CH538906A

CH538906A - Verfahren zum Elysieren von Werkstücken, Maschine zur Durchführung dieses Verfahrens und Anwendung des Verfahrens

Info

Publication number: CH538906A
Application number: CH853670A
Authority: CH
Inventors: Bodmer Ernst
Original assignee: Mikron Ag Maschf
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1970-06-08
Publication date: 1973-07-15

Description

Der wirtschaftliche Einsatz von Elysierverfahren scheitert in vielen Fällen daran, dass die Abtragsleistung und die erreichbare Präzision zu gering sind. Das führt dazu, dass zum hohen Aufwand für das Elysieren noch ein sehr hoher Aufwand für eine Nachbearbeitung, z. B. mittels üblicher Schleifverfahren kommt. Damit fällt die Herstellung gewisser an sich sehr interessanter Produkte aus rein wirtschaftlichen Erwägungen ausser Betracht. Das ist besonders der Fall, wenn die Grösse der Werkstücke bzw. der zu bearbeitenden Oberfläche bestimmte Grenzen überschreitet, z. B. bei der Herstellung grösserer Von-Hartmetallwälzfräser.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Elysieren von Werkstücken mit hoher Abtragsleistung und zugleich auf hohe Präzision, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass mittels mehrerer Elektroden, nacheinander mit zunehmender Eindringtiefe und zunehmender Annäherung an die Endform, längs desselben Weges, gleichzeitig bearbeitet wird. Da in dieser Weise zugleich die Abtragsleistung erhöht und die Annäherung an die gewollte Endform weitergetrieben werden kann, erhöht sich die Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens in doppelter Hinsicht, nämlich durch Abkürzung sowohl des Elysiervorganges als auch der Nachbearbeitung.

In gewissen Fällen kann sogar die Nachbearbeitung wegfallen wo bisher eine Nachbearbeitung unvermeidbar war.

Die erfindungsgemässe Elysiermaschine zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Satz von Elysierelektroden mit der gewünschten Endform stufenweise angenäherter Form.

Vorzugsweise kann die Standzeit der Elysierelektroden und damit wiederum die erreichbare Bearbeitungsgenauigkeit dadurch verbessert werden, dass dem Elektrolyten mindestens ein Metallsalz zugesetzt wird, das einen Metallauftrag an die Elysierelektroden bildenden Schleifscheiben ergibt und damit die Abnützung derselben herabsetzt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anwendung des erwähnten Verfahrens zur Herstellung von Voll Hartmetallwälzfräsern, insbesondere solchen mit Durchmessern von mindestens 50 mm und einem Modul von mindestens 1. Trotz der unbestrittenen Vorteile von Voll-Hartmetallfräsern in bezug auf Schnittgeschwindigkeit und Schnittleistung wurde die Herstellung solcher Fräser in den oben erwähnten Dimensionen bisher nicht für technischwirtschaftlich möglich gehalten.

Bei den an Fräsern von über 50 mm Durchmesser und Modulzahlen über 1 zu erwartenden abzutragenden Volumen wird der Verschleiss der zur Bearbeitung verwendeten Elysier-Schleifscheiben, die nur geringe Durchmesser aufweisen können, so hoch, dass infolge der Abnützung derselben eine geringe Endpräzision der elektrolytischen Bearbeitung und damit eine sehr umfangreiche Nachbearbeitung durch Schleifen erwartet werden musste. Hohe Bearbeitungszeiten und Kosten verbunden mit geringen Standzeiten der Werkzeuge liessen es daher als unrealistisch erscheinen, Voll-Hartmetallwälzfräser mit über den oben erwähnten Grenzen liegenden Abmessungen industriell herstellen und einsetzen zu wollen.

Bei der erfindungsgemässen Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens werden für die wirtschaftliche Herstellung von Voll-Hartmetallfräsern die Lücken zwischen den Fräserzähnen gleichzeitig mittels aufeinanderfolgender Schleifscheiben elysiert, wobei die letzte Schleifscheibe, durch Abtrag der geringsten Materialstärke, auf-höchste Präzision bearbeitet. Durch den Einsatz gleichzeitig mehrerer Schleifscheiben kann die Bearbeitung wesentlich beschleunigt und zugleich die letzte, auf höchste Präzision bearbeitende Schleifscheibe derart geschont werden, dass sie eine hohe Standzeit erreicht, während die vorhergehenden Scheiben ein wesentlich höheres Bearbeitungsvolumen bewältigen können, dafür aber nur auf geringe Präzision bearbeiten und somit ihre Abnützung auf die Endpräzision der elektrolytischen Bearbeitung keinen Einfluss hat.

