**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Elektrischleitendmachen eines elektrisch nichtleitenden porösen Schleifkörpers zur Herstellung einer elektrochemischen Schleifwerkzeug-Elektrode, unter Anwendung des chemischen Plattierens, bei dem der poröse Schleifkörper mit einer Lösung für chemisches Plattieren imprägniert wird, welche Lösung ein Reduktionsagens und ein Salz aus dem Metall, das durch Niederschlag einen metallischen Überzug auf den Wänden von unter sich verbundenen Poren des Schleifkörpers bilden soll, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Menge der Lösung für eine Dauer innerhalb der Poren belassen wird, die genügend lang ist, damit die Metallkomponenten in der Lösung ausgefällt werden, dass dann die verbrauchte Lösung aus den Poren entzogen wird, während gleichzeitig eine wenigstens angenähert gleiche Menge frischer Lösung in die Poren hineingeführt wird,
und dass darauf dieser gesamte Verfahrensschritt für eine bestimmte Anzahl Male wiederholt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der verbrauchten Lösung verbleibende Metallkomponente elektrochemisch getrennt und zurückgewonnen wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Komponente der Lösung sedimentiert wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine Plattierungskammer (10, 110) mit Haltemitteln (3a, 103a) für den porösen Schleifkörper (3, 103), ferner durch einen an die Plattierungskammer angeschlossenen Zylinder (4, 110) mit einem Kolben (7, 107) zur Zufuhr der chemischen Plattierungslösung, welcher Zylinder ausserdem mit wenigstens einem Vorratsbehälter (11, 12, 134) für die chemische Plattierungslösung verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter einen ersten Behälter (11) für die Lösung des Metallsalzes und einen zweiten Behälter (12) für das Reduktionsagens umfasst, und dass in der Zuleitung (13) zum Zylinder (4) jedem dieser Behälter zugeordnete Absperrventile (1 ja, 12a) vorhanden sind, um das Mischverhältnis von Reduktionsagens und Lösung des Metallsalzes zur Bildung der Plattierungslösung einzustellen.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierungskammer (10, 110) mit einem Behandlungsbehälter (16) für die Wiedergewinnung der verbrauchten Lösung verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (4) über eine Leitung (24) mit Absperrventilen (5a, Sb) und mit elektromagnetisch gesteuerten Ventilen (26b, 26c) sowohl mit einer oberen als auch mit einer unteren Partie der Plattierungskammer (10) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsbehälter (16) zwei mit einer Stromquelle (19) verbundene Elektroden (17, 18) und Mittel (20) zur Entfernung des Metalls aus der verbrauchten Lösung aufweist.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Entfernung des Metalls ein verschiebbares, elektrisch leitendes Endlosband (20) ist, das elektrisch leitend mit der Kathode (18) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsbehälter (16) mit einem Sedimentationsbehälter (23) zur Sedimentation der sedimentierenden Komponenten verbunden ist.
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Werkzeugelektroden für elektrochemisches Schleifen (EC-AM) aus einem elektrisch nichtleitenden porösen Schleifkörper gemäss dem
Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Das elektrochemische Schleifen ist ein Bearbeitungsverfah ren, bei dem zwei verschiedene Bearbeitungsvorgänge in Kom bination gleichzeitig an einem Werkzeug ablaufen: Die elek trolytische Auflösung des Werkstoffs vom leitenden Werkstück durch Leiten eines elektrischen Stroms hoher Dichte zwischen dem Werkstück und einer Werkstückelektrode durch einen Elektrolyt hindurch, der als elektrochemisches Bearbeitungsmittel dient; und das von der Werkzeugoberfläche an der Werkstückoberfläche vorgenommene mechanische Schleifen bzw. Abtragen. Bei der Feinbearbeitung nach der eigentlichen
Bearbeitung kann nur das mechanische Bearbeiten, und zwar unter Verwendung desselben Werkzeugs, benutzt werden, um dem bearbeiteten Schleifkörper eine glänzende Oberfläche zu verleihen. Für das Werkzeug (Elektrode) werden eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine gute mechanische Wirkung angestrebt.
