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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung, das dadurch, dass es einen elektrischen Strom zwischen einer Elektrode und einem Werkstück durch eine Elektrolytlösung fließen lässt, das Werkstück elektrolysiert und bearbeitet, und ein System zur elektrochemischen Bearbeitung, das mit dem Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung versehen ist.
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Bei schwer zu bearbeitenden Materialien, bei denen eine Bearbeitung, um Bohrungen herauszuarbeiten, schwierig ist, wird eine Bearbeitung im Allgemeinen unter Verwendung eines elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens oder eines funkenerosiven Bearbeitungsverfahrens durchgeführt. Insbesondere wird bei der Herausarbeitung von Bohrungen in einem schwer zu bearbeitenden Material, das ein hohes Aspektverhältnis aufweist, bevorzugt, ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren zu verwenden.
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Zum Beispiel werden in einer Turbinenschaufel einer Gasturbine Kühlbohrungen ausgebildet, die ein Kühlmittel, das die Turbinenschaufel kühlt, zirkulieren lassen. Um eine optimale Ausgestaltung hinsichtlich des thermischen und aerodynamischen Verhaltens zu realisieren, das heißt, um Teile, die eine hohe Temperatur erreichen, wie z.B. ein Schaufelprofilabschnitt und eine Plattform usw., effizient zu kühlen, wird bevorzugt, dass eine Form der Kühlbohrung entlang einer geometrischen Form der Turbinenschaufel gekrümmt ist.
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Hierbei offenbart zum Beispiel
JP 2011- 62 811 A eine Baugruppe zur elektrochemischen Bearbeitung, die in der Lage ist, eine gekrümmte Bohrung in einem Werkstück unter Verwendung einer gekrümmten Elektrode auszubilden.
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Die
DE 15 65 331 A offenbart ein Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung, mit einer Elektrode aus einem flexiblen, elektrisch leitfähigen Material in einer Röhrenform, in dessen Inneren ein einheitlicher Strömungskanal mit einer axialen Austrittsöffnung und einem radialen Fluidaustrittsbereich, der mit dem Strömungskanal im Endbereich kommuniziert, ausgebildet ist. Eine Veränderung der dem Strömungskanal zugeführten Menge an Elektrolytlösung verändert zwar den Krümmungsgrad des Werkzeugkörpers, beeinflusst aber gleichzeitig die Bearbeitungsintensität der axial austretenden Elektrolytlösung.
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Die
JP 2001- 205 523 A offenbart eine Vorrichtung zur Bearbeitung von gekrümmten Löchern, die ein röhrenförmiges elastisches Element als ein Elektrodenzuführungselement aus einem elastischen Material wie faserverstärktem Gummi besitzt, welches eine zentrale Kammer besitzt, durch das eine Anschlussleitung oder ein Anschlusskabel geführt ist, das am Ende eine Elektrode trägt. Weitere Kammern sind in dem rohrförmigen elastischen Element ausgebildete röhrenförmige elastische Elemente. Die weiteren Kammern sind mit einer Druckflüssigkeit gefüllt und dicht verschlossen. Der Druck der Druckflüssigkeit bzw. die Druckdifferenz zwischen den Kammern bewirkt, dass das rohrförmige elastische Element eine vorbestimmte Krümmung aufweist. Außerdem hat die Viskosität der in das rohrförmige elastische Element eingefüllten Druckflüssigkeit eine schwingungsdämpfende Wirkung für eine glattere und gleichmäßigere Bearbeitung. Die Krümmung des Elektrodenzuführungselements wird durch eine externe, mechanische Gliedervorrichung bewirkt.
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Die
US 2009 / 0 134 136 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Laserbohren und eine Elektrode für eine elektrische Entladungsbearbeitung zur Herstellung von gekrümmten Löchern in einem Werkstück.
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Die
US 9 889 514 B2 offenbart eine Funkenerosionsvorrichtung zur Herstellung von gekrümmten Löchern in einem Werkstück.
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Die
JP H07- 51 948 A offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen von gekrümmten Löchern durch Zuführen einer Bearbeitungsflüssigkeit mit Spänen über eine Elektrode mit verstellbarem Ausstrahlwinkel an einem vorderen Ende derselben.
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Die
JP 2012- 35 369 A beschreibt den Grundaufbau einer ECM Maschine zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Löcher in einem Werkstück.
