CH644047A5 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von werkstuecken aus elektrisch leitendem material mittels eines schleifwerkzeuges aus elektrisch leitendem material. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken aus elektrisch leitendem Material mittels eines Schleifwerkzeuges aus elektrisch leitendem Material und einem flüssigen Medium mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10-4 bis 2 . 10~2 Ohm-1 cm-1, wobei an das Werkstück und das Werkzeug Spannungsimpulse angelegt werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Einen besonders vorteilhaften Anwendungsbereich des Verfahrens bilden das Flachschleifen und Rundschleifen (Aussenrundschleifen und Innenrundschleifen) von schwer bearbeitbaren Werkstoffen, wie'Hartmetalle, magnetische und wannfeste Stähle sowie auch das Schärfen von Schneidwerkzeugen.
Die Entwicklung im Flugzeugbau, Automobilbau und in der Elektroindustrie hat zu einer kontinuierlichen Steigerung der Produktion von verschiedenen Metallen und Legierungen mit besonderen Eigenschaften (z.B. Hartmetallen und magnetischen, warmfesten und nichtrostenden Stählen, Wolfram, Zirkonium) geführt. Gleichzeitig sind die Qualitätsaufforderungen der Erzeugnisse bedeutend grösser geworden, wobei diese Erzeugnisse insbesondere keine Fehler (Mi-krorisse, Zubrandstellen, Absplitterungen) an den Oberflächen aufweisen dürfen. Aufgrund der Härte, Zähigkeit oder Sprödigkeit solcher Werkstoffe ist das Schleifen nach den bekannten Verfahren mit einer guten Qualität sehr schwierig-
und ist mit einem grösseren Arbeitsaufwand und Verschleiss des Schleifwerkzeuges verbunden. Besonders wirksam kann man die genannten Werkstoffe in speziellen elektrochemischen («elektrolytischen») Schleifmaschinen bearbeiten. Diese Bearbeitung wird aber aus folgenden Gründen, wenig angewendet:
— die Verwendung von Elektrolytlösungen als Arbeitsmittel ruft eine Korrosion der Ausrüstungen hervor, so dass bestimmte Bauteile aus teuren nichtrostenden Stählen hergestellt werden müssen,
— die bei der Bearbeitung anfallenden Späne werden durch dessen Auflösung und Überführung in Hydroxyd entfernt, was die Reinigung des Arbeitsmittels von Verunreinigungen erschwert und grössere Behälter für Elektrolytlösungen und zusätzliche Reinigungsanlagen (Zentrifugen, Absetzbehälter usw.) erforderlich macht,
— durch eine höhere Energieintensität des Prozesses des elektrochemischen Schleifens ergeben sich Schwierigkeiten, die mit der Zuführung von stärkeren Strömen an das Werkzeug und das Werkstück verbunden sind und es ergeben sich
— grössere Abmessungen, hohe Kosten und eine komplizierte Bedienung der Schleifmaschinen.
Bei einem Verfahren zur Elektrofunkenbearbeitung gemäss dem UdSSR-Urheberschein Nr. 494 130 treten diese Nachteile nicht auf. Bei diesem Verfahren wird das Schleifen mittels eines elektrisch leitenden Diamantenwerkzeuges in einem flüssigen Medium mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10"4 bis 2. 10"2 Ohm-1 cm-1 durchgeführt, wobei gleichzeitig elektrische Entladungen zwischen dem Werkstück und dem Schleifwerkzeug auftreten. Die Rolle des Elektrofunken-vorganges besteht im Reinigen des Werkzeuges (Beseitigung des Verschmutzens des Schleifwerkzeuges) und in einem kontinuierlichen Aufschluss neuer Körner am Werkzeug durch eine teilweise Zerstörung des stromführenden Bindemittels. Ausserdem wird nach der Meinung der Urheber des Verfahrens durch die elektrotheimische Einwirkung auf die Oberfläche des Werkstückes mittels der elektrischen Entladungen die Feinbearbeitlung des Metalls erleichtert.
Wie bekannt, wird bei einem Durchschlag des Dielektrikums zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück diesem Energie zugeführt (Buch von A.L. Liwschitz und and. «Elek-troimpulsbearbeitung von Metallen», Verlag «Maschinenbau», Moskau, 1967, Seite 27).