Bisher entwickelte typische Werkzeugelektroden für derar tige Bearbeitungsverfahren sind Scheiben mit Metall-Diamant
Haftverbindung oder sonstige Schleifscheiben, die eine ver hältnismässig gute Leitfähigkeit haben. Diese Schleifkörper neigen nämlich dazu, sich ziemlich schnell vom leitenden Sub strat zu lösen, so dass das Werkzeug einen beträchtlichen Abrieb während des Bearbeitungsvorgangs erfährt. Ausserdem sind sie verhältnismässig teuer in der Herstellung und schlecht in der Formbarkeit.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist in Erwägung gezogen worden, eine nichtelektrische Technologie oder che misches Plattieren für die Werkzeugherstellung vorzusehen.
Diese Technologie kann wirksam angewendet werden, um den kommerziell erhältlichen Schleifkörpern, die eine ausreichende Haftfestigkeit und sonstige Vorteile haben, jedoch elektrisch nicht oder nur sehr schlecht leitend sind, elektrische Leitfähig keit zu verleihen. Der Schleifkörper mit den untereinander verbundenen inneren Poren wird mit einer Lösung für chemisches Plattieren imprägniert, so dass eine leitende Beschichtung sich auf den Wandabschnitten der Poren durch chemisches Reduzieren eines Metalls auf der Lösung aufbaut. Bei den bestehenden Herstellungsverfahren wird jedoch die Lösung für chemisches Plattieren kontinuierlich durch den Schleifkörper gedrückt, z.B. eine Schleifscheibe, indem eine Druckdifferenz an den entgegengesetzten Seiten des porösen Körpers einwirkt.
Die Lösung fliesst daher schnell durch den Schleifkörper, so dass nur ein kleiner Teil davon zu einer chemischen Reduktion im Inneren des Schleifkörpers führt, weshalb die Lösung wiederholt umlaufen muss, bis eine gewünschte Menge oder Dicke der Metallbeschichtung auf den Poren-Wänden erreicht wird. Die Metallreduktion aus der Lösung kann auch in den Umlauf-Leitungen und -Gefässen auftreten, so dass ein beträchtlicher Anteil des Reduktionsmetalls der Lösung ausserhalb des leitend zu machenden Schleifkörpers verbraucht wird. Ausser dem niedrigen Wirkungsgrad und dem unwirtschaftlichen Verbrauch der Lösung für chemisches Plattieren hat diese bestehende Technologie den Nachteil, dass die Vorrichtung schnell verunreinigt wird und damit zu besonderen Wartungsschwierigkeiten führt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes derartiges Verfahren zu schaffen, so dass das chemische Plattieren eines porösen Schleifkörpers, um diesen leitend zu machen, wirksamer und wirtschaftlicher als bisher durchgeführt werden kann und Werkzeugelektroden für chemisches Schleifen mit gleichmässiger hervorragender Qualität hergestellt werden können, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet
durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren kann jeder kommerziell erhältliche Schleifkörper behandelt werden. Es kann sich also um einen glasierten, Silikat-, Gummi-, gummiverstärkten, harzigen, harzigen-verstärkten, Schellack- oder Oxychlorid-Schleifkörper vom Siliziumkarbid, Borkarbid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Zinkoxid, Titanoxid, Diamant usw.
handeln. Ein Körper mit einer derartigen Zusammensetzung von Schleif- und Bindemittel und ferner mit einer Korngrösse kleiner als 100 Maschenweiten-Einheiten und einer Porosität von 10 bis 60% wird vorzugsweise zur Herstellung eines leistungsfähigen Werkzeugs für elektrochemisches Schleifen verwendet.
Die Lösung für chemisches Plattieren enthält üblicherweise ein Reduktionsmittel und ein Salz eines zu reduzierenden Metalls. Eine solche flüssigkeit wird vorzugsweise unmittelbar vor dem Imprägnieren des Schleifkörpers in einer noch zu beschreibenden Weise gemischt. Daraus folgt, dass für jeden Impräguierzyklus die vorgegebene Menge einer hochwirksamen Lösung in den Poren für ein vorbestimmtes Zeitintervall eingeschlossen wird, nämlich bis das Reduktionsmetallsalz darin im wesentlichen erschöpft ist, nachdem das Metall auf die Porenwandabschnitte des Schleifkörpers reduziert worden ist.