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Jedoch ist es bei der in
JP 2011- 62 811 A offenbarten Vorrichtung nicht möglich, sowohl eine gekrümmte Bohrung als auch eine gerade Bohrung unter Verwendung derselben Elektrode herauszuarbeiten, da die Bearbeitung unter Verwendung der gekrümmten Elektrode durchgeführt wird. Beim Herausarbeiten von Kühlbohrungen entlang einer Fläche eines Turbinenprofils ist es insbesondere notwendig, die Bearbeitung durchzuführen, während ein Krümmungsverhältnis einer gekrümmten Bohrung geändert wird, oder eine Bearbeitung durchzuführen, in der eine gekrümmte Bohrung und eine gerade Bohrung kombiniert werden.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung, das in der Lage ist, eine gekrümmte Bohrung und eine gerade Bohrung in einer gewünschten Form auszubilden, ein System zur elektrochemischen Bearbeitung und ein Verfahren zum Herstellen eines perforierten Elements bereit.
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Ein Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1 und ist mit einem Werkzeugkörper versehen, der aufweist: eine Elektrode, die aus einem flexiblen elektrisch leitfähigen Material in einer Röhrenform ausgebildet ist und sich entlang einer Axiallinie erstreckt, und in deren Innerem ein Strömungskanal ausgebildet ist, entlang dem (im Betrieb) eine Elektrolytlösung zu einer Spitzenendfläche hin strömt; eine Isolierschicht zum Abdecken einer Außenumfangsfläche der Elektrode auf solche Weise, dass eine Spitzenendfläche der Elektrode freiliegt; und ein Strömungskanalaufteilungselement zum Aufteilen des Strömungskanals in einen ersten Strömungskanal, der die Axiallinie aufweist, und einen zweiten Strömungskanal, der auf einer Außenumfangsseite des ersten Strömungskanals angeordnet ist. Ein Fluidaustrittsbereich zum Leiten der durch den zweiten Strömungskanal strömenden Elektrolytlösung nach außen in Radialrichtung des Werkzeugkörpers ist auf einem Abschnitt des Umfangs des Werkzeugkörpers ausgebildet.
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Gemäß dieser Art des Werkzeugs zur elektrochemischen Bearbeitung strömt die Elektrolytlösung durch den Strömungskanal im Inneren der Elektrode und wird derart geleitet, dass sie von dem Spitzenende der Elektrode hinausströmt. Dadurch, dass ein elektrischer Strom zwischen einer Spitzenendfläche der Elektrode und einer Innenfläche einer herausgearbeiteten Bohrung eines Werkstücks durch die Elektrolytlösung zum Fließen gebracht wird, wird das Werkstück elektrolysiert und die herausgearbeitete Bohrung wird tiefer herausgearbeitet. Die Elektrolytlösung wird von dem Fluidaustrittsbereich nach außen in Radialrichtung geleitet, und die nach außen strömende Elektrolytlösung übt eine hydrodynamische Kraft auf die Innenfläche der herausgearbeiteten Bohrung aus. Dadurch wird eine Gegenkraft zu der hydrodynamischen Kraft auf den Werkzeugkörper ausgeübt und der Werkzeugkörper wird derart verlagert, dass er sich in Richtung der Gegenkraft krümmt.
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Hierbei wird das Strömungskanalaufteilungselement in dem Werkzeugkörper bereitgestellt. Durch Aufteilen des Strömungskanals im Inneren der Elektrode in den ersten Strömungskanal und den zweiten Strömungskanal wird es möglich zu veranlassen, dass die Elektrolytlösung unabhängig durch den ersten Strömungskanal und den zweiten Strömungskanal strömt. Da der Fluidaustrittsbereich mit dem zweiten Strömungskanal in Verbindung steht, ist es außerdem möglich, eine Austrittsmenge der Elektrolytlösung aus dem Fluidaustrittsbereich des Werkzeugkörpers einzustellen, indem eine Strömungsmenge der Elektrolytlösung, die zum Strömen durch den zweiten Strömungskanal veranlasst wird, erhöht oder reduziert wird. Folglich kann ein Betrag der Verlagerung des Werkzeugkörpers leicht eingestellt werden.
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Außerdem ist das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung vorzugsweise ferner mit einem Stopfenelement versehen, das im Inneren der Elektrode gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt bereitgestellt ist und das den zweiten Strömungskanal versperrt. Der Fluidaustrittsbereich kann näher an einer hinteren Endseite des Werkzeugkörpers als das Stopfenelement ausgebildet sein.
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Durch Bereitstellen dieser Art des Stopfenelements wird die Strömungsmenge der Elektrolytlösung, die zum Strömen durch den zweiten Strömungskanal veranlasst wird, der Strömungsmenge der Elektrolytlösung, die von dem Fluidaustrittsbereich nach außen in Radialrichtung geleitet wird, äquivalent. Folglich wird die Einstellung der Austrittsmenge der Elektrolytlösung, die derart geleitet wird, dass sie von dem Fluidaustrittsbereich hinausströmt, leichter durchgeführt. Daher ist es möglich, die Gegenkraft zu der hydrodynamischen Kraft, die auf den Werkzeugkörper ausgeübt wird, zu regeln, und es ist sogar noch leichter möglich, eine gekrümmte Bohrung und eine gerade Bohrung in einer gewünschten Form auszubilden.