Aus diesem Grunde wird in dem UdSSR-Urheberschein Nr. 494 130 vorgeschlagen, den Elektroden (Werkzeug-Ano-de, Werkstück-Kathode) Spannungsimpulse zuzuführen, die am Ausgang der Impulsgeneratoren abgegeben werden, welche zur Elektrofunkenbearbeitung bestimmt sind. Mittels solcher Generatoren können in dem mit einem flüssigen Medium gefüllten Raum zwischen den Elektroden Elektrofun-kenentladungen erzeugt werden, und zwar bei einer Frequenz von 8 bis 440 kHz, einem Schaltverhältnis von 1,25 bis 5, einer Impulsdauer von 1,0 bis 100 Mikrosekunden und einer Spannungsamplitude von 65 bis 200 V.
Hauptnachteile dieses Verfahrens sind:
— dass zur Durchführung dieses Verfahrens konstruktiv komplizierte und teure Hochfrequenz-Impulsgeneratoren verwendet werden müssen, die im Betrieb unzuverlässig sind und
— dass infolge einer bedeutenden Verringerung der Spannung am Ausgang solcher Generatoren beim niedrigen Belastungswiderstand der Anwendungsbereich des Verfahrens beschränkt ist.
Der letztgenannte Nachteil, der sich bei den Untersuchungen und der praktischen Einführung dieses1 Verfahrens gezeigt hat, ergibt sich aus dem diesem Verfahren zugrunde liegenden Prinzipes der Erregung von Elektrofunkenentla-dungen in der Arbeitszone mittels Impulsgeneratoren.
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Es werden Hochspannungs- und Hochfrequenz-Impulsgeneratoren für den Betrieb in den Medien mit einer hohen dielektrischen Festigkeit (Öle, Petroleum, flüssige Kohlenwasserstoffe usw.) vorgesehen, die beim Diamanten-Funkenschleifen nicht verwendet werden können, weil die Gefahr eines Entzündens besteht. Die beim Diamanten.- und Funkenschleifen zu verwendenden Arbeitsmittel (z.B. Schmierund Kühlflüssigkeiten für Schleifmaschinen, eine 3% ige Sodalösung) stellen wässrige Lösungen von verschiedenen Stoffen dar und sind im wesentlichen sehr schwache Elektrolytlösungen. Aus diesem Grunde sowie auch dadurch, dass in der Arbeitszone Metallspäne vorhanden sind, ist der ohm-sche Widerstand des Abstandes zwischen den Elektroden bedeutend niedriger als in den Elektrofunkenmaschinen, was zu einer bedeutenden Verminderung der Spannung an dem Ausgang des Generators führt. Auf diese Weise führt jede Vergrösserung der Kontaktfläche zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück oder eine Beschleunigung der Bearbeitung zu einer bedeutenden Verminderung der Spannung am Ausgang des Generatoren und letzten Endes zu einer vollständigen Unterbrechung des elektroerosiven Prozesses. Es wurde versuchsweise festgestellt, dass die Durchführung dieses Verfahrens in den Schleifmaschinen nur bei Kontaktflächen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück von nicht mehr als 2-2,5 cm2 und bei Geschwindigkeiten des Einschnittvorschubes der Scheibe von nicht mehr als 5 mm/ Min. möglich ist. Eime Änderung der Bauart solcher Impulsgeneratoren könnte zu deren Verteuerung und zu einer Vergrösserung der Abmessungen führen sowie das Verfahren vollkommen unwirtschaftlich machen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der obengenannten Nachteile.
Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffe, bei dem die Höhe der elektrischen Impulsspannung, die an das Werkzeug und Werkstück angelegt wird, derart gewählt ist, dass eine wirksame Bearbeitung des Werkstückes bei einem niedrigen ohmischen Widerstand der Belastung (d.h. bei grösseren Kontaktflächen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück oder bei bedeutenden Grössen des Einstechvorschubes) gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Das erfindungsgemässe 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 Quelle der Impulsspannung einfachere, billigere und raumsparende Einrichtungen zu verwenden.