Während die elektrolytische Bearbeitung bei bekannten Verfahren Übermasse in der Grössenordnung von l/lo mm belässt, gelangt man mit dem erfindungsgemässen Verfahren bis auf wenige Hundertstel-mm an die Endmasse heran und kann so die Nachbearbeitung durch Schleifen erheblich entlasten.

Auch die oben erwähnte weitere Massnahme zur Erhöhung der Standzeiten kann mit Vorteil angewendet werden, indem dem Elektrolyten ein Metallsalz zugesetzt wird, das einen Metallauftrag an den Schleifscheiben ergibt und damit die Abnützung derselben herabsetzt. Diamantschleifscheiben weisen ein metallisches, leitendes Bindemittel, z. B. Bronze auf, und es kann daher mit Vorteil ein Salz eines in der Scheibenmasse enthaltenen Metalls, z. B. ein Kupfersalz zugesetzt werden. Der Auftrag kann dabei durch die Konzentration des Salzes gesteuert und damit die Abnützung der Schleifscheibe weitgehend reguliert werden.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die Zeichnung den elektrolytischen Schleifvorgang schematisch darstellt.

Zur Herstellung eines Voll-Hartmetallwälzfräsers wird vorerst ein Rohling mit einer Bohrung und mit einzelne Zahnstollen voneinander trennenden Nuten vorgesintert.

Auch die Mitnehmernut (Keilnut) in der Bohrung ist vorgesintert. Die Bohrung, die Stirnseiten und die Mitnehmernut werden nun geschliffen.

Der so vorbearbeitete Rohling wird jetzt auf einen Bearbeitungsdorn aufgezogen und mittels eines elektrolytischen Verfahrens werden die Aussenflächen der Stollen bearbeitet, um den Freiwinkel, d. h. die Neigung der Stollen bzw. der nachträglich gebildeten Fräserzähne nach hinten unten zu bilden.

Auf demselben Bearbeitungsdorn, gegebenenfalls jedoch auch auf einem anderen Dorn einer Elysiermaschine, wird nun die eigentliche Verzahnung vorgenommen. Die Anordnung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Der auf den nicht dargestellten Dorn mit Achse 1 aufgespannte Rohling 2 aus Sintermaterial wird durch einen Satz von drei Elysierschleifscheiben 3, 4 und 5 bearbeitet. Diese Schleifscheiben sitzen auf einer Welle 6. In der in der Zeichnung dargestellten Projektion liegt die Achse 1 des Dorns und diejenige der Welle 6 parallel. Senkrecht zur Zeichnungsebene, d. h. zu einer Ebene, die durch die Achse 1 des Werkstücks und die innersten Bearbeitungspunkte der bearbeitenden Schleifscheiben bestimmt ist, weist die Achse der Welle 6 eine Neigung von 3" 15' auf, die der Steigung des Fräsers entspricht.

Diese Neigung kann eingestellt werden, wobei der Schwenkpunkt 7 in der Mitte der Scheibe 5 liegt.

Beim dargestellten Stadium der Bearbeitung befinden sich die Schleifscheiben 3-5 bereits alle voll im Eingriff. Die erste Scheibe 3 bearbeitet dabei auf eine Tiefe von beispielsweise 2,1 mm. Die zweite Scheibe 4 bearbeitet auf eine Tiefe von 4,2 mm, also um weitere 2,1 mm. Die letzte Scheibe 5 bearbeitet auf eine Tiefe von 4,5 mm, also um weitere 0,3 mm. Es ist somit ersichtlich, dass die beiden ersten, der Rohbearbeitung dienenden Scheiben 3 und 4 bedeutend tiefer bearbeiten als die letzte Scheibe. Die letzte Scheibe ist daher auch einer weit geringeren Abnützung unterworfen und kann daher zur Bearbeitung auf hohe Präzision dienen.

Der Abstand der drei Schleifscheiben 3, 4 und 5 voneinander ist gleich dem Abstand zwischen benachbarten Zahnlücken des zu erzeugenden Fräsers, d. h., die Scheiben bearbeiten unmittelbar aufeinanderfolgende Gänge des Fräsers.

Die Profile der Schleifscheiben sind entsprechend der Bearbeitungstiefe und -weite abgestuft.

Während der Bearbeitung wird der Dorn mit dem Werkstück 2 in Richtung des Pfeils 9 in der Zeichnung vorgescho ben und zugleich erfolgt eine Drehung, wobei Vorschubgeschwindigkeit und Drehgeschwindigkeit entsprechend der Steilheit der Fräserschnecke koordiniert sind. Zugleich rotieren die Schleifscheiben 3-5 mit hoher Geschwindigkeit. Der Vorschub in Umfangrichtung beträgt z. B. 33 mm/min. Die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheiben beträgt z. B.

