DE1058169B - Elektrode fuer die Funkenerosion unter Verwendung eines dielektrischen Mediums - Google Patents
Elektrode fuer die Funkenerosion unter Verwendung eines dielektrischen MediumsInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode, insbesondere in Form einer umlaufenden Scheibe, für die
Funkenerosion unter Verwendung eines dielektrischen Mediums. Das Dielektrikum befindet sich dabei in
dem zwischen der Elektrode und dem leitenden Werkstück vorhandenen Funkenspalt, und die formende
Elektrode wird über die zu bearbeitende Werkstückfiäche geführt. Eine derartige Scheibenelektrode kann
auch als »Funken-Schleifscheife« bezeichnet werden, obwohl kein mechanisches Schleifen erfolgt und sogar
jede Berührung zwischen Werkstück und Scheibe unerwünscht ist.
Das verwendete Dielektrikum ist bei den bekannten Erosionsvorrichtungen meist flüssig (Petroleum) oder
gasförmig, dabei können jedoch Schwierigkeiten entstehen. Die dielektrischen Flüssigkeiten lassen sich
nur schwer auf der Oberfläche einer Scheibenelektrode zurückhalten. Es können zwar kontinuierliche Flüssigkeitszuführungen
und Schutzvorrichtungen für die Scheibenflächen eingebaut werden, doch wird stets ein
Sprühregen an der Schneidstelle erzeugt, also an der Stelle, wo eine gute Sicht vorhanden sein muß. Die
Flüssigkeitswellen, die radial über die Oberfläche der Scheibe fließen, behindern auch den Schleif Vorgang
selbst. Die von der umlaufenden Scheibe beim Schleifen des Werkstückes mitgerissene dielektrische
Flüssigkeit spritzt herum, so daß der Arbeiter behindert wird. Die Funken können auch den aus der
dielektrischen Flüssigkeit entstandenen Nebel, der von der Schleifscheibe abgeschleudert wird, zur Entzündung
bringen.
Mit der Erfindung soll eine Scheibenelektrode zum Funkenschleißen geschaffen werden, bei der die erwähnten
Schwierigkeiten behoben sind und die auf einfache und billige Weise frei von einem Sprühregen
aus dielektrischer Flüssigkeit gehalten wird, so> daß auch keine Entzündung erfolgen kann.
Die Erfindung besteht darin, daß die Scheibenelektrode in bekannter Weise eine poröse Oberfläche besitzt
und daß diese mit einem bei Arbeitstemperatur der Scheibenelektrode plastischen dielektrischen
Material überzogen ist.
Es wird also die flüssige und die dampfförmige Phase des Dielektrikums vermieden. Selbstverständlich
kann an der Stelle des Funkenüberganges selbst während der Dauer der einzelnen Funkenentladung
eine winzige Menge des dielektrischen Wachses oder Fettes flüssig oder dampfförmig werden; sie kondensiert
und erstarrt jedoch sofort wieder nach Beendigung der Entladung. Das poröse Material der
Schleifscheibe erlaubt eine gewisse Bevorratung des Dielektrikums.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht das Dielektrikum aus einem plastischen mikro-Elektrode
für die Funkenerosion
unter Verwendung eines dielektrischen
Mediums
unter Verwendung eines dielektrischen
Mediums
Anmelder: .
Firth Sterling Inc.,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Firth Sterling Inc.,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke1 Berlin-Friedenau,
und Dipl.-Ing. K. Grentzenbergr
München 27, Pienzenauerstr. 2,
Patentanwälte
und Dipl.-Ing. K. Grentzenbergr
München 27, Pienzenauerstr. 2,
Patentanwälte
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. August 1955
und 20. April 1956
V. St. v. Amerika vom 30. August 1955
und 20. April 1956
Cecil Paul Porterfield1 Pittsburgh, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
kristallinischen Wachs, insbesondere Petroleumwachs, oder aus einem steifen Fett. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung besteht darin, daß ein Halter, vorzugsweise mit Abstreifern, zum kontinuierlichen
Zuführen des dielektrischen Materials vorgesehen ist, der dieses gegen die Scheibenoberfläche andrückt.