Dem chemischen Plattieren können in bekannter Weise verschiedene Vorbehandlungen vorausgehen, und zwar Reinigen, Sensibilisieren und Aktivieren.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weist die Merkmale gemäss dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 4 auf.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer anderen Vorrichtung ähnlich der von Fig. 1 mit einer zusätzlichen Einrichtung zum Ändern der Imprägnierungsrichtung der Lösung für chemisches Plattieren;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer Abwandlung von Fig. 2; und
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung.
Gemäss Fig. 1 bilden ein trichterförmiges Gefäss 1 und ein
Verschlussdeckel 2, die dicht zusammengehalten sind, eine
Kammer 10 für chemisches Plattieren, in dem ein poröser
Schleifkörper 3 in Form einer Scheibe, die leitend zu machen ist, durch einen elastischen Haltering 3a so gehalten ist, dass die Kammer 10 in einen oberen und in einen unteren Raum aufgeteilt ist, wie im einzelnen aus der Zeichnung ersichtlich ist. Ein Flüssigkeitseinlass la am Boden des Gefässes 1 ist an eine obere Öffnung 4a eines Zylinders 4 angeschlossen, der intermittierend eine Lösung für chemisches Plattieren unter
Druck an die Kammer 10 abgibt. Ein Rückschlagventil 5 befindet sich an der oberen Öffnung des Flüssigkeitseinlasses la, um ein Rückströmen der Flüssigkeit in den Zylinder 4 zu verhindern.
Ein zweites Rückschlagventil 6 ist an einer Flüssig keitseinlassöffnung 4b des Zylinders 4 vorgesehen. Ein Kolben
7 ist im Zylinder 4 hin- und herbeweglich gelagert und durch
Drehen einer Kurbel 8 antreibbar, mit der eine Kolbenstange
9 über einen Kurbelzapfen 8a verbunden ist. Behälter 11 und
12, die getrennt zwei verschiedene Sätze von Bestandteilen einer Lösung für chemisches Plattieren enthalten, sind mit dem
Zylinder 4 über die Einlassöffnung 4b und einer Leitung 13 verbunden, wobei Absperrorgane 1 1a und 12a zum Einstellen des Mischverhältnisses dieser Bestandteile vorgesehen sind.
Der Verschlussdeckel 2 hat eine Gebläseöffnung 2a mit einem Gebläse 14 und eine Auslassöffnung 2b, die über eine Leitung 15 zu einem Lösungsbehandlungsbehälter 16 führt, um in diesen verbrauchte Lösung von der Kammer 10 abzulassen.
Zwei Elektrolysierelektroden 17 und 18 befinden sich im Behälter 16 und sind mit dem positiven bzw. negativen Anschluss einer Gleichstromquelle 19 verbunden. Die Kathode 18 ist inBerührung mit einem beweglichen endlosen Band oder Sieb 20 zum Aufnehmen des Metallniederschlags aus der verbrauchten Lösung und zum Abtransport aus dem Behälter 16 zum Aufbereiten. Der Lösungsbehandlungsbehälter 16 ist über eine Leitung 21 mit einem Absperrorgan 22 an einen Absetzbehälter 23 angeschlossen, wo die verbrauchte Lösung zur Rückgewinnung einer weiteren Komponente eine Sedimentation erfährt.
Während des Betriebs wird durch Drehen der Kurbelscheibe 8 eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 7 im Zylinder 4 hervorgerufen. Solange der Kolben 7 eine Abwärtsbewegung ausführt, entsteht ein Unterdruck im Raum oberhalb des Kolbens 7 im Zylinder 4. Infolgedessen ist das Rückschlagventil 5 geschlossen und das Rückschlagventil 6 offen, und die Lösung wird aus der Leitung 13 abgesaugt. Wenn ein Plattieren mit Kupfer vorgenommen werden soll, kann der Behälter 11 eine Lösung aufnehmen, die Kupfersulfat, Kaliumnatriumtartrat und Natriumhydroxid enthält, während der Behälter 12 Formalin als Reduktionsmittel aufnehmen kann. Die Absperrorgane lla und 12b sind so eingestellt, dass die beiden getrennten Bestandteile in den Zylinder 4 mit einem gewünschten Mischverhältnis gesaugt werden können. Das eigentliche Mischen erfolgt dann im Zylinder 4.