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Außerdem umfasst ein System zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Patentanspruches 3 und ist versehen mit: dem Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß der Erfindudng; einem Führungselement, das das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung in einer vorgegebene Vorschubrichtung in Bezug auf ein Werkstück führt; einem Bewegungsmechanismus, der veranlasst, dass sich das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung vorwärtsbewegt; und einem Elektrolytlösungsversorgungselement, das die Elektrolytlösung jedem von dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal unabhängig zuführt.
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Gemäß dieser Art des Systems zur elektrochemischen Bearbeitung ist es bei dem Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung möglich, die Elektrolytlösung dazu zu veranlassen, unabhängig durch den ersten Strömungskanal und den zweiten Strömungskanal zu strömen, indem das Strömungskanalaufteilungselement in dem Werkzeugkörper bereitgestellt wird. Durch Erhöhen und Reduzieren der Strömungsmenge der Elektrolytlösung, die durch den zweiten Strömungskanal strömt, und somit durch Einstellen der Austrittsmenge aus dem Fluidaustrittsbereich ist es folglich leicht möglich, den Verlagerungsbetrag des Werkzeugkörpers einzustellen. Daher ist es leicht möglich, eine gekrümmte Bohrung und eine gerade Bohrung in einer gewünschten Form auszubilden.
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Außerdem verwendet ein Verfahren zum Herstellen eines Elements mit einer Bohrung gemäß der vorliegenden Erfindung das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß der Erfindung, um die Bohrung in einem Werkstück auszubilden.
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Gemäß dieser Art des Verfahrens zum Herstellen eines Elements mit einer Bohrung ist es leicht möglich, den Verlagerungsbetrag des Werkzeugkörpers einzustellen, indem das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung verwendet wird, um die Strömungsmenge der Elektrolytlösung, die durch den zweiten Strömungskanal strömt, zu erhöhen oder zu reduzieren, und somit um die Austrittsmenge aus dem Fluidaustrittsbereich einzustellen. Daher ist es möglich, eine gekrümmte Bohrung und eine gerade Bohrung in einer gewünschten Form leicht auszubilden.
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Gemäß dem Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung, dem System zur elektrochemischen Bearbeitung und dem Verfahren zum Herstellen eines Elements mit einer Bohrung, die vorstehend beschrieben sind, sind ein erster Strömungskanal und ein zweiter Strömungskanal in einem Werkzeugkörper aufgeteilt, und ein Fluidaustrittsbereich steht mit dem zweiten Strömungskanal in Verbindung. Folglich ist es leicht möglich, eine gekrümmte Bohrung und eine gerade Bohrung in einer gewünschten Form auszubilden.
- 1 ist eine Vorderansicht, die ein System zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 2A ist eine Längsquerschnittsansicht eines Werkzeugs zur elektrochemischen Bearbeitung in dem System zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines Werkstücks.
- 2B ist ein Diagramm, das das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung des Systems zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung in Richtung eines in 2A gezeigten Pfeils A darstellt.
- 2C ist ein Diagramm, das das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung des Systems zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bei Betrachtung in Richtung eines in 2A gezeigten Pfeils B darstellt.
- 3 ist eine Längsquerschnittsansicht, die ein Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung in dem System zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Werkstück darstellt.
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Ein System zur elektrochemischen Bearbeitung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachstehend beschrieben. Das System zur elektrochemischen Bearbeitung 1 ist eine Vorrichtung zum Ausbilden von herausgearbeiteten Bohrungen 101 in einem Werkstück 100. Als ein Beispiel der vorliegenden Ausführungsform ist das Werkstück 100 eine Turbinenschaufel einer Gasturbine und die herausgearbeitete Bohrung 101 des Werkstücks 100 ist eine Kühlbohrung zum Kühlen der Turbinenschaufel.
Nachstehend wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen des Werkstücks 100, das die herausgearbeitete Bohrung 101 aufweist, das heißt, ein Verfahren zum Herstellen eines perforierten Elements, beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, ist das System zur elektrochemischen Bearbeitung 1 mit einer Vielzahl von Werkzeugen zur elektrochemischen Bearbeitung 3, die die bearbeiteten Bohrungen 101 in dem Werkstück 100 ausbilden, einem Bewegungsmechanismus 4, der veranlasst, dass sich die Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 vorwärtsbewegen, einem Führungselement 5, das die Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 führt, wenn die Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 zur Vorwärtsbewegung veranlasst werden, und einem Elektrolytlösungsversorgungselement 6, das den Werkzeugen zur elektrochemischen Bearbeitung eine Elektrolytlösung W (siehe 2A) zuführt, versehen. Es ist zu beachten, dass das System zur elektrochemischen Bearbeitung 1 nicht auf die Konfiguration beschränkt ist, die die Vielzahl der Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 aufweist, und derart ausgelegt sein kann, dass es mit dem einzelnen Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3 versehen ist.