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
an Hand der Zeichnungen. In den Zeichnungen ist
Fig. 1 eine halbschematische Darstellung eines Funkenstromkreises zum Betrieb einer Funken-Schleifvorrichtung
mit der erfindungsgemäßen Scheibenelektrode,
Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht eines mit einem Hartmetallplättchen besetzten Werkzeuges, das ein
Beispiel für Werkstücke ist, die mit der erfindungsgemäßen Maschine vorteilhaft geschärft werden
können,
Fig. 3 eine vereinfachte schaubildliche Ansicht des bei der Maschine nach Fig. 1 auftretenden Funkenbearbeitungsvorganges,
Fig. 4 eine Draufsicht einer abgeänderten Ausführung der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Farmelektrode
oder Schleifscheibe, und
Fig. 5 ist ein Querschnitt der in Fig. 4 dargestellten Scheibe nach Linie 4-4 der Fig. 4.
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In den Zeichnungen sind zwar verschiedene bevorzugte Formen dargestellt und sind dann näher beschrieben,
doch können verschiedene Änderungen und Abwandlungen von diesen Formen \'orgenommen
werden. Die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungen beschränkt, sondern umfaßt
vielmehr alle möglichen Änderungen im Rahmen der Erfindung.
Der Funkenkreis enthält einen Kondensator, der von einer Ladequelle periodisch aufgeladen und dann
über den zwischen zwei Elektroden vorhandenen Spalt kurzzeitig entladen wird, wobei die anodische Elektrode
das Werkstück und die kathodische Elektrode das formende Werkzertg ist. Um eine Verwechslung
mit dem Werkstück, das oft selbst ein Schneidwerkzeug ist, zu vermeiden, wird die Kathodenelektrode
einfach als Elektrode bezeichnet. Befindet sich in dem zwischen den Elektroden vorhandenen Spalt ein Dielektrikum,
kann die Entladung über den Funkenspalt kurzzeitig erfolgen, üblicherweise in wenigen
Mikrosekunden und bei sehr hohen Stromspitzen. In Fig. 1 ist eine Gleichstromquelle 2, beispielsweise ein
A7Olhveggleichrichter. mit dem Sammelkondensator 3 verbunden. Ein Ladewiderstand 4, der in einem der
Leiter zwischen der Stromquelle 2 und Kondensator 3 eingebaut ist, begrenzt den Ladestromkreis auf einen
Sicherheitswert. Die positive Klemme des Kondensators 3 ist mit dem Werkstück 5 \-erbunden, das üblicherweise
eine zu schärfende Werkzeugspitze ist und zur Sicherheit geerdet ist. Die negative Klemme des
Kondensators 3 ist mit der Scheibenelektrode 6 verbunden. Eine einseitig betriebene Stromleitvorrichtung?
liegt in Reihe mit dem zwischen der negativen Klemme des Kondensators und dem Werkstück vorhandenen
Funkenspalt. Die Vorrichtung 7 ist polarisiert, so daß sie den Strom in der bezeichneten Vorwärtsrichtung
leitet, die Rückschwingströme aber blockiert. Wegen der bei der Entladung des Kondensators
auftretenden Spitzenströme erzeugt dieser dargestellte Ladestromkreis bei einem Gleichstrom von
etwa 160 V, einem Ladewiderstand von 16 Ohm und einem Kondensator von 4 Mikrofarad Funkenentladungen
von etwa 3 Mikrosekunden Dauer bei einer Häufigkeit von 20 000 Entladungen je Sekunde. Die
Diode 7 hat in diesem Falle die Form von mehreren parallel geschalteten Germanium-Doppeldioden. Der
durchschnittliche Strom beim Betrieb beträgt 6 bis S Amp. Mit Hilfe des Kathodenstrahloszillographen
wurden Stromentladespitzen von 250 bis 300 Amp. gemessen. Die Anzahl der Entladungen richtet sich nach
der Art des Kippschwingungskreises.
