DE3129946A1

DE3129946A1 - Werkzeugelektrode, herstellungsverfahren und verwendung derselben

Info

Publication number: DE3129946A1
Application number: DE19813129946
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Setagayaku Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1981-07-29
Publication date: 1982-03-04
Also published as: FR2487716B1; IT1142788B; GB2081163A; JPS5733928A; US4459453A; FR2487716A1; IT8149007A0; GB2081163B

Description

Inoue-Japax Research. Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken Japan

Werkzeugelektrode, Herstellungsverfahren und .Verwendung

derselben

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte kohlenstoffhaltige Werkzeugelektrode zur elektrischen Entladungsbearbeitung (EDM), deren Herstellung und ein Verfahren zur elektrischen Entladungsbearbeitung eines leitenden Werkstücks mit einer solchen Werkzeugelektrode.

Bei elektrischen Entladungsbearbeitungsverfahren werden eine Werkzeugelektrode und ein leitendes Werkstück unter Abstand bei Einhaltung eines mit einem flüssigen Dielektrikum gefüllten Bearbeitungsspaltes nebeneinandergestellt, und man führt eine Folge von elektrischen Impulsen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zur Erzeugung zeitlich beabstandeter elektrischer Entladungen durch den Bearbeitungsspalt zu, wodurch elektroerosiv Material vom Werkstück abgetragen wird, während die Werkzeugelektrode und das Werkstück relativ

zueinander verschoben werden, um das Werkstück mit einem gewünschten Profil zu bearbeiten. Bei solchen Verfahren kann ein kohlenstoffhaltiger Körper die Werkzeugelektrode bilden, doch wurde eine herkömmliche kohlenstoffhaltige EDM-Elektrode grundsätzlich entweder aus nichtgraphitiertem oder aus graphitiertem Kohlenstoff hergestellt. Es wurde festgestellt, daß diese Werkzeugelektroden während eines EDM-Vorganges einen er^heblichen Verschleiß erleiden und eine verhältnismäßig rauhe EDM-bearbeitete Oberfläche auf dem Werkstück erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte kohlenstoffhaltige EDM-Werkzeugelektrode zu entwickeln, die sich zur weitestgehenden Verringerung des relativen Elektrodenverschleißes oder der Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks und insbesondere beider bei einem EDM-Vorgang eignet, und Herstellungsverfahren für eine solche Werkzeugelektrode und ein verbessertes Anwendungsverfahren für diese Werkzeugelektrode bei der elektrischen Entladungsbearbeitung anzugeben.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst eireWerkzeugelektrode zur elektrischen Entladungsbearbeitung aus einem kohlenstoffhaltigen Körper, mit dem Kennzeichen, daß der Körper gesintert ist und aus 50 bis 90 % graphitiertem Kohlenstoff und Rest nichtgraphitiertem, gleichmäßig darin verteiltem Kohlenstoff besteht. Der Anteil des graphitierten Kohlenstoffs liegt vorzugsweise zwischen 55 und 85 % und insbesondere zwischen 60 und 80 %,

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Körpers für eine solche Werkzeugelektrode, mit dem Kennzeichen ,daß man eine Masse von 50 bis 90 % graphitierten Kohlenstoffteilchen und Rest nichtgraphitierten Kohlenstoffteilchen unter Druck erhitzt.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieseaVerfahrens sind in den ünteransprüchen 2 und 4 bis 11 gekennzeichnet.

Vorzugsweise ist die Bearbeitungsfläche der durch Erhitzen unter Druck hergestellten Werkzeugelektrode durch eine Oberflächedes Körpers gebildet/ die sich im wesentlichen senkrecht zur Druckrichtung während des Erhitzens erstreckt.

Schließlich ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Werkzeugelektrode zum elektrischen Entladungsbearbeiten eines leitenden Werkstücks durch Nebeneinanderstellen der Werkzeugelektröde und des Werkstücks unter Einhaltung eines mit einem flüssigen Bearbeitungsmedium gefüllten Bearbeitungsspaltes, Zuführen einer Folge von elektrischen Impulsen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zwecks zeitlich beabstandeter elektrischer Entladungen durch den Bearbeitungsspalt zur Materialabtragung vom Werkstück und Relativverschieben der Werkzeugelektrode und des Werkstücks zu dessen Bearbeitung mit einem gewünschten Profil.

