DE2917910C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken aus elektrisch leitfähigem Material mittels eines stromführenden Schleifwerkzeuges - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken aus elektrisch leitfähigem Material mittels eines stromführenden SchleifwerkzeugesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkslücken nach den
Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 3. Ein entsprechendes Verfahren ist aus der SU-PS 4 94 130 und eine solche
Vorrichtung aus der GB-PS 12 47 910 bekannt.
Das bekannte Verfahren arbeitet mit einer Impulsfrequenz zwischen 8 und 440 kHz, einem Tastverhältnis
zwischen 1,25 und 5, einer Impulsdauer im Bereich von 1 bis zu 100 \xs und einer Spannungsamplitude von 65 bis
V. Zwischen Werkstück und Schleifwerkzeug entstehen dadurch elektrische Entladungen, die das Werkzeug
von Spänen befreien und durch eine teilweise Zerstörung des stromführenden Binders einen kontinuierlichen
Aufschluß der Schleifkörner bewirken.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, daß die erforderlichen Hochfrequenz-Impulsgeneratoren komplizier;,
teuer und außerdem anfällig sind. Darüber hinaus arbeitet das Verfahren nur bei relativ kleinen Kontaktflächen
zwischen Werkzeug und Werkstück, da die verwendeten Schmier- und Kühlflüssigkeiten im Grunde
schwache Elektrolyten sind und in der Arbeitszone darüber hinaus Metallspäne vorhanden sind, wodurch
der elektrische Widerstand zwischen Werkzeug und Werkstück relativ niedrig ist. Eine Vergrößerung der
Kontaktfläche zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück oder auch eine Änderung der mechanischen Parameter
führt zu einer Erniedrigung des Widerstandes und letztlich zu einer Verminderung der Spannung am Ausgang
des Impulsgenerator und zur Beendigung des elektroerosiven Prozesses. Es zeigte sich, daß die
Durchführung des bekannten Verfahrens nur bei Kontaktflächen zwischen Werkzeug und Werkstück von
nicht mehr als 2 bis 2^ cm2 und Einschnitt-Vorschubgeschwindigkeiten
des Werkzeuges von nicht mehr als 5 mm pro Minute möglich ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen, die mit geringem Aufwand eine wirksame Bearbeitung des Werkstückes
auch bei einem niedrigen ohmschen Lastwiderstand, d. h. bei großen Kontaktflächen zwischen Werkzeug
und Werkstück oder bei hohen Einstech-Vorschubgeschwindigkeiten ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspt !ichs 1 bzw. 3 gelöst.
Das Verfahren gewährleistet eine hohe Leistung bei der Bearbeitung von Werkstücken, ermöglicht das
Schleifen bei beliebigen Kontaktflächen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück und gestattet es, als Impulsspannungsquelle
kleine, einfache und billige Geräte zu verwenden.
Bei dem Verfahren erfolgt die Befreiung des Werkzeuges von Spänen und der Aufschluß der Schleifkörner
nicht über einen Durchschlag des flüssigen Mediums zwischen Werkzeug und Werkstück, sondern über öffnungslichtbogen
einer Kontakt- und Bogenentladung. Das für das Entstehen der Kontakt- und Bogenentladungen
erforderliche periodische Schließen und öffnen von Punktkontakten zwischen Werkzeug und Werkstück
wird durch das Abschmelzen der einen Punktkontakt bewirkenden Späne durch die Kurzschlußströme
oder bei mechanischer Unterbrechung der Kontakte durch die Drehung des Werkzeuges gewährleistet Die
Verwendung einer Impulsspannung vermindert den Verschleiß des Werkzeuges bzw. erhöht dessen Standzeit.
Die Verwendung von Kontakt- und Bogenentladungen anstelle von Elektrofunkenentladungen ist an sich
aus A. L Liwschitz u. a. »ElektroimpuLsbearbeitung von
Metallen«, Verlag »Maschinenbau«, Moskau, 1967, Seite 27, bekannt.
Die durch die Merkmale des Anspruchs 3 beschriebene Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens hat den Vorteil, daß für die Speisung des Werkstückes und der Elektrode zum Richten insgesamt
nur eine Spannungsquelle erforderlich ist
Die Unteransprüche 2 und 4 enthalten bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung.
