DE3446629A1

DE3446629A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrochemischen entgraten von metallischen werkstuecken

Info

Publication number: DE3446629A1
Application number: DE19843446629
Authority: DE
Inventors: Wilfried 8500 Nürnberg Heide
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Heide Wilfried 90478 Nuernberg De
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1986-07-03
Also published as: DE3446629C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum elektrochemischen Ent-
graten von metallischen Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrochemischen Entgraten von metallischen Werkstücken, bei dem in einem Elektrolyten das Werkstück als Anode und entsprechend den zu entgratenden Kanten des Werkstückes ausgebildete Gegenelektroden als Kathode geschaltet sind.
Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf div Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Generator zur Spannungsversorgung der im Elektrolyten angeordneten Elektrodenanordnung aus Werkstück als Anode und Gegenelektrode als Kathode.
Das elektrochemische (EC)-Entgraten hat sich in vielen Bereichen der Praxis bewährt, wobei insbesondere vorteilhaft ist, daß mit diesem Verfahren gezielt an schwer zugänglichen Werkstückkanten gearbeitet werden kann.
Das EC-Entgraten ist als ein elektrochemisches Abtragen mit äußerer Stromquelle unter Einsatz einer Formelektrode definiert. Das Werkstück wird dabei als Anode, die Formelektrode dagegen als Kathode an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. Zwischen Anode und Kathode befindet sich eine elektrisch leitende Flüssigkeit, die bei Stromfluß- eine anodische Auflösung des Werkstoffes bewirkt, aus dem in wässriger Lösung Netallhydroxyd entsteht, das als Schlamm aus der Lösung ausfällt. Im Gegensatz zu anderen elektrochemischen Verfahren wie Elektrolyse, Elektropolieren und Badentgraten erzielt man beim elektrochemischen Formentgraten, bedingt durch den kleinen Abstand zwischen Elektrode und Werkstück einen eng lokalisierten Materialabtrag. Im Gegensatz zum sogenannten EC-Senken erfolgt beim EC-Entgraten im allgemeinen keine Relativbewegung zwischen Werkstück und Elektrode. Dadurch vergrößert sich der Wirkspalt im Laufe der Bearbeitung.
Vom Stand der Technik sind spezielle Verfahren zum EC-Entgraten von metallischen Werkstücken vorbekannt, bei denen es meist um eine spezielle Auswahl des Elektrolyten oder um spezielle Ausbildungen der Formelektroden geht. In der Praxis bemüht man sich dabei, Werkstücke mit einer Vielzahl von Graten durch geringstmöglichen Arbeitsaufwand zu bearbeiten. Beispielsweise können mehrere Elektroden gleichzeitig betrieben werden. Schwierigkeiten können aber bei unterschiedlich stark ausgebildeten Grat zonen auftreten. Diese erfordern entweder eine Anpassung des Arbeitsspaltes, womit eine aufwendige Änderung der Elektroden verbunden ist, oder ergeben unerwünschte unterschiedlich große Verrundungen.
Bei metallischen Werkstücken, bei denen aufgrund der zu entgratenden Kantenlänge der maximale Arbeitsstrom einer gegebenen Anlage überschritten wird, sind ublicherweise mehrere Arbeitsgänge erforderlich. Die Werkstücke müssen somit mehrmals eingelegt und kontaktiert und die zugehörigen Elektrodenvorrichtungen entsprechend oft ausgewechselt werden.
Damit ist jeweils ein entsprechend hoher Aufwand erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung anzugeben, mit denen der technische Aufwand verringert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bei Verwendung einer an das Werkstück angepaßten Gesamtkathodenanordnung jeweils in Teilbereichen der Anordnung nacheinander mit vorgebbaren Entgratparametern gearbeitet wird.
Vorzugsweise kann dabei in Teilbereichen der Anordnung mit unterschiedlichen Entgratparametern gearbeitet werden. Für den Fall, daß die Teilbereiche der E1ektrodenanordnung gleich aufgebaute Teilkathoden bilden, wird in vorteilhafter Weise mit gleichen Entgratparametern nacheinander gearbeitet. Darüber hinaus kann das Entgraten auch im Pulsbetrieb erfolgen.
Das Entgraten im Pulsbetrieb ist bereits vom Stand der Technik bekannt. Beispielsweise in der DE-OS 30 06 062 ist ein Entgratverfahren beschrieben, bei dem Gleichstrom während einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Perioden zugeführt wird, die durch Ruheintervalle getrennt sind, in denen kein Strom zugeführt wird.
Bei der Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Gesamtkathodenanordnung in Teilkathoden aufgeteilt, die einzeln über eine Schalteinheit an den Generator anschließbar sind. Der Schalteinheit ist dabei vorzugsweise eine Steuereinheit zur wahlweisen Aktivierung der Teilkathoden zugeordnet, wobei die Steuereinheit selbst programmierbar sein kann.
