DE2644888A1

DE2644888A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die elektroerosion zur erzeugung von innenhohlraeumen in massiven metallwerkstuecken

Info

Publication number: DE2644888A1
Application number: DE19762644888
Authority: DE
Inventors: Angelo Migoni; Learco Di Piazza
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1975-10-02
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1977-06-23
Also published as: US4104503A; FR2347151A1; IT1069574B; NL7610892A; CA1069855A; DE2644888C2; BE846831A; CH605015A5; IE43630L; ES452529A1; SE7610756L; FR2347151B1; DK154272B; JPS5946727B2; JPS5264096A; IE43630B1; DK154272C; GB1564350A; NL185501B; LU73498A1

Description

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Europäische Atomgemeinschaft

EURATOM

BERLIN: DIPL.-INS. R. MÜLLER-BÖRNER

MÜNCHEN: DIPL.-1NG. HANS-HEINRICH WEY DIPL.-1NG. EKKEHARD KÖRNER

Berlin, 1. Oktober 197b

Verfahren und Vorrichtung für die Elektroerosion zur Erzeugung von Innenhohlräumen in massiven

Metallwerkstücken

(Luxemburg, Nr. 73 ^98 vom 2. Oktober 1975)

9 Seiten Beschreibung 0 Patentansprüche Ί Blatt Druckzeichnungen

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Elektroerosion im Inneren eines massiven, insbesondere elektrisch leitenden Werkstückes.

Ein bekanntes Verfahren der elektroerosiven Metallbearbeitung besteht darin, daß man nach den "Patrize/ Matrize^w-Prinzip ein gegebenes Hohlprofil in dem zu bearbeitenden Werkstück erzeugt. Man erhält dabei eine eindeutige Übereinstimmung zwischen dem Endwerkstück und der Formelektrode. Das setzt offensichtlich voraus, daß man für jeden zu profilierenden Hohlraum vorher die Elektrode mit ihrem bestimmten Relief anfertigen muß. Üblicherweise wird die Elektrode zum zu bearbeitenden Werkstück hin und im Werkstück streng geradlinig bewegt; man kennt aber auch die nichtgeradlinige Bewegung, wenn es sich darum handelt, in einem Werkstück einen gebogenen, kreisrunden Kanal auszuhöhlen (US-PS 3 306 838).

Neben dem ⁿPatrize/Matrize^M-Verfahren benutzt man die Elektroerosion auch zum Zuschneiden und Trennen von Werkstücken. Handelt es sich z. B. darum, einen vorgeschnittenen Kern aus einem Werkstück zu entnehmen (hierzu FR-PS 1 506 733), so wird die Elektrode durch eine Leitbohrung bis zur Wurzel des vorgeschnittenen Kerns in das Werkstück eingeführt. Dann wird der Kern durch einen radialen Sägevorgang vom Rest getrennt; man erhält dabei einen Zylinder. Die bei diesen Beispielen für den bisherigen Stand der Technik durch den eigentlichen Elektroerosionsvorgang erhaltenen Hohlräume überschreiten hinsichtlich Form und Abmessung niemals Form und Abmessung der Elektroden und sind im Grunde einfach mehr oder weniger profilierte Kanäle oder auch Schlitze und Nuten.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektroerosions-Verfahren und eine damit zusammenhängende Elektrodenvorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die Abtragungswirkung durch Elektroerosion mit einem außergewöhnlichen Grad an Freiheit der Elektrodenbewegung erfolgt, so daß die Abmessungen der erhaltenen Hohlräume in massiven Werkstücken nicht mehr von der Elektrodengeometrie abhängen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß einerseits vorgeschlagen, daß man den Leitkanal im Werkstück mit einem Querschnitt fertigt, der gleich dem üffnungsquerschnitt des herzustellenden Hohlraums ist, und eine gelenkige Stiftelektrode in den Kanal einführt, deren Durchmesser beträchtlich geringer ist als der Querschnitt des Kanals, und dadurch, daß man dann das Material des zu erzeugenden Hohlraums in der Arbeitsweise einer Dentalbohrmaschine, jedoch gesteuert, abträgt. Mit anderen Worten ist also das neue Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man nach einem beliebigen Verfahren eine Zugangsaussparung in dem Werkstück hat, indem man in der Zone des auszuhöhlenden Hohlraums einen Offnungsquerschnitfc vorsieht, der gleich dem Öffnungsquerschnitt des gewünschten Hohlraums ist, dadurch, daß man in die Zugangsaussparung das Elektrodensystem einführt, das an seinem Ende in ausgerichteter und steuerbarer Weise eine bewegliche und gelenkige Stiftelektrode geringer als die Breite der Aussparung trägt, und dadurch, daß man die Stiftelektrode auf der Oberfläche der eingearbeiteten Aussparung in gelenkte Bewegung setzt und damit bis zu den äußersten Raumkoordinaten des fortschreitend zu erzeugenden Hohlraums fortschreitet·