Das im Unteranspruch 2 beschriebene elektroerosive Richten eines Werkzeuges ist an sich z. B. aus der GB-PS
7 63 109 bekannt. Erfindungsgemäß wird das zusätzliche elektroerosive Richten außerhalb der Bearbeitungszone
deshalb vorgesehen, da die Reinigung des Werkzeuges von Spänen und der Aufschluß der Schleifkörner
in der Bearbeitungszone des Werkstückes sich als ungenügend erweisen kann. Besonders bei Arbeiten
unter erschwerten mechanischen Bedingungen, unter denen das Werkzeug beschleunigt abstumpft, sind zwei
parallel arbeitende Zonen der elektroerosiven Einwirkung auf das Werkzeug erforderlich. Es genügt nicht,
μ unter diesen Bedingungen zum Richten nur die Bearbeitungszone
zu verwenden, weil die Kontaktfläche zu klein dafür ist und die Leistung der Entladungen wegen
der Erhöhung des Werkzeugverschleißes nicht vergrößert werden kann.
hi Zwcckmäßigerwcisc wird die Richtelektrode mit einer
solchen Kraft an das Werkzeug gedrückt, daß sie darüber gleitet. Der mechanische Verschleiß der Elektrode
ist dann gering, und der Prozeß des Richtens er-
folgt nur unter bestimmten Bedingungen. Ist die Werkzeugoberfläche
frei von Spänen und sind die Schleifkörner ausreichend gut aufgeschlossen, so besteht kein
elektrischer Kontakt zwischen Elektrode und Werkzeug und es findet keine Elektroerosion in der Richtzone
statt Befinden sich Späne am Werkzeug oder sind die Schleifkörner stumpf, vermindert sich der Abstand zwischen
Werkzeug und Elektrode und es entstehen ErosionsentladuETfin.
Außerdem erfolgt eine automatische Intensivierung des elektroerosiven Prozesses in der Richtzone, falls der
ohmsche Widerstand der Bearbeitungszone zu groß wird, beispielsweise weil die Kontaktfläche zwischen
Werkzeug und Werkstück besonders klein ist oder weil das Werkstück Abschnitte mit verminderter elektrischer
Leitfähigkeit aufweist
Die Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 4 erlaubt eine besonders einfache Bauart der Schleifmaschine.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert
Die Vorrichtung enthält eine Impulsspam,üngsquelle
1, die mit einem Pol an ein elektrisch leitfähiges Werkstück 2 angeschlossen ist, das sich auf einem Tisch 3
befindet Der zweite Pol der Spannungsquelle 1 ist mit einem stromführenden Schleifwerkzeug 4 über einen
Stromabnehmer 5 verbunden. Das Werkzeug 4 ist vom Rest der Schleifmaschine z. B. durch eine Planscheibe 6
isoliert
Eine von der Schleifmaschine isolierte Elektrode 8 zum Richten des Werkzeuges 4 ist an denselben Pol wie
das Werkstück 2 angeschlossen und wird an die Arbeitsfläche des Werkzeuges 4 mittels einer Feder 9 oder
eines Hydraulikantriebes mit einer Kraft angedrückt, die ein Gleiten der Elektrode 8 über die Oberfläche des
Werkzeuges 4 gewährleistet Es ist eine Düse 7 für die Zuführung eines flüssigen Mediums mit einer elektrischen
Leitfähigkeit von 10~« bis 2 10-2Ohm
-' · cm-' in die Bearbeitungszone des Werkstückes 2 und die Riohtzone des Werkzeuges 4 vorgesehen. Als
flüssiges Medium kann Schmier- bzw. Kühlflüssigkeit für Werkzeugmaschinen oder schwache Elektrolytlösung
eingesetzt werden.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Durch die Düse 7 wird in die Bearbeitungszone das flüssige Medium zugeführt. Dem Werkzeug 4, dem
Werkstück 2 und der Richtelektrode 8 wird von der Spannungsquelle 1 eine Niederspannung im Bereich
von 8 V bis 50 V zugeführt. Ein Durchschlag der Schicht des flüssigen Mediums zwischen dem Werkzeug 4 einerseits
und dem Werkstück 2 und der Elektrode 8 andererseits erfolgt dabei nicht. Der Prozeß des Schleifcns und
des Richtens wird bei einer Impulsdauer von 1 bis 5 ms und einer Impulsfrequenz von 50 bis 500 Hx durchgeführt.
Die in der Bearbeitungs- und der Richtzone entstehenden
Kontakt- und Bogenentladungen gewährleisten ein kontinuierliches Reinigen des Werkzeuges 4 von
Spänen sowie den laufenden Aufschluß der Schleifkörner des Werkzeuges. Dank der erwähnten Parameter bo
der Spannungsimpulse findet beim Schließen des Stromkreises zwischen dem Werkzeug 4 und dem
Werkstück 2 über die Späne keine starke Senkung der Ausgangsspannung statt, wodurch die Wirksamkeit des
Prozesses bei grö3>;ren Kontaktflächen zwischen dem Werkzeug 4 und dem Werkstück 2 (bis zu 80 bis
100 cm2) und höhere Geschwindigkeiten des Einstechvorschubes
(z. B. beim Anschliff bis zu 8 bis 10 mm/min bei einer Kontaktfläche von 1 cm2) ermöglicht wird.
Falls das Werkzeug 4 von Spänen frei ist und die Schleifkörner gut aufgeschlossen sind, ist der Strom im Stromkreis
der Richtzone nur gering.