Mit den gewählten Impulsspannungswerten kann die Wiederherstellung der Schneideigenschaften des Werkzeuges und die Zerstörung (Abschmelzen) eines in der Bearbeitungszone des Werkstückes vorhandenen Spanes innerhalb eines grossen Kontaktflächen- und Geschwindigkeitsbereiches des Einstechvorschubes gewährleistet werden. Eine Änderung der genannten Werte der Spannungsimpulse kann entweder einen erhöhten, das ökonomisch vertretbare Mass übersteigenden Verschleiss des Werkzeuges (bei einer Vergrösserung der Leistung der Impulse) oder eine allmähliche Verminderung der Schneideigenschaften des Werkzeuges hervorrufen, was zu einer Verminderung der Leistung bei der Bearbeitung führt.
Das erfindungsgemässe Schleifverfahren beruht auf Forschungen und der Erprobung dieses Verfahrens unter verschiedenen Betriebsverhältnissen. Es wurde nachgewiesen, dass das elektroerosive Reinigen des Werkzeuges und das Aufschliessen von Körnern nicht nur durch die Entladungen zwischen den Elektroden, d.h. durch das Durchschlagen des flüssigen Mittels zwischen den Elektroden, sondern auch durch die Kommutierung der sogenannten «Öffnungslichtbogen», d.h. der elektrischen Entladungen erreicht werden kann, die bei der Unterbrechung der Mikrokontakte zwischen den Elektroden (infolge einer mechanischen Bewegung der Elektroden oder durch die Entwicklung der Entladung) entstehen. (A. L. Liwschitz und and. «Elektroimpuls-bearbeitung der Metalle», Verlag «Maschinenbau», M. 1967, Seite 27).
Die Verwendung von Kontakt- und Bogenentladungen anstelle der Elektrofunkenentladungen zum erosiven Reinigen des Werkzeuges gestattet es:
— den maximalen Amplitudenwert der Spannung von 65-200 V auf 2-50 V zu senken;
— die Frequenz der Impulse von 8-200 kHz auf 3-500 Hz zu senken und
— anstelle der Hochfrequenz-Impulsgeneratoren einfachere und leistungsfähigere Speisungsquellen zu verwenden.
Das für das Entstehen der Kontakt- und Bogenentladungen erforderliche periodische Schliessen und Öffnen der Kontakte zwischen den Elektroden wird durch das Abschmelzen des Spanes durch die Kurzschlussströme oder bei der mechanischen Unterbrechung der Kontakte bei der Drehung des Werkzeuges gewährleistet. Es wird vorgeschlagen, die Zuführung der Spannung zu den Elektroden periodisch, d.h. impulsartig durchzuführen, was einen minimalen Verschleiss des Werkzeuges bei einer ausreichend längeren Standzeit desselben gewährleistet. In der Praxis ändert man in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Werkstoff, das Werkzeug, die Spannungsimpulsdauer von 0,5 bis 10 Millisekunden und die Frequenz der Impulse von 10 bis 500 Hz.
Die elektroerosive Reinigung des Werkzeuges und das Aufschliessen der Körner in der Bearbeitungszone des Werkstückes können sich als ungenügend erweisen. In diesem Fall kann gleichzeitig mit der Bearbeitung des Werkstückes ein elektroerosives Reinigen des Werkzeuges ausserhalb der Bearbeitungszonie des Werkstückes mittels einer Elektrode durchgeführt werden, indem die Spannungsimpulse an das Werkstück, das Werkzeug und die Elektrode angelegt werden.
Bei der Verwendung solcher Impulse erfolgt die Reinigung des Werkzeuges nur beim Vorhandensein des Spanes an dem Werkzeug, wodurch der Verschleiss des Werkzeuges vermindert und ein wirksames Reinigen gewährleistet werden kann.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 4 gekennzeichnet.
Andere Zwecke und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus folgender eingehender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und aus der beigefügten Zeichnung ersichtlich, in der die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung enthält eine Speisungsquelle 1, die mit einem Pol an ein elektrisch leitendes Werkstück 2 angeschlossen ist, das auf einem Tisch 3 befestigt ist. Der zweite Pol der Speisungsquelle 1 ist mit einem elektrisch leitenden Schleifwerkzeug 4 über einen Stromabnehmer 5 verbunden. Das Werkzeug 4 ist von der Schleifmaschine z.B. durch eine Hülse 6 elektrisch isoliert.