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Der Bewegungsmechanismus 4 ist auf der Seite eines Spitzenendes 100a der Turbinenschaufel angeordnet, die das Werkstück 100 darstellt. Der Bewegungsmechanismus 4 ermöglicht es, dass sich die Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 in Bezug auf das Spitzenende 100a vorwärts bewegen und zurückziehen.
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Der Bewegungsmechanismus 4 veranlasst, dass sich die Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 unter Verwendung einer Antriebsquelle, wie zum Beispiel eines Elektromotors (nicht in den Zeichnungen dargestellt) vorwärtsbewegen und zurückziehen.
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Auf einer Oberfläche auf der Seite des Werkstücks 100 weist der Bewegungsmechanismus 4 eine Mehrzahl von Halteelementen 4a auf, die ein Basisende (ein Basisende 10b, das nachstehend beschrieben wird) jedes der Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 halten. Das Halteelement 4a weist eine zylindrische Form auf, die innen hohl ist. Das Basisende des Werkzeugs zur elektrochemischen Bearbeitung 3 wird in eine Endseite des Halteelements 4a eingeführt, und das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3 wird auf diese Weise gehalten.
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Das Elektrolytlösungsversorgungselement 6 ist eine Pumpe oder dergleichen, und es ist mit der anderen Endseite der Halteelemente 4a des Bewegungsmechanismus 4 über einen Elektrolytlösungsströmungskanal 6a verbunden. Die Elektrolytlösung W wird der Innenseite der Halteelemente 4a über den Elektrolytlösungsströmungskanal 6a zugeführt. Eine Zufuhrmenge der Elektrolytlösung W wird nach Bedarf unter Verwendung einer Strömungsmengenregelvorrichtung, die nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, eingestellt. Zum Beispiel wird Schwefelsäure, Salpetersäure, eine Kochsalzlösung oder dergleichen als die Elektrolytlösung W verwendet.
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Das Führungselement 5 ist zwischen dem Bewegungsmechanismus 4 und dem Spitzenende 100a des Werkstücks 100 (einem Spitzendeckband der Turbinenschaufel) angeordnet. Wenn veranlasst wird, dass sich das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3 mithilfe des Bewegungsmechanismus 4 vorwärtsbewegt oder zurückzieht, führt das Führungselement 5 das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3 in einer vorgegebene Vorschubrichtung in Bezug auf das Spitzenende 100a des Werksstücks 100. Eine Vielzahl von Führungslöchern 5a ist in dem Führungselement 5 derart ausgebohrt, dass die Seite des Bewegungsmechanismus 4 und die Seite des Werkstücks 100 miteinander in Verbindung stehen. Die Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 werden jeweils durch die Führungslöcher 5a von der Seite des Bewegungsmechanismus 4 zur Seite des Werkstücks 100 eingeführt. Indem durch den Bewegungsmechanismus 4 veranlasst wird, dass sich die Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 in dieser Stellung vorwärtsbewegen, ist es dann möglich, die Werkzeuge zur elektrochemischen Bearbeitung 3 bis zu einer gewünschten Position in Bezug auf das Spitzenende 100a des Werkstücks 100 und in einem gewünschten Winkel in Bezug auf das Spitzenende 100a gemäß der Anordnung der Führungslöcher 5a einzuführen.
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Als Nächstes wird das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3 beschrieben.
Wie in 2A und 2B dargestellt, bildet das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3 die bearbeitete Bohrung (die Kühlbohrung der Turbinenschaufel) 101 in dem Werkstück 100 durch elektrochemisches Bearbeiten aus. Das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3 weist eine Elektrode 11 und eine Isolierschicht 12, die einen Außenumfang der Elektrode 11 abdeckt, auf und ist mit einem Werkzeugkörper 10 versehen, der insgesamt eine Röhrenform aufweist.
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Die Elektrode 11 in dem Werkzeugkörper 10 bildet eine Röhrenform, die entlang einer Axiallinie O verläuft. Die Elektrode 11 ist aus einem flexiblen elektrisch leitfähigen Material, wie z.B. Edelstahl, Kupfer, Titan oder dergleichen, gefertigt. Ein Raum, der mit dem Inneren des Halteelements 4a des Bewegungsmechanismus 4 in Verbindung steht, ist auf der Innenseite eines hohlen Abschnitts innerhalb der Elektrode 11 (im Inneren der Elektrode 11) ausgebildet. Dieser Raum bildet einen Strömungskanal FC. Die Elektrolytlösung W, die der elektrochemischen Bearbeitung zugeführt wird, strömt von dem Inneren des Halteelements 4a hinein und strömt durch den Strömungskanal FC. Auf diese Weise strömt die Elektrolytlösung W von der Seite des Basisendes 10b, das die hintere Endseite des Werkzeugkörpers 10 (die Seite des Bewegungsmechanismus 4) bildet, zur Seite des Spitzenendes 10a (der Seite des Werkstücks 100) hin.