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Andererseits wird für die zur Ausführung dieses Verfahrens bestimmte Elektrodenvorrichtung erfindungsgeniiiß vorgeschlagen, daß sie aus einem feststehenden Teil in Form eines Hohlzylinders besteht, in dessen Innerem und koaxial eine Steuerstange angeordnet ist, die an ihrem unteren Teil einen Antriebsvierkant umfaßt, an den die Elektrode angelenkt ist, die um eine rechtwinklig zur Achse des feststehenden Teils liegende Achse schwenken kann, wobei sich die Gesamtheit feststehender Teil und Elektrode je nach den durchzuführenden Bearbeitungen längs der Achse dieses feststehenden Teils und rechtwinklig zur letzteren bewegen und sich um diese Achse drehen kann.

Die Elektrode wird also gleichsam in analoger Weise wie eine Dentalbohrmaschine verwendet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Anwendungen und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. i die erfindungsgemäße Vorrichtung in Betriebsstellung j

Fig. 2 die Elektrodensteuerung im Längsschnitt; und

Fig. 3-ii verschiedene erhaltene Formen. Die Pfeile geben die Bewegungen der Elektrode an. Der üiuweis a) gibt die zu erzeugende Form innerhalb des massiven Werkstücks an; der Hinweis b) die Bewegungen der Elektrode in ihrer Gesamtheit.

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In Fig. 1 ist die Vorrichtung für die Elektroerosion im Inneren eines massiven Werkstücks dargestellt, bestehend aus einem feststehenden Teil in Form eines Hohlzylinders, in dessen Innerem und koaxial eine Steuerstange angeordnet ist, die an ihrem unteren Ende einen Antriebsvierkant umfaßt, an den die Elektrode angelenkt ist, wobei diese Elektrode um eine Achse rechtwinklig zur Achse des feststehenden Teils schwenken kann. Die Gesamtheit feststehender Teil und Elektrode kann sich je nach der durchzuführenden Bearbeitung längs der Achse des feststehenden Teils oder rechtwinklig zur letztern bewegen und sich um diese Achse drehen.

Im vorliegenden Fall sind die möglichen Bewegungen die folgenden:

- Geradlinige Vertikal- und Horizontalbewegung in beiden Richtungen der gesamten Vorrichtung;

- Drehung der Elektrode um eine rechtwinklig zur Achse des feststehenden Teils verlaufende Achse; und

- Geradlinige Drehung und Bewegung des zu bearbeitenden Werkstücks.