Es können auch Stromkreise mit höherer Spannung verwendet werden, in denen die Funkenhäufigkeit zeitlich
geregelt werden kann. Wichtig ist dabei nur, daß die Entladungen über ein Dielektrikum erfolgen,
dessen elektrische Eigenschaften hohe Stromdichten ermöglichen und so das Metall rasch entfernen.
In der dem Stromkreis nach Fig. 1 zugehörenden Maschine ist die glattflächige umlaufende Elektrodenscheibe
6 so stark ausgeführt, daß jedes Schwingen oder Biegen der Scheibe vermieden wird und daß eine
genügend breite Fläche bleibt, die ein Schleifen an den Seiten oder an der Umfangsfläche der Scheibe ermöglicht.
Eine aus Gußeisen bestehende Scheibe von 250 mm Durchmesser und einer Dicke von 12,5 bis
25 mm ist für allgemeine Anwendungen als zufriedenstellend liefunden worden. Die Scheibe ist auf der
Welle 8 des Motors 9 angebracht.
Das Isolieren des Motors vom Funkenkreis 1 erfolgt mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Der Fuß
10 der Maschine trägt ein Gestell 11, auf dem der Motor befestigt ist. Eine Schutzwand 12 für den
hinteren Abschnitt des Fußes schließt den Motor ein und hat eine lotrechte Zwischenwand 13, in der sich
die Welle 8 zur Vorderseite des Fußes erstreckt. Ein Kugellager 14 paßt mit seinem inneren Laufring über
die Welle, während der Außenlaufring auf der Wand 13 gelagert ist. Eine am Ende des Wellenansatzes vorhandene
Isolierbuchse 15 trägt eine mit Paßsitz angebrachte geflanschte Metallbüchse 16, deren Flansch
17 sich nahe der Wand 13 befindet, von der Wand jedoch einen Isolierabstand hat Eine den elektrischen
Kontakt mit der umlaufenden Scheibe herstellende Bürste 18 wird isoliert von der lotrechten Wand getragen.
Dies ist die Kathodenverbindung für den Funkenentladekreis. Sie ist daher mit der negativen
nicht geerdeten Klemme des Ladekondensators verbunden.
Die Scheibenelektrode hat eine Mittelöffnung, so daß sie über die leitende Buchse 16 mit Paßsitz geschoben
und an den Flansch 17 angelegt werden kann, an dem sie vorzugsweise mit Schraubenbolzen befestigt
wird.
Der Tisch 19 ist waagerecht mit der Scheibe etwas unterhalb ihrer Mitte ausgerichtet, so daß für die
maschinelle Bearbeitung eine große Querfläche zur Verfügung steht. Der Tisch ist in bezug auf das Gestell
drehbar gelagert, so daß er in verschiedene Winkelstellungen eingestellt werden kann. Die Drehung
erfolgt um den Drehzapfen 20 (Fig. 1). Tisch und Gestell sind geerdet, ebenso die positive Elektrode
des Kondensators 3. Ein biegsames Kabel 21 kann zusätzlich mit dem Tisch verbunden sein. Ein
auf dem Kabel befindlicher, aus Kupfer bestehender Halter wird mit dem Werkstück verbunden. Ein im
Gestell gelegener ausziehbarer Trog 23 sammelt das Material, das von der Fläche der Scheibe nach unten
in den Raum zwischen Scheibe und Tisch geschleudert wird.
Bei Verwendung der Maschine wird ein zu schärfendes Werkzeug, beispielsweise das in Fig. 2
dargestellte Werkzeug, das ein Hartmetallplättchen 5 a hat, auf den Tisch in der Nähe des nach unten gerichteten
Abschnittes der Elektrodenscheibe aufgestellt. Im vorliegenden Falle, in dem sich die Scheibe mit
einer Drehzahl von 1750 Umdrehungen je Minute in Rechtsrichtung", gesehen in Fig. 3, dreht, wird das
Werkzeug nahe dem rechtsliegenden Abschnitt der Scheibenvorder fläche aufgestellt.