Auch für das Herstellungsverfahren der Werkzeugelektrode und deren Verwendung gilt, daß der Anteil des graphitierten Kohlenstoffs vorzugsweise zwischen 55 und 85 %

und insbesondere zwischen 60 und 80 % (Gew. oder Vol.) liegt.

Der kohlenstoffhaltige Körper kann also durch Sintern oder Erhitzen einer Masse von 50 bis 90 %, vorzugsweise 55 bis 85 % und insbesondere 60 bis 80 % graphitierten Kohlenstoffteilchen und Rest nichtgraphitierten, gleichmäßig darin verteilten Kohlenstoffteilchen unter Druck hergestellt werden. Während desßinterns kann die Masse biaxial oder von zwei entgegengesetzten Richtungen (biaxiale Kompaktierung) komprimiert werden, sie sollte jedoch vorzugsweise triaxial oder von drei unabhängigen Richtungen (triaxiale Kompaktierung) oder isostatisch (isostatische Kompaktierung) komprimiert werden.

Alternativ · kann der kohlenstoffhaltige Körper hergestellt werden, indem man eine gleichmäßige Mischung eines Vorläufermaterials des graphitierten Kohlenstoffs und eines Vorläufermaterials des nichtgraphitierten Kohlenstoffs oder eine gleichmäßige Mischung von graphitierten Kohlenstoffteilchen und einem Vorläufermaterial des nichtgraphitierten Kohlenstoffs erhitzt. Das Vorläufermaterial des nichtgraphitierten Kohlenstoffs besteht vorteilhaft aus Phenol und/oder Furan.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem relativen EDM-Elektrodenverschleiß· der als Ordinate aufgetragen ist, und dem längs der Abszisse aufgetragenen Graphitanteil; und

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der längs der Ordinate aufgetragenen EDM-Oberflächenrauhigkeit und dem längs der Abszisse aufgetragenen Graphitanteil.

Beispiele

Es werden gesinterte kohlenstoffhaltige Körper hergestellt, die unterschiedliche Anteile von graphitiertem Kohlenstoff und nichtgraphitxertem Kohlenstoff enthalten, wie sie in der Tabelle 1 angegeben sind.

_ 9 ■ -

Probe No.	Nichtgraphitierter Kohlenstoff (%)	Graphitierter Kohlenstoff (%)\|
1-1	37	63
I 1-2 -	37	63
I I 2 - 1	28	72
I I 2-2 j	28	72
I 3 - 1	10	90
I I 3-2	10	90
I 4 - 1	45	55
I 4-2	45	55
I 5 - 1	50	50
I 5 '-. 2	50	50
1-6-1	60	40
1.6- 2	60	40

Tabelle ι

- ίο -

Jede Probe der Tabelle wird hergestellt, indem man unter Druck eine Masse von graphitierten Kohlenstoffpulverteilchen und nichtgraphitierten Kohlenstoffpulverteilchen sintert oder erhitzt, die im angegebenen Mischungsverhältnis miteinander vermischt wurden. Die Proben No. 1-1, 2-1, 3*1, 4-1, 5-1 und 6-1 sind Körper, die unter biaxialer Kompaktierung gesintert oder biaxial oder von zwei entgegengesetzten Richtungen (z. B. +z, -z) komprimiert wurden. Die Prcb'en No. 1-2, 2-2, 3-2, 4-2, 5-2 und 6-2 sind Körper, die unter triaxialer Kompaktierung gesintert oder triaxial oder von drei unabhängigen Richtungen, die zueinander senkrecht stehen (z. B. X, +Z, -Z) komprimiert wurden. Aus diesen Proben No. 1-1,..., 6-2 werden Werkzeugelektroden 1-lP, 1-lS, 1-2P, 1-2S, 2-lP, 2-1S, 2-2P, 2-2S, 3-1P,...,6-lP, 6-1S, 6-2P und 6-2S hergestellt. Bei jeder der Werkzeugelektroden in einer ■Klasse 1-lP, 1-2P,...,6-lP und 6-2P wird ihre Bearbeitungsfläche - zur Nebeneinanderstellung mit einem Werkstück - durch eine solche Oberfläche des Körpers gebildet, die direkt komprimiert ist oder sich senkrecht zur Richtung erstreckt, in der der Körper während des Sinterns komprimiert wurde. Jede der Werkzeugelektroden in der anderen Klasse 1-lS, 1-2S,...,6-1S und 6-2S hat eine Bearbeitungsfläche, die von einer solchen Oberfläche des Körpers gebildet ist, die nicht direkt komprimiert wurde oder sich parallel zur Richtung erstreckt, in der der Körper während des Sinterns komprimiert wurde, oder sich senkrecht zu einer Oberfläche direkter Kompression erstreckt.

