DE1293001C2

DE1293001C2 - Verfahren zur elektroerosiven Herstellung von Ausnehmungen in festen metallischen Koerpern

Info

Publication number: DE1293001C2
Application number: DE1956A0024277
Authority: DE
Inventors: Ullmann Werner
Original assignee: Agie Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles SA
Priority date: 1955-12-30
Filing date: 1956-02-08
Publication date: 1973-10-18
Also published as: BE553823A; FR1192922A; NL93457C; DE1293001B; NL213363A; US2902584A; GB854033A; CH342674A; GB850284A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektroerosiven Herstellung von Ausnehmungen in festen metallischen Körpern, bei dem die Elektrode im Verlauf einer gerichteten Vorschubbewegung eine von dieser abweichende Bewegung relativ zum Werkstück ausführt.

Nach den bisherigen Verfahren der Materialentfernung mittels Elektroerosion konnten bisher im allgemeinen nur prismatische Bohrungen hergestellt werden, wobei die Elektroden zwar beliebig geformt sein konnten, die Bohrungen jedoch an allen Stellen den gleichen Querschnitt aufwLsfn. Auch konnten mittels eines derartigen Verfahrens Gesenke hergestellt werden, wobei die Elektrode die komplementäre Form der herzustellenden Bohrung aufweist.

Es ist ferner bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektroerosiven Herstellung von mit Gewinden oder anderen spiraligen oder helikoidalen Konturen versehenen Innenflächen bekannt (USA.-Patentschrift 2 650979), indem eine Elektrode mit einer zur herzustellenden Ausnehmung komplementären Form in das Werkstück eingedreht wird, wobei gleichzeitig eine lineare und eine rotierende Bewegung ausgeführt wird. Die durch das Eindrehen einer spiralförmigen Elektrode erzeugten Gewinde bzw. Bohrungen mit spiralartigen Nuten konstanter Steigung waren somit insbesondere als Gewindelöcher wie auch als Rohre für Feuerwaffen geeignet.

Außerdem ist eine spiralenförmige Bohrelektrode bekannt (Fertigungstechnik, 4. Jahrgang, Heft 11, November 1954, S. 483) die während ihres Vorschubes in das Werkstück entsprechend der Steigung gedreht wird und ein komplementäres Spiralloch erzeugt.

Ausnehmungen, welche in Vorschubrichtung einen nicht konstanten Querschnitt aufwiesen, bzw. Gewindebohrungen, welche eine nicht konstante Steigung der Gewindegänge hatten, konnten jedoch mit den bisher bekannten Verfahren der Elektroerosion nicht hergestellt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur elektroerosiven Herstellung von Aus-

nehmungen in festen, metallischen Körpern zu schaffen, mit welchem solche Formen von Ausnehmungen erzeugt werden können.

Erreicht wird dies durch vier angegebene Lösungswege, die in den Patentansprüchen 1, 6, 10 und 14 enthalten sind und deren gemeinsames Prinzip darin liegt, daß die verwendete Elektrode aus Kopf und Stiel besteht, wobei der Kopf andere räumliche Abmessungen als der Stiel aufweist, und daß der Elektrodenkopf im Verlauf seiner Vorschubbewegung it> sowohl eine geradlinige Bewegung in dieser Richtung als auch eine anders gerichtete Bewegung gleichzeitig oder in zeitlicher Aufeinanderfolge ausführt.

Derartig geformte Elektr Jen mit einem gegenüber dem Stiel andere räumli^ne Abmessungen aufweisenden Kopf sind zwar bereits bekannt (französische Patentschrift 1 094 910), jedoch wurden bisher diese F-lektroden nicht zur eiektroerosiven Formung von Ausnehmungen gemäß dem oben angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren verwendet. ao

Das vorliegende Verfahren err.iöglicht die Herstellung von Werkstücken oder Bohrungen in Werkstücken, bei denen wenigstens eine der begrenzenden Wandungen kontinuierlich und/oder absatzweise vom geradlinigen Verlauf abweicht. Dabei werden »5 nicht oder nur sehr langsam rotierende Werkzeugelektroden verwendet, welche ein·: Vorschubbewegung relativ zum bearbeiteten Metaüstück ausführen. Die Elektroden mit ihrem aktiven Elektrodenkopf können beispielsweise während ihrer Vorsclv.bbewe- 3" gung zeitweise von ihrer geradlinigen Vorschubrichtung abweichen bzw. eine der Vorschubbewegung überlagerte, anders gerichtete Bewegung ausführen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen ·

F'. g. 1 und 2 die Herstellung einer wellenförmigen Bohrung einschließlich der zur Herstellung verwendeten Elektrode,