Die Menge der in den Zylinder 4 gesaugten Lösung hängt von der Verdrängung des Kolbens 7 ab. Da diese Verdrängung bzw. dieser Hub genau vorgegeben werden kann, kann damit auch die Menge auf einen Sollwert eingestellt werden.
Wenn der Kolben 7 sich aufwärts zu bewegen beginnt, ist das Rückschlagventil 6 wegen des Überdrucks im Zylinderraum geschlossen, während das Rückschlagventil 5 geöffnet wird. Die Menge der Lösung für chemisches Plattieren, die im Zylinder 4 aufbewahrt wird, wird jetzt unter Druck in die Behandlungskammer 10 gepresst. Ein kleiner Teil davon kann durch den Schleifkörper 3 hindurchgedrückt werden, während der übrige Teil völlig den Schleifkörper 3 füllt, so dass Metall auf die Wandungen der untereinander verbundenen Poren des Schleifkörpers 3 niedergeschlagen wird.
Wie bereits erwähnt wurde, gehen dem chemischen Plattieren Vorbehandlungen voraus, die in der Technologie des chemischen Plattierens gut bekannt sind. Normalerweise wird der Schleifkörper nach einer sorgfältigen Reinigung mit einer Lösung von Zinn(II)-chlorid imprägniert, um darauf Niederschläge von Zinn(II)-Ionen zu bilden (Sensibilisierung). Nach dem Waschen wird der Schleifkörper mit einer Lösung von Palladiumchlorid imprägniert, um Niederschläge von Palladium darauf als Aktivator oder Katalysator (Reduktionskeime) zu bilden, um das Metall für chemisches Plattieren aufzunehmen. Diese Vorbehandlungen, d.h. Reinigen, Sensibilisieren und Katalysieren, können mit getrennten Bädern entsprechend der Praxis des chemischen Plattierens durchgeführt werden.
Nach einem vorgegebenen Hub zum oberen Ende des Zylinders 4 kommt der Kolben 7 zur Ruhe und kann dann für ein vorgegebenes Zeitintervall festgehalten werden, um die imprägnierte Lösung in den Poren des Schleifkörpers 3 einzuschliessen, bis der Metallgehalt darin im wesentlichen erschöpft ist.
Der Kolben 7 kann dann abwärts zurückbewegt werden, um unverbrauchte Lösung in derselben vorgegebenen Menge in den Zylinder 4 von der Versorgungsleitung 13 anzusaugen. Da das Formalin sofort eine reduzierende Wirkung zeigt, ist es wünschenswert. es getrennt von anderen Bestandteilen zu lagern und diese erst unmittelbar vor dem Einleiten in den Schleifkörper 3 in der angegebenen Weise zu mischen.
Eine beispielhafte Lösung für chemisches Kupferplattieren enthält 10 g/l von Kupfersulfat (2,56 g/l von Kupfer), 50 g/l von Kaliumnatriumtartrat, 15 g/l von Natriumhydroxid und 25 cm3/l von Formalin (38 % Formaldehyd oder Methanal). Unter Verwendung einer derartig zusammengesetzten Lösung und mit einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 wurde ein poröser Schleifkörper 3 mit einer gegebenen Menge dieser Lösung imprägniert und in diesem 4 min lang gehalten, wonach die Lösung abgeleitet wurde. Die abfliessende Lösung war klar und enthielt 0,6 g/l Kupfersulfat (160 mg/l Kupfer), 50 g/l Kaliumnatriumtartrat, 14 g/l Natriumhydroxid und 9 g/l Formalin.
Die verbrauchte Lösung wurde durch die Leitung 15 zum Sammeln in den Behälter 16 geleitet, wobei Wasserstoff und andere gasförmige Reaktionsprodukte aus der Kammer 10 mittels des Gebläses 14 in der Leitung 2a abgesaugt wurden.