3129 9 Λ

- Ii -

Mit jeder dieser Werkzeugelektroden wird ein Werkzeugstahl-Werkstück durch ein EDM-Verfahren unter Verwendung von Kerosin als flüssigem Bearbeitungsmedium und einer Folge elektrischer Impulse mit einem Spitzenstrom Ip von 4,5 A, einer Impulsdauer L'an von 160 ,um und einem Impulsintervall raus von 10 ,um bearbeitet, was eine Werkstück-Materialabtragungsgeschwindigkeit von 0,008 bis 0,024 g/min ermöglicht. Die relativen Elektrodenverschleißwerte (Quotient aus Volumen des Elektrodenverschleißes und Volumen der Werkstückmaterialabtragung) und die Rauhigkeiten der bearbeiteten Oberfläche, die gemessen wurden, sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Elektrode Probe No.	Relative: Elektroden verschleiß (%)	0,04	S	0,4	Oberflächenrauhig keit (uRmax)	4	S	8
	P	0,03	0,04	P	3	4
1-1 (biaxial)	0,06	0,09	5	6
l-2(triaxial)	0,05	0,08	4	4,5
2-l(biaxial)	16	11	18	22
2-2(triaxial)	10	14	16	17
3-lCbiaxial)	18	16	11	12
3-2(triaxial)	12	13	14	20
4-l(biaxial)	11	14	8	10
4-2(triaxial)	7	6	16	18
5-l(biaxial)	7	9	14	17
5-2(triaxial)	6	8	12	18
6-lCbiaxial)
6-2(triaxial)

In den graphischen Darstellungen der Fig. 1 und sind die Beziehung zwischen dem Graphitanteil in der Graphit/Kohlenstoff-EDM-Elektrode und dem relativen EDM-Elektrodenverschleiß bzw. die Beziehung zwischen dem Graphitanteil und der EDM-Oberflächenrauhigkeit dargestellt. In diesen Figuren gilt jede mit . P2 bezeichnete Kurve für eine Werkzeugelektrode, deren Bearbeitungsfläche durch eineOberflache direkter Kompression der biaxialen Kompression während des Sinterns gebildet ist, und jede mit P3 bezeichnete Kurve gilt für eine Werkzeugelektrode, deren Bearbeitungsfläche durch eine Oberfläche direkter Kompression der triaxialen Kompression während des Sinterns gebildet ist. Jede mit S2 bezeichnete Kurve gilt für eine Werkzeugelektrode, deren Bearbeitungsfläche sich senkrecht zu der Oberfläche direkter Kompression der biaxialen Kompression erstreckt, und jede mit S3 bezeichnete Kurve gilt für eine Werkzeugelektrode, deren Bearbeitungsfläche sich senkrecht zu der Oberfläche direkter Kompression der triaxialen Kompression erstreckt.

Aus den graphischen Darstellungen der Fig.l und 2 ist ersichtlich, daß ein kritischer Bereich des Graphitanteils zwischen 50 und 90 % sowohl für den relativen Elektrodenverschleiß als auch für die Oberflächenrauhigkeit existiert. So verringern sich sowohl der relative Elektrodenverschleiß als auch die Oberflächenrauhigkeit scharf in diesem Bereich des Graphitanteiis und erreichen ein Minimum. Man kann

erkennen, daß der Graphitanteil· vorzugsweise im Bereich von 55 bis 85 % und noch bevorzugter zwischen 60 und 80 % liegen sollte. Man sieht weiter, daß ein unter triaxialer Kompression gesinterter Körper einen besseren (niedrigeren) Elektrodenverschleiß und eine niedrigere richtungsabhängige Abweichung sowohl beim Elektrodenverschleiß als auch bei der Oberflächenrauhigkeit als der unter biaxialer Kompression gesinterte Körper ergibt.