F i g. 3 und 4 die Herstellung von innenliegenden Nuten bei zylindrischer Bohrung einschließlich der zur Herstellung verwendeten im Querschnitt gezeigten Elektrode,

F i g. 5 und 6 die Herstellung eines Gewindes einschließlich der zur Herstellung verwendeten Elektrode,

F i g. 7 und S die Herstellung einer Bohrung bei absatzweiser Kombination einer Vorschubbewegung mit einer Drehbewegung einschließlich der zur Herstellung verwendeten Elektrode,

Fig. 9 and 10 die Herstellung einer Bohrung bei absatzweiser Kombination einer Vorschubbewegung mit einer dazu senkrechten Bewegung einschließlich der zur Herstellung verwendeten Elektrode, 55 ₍

Fig. 11 und 12 ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie F i g. 9 und 10,

F i g. 13 die Herstellung einer beliebigen Ausnehmung mit einer Jalousieelektrode und

Fig. 14 die Herstellung einer Bohrung mit einer Teleskopelektrode.

Die angeführten verfahrensmäßigen Ausführungsbeispiele arbeiten vorzugsweise mit Hilfe von Funkenerosion. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung ganz allgemein bei sämtlichen ^6s Verfahren angewandt werden kann, bei welchen Ma- I terial mittels elektrischer Energie erosionsarlig abgetragen wird. Es sei hier insbesondere auf die Materialabtragung mit beschleunigten geladenen Partikeln — wie Ionen oder Elektronen — hingewiesen, wobei jedoch die Elektrodenenden bzw. die aktiven Teile der Elektrode anders- als bei den dargestellteri Ausführungsbeispielen ausgebildet sein müssen.

Wenn zwischen Werkstück und Elektrode eine Gleich- oder Wechselspannung liegt, wird an der Arbeitsstelle zwischen Werkstück und Elektrode in bekannter Weise Material abgetragen, wobei gleichzeitig von Hand oder automatisch mit einer von elektrischen Größen und der Materialzusammensetzung abhängigen Geschwindigkeit ein Vorschub erfolgt.

Die Herstellung von Kanälen, hei welchen die Elektrode in zwei unabhängig voneinander verlaufenden Bewegungsrichtungen fortbewegt wird, soll an Hand von F i g. 1 und 2 dargelegt werden.

Eine mit gleichbleibender Geschwindigkeit in das Werkstück eingeführte Elektrode fühn senkrecht /u der Einführungsrichtun'· 'deine Bewegungen aus, wodurch dem herzustellenden Kanal die gewünschte Form gegeben wird, die in Fig. 1 einer Wellenlinie entspricht. Die Elektrode weist einen kugelförmigen Kopf 1 auf. der an einem geradlinigen Stiel 2 befestigt ist, wobei der Kopf 1 in Bewegungsrichtung eine größere Ausdehnung haben muß als der geradlinige Stiel 2.

Die Darstellung gemäß Fig. 1 kann auch als ein Schnitt durch eine längliciie Bohrung aufgefaßt werden, bei welcher die Elektrode ebenfalls eine Bewegung senkrecht zur Zeichenebene ausgeführt hat, so daß in F i g. 1 das Profil einer prismatischen öffnung dargestellt ist.

In F i g. 3 ist eine Bohrung dargestellt, wie sie beispielsweise bei Rohren von Feuerwaffen verwendet wird. In der Innenwand der Bohrung befinden sich hier Spiralnuten, wodurch einem Geschoß der notwendige Drall vermittelt werden soM. Bei dem vorliegenden Verfahren wird die eine komplementäre Form aufweisende Elektrode mit der gewünschten Steigung in das Werkstück eingedreht. Das Profil der verwendeten Elektrode ist in F i g. 4 gezeigt.

Es ist jedoch auch möglich, die Elektrode nur als Profilscheibe auszubilden. In diesem Fall kann die Steigung der Spiralnuten durch Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit variiert werden. Mit Hilfe eines derartigen Rohres für Feuerwaffen kann beispielsweise der Geschoßdrall während des Durchlaufs durch das Rohr vergrößert werden.

Bei dem in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Gewinde in ein Werkstück eingeschnitten, wobei das in F i g. 6 gezeigte Elektrodenende eine Schraubenbewegung ausführt. Demzufolge ist der Axialbewegung eine Rotationsbewegung überlagert, wobei durch das Verhältnis beider die Steighöhe des Gewindes gegeben ist. Die resultierende Vorsch"bgeschwindigkeit ist dabei in bekannter Weise von den Materialzusammensetzungen des Werkstücks und der Elektrode sowie von Stromstärke, Spannung usw. abhängig.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch keineswegs auf kontinuierliche Bewegungen der Elektroden beschränkt. Ein Beispiel mit diskontinuierlicher Bewegung ist in Fi g. 7 dargestellt, wobei die zugehörige Elektrode in F i g. 8 gezeigt ist. Der Elektrodenkopf 3 kann hier zylindrische Form haben, dessen Stiel 4 exzentrisch an ihm angebracht ist. Die Elektrode wird zunächst bis zu einem Eckpunkt 5 in das Werkstück eingeführt, anschließend der Stiel 4 um 18(1

gedreht, worauf erneut eine Vorschubbewegung durchgeführt wird. Die Bewegung der Elektrode erfolgt also nacheinander in verschiedene Richtungen.