Insbesondere kann die programmierbare Steuereinheit einen Taktgeber für Impulsbetrieb aufweisen Die Steuereinheit kann auch mikroprozessorgesteuert sein.
Mit dem neuen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist es möglich, insbesondere bei schlecht zugänglichen Kanten, Bohrungen und Bohrungsverschneidungen an kleinen und diffizil ausgeführten Werkstücken ein elektrochemisches Entgraten durchzuführen.
Zur Realisierung der Erfindung lassen sich handelsübliche EC-Entgratanlagen umrüsten. Es stehen dadurch für eine Anlage mehrere, separat ansteuerbare Stromkreise zur Verfügung. Für jeden Stromkreis können die Arbeitsparameter variabel eingegeben werden. Dadurch lassen sich nunmehr an mehreren Gratzonen eines Werkstückes mit verschieden großen Graten, die durch die unterschiedlichen Bearbeitungsverfahren entstanden sind, bei entsprechend variierten Arbeitsparametern jeweils gezielte Entgratungen ermöglichen. Durch den Teilelektrodenbetrieb ist es möglich, eine Kantenlänge in mehreren Arbeitsschritten nacheinander zu bearbeiten. In diesem Fall werden die Arbeitsbedingungen zweckmäßigerweise konstant gehalten. Insgesamt ist es dadurch nicht mehr erforderlich, eine Entgratanlage auf die Gesamtlänge der zu entgratenden Kanten auszulegen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung: Fig0 1 eine Anordnung mit gleichen Teilkathoden und Fig. 2 eine Anordnung mit unterschiedlichen Teilkathoden.
Identische Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren werden teilweise zusammen beschrieben.
Fig. 1 und Fig. 2 bedeuten 1 einen Gleichspannungsgenerator zur Spannungs- bzw. Stromversorgung. Der positive Ausgang des Generators 1 ist mit dem werkstück als Kathode, der negative Ausgang des Generators 1 mit Formelektroden verbunden. In letzteren Ausgangsleitungen ist eine Schalteinheit 2 zwischengeschaltet, die von einer Steuereinheit 6 angesteuert ist. Der Steuereinheit 6 ist eine Programmiereinheit 8 zugeordnet.
In Figur 1 ist ein Werkstück 10 rundsymmetrisch aufgebaut und hat beispielsweise symmetrisch verteilte Schlitze 11 bis 22, welche nach der spanenden Vorbearbeitung an dem äußeren Umfang gratbehaftet sind und demzufolge entgratet werden sollen. Dazu sind dem Werkstück 12 separate Elektroden 24 bis 35 zugeordnet, wobei jede einzelne Elektrode 24 bis 35 als Formelektrode derart ausgebildet ist, daß zwischen Grat und Elektrodenfläche ein Arbeitsspalt besteht. Bei den einzelnen Schlitzen 11 bis 22 liegen jeweils identische Verhältnisse vor, wobei der engste Abstand zwischen Werkstück und Kathodenanordnung jeweils den Arbeitsspalt definiert, so daß hierüber bei Durchströmen mit einem Elektrolyten entlang den angedeuteten Pfeilen der Strom fließt. Die für die Elektrolytzuführung notwendigen Einrichtungen, wie Pumpe, Behälter und Zuleitungen, sind in den Figuren nicht dargestellt.
Da die einzelnen Schlitze 11 bis 22 des Werkstückes gleichmäßig entgratet werden sollen, werden die einzelnen Formelektroden 24 bis 35 üblicherweise hintereinandergeschaltet. Durch Zwischenschaltung der steuerbaren Schalteinheit 2 läßt sich nunmehr die Gesamtkathodenanordnung mit den einzelnen Formelektroden 24 bis 35 in einzelne Wirkungszonen aufteilen; beispielsweise sind je vier Formelektroden 24 bis 27, 28 bis 31 sowie 32 bis 35 gruppenweise zusammengeschaltet und über je- weils eine separate Ausgangsleitung mit Zwischenschalter an den Generator 1 angeschaltet. In nacheinanderfolgenden Arbeitsschritten können nunmehr jeweils die Teilbereiche nacheinander bearbeitet werden, wobei in diesem Fall die Entgratparameter konstant gehalten werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 braucht der Generator nicht mehr auf die Gesamtlänge der zu entgratenden Kanten ausgelegt zu werden, sondern im Beispiel jeweils nur auf ein Drittel der vorher erforderlichen Leistung.