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Außerdem bildet eine Endfläche der Elektrode 11 auf der Seite des Spitzenendes 10a eine flache Form, die senkrecht zu der Axiallinie O ist, oder sie bildet eine konische Form (in der vorliegenden Ausführungsform ist es die flache Form). In der vorliegenden Ausführungsform ist die Elektrode 11 eine kreisförmige Röhrenform, aber sie kann zum Beispiel eine polygonale zylindrische Form sein, die einen polygonalen Querschnitt aufweist.
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Die Isolierschicht 12 des Werkzeugkörpers 10 ist zum Beispiel aus einem Polyesterharz oder dergleichen gebildet, das elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Die Isolierschicht 12 deckt eine Außenumfangsfläche der Elektrode 11 ab. Jedoch ist die Endfläche der Elektrode 11 auf der Seite des Spitzenendes 10a nicht durch die Isolierschicht 12 abgedeckt und die Elektrode 11 ist freiliegend.
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Ein Fluidaustrittsbereich 15 ist auf einem Abschnitt des Umfangs des Werkzeugkörpers 10, das diese Art der Elektrode 11 und der Isolierschicht 12 aufweist, gebildet. Der Fluidaustrittsbereich 15 leitet die Elektrolytlösung W, die durch den Strömungskanal FC auf der Innenseite der Elektrode 11 strömt, nach außen in Radialrichtung des Werkzeugkörpers 10.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Öffnungsabschnitt, der durch die Elektrode 11 und die Isolierschicht 12 in Radialrichtung hindurchgeht und der veranlasst, dass die Innenseite und die Außenseite des Werkzeugkörpers 10 in Verbindung stehen, als der Fluidaustrittsbereich 15 genommen. Eine Form des Fluidaustrittsbereichs 15 ist bei Betrachtung aus der Radialrichtung des Werkzeugkörpers 10 eine rechteckige Form, deren Seiten durch Linienabschnitte, die in Umfangsrichtung und in Richtung der Axiallinie O verlaufen, gebildet sind, wie in 2C dargestellt. Die Form dieses Öffnungsabschnitts ist nicht auf die rechteckige Form beschränkt und kann eine Form sein wie zum Beispiel eine kreisförmige oder eine quadratische Form. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt wird, dass der Fluidaustrittsbereich 15 in einer Position ausgebildet ist, die sich näher am Spitzenende 10a des Werkzeugkörpers 10 befindet, ist außerdem die Position des Fluidaustrittsbereichs 15 nicht auf diese Position beschränkt.
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Der Werkzeugkörper 10 weist ferner ein Innenrohrelement (ein Strömungskanalaufteilungselement) 17 auf, das auf der Innenseite der Elektrode 11 angeordnet ist.
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Auf eine ähnliche Weise wie die Elektrode 11 verläuft das Innenrohrelement 17 entlang der Axialrichtung O und bildet eine Röhrenform, die in Axialrichtung O im Wesentlichen die gleichen Abmessungen aufweist wie die Elektrode 11. Das Innenrohrelement 17 ist aus einem flexiblen elektrisch leitfähigen Material, wie z.B. Edelstahl, Kupfer, Titan oder dergleichen, gefertigt. Das Innenrohrelement 17 wird auf einer Innenumfangsfläche 11a der Elektrode 11 zum Beispiel durch Rippen oder dergleichen gestützt, so dass sich das Innenrohrelement 17 in einer Stellung befindet, in der es von der Innenumfangsfläche 11a in Radialrichtung getrennt ist.
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Obwohl nicht in den Zeichnungen dargestellt, werden die Rippen zum Beispiel derart bereitgestellt, dass sie von der Innenumfangsfläche 11a der Elektrode 11 nach innen in Radialrichtung, mit Abständen in Richtung der Axiallinie O und in Umfangsrichtung, hervorstehen, und sind auf einer Außenumfangsfläche 17a des Innenrohrelements 17 befestigt.
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Das Innenrohrelement 17 ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem es aus dem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, aber es wird bevorzugt, dass es aus dem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, so dass elektrochemische Wirkungen auf der Seite des Spitzenendes 10a auch durch das Innenrohrelement 17 erzielt werden. Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform das Innenrohrelement 17 eine kreisförmige Röhrenform, aber es kann zum Beispiel eine polygonale zylindrische Form sein, die einen polygonalen Querschnitt aufweist.