Anstelle der Drehung und geradlinigen Bewegung des Werkstücks könnte man auch die Gesamtheit der Elektrode sich in umgekehrter Richtung drehen lassen und dasselbe Resultat erhalten. Im übrigen hat die Richtung der Bewegung in den beiden letzten Fällen keinerlei Bedeutung; wichtig ist lediglich die Relativbewegung.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung 1 in Betriebsstellung gezeigt zur Erzeugung eines kugelförmigen Hohlraumes 2 in einem massiven Werkstück 3> das mit Hilfe eines Futters h auf einer Grundplatte 5 befestigt ist, die sich um ihre vertikale Achse drehen kann, hier verkörpert durch den feststehenden Teil 6 der Vorrichtung 1, Zur Erzeugung

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bestimmter Hohlräume, insbesondere von Rotationsvolumina (Kugel, Zylinder, Kegel usw.), ist eine relative Drehbewegung zwischen Elektrode und Werkstück erforderlich. Es ist gegebenenfalls vorzuziehen, die Elektrode feststehend zu halten und das Werkstück sich drehen zu lassen.

Der feststehende Teil der Vorrichtung 1 bestellt aus einem zylindrischen Metallmantel 6, in dem eine Steuerstange S der Elektrode 9 verschoben werden kann. Der Teil 6 sitzt senkrecht im Körper 10, durch den er hindurchgeht, der horizontal vermittels der Bolzen 12 auf den Stützen 11 befestigt ist.

In der Fig. 2 ist die Vorrichtung 13 zum Steuern der Bewegung der beweglichen Elektrode im Detail gezeigt. Der im Ilauptteil des feststehenden Teils 6 untergebrachte durch eine nicht dargestellte Kurvenscheibe gesteuerte Stössel Ik überträgt die Bewegung über einen durch die Achse 17 geführten Hebel 15 auf einen Antriebs— vierkant 16, an den die Elektrode 9 angeachst ist. Diese besteht aus einem quaderförmigen Graphitstab einfacher Länge (Fig. 2) oder doppelter Länge (Fig. l), der un die Querachse 18 des Elektrodenhalters schwenkt, die im Antriebsvierkant sitzt und auf der Länge eines Radius arbeitet (einfacher Fall) oder gleichzeitig auf der Länge zweier Radien (doppelter Fall von Fig. l).

In Fig. 3 bis 11 sind verschiedene Anwendungen der Elektrode gezeigt, um verschiedene Ausführungen von Rotations-, Quader-, Polyeder- usw. -Hohlräumen zu erhalten. Fig. 3 stellt die Erzeugung einer Kugel dar. Die Elektrode 9 schwenkt um ihren Mittelpunkt um 0 bis 90°, während sich das massive Werkstück um seine Vertikalachse dreht. Während der Bearbeitung führt man durch den Zwischenraum 7 eine dielektrische Flüssigkeit wie Wasser

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Kerosin usw. zu, die dazu dient, die bei der Erosion freigemachten Metallteilchen zu entfernen. Flüssigkeit und Teilchen treten dann durch das Vorloch 19 aus.

Wie man auf allen Figuren sehen kann, genügt es, wenn das Vorloch 19, wenn es nicht unbedingt benötigt wird, genügend groß ist, um die Elektrode in ihrer am wenigsten sperrigen Position durchzulassen.

In Fig. k ist die Ausführung eines Zylinders gezeigt. Abweichend von der vorstehend als Beispiel erwähnten Kugel gibt man der Elektrode mit rechtwinklig zur Vertikalachse angeordnetem, beweglichen Teil eine Längsbewegung, während sich das Werkstück um seine Vertikalachse dreht.

Wie die Fig. 5 zeigt, kann man bei bestimmtem Vorschub durch Kombination der Dreh- und Abwärtsbewegung des beweglichen Teils einen kegelförmigen Hohlraum mit flachem oder sphärischem Boden erzeugen.

Zur Ausführung einer Halbkugel benutzt man nur einen Halbarm als Elektrode, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist.

In Fig. 7 ist die Erzeugung eines Zylinders mit horizontaler Achse gezeigt, wobei man zunächst die Elektrode sich um ihre horizontale Achse drehen läßt und dabei das Werkstück feststehend hält und dann durch eine geradlinige Bewegung den zylindrischen Hohlraum erhält.