38 m/sec.

Die Bearbeitung erfolgt unter ständiger Zufuhr eines geeigneten Elektrolyten. Dieser enthält ausser den beim Elysierschleifen üblichen Nitraten und Nitriten von Natrium und Kalium zusätzlich 20 g Cu(NO3)2 6 H20 und 35 ml NH40H pro Liter des Elektrolyten. Die verwendeten Diamant-Schleifscheiben 3-5 weisen einen Durchmesser von 40 mm auf. Als Bindemittel ist Bronze vorgesehen. Während der Bearbeitung wirken die Schleifscheiben 3-5 als Kathoden, so dass der Zu- satz von Kupfernitrat (Cu(NO3)2 6 H20) einen Niederschlag von Kupfer auf den Schleifscheiben bewirkt.

Es ist nun möglich, die Stromdichte und die Konzentration dieses Zusatzes so aufeinander abzustimmen, dass dieser ständige Kupferniederschlag, der natürlich bei der Bearbeitung auch laufend wieder abgetragen wird, die Abnutzung der Schleifscheiben ganz erheblich verzögert. Es ist damit möglich, dieselben Schleifscheiben wesentlich länger ohne Nachbearbeitung zu benützen, was sich auf die Wirtschaftlichkeit und Genauigkeit des Verfahrens sehr günstig auswirkt.

Nach erfolgter elektrolytischer Bearbeitung werden vorerst die Fräserzähne in an sich bekannter Weise auf die Endabmessungen geschliffen, dann wird die Zahnbrust geschärft und schliesslich werden die Zahnkanten gebrochen. Zu diesem Zwecke wird der Fräser mit einer geeigneten Mischung trovaliert.

Das beschriebene Elysierverfahren lässt sich entsprechend auf viele andere Bearbeitungsaufgaben, insbesondere an zylindrischen Werkstücken anwenden. Es ist aber auch möglich, eine geradlinige oder beliebige andere Relativbewegung anstatt einer Abwälzbewegung zwischen Werkstück und Elektroden zu wählen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

I. Verfahren zum Elysieren von Werkstücken, mit hoher Abtragsleistung und auf hohe Präzision, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mehrerer Elektroden, nacheinander mit zunehmender Eindringtiefe und zunehmender Annäherung an die Endform, längs desselben Weges, gleichzeitig bearbeitet wird.

II. Elysiermaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen Satz von Elysierelektroden mit der gewünschten Endform stufenweise angenäherter Form.

III. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I zur Herstellung von Voll-Hartmetallwälzfräsern, wobei die Vorbearbeitung elektrolytisch erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücken zwischen den Fräserzähnen gleichzeitig mittels aufeinanderfolgender Schleifscheiben elysiert werden, wobei die letzte Schleifscheibe, durch Abtrag der geringsten Materialstärke, auf höchste Präzision bearbeitet.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Standzeit der Elysierelektroden mindestens ein Metallsalz zugesetzt wird, das einen Metallauftrag an die Elysierelektroden bildenden Schleifscheiben ergibt und damit die Abnützung derselben herabsetzt.

2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Salz eines im Bindematerial der Schleifscheiben enthaltenen Metalls zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schleifscheiben mit Bronze als Bindemittel verwendet werden und dass dem Elektrolyten Cu (N03)2+6 H20 zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 38 m/sec. bearbeitet wird.

5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Vorschub von 35 mm/min. bearbeitet wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Spannung-Uo = 7V gearbeitet wird.

7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Strom von höchstens 22A gearbeitet wird.

8. Maschine nach Patentanspruch II zur Herstellung von Voll-Hartmetallwälzfräsern, gekennzeichnet durch einen Satz von Zahnprofil-Schleifscheiben von abgestuftem Profil.

9. Maschine nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz von Schleifscheiben auf einer gemeinsamen Welle sitzt.

10. Maschine nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle in bezug auf eine Ebene durch die Werkstückachse und den tiefsten Bearbeitungspunkt der letzten Scheibe eine Neigung aufweist.

11. Maschine nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung 3 15' beträgt.

12. Maschine nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Welle in der Mitte der letzten Scheibe die erwähnte Ebene durchstösst.

13. Maschine nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle um den Durchstosspunkt ihrer Achse durch die genannte Ebene schwenkbar ist, um ihre Neigung einzustellen.