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Diese Art des Innenrohrelements 17 teilt den Strömungskanal FC, der im Inneren der Elektrode 11 ausgebildet ist, in einen ersten Strömungskanal FC1 und einen zweiten Strömungskanal FC2 auf. Insbesondere ist der erste Strömungskanal FC1 ein zylinderförmiger Hohlraum, der um die Axiallinie O zentriert ist und diese umfasst. Außerdem ist der zweite Strömungskanal FC2 ein ringförmiger Hohlraum, der zwischen der Außenumfangsfläche 17a des Innenrohrelements 17 und der Innenumfangsfläche 11a der Elektrode 11 ausgebildet ist und der um die Axiallinie O zentriert ist. Somit ermöglicht es der Fluidaustrittsbereich 15, dass der zweite Strömungskanal FC2 mit der Außenseite des Werkzeugkörpers 10 in Verbindung steht.
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Dann wird die Elektrolytlösung W von dem vorstehend beschriebenen Elektrolytlösungsversorgungselement 6 dem ersten Strömungskanal FC1 und dem zweiten Strömungskanal FC2 zugeführt, während die Strömungsmengen in jedem unabhängig geregelt werden, und die Elektrolytlösung W strömt jeweils durch den ersten Strömungskanal FC1 bzw. den zweiten Strömungskanal FC2.
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In dieser Art des Systems zur elektrochemischen Bearbeitung 1 wird die Elektrolytlösung W derart durch das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3 geleitet, dass sie von dem Spitzenende 10a des Werkzeugkörpers 10 durch den ersten Strömungskanal FC1 und den zweiten Strömungskanal FC2 strömt. Dann wird mittels der ausströmenden Elektrolytlösung W veranlasst, dass ein elektrischer Strom zwischen der Endfläche des Spitzenendes 10a des Werkzeugkörpers 10 und einer Innenfläche der bearbeiteten Bohrung 101 des Werkstücks 100 fließt. Folglich wird das Werkstück 100 elektrolysiert und die herausgearbeitete Bohrung 101 wird in Richtung der Axiallinie O tiefer herausgearbeitet.
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Hierbei wird die Elektrolytlösung W, die von dem Elektrolytlösungsversorgungselement 6 zugeführt wird und die durch den ersten Strömungskanal FC1 strömt, derart geleitet, dass sie aus dem Spitzenende 10a des Werkzeugkörpers 10 direkt zum Werkstück 100 hin ausströmt. Indessen wird ein Teil der Elektrolytlösung W, die durch den zweiten Strömungskanal FC2 strömt, von dem Fluidaustrittsbereich 15 nach außen in Radialrichtung geleitet. Das heißt, ein Teil wird derart geleitet, dass er von dem Werkzeugkörper 10 zur Innenfläche der bearbeiteten Bohrung 101 des Werkstücks 100 hin ausströmt. Ein verbleibender Teil der Elektrolytlösung W, der nicht derart geleitet wird, dass er von dem Fluidaustrittsbereich 15 hinausströmt, wird aus dem Spitzenende 10a des Werkzeugkörpers 10 zum Werkstück 100 hin geleitet.
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Dann übt die Elektrolytlösung W, die von dem Fluidaustrittsbereich 15 hinaus geleitet wird, eine hydrodynamische Kraft aus, die auf die Innenfläche der bearbeiteten Bohrung 101 wirkt. Auf diese Weise wird eine Gegenkraft F zu der hydrodynamischen Kraft auf den Werkzeugkörper 10 ausgeübt, und der Werkzeugkörper 10 wird derart verlagert, dass er sich in Richtung der Gegenkraft F krümmt.
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Durch Bereitstellen des Innenrohrelements 17 wird hierbei der Strömungskanal FC in den ersten Strömungskanal FC1 und den zweiten Strömungskanal FC2 aufgeteilt. Dann kann die Elektrolytlösung W durch das Elektrolytlösungsversorgungselement 6 unabhängig dem ersten Strömungskanal FC1 und dem zweiten Strömungskanal FC2 zugeführt werden. Folglich wird es möglich, dass die Strömungsmenge der Elektrolytlösung W in jeden von dem ersten Strömungskanal FC1 und dem zweiten Strömungskanal FC2 unabhängig geregelt wird.
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Zum Beispiel ist es daher durch Erhöhen der Strömungsmenge der Elektrolytlösung W in den zweiten Strömungskanal FC2 möglich, die Austrittmenge der Elektrolytlösung W, die von dem Fluidaustrittsbereich 15 hinaus geleitet wird, zu erhöhen. Folglich ist es möglich, die Gegenkraft F von dem Werkstück 100, die auf den Werkzeugkörper 10 ausgeübt wird, zu erhöhen. Auf diese Weise ist es möglich, den Betrag der Verlagerung des Werkzeugkörpers 10 zu erhöhen, und eine Verteilung der Stromdichte in Richtung der Krümmung zu lokalisieren. Es ist daher möglich, die herausgearbeitete Bohrung 101 als eine gekrümmte Bohrung, die gebogen ist, auszubilden.