Eine ähnliche Anwendung des Verfahrens ist in Fig. 9 dargestellt, wobei die zur Durchführung vcrwendete Elektrode in Fig. 10 gezeigt ist. Je nach der gewünschten öffnung ist der Elektrodenkopf 6 rund, quadratisch oder eines anderen Querschnitts, während der Stiel 7 vorzugsweise symmetrisch an dem Elektrodenkopf 6 angebracht ist. Hat die in der Darstellung linke obere Ecke des Elektrodenkopfes 6 den Eckpunkt 8 erreicht, führt die Elektrode eine zur bisherigen Vorschubrichtung senkrechte Bewegung aus, um anschließend wieder eine Bewegung in der ersten Vorschubrichtung durchzuführen. Die strichpunktierte »Symmetrielinie« zeigt dabei die Bewegung des Mittelpunktes des Elektrodenkopfes 6.

Eine andere Art von Bohrungen können mit der gleichen Elektrode hergestellt werden, wenn der Elcktrodenkopf 6 nicht nur Bewegungen auf einer ao Kurve ausführt, sondern Flächen umfährt. Ein Beispiel hierfür zeigt Fig. 11. Die in Fig. 12 gezeigte Elektrode wird wieder bis zu Beginn der gewünschten Ausnehmung eingeführt, worauf der Elektrodenmittelpunkt das Viereck ABCD umfährt, wodurch ein entsprechend geformter, erweiterter Raum innerhalb der Bohrung gewonnen wird.

Bei den eben angeführten Beispielen muß die absatzweise Bewegung der Elektrode als eine Vereinfachung des Prinzips zur eindeutigen Darstellung betrachtet werden. Eine weit größere Verschiedenartigkeit von Bohrungen kann durch die gleichzeitige Kombination von Bewegungen in der Vorschubrichtung und in den beiden senkrech; zur Vorschubrichtung verlaufenden Richtungen sowie von Drehungen der Elektrode um ihre Achse erreicht werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 13 dargestellt, wo eine jalousieartige Elektroden durch ein Werkstück hindurchgezogen wird. Bei dieser Durchführung des Verfahrens überlagert sich wieder eine Bewegung der Vorschubrichtung mit einer auf ihr senkrecht stehenden Richtung. Die Führung der Elektrode 11 kann dabei durch seitlich herausragende Stifte erfolgen. Wenn jedoch die seitlichen Führungsschlitze unerwünscht sind, kann die Führung durch von außen einwirkende, magnetische Beeinflussung erfolgen. Die ganze Elektrode oder zumindest der Kern der F.lektrode muß dann aus ferromagnetischem Material bestehen, während das Werkstück in diesem Fall unterschiedliche magnetische Eigenschaf ten aufweisen muß.

Sich überlagernde Bewegungen können auch rela tiv zu anderen Teilen der Elektrode erfolgen; in die sem Fall besteht die Elektrode aus mehreren, gegen einander beweglichen Teilen, die z. B. ineinander geschachtelt sein können. Eine mit einer derartiger Elektrode hergestellte Bohrung ist in Fig. 14 dar gestellt. Nachdem die erste Elektrode 12 cntspre chcnd weit in das Werkstück eingeführt ist, wird Teil 13 aus dem ersten Teil der Elektrode herausgeschoben, anschließend Teil 14 aus Teil 13 usw. Teil If und 16. Mit anderen Worten: Der wirksame, d. h der funkenaussendende Teil der Elektrode verlagerl sich bei diesem Beispiel in der Vorschubrichtung und absatzweise senkrecht zu dieser Vorschubrichtung, Eine derartige »Teleskopelektrode« kann jedoch dadurch viel universeller angewendet werden, daß die Bewegung nicht absatzweise, sondern kontinuierlich und gleichzeitig in den verschiedenen Richtungen erfolgt.