Die von der Schleifmaschine isolierte Elektrode 8 zum Wiederherstellen der Schneideigenschaften des Werkzeuges 4 ist an denselben Pol wie das Werkstück 2 angeschlossen und an die Arbeitsfläche des Werkzeuges 4 mittels einer Feder 9 oder eines Hydraulikantriebes mit einer Kraft angedrückt, die das Gleiten der Elektrode 8 auf der Oberfläche
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des Werkzeuges 4 gewährleistet. Es ist eine Düse 7 zur Zuführung eines flüssigen Mediums mit einer, elektrischen Leitfähigkeit von 10~4 bis 2 . 10~2 Ohm-1. cm"1 vorgesehen. Als flüssiges Medium können Schmier- und Kühlflüssigkeiten für Werkzeugmaschinen oder schwache Elektrolytlösungen eingesetzt werden.
Das Schleifen wird wie folgt durchgeführt:
Durch die Düse 7 wird das flüssige Medium zugeführt. Es wird die Speisungsquelle 1 eingeschaltet und an das Werkstück 4, das Werkstück 2 und die Elektrode 8 eine Niederspannung in einem Bereich von 3 V bis zu einem Wert angelegt, der unter dem Wert liegt, der für den Durchschlag der Schicht des flüssigen Mediums zwischen dem Werkzeug 4 einerseits und dem Werkstück 2 und der Elektrode 8 andererseits erforderlich ist, danach wird das Schleifen unter gleichzeitiger Wiederherstellung der Schneideigenschaften des Werkzeuges bei einer Impulsdauer von 0,5-10 Millisekunden und einer Frequenz von 10-500 Hz eingeleitet.
Die entstandenen Kontakt- und Bogenentladungen gewährleisten ein kontinuierliches Reinigen des Werkzeuges 4 sowie auch den Aufschluss der Körner des Werkzeuges.
Dank der erwähnten Werte der Spannungsimpulse findet bei der Wiederherstellung des Schneidfähigkeit des Werkzeuges 4 mittels des Werkstückes 2 keine starke Senkung der Spannung statt, wodurch die Wirksamkeit des Prozesses bei gröss-seren Kontaktflächen zwischen dem Werkzeug 4 und dem Werkstück 2 (bis zu 80-100 cm2) und höheren Geschwindigkeiten des Einstechvorschubes (z.B. beim Anschliff- bis zu 8-10 mm/Min. bei einer Kontaktfläche von 1 cm2) gewährleistet wird. Falls am Werkzeug 4 kein Span vorhanden ist und dessen Körner gut aufgeschlossen sind, wird der zwischen dem Werkzeug 4 und der Elektrode 8 fliessende Strom stark herabgesetzt.
Anstelle einer besonderen Elektrode kann die Düse 7 verwendet werden. In diesem Fall wird sie von der Werkzeugmaschine elektrisch isoliert angeordnet und mit einer auswechselbaren Einrichtung versehen sowie an die Speisungsquelle 1 angeschlossen.
Wenn beim Schleifen des Werkstückes 2 das Werkzeug 4 ausreichend gereinigt und die Körner am Werkzeug 4 ausreichend aufgeschlossen werden, ist die Wiederherstellung der Schneidfähigkeit des Werkzeuges 4 durch die Elektrode 8 nicht erforderlich, d.h. bei der Bearbeitung wird die
Spannung nur an das Werkstück 2 und das Werkzeug 4 angelegt, während an der Elektrode 8 keine Spannung anliegt.
Nachstehend werden die Ergebnisse einer Bearbeitung durch Flachschleifen eines Werkstückes aus einem Hartme-5 tali mit einer Diamantenschleife mit einer Schleiffläche und einer Diamantkorngrösse von 125-160 |im angegeben'. Das Werkstück hatte die Abmessung 70 X 145 X 10 mm. Als Arbeitsflüssigkeit wurde eine wässrige Lösung, bestehend aus 0,3% Nitrid und 0,28% Triäthanolamin verwendet. Die io Speisungsquelle war ein Einweggleichrichter mit einer Leistung von 3 kW bei einer maximalen Amplitudenspannung von 23 V, einer Frequenz der Impulse von 50 Hz und einer Impulsdauer von 1,3 Millisekunden.