Erfindungsgemäß wird ein bei Arbeitstemperatur der Scheibe plastisches dielektrisches Material verwendet.
Ein besonders geeignetes Material ist ein halbstarres mikrokristallinisches Petroleumwachs. Diese
Wachse lassen sich in Formeln sehr schwer beschreiben, da ihre Eigenschaften sich mit der Erdölquelle,
den Fraktionen des Erdöls, auf denen sie abgeschieden worden sind, und der Raffinierung ändern.
Die Wachse der hier in Frage stehenden Gruppe sind ein bei Raumtemperatur weicher oder plastischer, also
halbstarrer Stoff, der sich ohne Brechen biegen läßt, im Gegensatz zu raffiniertem Paraffinwachs. Die
Schmelzpunkte aus Rückständen erhaltenen mikrokristallinen Wachse liegen im Bereich von 60 bis
95° C. Wachse mit niedrigerem Schmelzpunkt als 51°C befinden sich bei Arbeitstemperatur der
Scheibenelektrode nahe der flüssigen Phase und neigen zum Spritzen. Die besonders erwünschten
Eigenheiten der untersuchten mikrokristallinischen Wachse fanden sich im allgemeinen bei den mikro-
1
kristallinischen Wachsen, die nicht von Motoröldestillaten oder Rohölbehälterrückständen, sondern
von Rüekstandsöl erhalten wurden. Die kennzeichnenden Eigenschaften sind Geschmeidigkeit, Bruchfestigkeit,
Zähigkeit mit hoher Haftfähigkeit und Dehnbarkeit über einen weiten Temperaturbereich.
Derartige Wachse sind beispielsweise im Gegensatz zu makrokristallinischen Paraffinwaciheen plastisch
und lassen sich ohne Abbröckeln schneiden. Das Wachs wird wegen seiner Eigenschaften nicht von der
umlaufenden Scheibe abgeschleudert, sondern haftet an der Scheibe und erscheint als ein gleichförmiger,
sehr dünner Film über der gesamten Scheibenfläche. Das Wachs dringt infolge der Porosität des Gußeisens
etwas in das Gußeisen ein und wird auf diese Weise in größeren Mengen bevorratet.
Das Wachs wird von Hand auf die Saheibe dadurch aufgebracht, daß ein Lappen mit einem Wachsklumpen
einfach gegen die umlaufende Scheibe gedrückt wird. Es ist nur eine geringe Wachsmenge erforderlich,
um die Scheibenoberfläche genügend zu überziehen. Die Scheibe wird sodann von Wachs
scheinbar wieder freigewischt, doch genügt der zurückbleibende Film zu einem schnellen und wirksamen
Funkenschneiden des Werkstückes. Da das Wachs bei Raumtemperaturen plastisch ist, ist zum Aufbringen
des Wachses kein Erwärmen der Scheibe erforderlich, und das Wachs läuft auch nicht von der
Scheibe ab.
In Fig. 1 ist auch eine mechanische Einrichtung zum Aufbringen des Wachses dargestellt. Am Gestell
ist vor der Scheibe und unterhalb des Tisches ein Hohlzylinder 24 aufgestellt. Ein aus Faserglas bestehender
Wischring oder Abstreifring 25 umgibt das Ende des Zylinders nahe der Scheibe und liegt an
einem unterhalb des Tisches befindlichen Abschnitt der Scheibenfläche an. Der Zylinder ist mit dem zu
verwendenden plastischen dielektrischen Material gefüllt. Ein Kolben 2ö, der sich an dem dem Abstreifende
gegenüberliegenden Ende des Zylinders befindet, wird vorgeschoben, um das Wachs gegen die
Scheibe zu drücken, wenn der auf der Scheibe vorhandene Film erneuert werden muß. Zur Regelung des
Wachsauftrages wird der Kolben 26 AOrzugsweise in den Zylinder eingeschraubt. Kolben 26 hat einen
Handgriff 27, der bei jedem Zustellvorgang um eine kleine Strecke gedreht wird.