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Durch Reduzieren der Austrittsmenge der Elektrolytlösung W aus dem Fluidaustrittsbereich 15 ist es andererseits möglich, die vorstehend beschriebene Gegenkraft F zu reduzieren, und daher ist es möglich, die herausgearbeitete Bohrung 101, die einen kleinen Krümmungsgrad aufweist, leicht auszubilden. Durch Anhalten der Zufuhr der Elektrolytlösung W zu dem zweiten Strömungskanal FC2 ist es außerdem möglich, die herausgearbeitete Bohrung 101 als eine gerade Bohrung auszubilden.
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Durch geeignetes Einstellen der Menge der Elektrolytlösung W, die dem zweiten Strömungskanal FC2 zugeführt wird, ist es auf diese Weise leicht möglich, den Krümmungsgrad des Werkzeugkörpers 10 einzustellen. Folglich ist es möglich, die gerade Bohrung und die gekrümmte Bohrung unter Verwendung des einzelnen Werkzeugs zur elektrochemischen Bearbeitung 3 herauszuarbeiten. Beim Ausbilden der herausgearbeiteten Bohrung ist es außerdem durch geeignetes Einstellen des Krümmungsgrades des Werkzeugkörpers 10 möglich, die herausgearbeitete Bohrung 101 auszubilden, die eine komplexe Form aufweist, in der die gerade Bohrung und die gekrümmte Bohrung kombiniert sind.
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Gemäß dem System zur elektrochemischen Bearbeitung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der Strömungskanal FC in zwei Kanäle, nämlich den ersten Strömungskanal FC1 und den zweiten Strömungskanal FC2 durch das Innenrohrelement 17 aufgeteilt, und dadurch, dass der zweite Strömungskanal FC2 mit dem Fluidaustrittsbereich 15 in Verbindung steht, ist es leicht möglich, die herausgearbeitete Bohrung 101 in der gewünschten Form, als die gerade Bohrung und die gekrümmte Bohrung, auszubilden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das Innenrohrelement 17 durch die Innenumfangsfläche 11a der Elektrode 11 durch die Rippen oder dergleichen gestützt, wie vorstehend beschrieben. Sofern es möglich ist, das Innenrohrelement 17 in einer Stellung zu halten, in der die Innenumfangsfläche 11a der Elektrode 11 und das Innenrohrelement 17 voneinander getrennt sind, wenn die Elektrolytlösung W zum Strömen veranlasst wird, muss jedoch eine Stützkonstruktion, wie z.B. die Rippen, nicht notwendigerweise bereitgestellt sein.
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Als Nächstes wird ein System zur elektrochemischen Bearbeitung 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist zu beachten, dass Bauelementen, die denen der ersten Ausführungsform gleich sind, gleiche Bezugszeichen zugeordnet sind und eine ausführliche Erläuterung davon hierin ausgelassen wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform weist der Werkzeugkörper 10 ferner ein Stopfenelement 23 auf, das auf dem Innenrohrelement 17 bereitgestellt ist und das den zweiten Strömungskanal FC2 an dem Spitzenende 10a des Werkzeugkörpers 10 versperrt.
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Wie in 3 dargestellt, ist das Stopfenelement 23 an dem Spitzenende 10a des Werkzeugkörpers 10 zwischen dem ersten Strömungskanal FC1 und der Innenumfangsfläche 11a der Elektrode 11 bereitgestellt. Das Stopfenelement 23 ist ein ringförmiges versperrendes Element, das um die Axiallinie O zentriert ist und den Austritt der Elektrolytlösung W aus dem Strömungskanal FC2 verhindert. Außerdem ist das Stopfenelement 23 näher an der Seite des Spitzenendes 10a als der Fluidaustrittsbereich 15 bereitgestellt. Mit anderen Worten ist der Fluidaustrittsbereich 15 näher an der Seite des Basisendes 10b als das Stopfenelement 23 ausgebildet.
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Gemäß dem System zur elektrochemischen Bearbeitung 21 der vorliegenden Ausführungsform wird der zweite Strömungskanal FC2 durch das Stopfenelement 23 an dem Spitzenende 10a versperrt. Folglich ist es möglich, die gesamte Elektrolytlösung W derart zu leiten, dass sie aus dem Fluidaustrittsbereich 15 hinausströmt.