Ein einziger Plattierzyklus entsprechend einem einzigen Hub der Hin- und Herbewegung des Kolbens 7 ist nicht imstande, den Schleifkörper 3 hinreichend leitend zu machen.
Daher wird die Erneuerung der Lösung in der Kammer 10 durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 7 eine vorgegebene Anzahl mal durchgeführt, und zwar je nach Art, Grösse und Werkstoff des leitend zu machenden Schleifkörpers 3.
Die verbrauchte Lösung im Behälter 16 wird elektrolysiert.
Aus der Lösung elektrolytisch niedergeschlagenes Kupfer auf dem Band 20 wird zu einem Aufbereitungsort transportiert.
Die Kupferkonzentration von 160 mg/l in der Lösung kann auf 0,2 mg/l herabgesetzt werden.
Bei geöffnetem Absperrorgan 22 wird die behandelte Lösung durch die Leitung 21 in den Absetzbehälter 23 abgelassen, wo durch Zugabe von 40 g Kaliumchlorid/Liter der Lösung eine Sedimentation von Kaliumtartrat durchgeführt wird, aus der Kaliumnatriumtartrat zurückgewonnen werden kann.
Die Hauptkomponenten der Plattierlösung können so im wesentlichen zurückgewonnen werden, so dass das erfindungsgemässe Verfahren wirtschaftlich und ohne Umweltverschmutzung durchführbar ist.
Obwohl die Lösungsimprägnierung immer in derselben Richtung beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 erfolgt, kann diese Richtung für jeden oder für einige Imprägnierzyklen geändert werden. Dies kann mit der Vorrichtung von Fig. 2 erfolgen. Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 hat eine Flüssigkeitsspeiseleitung 24 und eine Abflussleitung 25, die jeweils als Kanäle ausgebildet sind und mit der Behandlungskammer
10 wie gezeigt in Verbindung stehen, wobei die Kanäle eine elektromagnetisch betätigte Absperrorganstation 26 durchlaufen. Ein periodisches Erregen einer Spule 26a synchron zum Verdrängen durch den Kolben 7 öffnet Absperrorgane 26b und 26c abwechselnd, um die Richtung der Imprägnierlösung durch den Schleifkörper 3 in der Kammer 10 periodisch umzusteuern.
Die Vorrichtung von Fig. 2 hat auch ein Lösungssammelgefäss 27 mit einer Vakuumpumpe 28, die synchron mit dem Kolben 7 betätigt wird, um die intermittierende Lösungserneuerung durch den Schleifkörper 3 in der Behandlungskammer 10 zu erleichtern. Ein Rückschlagventil 29 ist in der Abflussleitung 25 vorgesehen.
Die in Fig. 3 abgebildete Behandlungskammer 10 hat drei Leitungen 30, 31 und 32, die mit deren Ober-, Unter- und seitlichen Seite verbunden sind. Diese Leitungen dienen abwechselnd als Zu- und Ableitungen, und beliebige zwei von ihnen können als abwechselnde Zu- und Ableitungen benutzt werden, je nach der Art des leitend zu machenden Schleifkörpers, um bei diesem ein optimales Imprägnierplattieren zu ermöglichen. Es ist ferner möglich, ein Druckgas (vorzugsweise ein Inertgas) über die Leitung 32 zuzuführen und die Lösung über die Leitung 30 oder 31 abzulassen, oder wahlweise ein Absaugen über die Leitung 32 zum Entfernen der verbrauchten Lösung vor dem Einlass frischer Lösung während des nächsten Imprägnierzyklus vorzunehmen.
In der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung bildet ein Zylinder
110 eine Behandlungskammer, in der ein zu behandelnder Schleifkörper 103, wieder in Form einer Scheibe, auf einem Haltering 103a gelagert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Scharnieranordnung 133 vorgesehen, um die Scheibe 103 mit einer damit verbundenen Achse 103b gegen den Haltering
103a zu positionieren.
Die Schleifscheibe 103 unterteilt auch hier die Kammer 110 in einen oberen und einen unteren Raum 1101 und 110in. Im unteren Raum 110in befindet sich ein Kolben 107, der zwischen zwei Stellungen hin- und herbeweglich ist, die durch eine Linie 107 und eine Strichpunktlinie 107 angedeutet sind.