In Figur 2 bedeuten 1, 2 sowie 6 und 8 die gleichen elektrischen Versorgungs- bzw. Schalteinheiten wie in Figur 1. Das Werkstück ist hier mit 40 bezeichnet. Es weist drei unterschiedliche Bohrungen 41, 42 und 43 auf, die unterschiedliche Entgratzonen aufweisen. Zur Entgratung sind in das Werkstück unterschiedliche Formelektroden 44, 45 und 46 eingebracht, die den entsprechenden Gratzonen angepaßt sind. Bei Durchströmen mit einem Elektrolyten entlang den angedeuteten Pfeilen fließt zwischen den Wirkflächen der Elektroden 44 bis 46 und den Graten der Entgratstrom. In diesem Fall ist das Werkstück 40 auf eine nichtmetallische Elektrolytführung 50 aufgesetzt.
Die Elektroden 44 bis 46 sind entsprechend Fig. 1 über die Schalteinheit 2 an den Generator 1 angeschaltet, Es ist aber ersichtlich, daß in diesem Fall für die unterschiedlichen Gratausbildungen unterschiedliche Entgratparameter notwendig sind. Durch die Steuereinheit 6 mit zugehörigem Programmiergerät können somit für die nacheinander zu entgratenden Abschnitte unterschiedliche Entgratparameter vorgegeben werden.
Als Entgratparameter sind die Gesamtzeit der Entgratung, die Impulswirkzeit, die zugehörigen Pausen sol wie die Arbeitsspannung von Relevanz. Jeweils diese vier Parameter bilden einen Programmsatz, der am Programmiergerät 8 vorgewählt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß ein Programmiergerät mit Speicher für 16 Sätze von Programmparametern für die Praxis ausreichend ist.
Darüber hinaus enthält das Programmiergerät 8 einen Taktgeber, mit dem Taktimpulse für einen Pulsbetrieb beim Entgraten vorggebbar sind.
Die Schalteinheit 2 muß für das Schalten hoher Ströme ausgelegt sein. Für diesen Zweck können die in den Figuren angedeuteten Schalter 3, 4 und 5 aus Transistor-Schaltungen aufgebaut sein. Auch die Verwendung von Thyristoren ist möglich. Bei einem praxisgerechten AuBo bau einer einzelnen Schalteinheit aus mehreren Tranststoren wird im allgemeinen eine sogenannte Vorsteuerung notwendig sein.
Die Steuereinheit 6 kann mikroprozessorgesteuert sein.
Insbesondere kann sie auch solche Einrichtungen enta halten, die vor Inbetriebnahme der Entgratanlage zunächst die Kurzschlußfreiheit zwischen Werkstück und Formelektroden überprüft. Dafür soll noch kein Arbeitsstrom fließen, so daß nur geringe Spannungen erforderlich sind. Letztere können aber ebenfalls vom Generator 1 geliefert werden. Im Rahmen eines automatisierten Betriebes erfolgt die Uberprüfung der Kurzschlußfreiw heit jeweils vor Zuschaltung der eigentlichen Entgratspannungen.
Es hat sich gezeigt, daß mit der beschriebenen Vorrichtung und den dazu angegebenen Verfahren das Formentgraten von Werkstücken mit komplizierteren Geometrien, wie Verzahnungen, Nuten und Durchbrüchen, einfacher erfolgen kann. Insbesondere durch die abschnittsweise Entgratung mit gleichen Entgratparametern läßt sich der Aufwand für den Generator entscheidend verringern, so daß das Entgraten wirtschaftlicher als bisher wird.
2 Figuren 9 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum elektrochemischen Entgraten von metallischen Werkstücken, bei dem in einem Elektrolyten das Werkstück als Anode und entsprechend den zu entgratenden Kanten des Werkstückes ausgebildete Gegenelektroden als Kathode geschaltet sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß bei Verwendung einer an das Werkstück angepaßten Gesamtkathodenanordnung jeweils in Teilbereichen der Anordnung nacheinander mit vorgebbaren Entgratparametern gearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß in Teilbereichen der Anordnung mit unterschiedlichen Entgratparametern gearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilbereiche der Anordnung gleich aufgebaute Teilkathoden bilden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mit gleichen Entgratparametern gearbeitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß im Pulsbetrieb gearbeitet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 bis 4, mit einem Generator zur Spannungsversorgung der im Elektrolyten angeordneten Elektrodenanordnung aus Werkstück als Anode und GegQnelektrode als Kathode, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Gesamtkathodenanordnung in Teilkathoden (24 bis 35, 44 bis 46) aufgeteilt ist, die einzeln über eine Schalteinheit (2) an den Generator (1) anschließbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schalteinheit (2) einer Steuereinheit (6) zur wahlweisen Aktivierung der Teilkathoden zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h ne t , daß der Steuereinheit (6) ein Programmiergerät (8) zugeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d-u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die programmierbare Steuereinheit (6, 8) einen Taktgeber für Impulsbetrieb aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die programmierbare Steuereinheit (6, 8) mikroprozessorgesteuert ist.