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Durch Regeln der Zufuhrmenge der Elektrolytlösung W aus dem Elektrolytlösungsversorgungselement 6 wird daher die Strömungsmenge der Elektrolytlösung W, die von dem Fluidaustrittsbereich 15 nach außen in Radialrichtung strömt, sogar noch leichter eingestellt. Folglich ist es möglich, die Gegenkraft F zu der hydrodynamischen Kraft, die auf den Werkzeugkörper 10 ausgeübt wird, zu regeln, und daher können die gekrümmte Bohrung und die gerade Bohrung der gewünschten Form sogar noch leichter ausgebildet werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das Stopfenelement 23 an dem Spitzenende 10a des Werkzeugkörpers 10 bereitgestellt, aber es ist nicht auf diese Art der Montageposition beschränkt, und es ist hinreichend, wenn das Stopfenelement 23 zumindest näher an der Seite des Spitzenendes 10a als der Fluidaustrittsbereich 15 bereitgestellt ist. Es ist nämlich hinreichend, wenn das Stopfenelement 23 derart bereitgestellt wird, dass die gesamte Elektrolytlösung W, die durch den zweiten Strömungskanal FC2 strömt, derart geleitet werden kann, dass sie aus dem Fluidaustrittsbereich 15 hinausströmt. Außerdem kann das Stopfenelement 23 einstückig mit dem Innenrohrelement 17 ausgebildet sein. Anstelle des Stopfenelements 23 kann außerdem der Spalt zwischen dem ersten Strömungskanal FC1 und dem zweiten Strömungskanal FC2 zum Beispiel mit Harz oder dergleichen gefüllt werden, so dass der Spalt näher zur Seite des Spitzenendes 10a hin als der Fluidaustrittsbereich 15 versperrt ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend ausführlich erläutert, aber einige Ausgestaltungsmodifizierungen sind möglich.
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Zum Beispiel kann die Elektrode 11 freigelegt werden, indem ein Bereich, auf dem die Isolierschicht 12 nicht bereitgestellt ist, auf der Außenumfangsfläche der Elektrode 11 in einer Position ausgebildet wird, die um 180 Grad um die Axiallinie O von dem Fluidaustrittsbereich 15 getrennt ist. Wenn sich der Werkzeugkörper 10 als Reaktion auf die Gegenkraft F krümmt, wird durch Einsetzen dieser Art von Struktur veranlasst, dass ein elektrischer Strom zwischen dem freiliegenden Bereich der Außenumfangsfläche und der Innenfläche der bearbeiteten Bohrung 101 fließt. Daher wird die Elektrolysierung der bearbeiteten Bohrung 101 auf der Seite des Werkzeugkörpers 10, die gekrümmt ist, beschleunigt, und es ist möglich, die gekrümmte Bohrung effizienter auszubilden.
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Wenn das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3, in dem der freiliegende Bereich der Elektrode 11 auf der Außenumfangsfläche der Elektrode 11 auf diese Weise ausgebildet ist, verwendet wird, um die gerade Bohrung auszubilden, ist es jedoch notwendig, das Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung 3 zu drehen, und es besteht ein Risiko, dass in diesem Moment das Spitzenende 10a des Werkzeugkörpers 10 vibrieren und eine Häufigkeit von Kurzschlüssen an dem freiliegenden Bereich erhöhen kann. Diesbezüglich wird es, wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, durch Aufteilen des Strömungskanals FC in den ersten Strömungskanal FC1 und den zweiten Strömungskanal FC2 und Regeln des Austrittsmenge der Elektrolytlösung W von dem Fluidaustrittsbereich 15 leicht, die Verlagerung des Werkzeugkörpers 10 zu steuern, und daher ist es möglich, die Häufigkeit von Kurzschüssen beim Bearbeiten der geraden Bohrung zu reduzieren.
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Gemäß dem Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung, dem System zur elektrochemischen Bearbeitung und dem Verfahren zum Herstellen eines perforierten Elements, die vorstehend beschrieben sind, sind ein erster Strömungskanal und eine zweiter Strömungskanal in einem Werkzeugkörper aufgeteilt, und es wird veranlasst, dass ein Fluidaustrittsbereich mit dem zweiten Strömungskanal in Verbindung steht. Folglich ist es leicht möglich, eine gekrümmte Bohrung und eine gerade Bohrung in einer gewünschten Form auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System zur elektrochemischen Bearbeitung
- 3
- Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung
- 4
- Bewegungsmechanismus
- 4a
- Halteelement
- 5
- Führungselement
- 5a
- Führungsloch
- 6
- Elektrolytlösungsversorgungselement
- 6a
- Elektrolytlösungsströmungskanal
- 10
- Werkzeugkörper
- 10a
- Spitzenende
- 10b
- Basisende
- 11
- Elektrode
- 11a
- Innenumfangsfläche
- 12
- Isolierschicht
- 15
- Fluidaustrittsbereich
- 17
- Innenrohrelement (Strömungskanalaufteilungselement)
- 17a
- Außenumfangsfläche
- 100
- Werkstück
- 110a
- Spitzenende
- 101
- Herausgearbeitete Bohrung
- O
- Axiallinie
- W
- Elektrolytlösung
- FC
- Strömungskanal
- FC1
- Erster Strömungskanal
- FC2
- Zweiter Strömungskanal
- F
- Gegenkraft
- 21
- System zur elektrochemischen Bearbeitung
- 23
- Stopfenelement