Die Kammer 110 hat eine Einlassöffnung 110a, eine Überlauföffnung 1 10b und Ablassöffnungen 1 10c und 110d. Die Einlassöffnung 1 10a ist mit einem Vorratsbehälter 134 für Plattierlösung über ein Rückschlagventil 135 und ein handbetätigtes Absperrorgan 136 verbunden. Die Ablassöffnung 1 10c hat ein handbetätigtes Absperrorgan 137, das normalerweise geschlossen ist.
Beim Betrieb wird nach dem Positionieren der Schleifscheibe 103 das Absperrorgan 136 als erstes geöffnet und dann der Kolben 107 in die Stellung 107 abgesenkt, damit Lösung für chemisches Plattieren in den unteren Raum 11011 der Kammer angesaugt werden kann. Das Absperrorgan 136 wird dann geschlossen, und der Kolben 107 wird aufwärts um einen Weg A 1 bewegt, der etwas länger als die Dicke der Schleifscheibe 103 ist, und zwar in eine in Strichlinie angedeutete Stellung 107;2. Der sich im Raum 11011 entwickelnde Druck bewirkt ein Durchimprägnieren der Schleifscheibe 103 mit der Plattierlösung.
Da die Innenflächen der Schleifscheibe 103 bereits während der oben erwähnten Vorbehandlung katalysiert worden sind, wird die porenimprägnierende Lösung reduziert, um Metallniederschläge auf den katalysierten Wandteilen der Poren zu erzeugen, und das chemische Plattieren findet im gesamten porösen Bereich der Schleifscheibe 103 statt.
Wenn eine Abnahme oder ein Ausbleiben von reduktionsbedingten Blasen beobachtet wird, was die praktische Erschöpfung der Plattierkomponente anzeigt, kann der Kolben 107 um den Abstand Al aufwärts bewegt werden, um die imprägnierte Lösung zu erneuern und die erneuerte Lösung innerhalb der Schleifscheibe 103 während eines nächsten vorgegebenen Zeitintervalls eingeschlossen zu halten, bis eine derartige Erschöpfung auftritt. Die verbrauchte Lösung fliesst ab über die Überlaufleitung 1 10b in einen Sammelbehälter (nicht gezeigt) von der oben beschriebenen Bauart. Der Zyklus wird wiederholt, bis der Kolben 107 die Stellung 107 erreicht, wonach die Schleifscheibe 103 zum Waschen und Trocknen herausgenommen wird.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. A method of electroconducting an electrically non-conductive porous grinding wheel for producing an electrochemical grinding tool electrode using chemical plating, in which the porous grinding wheel is impregnated with a solution for chemical plating, which solution is a reducing agent and a salt from the metal which by precipitation should form a metallic coating on the walls of interconnected pores of the grinding wheel, characterized in that a certain amount of the solution is left inside the pores for a period of time long enough for the metal components in the solution to precipitate that the used solution is then withdrawn from the pores while at the same time an at least approximately equal amount of fresh solution is introduced into the pores,
and that this entire process step is then repeated for a certain number of times.
2. The method according to claim 1, characterized in that the metal component remaining in the used solution is electrochemically separated and recovered.
3. The method according to claim 2, characterized in that at least one component of the solution is sedimented.
4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized by a plating chamber (10, 110) with holding means (3a, 103a) for the porous grinding body (3, 103), further by a cylinder (4, 110) connected to the plating chamber with a piston (7, 107) for supplying the chemical plating solution, which cylinder is also connected to at least one storage container (11, 12, 134) for the chemical plating solution.
5. The device according to claim 4, characterized in that the storage container comprises a first container (11) for the solution of the metal salt and a second container (12) for the reducing agent, and that in the feed line (13) to the cylinder (4) each shut-off valves (1 yes, 12a) assigned to this container are present in order to adjust the mixing ratio of reducing agent and solution of the metal salt to form the plating solution.
6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the plating chamber (10, 110) is connected to a treatment tank (16) for the recovery of the used solution.