Bei Verwendung des Wachses ist die Schneidleistung hoch und völlig zufriedenstellend. Sie ist
nicht auf ein bestimmtes Werkstückmaterial begrenzt. Der Wolframkarbideinsatz und der aus kaltgewalztem
Stahl bestehende Schaft des in Fig. 2 dargestellten Werkzeuges können gleichzeitig mit elektrischen
Funken bearbeitet werden. Es ist kein vorhergehendes Hinterschleifen des Stahlschaftes erforderlich, wie
dies der Fall sein müßte, wenn das Wolframkarbid von einer Diamantschleifscheibe bearbeitet wird. Die
Schleifleistung kommt der mit Kerosin oder den schwereren filmbildenden Ölen als Dielektrikum erzielten
gleich. Das Wachs war bei einer Materialabnähme bei einem Versuch von 5 Minuten Dauer so
wirkungsvoll wie Kerosin und Öl und erforderte kein dauerndes Aufbringen, wie dies bei Kerosin und öl
erforderlich war.
Außer dem Messen und Wiegen der abgenommenen Materialmenge können die Beobachtungen hinsichtlich
der Schleifleistung der Funkenentladungen auch unmittelbar gemacht werden, indem einfach die Helligkeit
und der Ton der Funken beachtet wird. Wenn der Funke »stark« ist und einen scharfen Schlag erzeugt
169
wie bei den Kerosin- und Ölversuchen, dann kann gefolgert werden, daß die Schneidleistung auf oder nahe
ihrem Höchstwert ist. Wenn Funkenton und Helligkeit langsam schwächer werden, nimmt auch die
Funkenschneidkraft ab. Die Sichtüberwachung der Funkentätigkeit wird von dem dünnen Wachsfilm
nicht behindert. Ein mehrere Mimiten dauernder zu hoher Druck auf das Werkstück hat schließlich einen
Kurzschluß zur Folge, der nicht nur durch, den Fortfall oder die Verringerung der Funkenhelligkeit und
des Funkentones, sondern auch durch die klirrende Berührung zwischen den beiden Metallen angezeigt
wird.
Das Wachs ermöglicht eine sehr einfache Betriebseinrichtung, da der Wachsfilm das Werkstück
mechanisch in einem Abstand von der Scheibe hält. Bei der Verwendung der Maschine wird, das zu
schleifende Werkstück auf den Tisch aufgelegt und zur umlaufenden Scheibe vorgeschoben. Wenn eine
Fläche des Werkstückes schwach an der Scheibe anliegt, verhütet der Wachsfilm eine Berührung von
Metall mit Metall, was dadurch angezeigt wird, daß der klirrende Ton fehlt. Bei diesem Abstand erfolgt
eine Funkenbildung, wobei jeder Funke an einer anderen Stelle der Scheibe auftritt, wie dies durch den
Zeitabstand zwischen den Funken und der quer zur Werkstückfläche sich bewegenden, mit Wadhsfilm
überzogenen Scheibenfläche bedingt ist. Die umlaufende Scheibe wird nur an der Funkenentladungsstelle
momentan örtlich erhitzt. Der Wachsfilm wird selbsttätig aufrechterhalten bzw. an jeder Funkenfläche
wieder erhitzt. Als Beispiel für die geringe Größe der auf das Werkstück zur Einwirkung gebrachten
Kräfte und Drücke sowie als Beispiel für die leichte Einstellung und Halterung des Werkstückes
sei angegeben, daß das Werkstück einfach auf den Tisch aufgelegt und gegen die mit einem Wachsfilm
überzogene Scheibenfläche geschoben wird, ohne daß ein mechanischer Druck oder ein von Hand erfolgender
Druck ausgeübt wird. Das AVerkstück wird von den schnell sich bewegenden Scheibenflächen in
seiner Stellung nicht geändert, und die Funkenbildung hält so lange an, bis die Oberfläche »ausgefunkt« ist
und das Werkstück für einen neuen Schnitt wieder vorgeschoben werden muß. Es können jedoch im Bedarfsfall
auch kräftige Drücke zur Einwirkung gebracht werden, da der Wachsfilm nicht leicht von der
Oberfläche abgerieben wird.