Der neue kohlenstoffhaltige Körper für eine EDM-Werkzeugelektrode gemäß der.Erfindung kann auch hergestellt werden, indem man eine gleichmäßige Mischung von graphitierten Kohlenstoffteilchen und einem Vorläufermaterial des nichtgraphitierten Kohlenstoffs in flüssiger oder fester Form sintert. Der Körper kann auch hergestellt werden, indem man eine gleichmäßige Mischung eines Vorläufermaterials des graphitierten Kohlenstoffs und eines Vorläufermaterials des nichtgraphitierten Kohlenstoffs sintert. Das Vorläufermaterial des nichtgraphitierten Kohlenstoffs besteht vorteilhaft aus Phenol, Furan oder irgendeinem anderen Ausgangsmaterial von glasartigem Kohlenstoff, während das Vorläufermaterial des graphtierten Kohlenstoffs ein Koks und/oder ein Petroleumpech sein kann, wie es auf dem Kohlenstoff an sich

bekannt ist. Schließlich ist eine Herstellung des Körpers durch Sintern einer gleichmäßigen Mischung aus einem Vorläufermaterial des graphitierten Kohlenstoffs und nichtgraphitierten Kohlenstoffteilehen möglich.

Claims

Patentansprüche

( 1.) Werkzeugelektrode zur elektrischen Entladungsbearbeitung aus einem kohlenstoffhaltigen Körper, dadurch gfe kennzeichnet,

daß der Körper gesintert ist und aus 50 bis 90 % graphi· tiertem Kohlenstoff und Rest nichtgraphitiertem, gleichmäßig darin verteiltem Kohlenstoff besteht.
2. Verfahren zur Herstellung eines Körpers für eine Werkzeugelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man eine Masse von 50 bis 90 % graphitierten Kohlenstoff teilchen und Rest nichtgraphitierten Kohlenstoffteilchen unter Druck erhitzt.
3. Nach Anspruch 2 hergestellte Werkzeugelektrode, dadurch gekennzeichnet,

daß ihre Bearbeitungsfläche durch eine Oberfläche des Körpers gebildet ist, die sich im wesentlichen senkrecht zur Druckrichtung während des Erhitzens erstreckt.
4. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß man die Masse während des Erhitzens isostatisch

komprimiert.

58l-(AlO73)-TF
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse während des Erhitzens biaxial komprimiert.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse während des Erhitzens triaxial komprimiert.
7. Verfahren zur Herstellung eines Körpers für eine Werkzeugelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung aus einem Vorläufermaterial des graphitierten Kohlenstoffs und einem Vorläufermaterial des nichtgraphitierten Kohlenstoffs erhitzt.
8^ Verfahren zur Herstellung eines Körpers für eine Werkzeugelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung aus graphitierten Kohlenstoffteilchen und einem Vorläufermaterial des nichtgraphitierten Kohlenstoffs erhitzt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorläufermaterial des nichtgraphitierten Kohlenstoffs wenigstens ein Material der Gruppe Phenol und Furan verwendet wird.

_ 3 —
10. Verfahren zur Herstellung eines Körpers für eine Werkzeugelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man eine gleichmäßige Mischung aus einem Vorläufermaterial des graphitierten Kohlenstoffs und nichtgraphitierten Kohlenstoffteilchen erhitzt.
11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet,

daß als Vorläufermaterial des graphitierten Kohlenstoffs wenigstens ein Material der Gruppe Koks und Petroleumpech verwendet wird.
12. Verwendung einer Werkzeugelektrode nach Anspruch 1 oder 3 oder nach Herstellung gemäß einem der Ansprüche und 4 bis 11 zum elektrischen Entladungsbearbeiten eines leitenden Werkstücks durch Nebeneinanderstellen der Werkzeugelektrode und des Werkstücks unter Einhaltung eines mit einem flüssigen Bearbeitungsmedium gefüllten Bearbeitungsspaltes, Zuführen einer Folge von elektrischen Impulsen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zwecks zeitlich beabstandeter elektrischer Entladungen durch den Bearbeitungsspalt zur Materialabtragung vom Werkstück und Relativverschieben der Werkzeugelektrode und des Werkstücks zu desnen Bearbeitung mit einem gewünschten Profil.