7. The device according to claim 4, characterized in that the cylinder (4) via a line (24) with shut-off valves (5a, Sb) and with electromagnetically controlled valves (26b, 26c) with both an upper and a lower part of the Plating chamber (10) is connected.
8. The device according to claim 6, characterized in that the treatment container (16) has two electrodes (17, 18) connected to a current source (19) and means (20) for removing the metal from the used solution.
9. The device according to claim 8, characterized in that the means for removing the metal is a displaceable, electrically conductive endless belt (20) which is electrically conductively connected to the cathode (18).
10. The device according to claim 9, characterized in that the treatment container (16) is connected to a sedimentation container (23) for sedimentation of the sedimenting components.
The invention relates to the production of tool electrodes for electrochemical grinding (EC-AM) from an electrically non-conductive porous grinding body according to the
Preamble of independent claim 1.
Electrochemical grinding is a machining process in which two different machining processes are carried out simultaneously in combination on one tool: The electrolytic dissolution of the material from the conductive workpiece by conducting a high-density electrical current between the workpiece and a workpiece electrode through an electrolyte serves as an electrochemical processing agent; and the mechanical grinding or ablation carried out by the tool surface on the workpiece surface. When finishing after the actual one
Machining can only be done by machining, using the same tool, to give the machined abrasive body a glossy finish. Good electrical conductivity and good mechanical action are aimed for for the tool (electrode).
So far, typical tool electrodes for such machining processes are disks with metal diamond
Adhesive connection or other grinding wheels that have a relatively good conductivity. This is because these abrasives tend to detach themselves from the conductive substrate very quickly, so that the tool experiences considerable abrasion during the machining process. In addition, they are relatively expensive to manufacture and poor in formability.
To overcome these difficulties, it has been considered to provide non-electrical technology or chemical plating for tool making.
This technology can be used effectively to impart electrical conductivity to the commercially available abrasive products which have sufficient adhesive strength and other advantages, but which are not or only poorly conductive. The abrasive wheel with the interconnected inner pores is impregnated with a chemical plating solution so that a conductive coating builds up on the wall portions of the pores by chemically reducing a metal on the solution. In existing manufacturing processes, however, the chemical plating solution is continuously pushed through the grinding wheel, e.g. a grinding wheel by applying a pressure difference on the opposite sides of the porous body.
The solution therefore flows quickly through the grinding wheel, so that only a small part of it leads to a chemical reduction inside the grinding wheel, which is why the solution has to circulate repeatedly until a desired amount or thickness of the metal coating on the pore walls is achieved. The metal reduction from the solution can also occur in the circulation lines and vessels, so that a considerable proportion of the reducing metal of the solution is consumed outside the grinding wheel to be made conductive. In addition to the low efficiency and the uneconomical consumption of the solution for chemical plating, this existing technology has the disadvantage that the device is quickly contaminated and thus leads to particular maintenance difficulties.
It is therefore an object of the invention to provide an improved method of this type, so that the chemical plating of a porous grinding body in order to make it conductive can be carried out more effectively and economically than hitherto, and tool electrodes for chemical grinding can be produced with uniform, outstanding quality. and an apparatus for performing this method.
The method according to the invention is characterized
by the features in the characterizing part of independent claim 1.
Any commercially available grinding wheel can be treated with the method according to the invention. So it can be a glazed, silicate, rubber, rubber-reinforced, resinous, resin-reinforced, shellac or oxychloride abrasives made of silicon carbide, boron carbide, aluminum oxide, zirconium oxide, zinc oxide, titanium oxide, diamond etc.
act. A body with such a composition of grinding and binding agent and also with a grain size smaller than 100 mesh units and a porosity of 10 to 60% is preferably used for the production of a powerful tool for electrochemical grinding.
The chemical plating solution usually contains a reducing agent and a salt of a metal to be reduced. Such a liquid is preferably mixed immediately before the impregnation of the grinding wheel in a manner to be described. It follows that, for each impregnation cycle, the predetermined amount of a highly effective solution is enclosed in the pores for a predetermined time interval, namely until the reducing metal salt therein is substantially exhausted after the metal has been reduced to the pore wall portions of the grinding wheel.