Eine Prüfung der verschiedenen Gußeisenscheiben zeigt, daß diejenigen Scheiben, die einen geringeren
Wachsauftrag und eine geringere Wartung erforderten, um die Schleifleistung aufrechtzuerhalten, eine
größere Porosität hatten, wobei vorzugsweise die Poren miteinander in Verbindung standen. Die
Scheibenoberfläche ist nicht rauh, da die Poren von Gußeisen klein sind und keine fühlbare Abweichung
vom glatten Zustand ergeben. Mit einer Stahl- oder Messingscheibe, die porenfrei ist, kann die Funkenbildung
nicht so lange aufrechterhalten werden, ohne daß ein sorgfältiger Druckvorschub des Werkzeuges
erfolgt und das Wachs erneuert wird. Selbst wenn die Gußeisenscheibe nach langer Verwendung und hoher
Funkenbildung warm wird, wird das Wachs in der Scheibe gehalten und nicht von der Scheibe abgeschleudert.
Das Wachs verteilt sich vielmehr besser und erneuert sich auf der Scheibenfläche bei fortschreitender
Bearbeitung. Scheiben, die bei ihrer Herstellung durch Sintern porös geworden sind, können
ebenfalls verwendet werden und haben außerdem noch eine höhere Verschleißfestigkeit.
Claims (7)
1. Elektrode, insbesondere in Form einer umlaufenden Scheibe für die Funkenerosion, unter
Verwendung eines dielektrischen Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenelektrode
(6) in bekannter Weise eine poröse Oberfläche besitzt und daß diese mit einem bei Arbeitstemperatur
der Scheibenelektrodeplastischen dielektrischen Material überzogen ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum ein plastisches
mikrokristallinisches Wachs ist.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum ein mikrokristallinisches
Petroleumwachs ist
4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum ein steifes Fett ist.
5. Elektrode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter (24), vorzugsweise
mit Abstreifern (25), zum kontinuierlichen Zuführen des dielektrischen Materials vorgesehen ist,
der dieses gegen die Scheibenoberfläche (6) andrückt.
6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche der Scheibe eine
oder mehrere in diese hineingearbeitete, bekannte Spiralnuten als Vorratsraum für das dielektrische,
bei der Arbeitstemperatur der Elektrode plastische Material aufweist.
7. Anwendung eines bei Arbeitstemperatur plastischen dielektrischen Materials bei dem Funkenerosionsverfahren
unter Verwendung eines Dielektrikums.
In Betracht gezogene Druckschriften:
»Schriftenreihe des Verlages Technik«, SVT 94.
»Schriftenreihe des Verlages Technik«, SVT 94.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
® 909 52&ϊ17 5.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| US531327A US2838652A (en) | 1955-08-30 | 1955-08-30 | Method and apparatus for spark machining |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=24117191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEF21126A Pending DE1058169B (de) | 1955-08-30 | 1956-08-29 | Elektrode fuer die Funkenerosion unter Verwendung eines dielektrischen Mediums |
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| US (1) | US2838652A (de) |
| DE (1) | DE1058169B (de) |
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| GB (1) | GB796984A (de) |
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| CH346953A (fr) * | 1958-10-01 | 1960-06-15 | Charmilles Sa Ateliers | Procédé d'usinage électrique |
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Non-Patent Citations (1)
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| US2838652A (en) | 1958-06-10 |
| GB796984A (en) | 1958-06-25 |
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