Beim Schleifen betrug die Geschwindigkeit des Längs-15 Vorschubes 10-12 m/Min., der Quervorschub 1,5 mm/Hb und die Schleiftiefe 0,05 mm/Schnitt. Als Elektrode 8 wurde eine Stange aus Grauguss mit einem Querschnitt von 16 X 16 mm verwendet. Der Minuspol der Speisungsquelle 1 wurde an das Werkstück 2 und an die Elektrode 8 und der Pluspol der Speisungsquelle 1 an das Werkstück 5 angeschlossen.
Beim Einschalten der Werkzeugmaschine und der Speisungsquelle 1 floss über das Werkzeug 4 und das Werkstück 2 ein Kontakt- und Bogenstrom in der Höhe von 6 A und über das Werkzeug 4 und die Elektrode 8 ein Kontakt- und Bogenstrom vom 2 A. Beim Schleifen von Wolfram-Kobalt-Hart-metallen betrug die Leistung 650 mm3/Min., der relative Verschleiss des Werkzeuges 1,2 mg/gund die Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche 0,5 [im. Die an den Antrieb für das Werkzeug 4 angelegte Leistung wurde auf 1,5 kW stabilisiert.
Bei der Verwendung des bekannten Diamanten-Elektro-funken-Schleifverfahrens unter denselben Bedingungen betrug der relative'Verschleiss 1,2 mg/g bei einer Leistimg nicht über 420 mm3/min.
Die maximale Produktivität beim Schleifen von Wolfram-Kobalt-Hartmetallen unter der Verwendung des beschriebenen Verfahrens und Vorrichtung betrug 2000 mms/min bei einem Verschleiss von 1,3 mg/g, während nach dem bekannten Verfahren die maximale Produktivität nicht einimal 1000 mm3/min bei einem Verschleiss von 1,2 mg/g überstieg. Die Standzeit des Werkzeuges verbesserte sich von 25 min bei dem bekannten Verfahren auf 380 min bei dem beschriebenen Verfahren.
Das beschriebene Verfahren kann dort Anwendung finden, wo schwer bearbeitbare Werkstoffe geschliffen werden.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken aus elektrisch leitendem Material mittels eines Schleifwerkzeuges aus elektrisch leitendem Material und einem flüssigen Medium mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 1Ö~4 bis 2 . 10~2 Ohm-1 cm-1, wobei an das Werkstück und das Werkzeug Spannungsimpulse angelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an das Werkstück (2) und das Werkzeug (4) Spannungsimpulse, deren Amplitude innerhalb eines Bereiches zwischen einem Minimalwert von 3 V und einem Maximalwert, der unterhalb des Durchschlagspannungswertes der zwischen dem Werkstück (2) und dem Werkzeug (4) vorhandenen Schicht des flüssigen Mediums liegt, eingestellt wird, mit einer Impulsdauer von 0,5-10 Millisekunden und einer Frequenz von 10-500 Hz angelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Bearbeitung des Werkstückes (2) das Werkzeug (4) ausserhalb der Bearbeitungszone des Werkstückes mittels einer Elektrode (8) elektroerosiv bearbeitet wird, um die Schneideigenschaften des Werkzeuges (4) wiederherzustellen, wobei die Spannungsimpulse an das Werkstück (2), das Werkzeug (4) und die Elektrode (8) angelegt werden.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Bearbeitung des Werkstückes (2) das Werkzeug (4) mittels einer Düse (7) zum Zuführen des flüssigen Mediums elektroerosiv bearbeitet wird, um die Schneideigenschaften des Werkzeuges (4) wiederherzustellen, wobei die Spannungsimpulse an das Werkstück (2), das Werkzeug (4) und die Elektrode (8) angelegt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, die eine Düse (7) zum Zuführen des flüssigen Mediums und eine Spannungsquelle (1) aufweist, deren Pole über Kontaktglieder an das Werkstück (2) und das Werkzeug (4) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (1) an die Elektrode (8) oder die Düse (7) angeschlossen ist, um das Werkzeug zur Wiederherstellung der Schneideigenschaften elektroerosiv zu bearbeiten.
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