Anstelle einer besonderen Richtelektrode kann die Düse 7 für die Zuführung des flüssigen Mediums als
Elektrode verwendet werden. In diesem Fall wird sie von der Schleifmaschine elektrisch isoliert, mit einem
auswechselbaren Aufsatz versehen und an die Spannungsquelle 1 angeschlossen.
Wenn die Intensität des Reinigens und des Aufschlusses der Schleifkörner des Werkzeuges 4 in der Bearbeitungszone
des Werkstückes 2 hinreichend groß ist, ist es nicht mehr notwendig, das Werkzeug 4 zu richten. Die
Impulsspannung wird dann nur dem Werkstück 2 und dem Werkzeug 4 zugeführt, während die Richtelektrode
8 nicht verwendet wird.
Nachstehend werden Ergebnisse der Bearbeitung durch Flachschleifen eines Werkstückes aus einem
Hartmetall mit dem peripheren Tv'; einer Diamantenschieiischeibe
mit geradem Profil bei einer Diamantenkorngröße von 125 bis 160 μΐη und einer Konzentration
derselben in der Scheibe von 100% angeführt Die Größe
des Werkstückes betrug 70 · 145 · 10 mm; die verwendete Arbeitsflüssigkeit war eine wässerige Lösung
aus O3°/o Nitrid und 0,2% Triäthanolamin; die Spannungsquelle
1 hatte eine Leistung von 3 kW mit einer maximalen Amplitudenspannung von 23 V, einer Folgefrequenz
der Impulse von 50 Hz und einer Impulsdauer von 1,3 ms.
Die mechanischen Parameter des Schleifens waren wie folgt:
Geschwindigkeit des Längsvorschubes 10 bis 12 m/ min. Größe des Querschubes 1,5 mm/Hub, Schleif tiefe
0,05 mm/Schnitt. Als Elektrode 8 zum Richten des an die Arbeitsfläche elastisch angedrückten Werkzeuges 4
wurde eine Stange aus Grauguß mit einem Querschnitt von 16 · 16 mm verwendet. Der Minuspol der Speisequelle
1 wurde an das Werkstück 2 und an die Richtelektrode 8, der Pluspol an das Werkzeug 4 angeschlossen.
Bum Einschalten der Schleifmaschine und der Spannungsquelle 1 entstand im Schleifstromkreis ein Kontakt-
und Bogenstro.m mit einer Größe vor; 6 A und im Richtstromkreis ein Kontakt- und Bogenstrom von 2 A.
Beim Schleifen von Wolfram-Kobalt-Hartmetallen mit den genannten Parametern betrug die Leistung
650 mmVmin, der relative Verschleiß des Werkzeuges 1,2 mg/g, die Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche C,32
bis 0,5 μιη. Die Leistung am Drehantrieb des Werkzeuges
4 wurde auf 1,5 kW stabilisiert.
Bei der Verwendung des bekannten Diamanten-Elektrofunken-Schleifverfahrens
unter denselben Bedingungen betrug der relative Verschleiß 1,1 mg/g bei einer
Leistung nicht über 420 mnvVmin.
Die maximale Produktivität beim Schleifen von Wolfram-Kobalt-Hartmetallen
unter Verwendung des erfin· dungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrug 2000 mnvVmin bei einem VerschleiG
von 1,3 mg/g, wänrend nach dem bekannten Verfahren die maximale Produktivität nicht einmal 1000 mmVmin
bei einem Verschleiß von 1,2 mg/g erreichte. D?e Standzeit des Werkzeuges bei erschwerten Bedingungen erhöhte
sich von 25 min bei dem bekannten Verfahren auf bis zu 380 min bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Bearbeitung mitteis eines Schleifwerkzeuges,
das Schleifkörner in elektrisch leitender Bindung enthält, wobei ein flüssiges Medium mit einer
elektrischen Leitfähigkeit von 10-* bis 2 · 10~2
Ohm -'cm -' sowie eine elektrische Impulsspannung dem Werkzeug und dem Werkstück zugeführt
werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Spannungsimpulse innerhalb eines
Bereiches von 8 V bis 50 V festgelegt und der Prozeß bei einer Impulsdauer von I bis 5 ms und einer
Impulsfrequenz von 50 bis 500 Hz durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in an sich bekannter Weise gleichzeitig mit der Bearbeitung des Werkstückes (2) ein elektroerosives
Richi-cn des Werkzeuges (4) außerhalb der
Bearbeitungssane des Werkstückes durch eine Elektrode
(8) durchgeführt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die eine Elektrode zum Richten
des Werkzeuges außerhalb der Bearbeitungszone und eine Impulsspannungsquelle enthält, deren Pole
an das Werkzeug, das Werkstück und die Elektrode zum Richten angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode (8) zum Richten des Werkzeuges (4) an denselben Pol der Impulsspannungsquelle
(1) '.vie das Werkstück (2) angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse [T) für die Zuführung eines
flüssigen Mediums in die Zone dei Bearbeitung des Werkstückes (2) als Elektrode (8) zum Richten des
Werkzeuges (4) dient.
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