Der Elektrodenantrieb kann bei allen Fällen sowohl von Hand als auch automatisch erfolgen. Als Steuerung zur Automatik sind mechanische, elektrische, elektronische, elektromagnetische, magnetische, hydraulische, pneumatische oder andere Methoden möglich. Die Steuerung kann so erfolgen, daß der Vorschub fest eingestellt ist oder daß die Steuerung den Vorschub so antreibt, daß er von der I.tosionsleistung, also von der Masse des erodierten Materials abhängig ist

Der Vorschub kann bei Funkenerosion aber auch von dem Abstand zwischen F.lektrode und Wcrk-.'iick abhängen, damit zu jedem Zeitpunkt eine ideale Funkenstrecke« zur Erosion vorliegt; ferner kann er von den Strom-Spannungs- oder Frequenzverhiil missen des Generators abhängig sein. In der Praxis wird sich eine Kombination der erwähnten Steucrungsarten als günstig erweisen.

Fernerhin sei noch drauf hingewiesen, daß unter sämtlichen Bewegungen zwischen Werkstück und Elektrode Relativbewegungen verstanden werden sollen. Es ist durchaus denkbar, daß bei einigen Anwendungen die Elektrode in Ruhe bleibt und das Werkstück bewegt wird. Schließlich ist es möglich. daß die in einer Richtung verlaufende Bewegung von der Elektrode, die in einer der anderen Richtungen verlaufende Bewegung jedoch durch das Werkstück ausgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 293 0Oi Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektroerosiven Herstellung von Ausnehmungen in festen metallischen Körpern, bei dem die Elektrode im Verlauf einer gerichteten Vorschubbev.'egung eine von dieser abweichende Bewegung relativ zum Werkstück ausführt und bei dem der geradlinigen Vorschubbewegung die anders gerichtete Bewegung überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Elektrode aus Kopf und Stiel besteht, wobei in an sich bekannter Weise der Elektrodsnkopf andere räumliche Abmessungen hat als der Stiel und kurz gegen die Länge der Ausnehmung ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil (1) der Elektrode längs j.ner ebenen oder räumlichen WeI- ao lenlinie verschoben wird (F i g. 1 und 2).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Elektrodenteil geradlinig vorgeschoben und gleichzeitig relativ zur Vorschubrichtung kontinuierlich und synchron zum Vorschub verdreht wird (Fig. 3 bis 6).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Elektrodenteil geradlinig vorgeschoben und gleichzeitig relativ zur Vorschubrichtung kontinuierlich und asynchron zum Vorschub verdreht wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Bohrung mit mindestens siner im inneren verlaufenden Nut veränderlicher Steigung hergestellt wird.

6. Verfahren zur elektroerosiven Herstellung von Ausnehmungen in festen metallischen Körpern, bei dem die Elektrode im Verlauf einer gerichteten Vorschubbewegung eine von dieser abweichende Bewegung relativ /um Werkstück ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Elektrode aus Kopf und Stiel besteht, wobei der Elektrodenkopf andere räumliche Abmesungen hat als der Stiel und kurz gegen die Länge der Ausnehmung ist, und daß die lineare Vorschubbewegung und die anders gerichtete Bewegung während des Erosionsvorgangs einander ablösen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Elektrodenkopf aufeinanderfolgend geradlinig vorgeschoben, dann um einen exzentrisch zum Mittelpunkt des Elektrodenkopfes gelegenen Drehpunkt um einen vorbestimmten Winkel geschwenkt, anschließend geradlinig weiter vorgeschoben und abermals um den gleichen Drehpunkt am einen vorbestimmten zweiten Winkel geschwenkt wird, welcher Bewegungsvorgang absatzweise beliebig oft wiederholt wird (F i g. 7, 8).

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß linear? Vor- bzw. Rückbewegung in Vorschubrichtung mit einer linearen Querbewegung abwechseln (Fi g. 9 bis 12).

9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine kanalähnliche Ausnehmung krummlinigen und eckigen Verlaufs hergeE'.^It wird (Fig. 1, 7, 9).

10 Verfahren zur elektroerosiven Herstellung von Ausnehmungen in festen, metallischen Körpern bei dem die Elektrode im Verlauf omer gerichteten Vorschubbewegung eine von dieser abweichende Bewegung relativ zum Werkstuck ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß eine jaiousieartiee .,us einzelnen Teilen bestehende Elektrode (U) in Vorsdiubrichtung und quer dazu bewegt

wird (Fig. 13).

11 Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß em nicht ebener Flachksnal hergestellt wird (Fig. 13).

V Verfahren zur elektroerosiven Herstellung vorTAusnehmungen in festen metallischen Korpern, bei dem die Elektrode im Verlauf eine; gerichteten Vorschubbewegung eine von dieser abweichende Bewegung relativ zum Werkstuck ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode mit mehreren teleskopartig angeordneten und ausfahrbaren Elektrodenköpfen verwendet wird (F i g. 14).