ k ≤ n, und k eine ganze Zahl ist, so dass die Zufuhrmenge von Material der harten Dünnschicht durch die Freisetzung von Elektrodenmaterial einem vorbestimmten Wert entspricht, der durch eine vorbestimmte Bearbeitungsbedingung bestimmt ist.A method of electro-discharge surface treatment for forming a hard thin film on a surface of a workpiece by electric discharge between an electrode and the workpiece so that the hard thin film is formed on the surface of the workpiece by the energy of electrical discharge, comprising the steps of: splitting the electrical discharge current pulse in n pulse lengths Tn, each with associated peak value Ipn, where n is an integer greater than 1; Setting the first pulse length T1 and the first peak value Ip1 so that the electric current density between the electrode and the workpiece is in a predetermined range to suppress the release of electrode material; and adjusting the k-th pulse length Tk and the k-th peak value Ipk, where 2≤k≤n, and k is an integer such that the supply amount of material of the hard thin film by the release of electrode material corresponds to a predetermined value by a predetermined processing condition is determined.
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