In der Fig. 8 ist die Erzeugung eines rechteckigen oder quaderförmigen Raumes dargestellt, wobei man abweichend vom vorstehend beschriebenen Zylinder die Elektrode rechtwinklig zur Vertikalachse stellt und das Ganze längs oder vertikal verschiebt.

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Auf Fig. 9 ist die Ausführung eines trapezförmigen Kohlraumes mit ebenem Boden a) und mit gekrümmtem Boden a') dargestellt. Man verfährt dabei wie für Fig. 5»jedoch wird hier das Werkstück nicht zu einer Drehbewegung angeregt.

Fig. 10 und 11 schließlich veranschaulichen die Ausführung von zwei Hohlräumen, die von der herkömmlichen geometrischen Form abweichen und zeigen, daß die erfindungsgemäße Elektrode für jede beliebige Form oder jeden beliebigen Hohlraum benutzt werden kann, der gewünscht wird.

Wenn ein großes Metallvolumen abzutragen ist, so ist es stets möglich, den größten Teil davon schnell abzutragen, wobei eine rauhe Oberfläche erhalten wird, und dann eine langsame Fertigbearbeitung der Oberfläche durchzuführen. Das abgetragene Metallvolumen hängt natürlich von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie der Art des Metalls, der Elektrode, den Abmessungen des Systems, den elektrischen Parametern usw. und kann in der Größenordnung von Kubikzentimetern pro Minute liegen. Die Arbeitsspannung kann zwischen 100 und 120 Volt liegen und der Strom zwischen 10 und 20 A betragen, wobei die Werte eine Funktion der Elektrode und des zu bearbeitenden Werkstoffs sind.

Um einen Hohlraum bestimmter Form zu erzeugen, erfolgt die Steuerung der Bewegungen der Elektrode und des Werkstücks durch Kurvenscheiben. Ebenfalls möglich ist es, mit der Steuerung der Bewegungen einen Rechner zu betrauen, was insbesondere für sehr komplizierte Hohlräume angebracht erscheint.

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Es versteht sich von selbst, daß die hier in ihrer
Gesamtheit beschriebene Elektrode nicht auf die beschriebenen Anwendungen beschränkt ist, sondern daß auch andere Anwendungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung für die Elektroerosion im Innern eines massiven Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem feststehenden Teil in der Form eines Hohlzylinders (6) besteht, in dessen Innerem und koaxial eine Steuerstange (S) angeordnet ist, die an ihrem unteren Teil einen Antriebsvierkant (l6) umfaßt, an den die Elektrode (9) angelenkt ist, wobei diese Elektrode um eine rechtwinklig zur Achse des feststehenden Teils liegende Achse (18) schwenken kann und die Gesamtheit feststehender Teil und Elektrode je nach der auszuführenden Bearbeitung sich längs der Achse dieses feststehenden Teils oder rechtwinklig zur letzteren bewegen und sich um diese Achse drehen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (9) mit dem Antriebsvierkant (l6) an einem seiner Enden verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (9) in ihrer Mitte mit dem Antriebsvierkant (l6) verbunden ist.

k. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Außenzylinder (6) und der Steuerstange (S) in Richtung zum Innern des zu bearbeitenden Werkstücks von einer dielektrischen Flüssigkeit zum Ausputzen der Erosionsabfälle durchströmt wird.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodensteuerstange (8) an ihrem oberen Teil durch das Profil einer Kurvenscheibe gesteuert wird.

6. Verfahren für die Elektroerosion im Innern eines massiven elektrisch leitenden Wertstücks, dadurch gekennzeichnet, daß man den Leitkanal im Werkstück mit einem Querschnitt fertigt, der gleich dem Üffnungs— querschnitt des herzustellenden Hohlraums ist, und eine gelenkige Stiftelektrode in den Kanal einführt, deren Durchmesser beträchtlich geringer ist als der Querschnitt des Kanals, und dadurch, daß man dann das Material des zu erzeugenden Hohlraums in der Arbeitsweise einer Dentalbohrmaschine, jedoch gesteuert, abtragt.

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