The chemical plating can be preceded in a known manner by various pretreatments, namely cleaning, sensitizing and activating.
The device for carrying out the method according to the invention has the features according to the characterizing part of independent patent claim 4.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing.
Show it:
Figure 1 is a schematic sectional view of an embodiment of the device.
Figure 2 is a schematic sectional view of another device similar to that of Figure 1 with additional means for changing the impregnation direction of the chemical plating solution;
Fig. 3 is a schematic sectional view of a modification of Fig. 2; and
Fig. 4 is a schematic sectional view of another embodiment of the device.
1 form a funnel-shaped vessel 1 and
Cover 2, which are held together tightly, one
Chemical plating chamber 10 in which a porous
Abrasive body 3 in the form of a disc, which is to be made conductive, is held by an elastic retaining ring 3a such that the chamber 10 is divided into an upper and a lower space, as can be seen in detail from the drawing. A liquid inlet la at the bottom of the vessel 1 is connected to an upper opening 4a of a cylinder 4 which intermittently contains a solution for chemical plating
Releases pressure to the chamber 10. A check valve 5 is located at the upper opening of the liquid inlet la to prevent the liquid from flowing back into the cylinder 4.
A second check valve 6 is provided at a liquid inlet port 4b of the cylinder 4. A piston
7 is mounted in the cylinder 4 to and fro and by
Rotating a crank 8 drivable with a piston rod
9 is connected via a crank pin 8a. Container 11 and
12, which separately contain two different sets of components of a chemical plating solution, are marked with the
Cylinder 4 connected via the inlet opening 4b and a line 13, shut-off elements 1 1a and 12a being provided for adjusting the mixing ratio of these components.
The closure cover 2 has a blower opening 2a with a blower 14 and an outlet opening 2b, which leads via a line 15 to a solution treatment container 16 in order to discharge used solution from the chamber 10 therein.
Two electrolysis electrodes 17 and 18 are located in the container 16 and are connected to the positive or negative connection of a direct current source 19. The cathode 18 is in contact with a movable endless belt or screen 20 for receiving the metal deposit from the used solution and for transporting it away from the container 16 for processing. The solution treatment tank 16 is connected via a line 21 with a shut-off device 22 to a settling tank 23, where the used solution undergoes sedimentation in order to recover another component.
During operation, a reciprocating movement of the piston 7 in the cylinder 4 is caused by rotating the crank disk 8. As long as the piston 7 performs a downward movement, a negative pressure is created in the space above the piston 7 in the cylinder 4. As a result, the check valve 5 is closed and the check valve 6 is open, and the solution is drawn off from the line 13. If copper plating is to be done, the container 11 can hold a solution containing copper sulfate, potassium sodium tartrate and sodium hydroxide, while the container 12 can hold formalin as a reducing agent. The shut-off devices 11a and 12b are set such that the two separate components can be sucked into the cylinder 4 with a desired mixing ratio. The actual mixing then takes place in cylinder 4.
The amount of solution sucked into the cylinder 4 depends on the displacement of the piston 7. Since this displacement or stroke can be precisely specified, the quantity can also be set to a setpoint.
When the piston 7 begins to move upwards, the check valve 6 is closed due to the excess pressure in the cylinder space, while the check valve 5 is opened. The amount of the chemical plating solution stored in the cylinder 4 is now pressed into the treatment chamber 10 under pressure. A small part of it can be pushed through the grinding wheel 3, while the remaining part completely fills the grinding wheel 3, so that metal is deposited on the walls of the interconnected pores of the grinding wheel 3.
As previously mentioned, chemical plating is preceded by pretreatments that are well known in chemical plating technology. After thorough cleaning, the grinding wheel is normally impregnated with a solution of tin (II) chloride in order to form tin (II) ions on it (sensitization). After washing, the grinding wheel is impregnated with a solution of palladium chloride to form precipitates of palladium thereon as an activator or catalyst (reduction nuclei) to take up the metal for chemical plating. These pretreatments, i.e. Cleaning, sensitizing and catalyzing can be done with separate baths according to the practice of chemical plating.
After a predetermined stroke to the upper end of the cylinder 4, the piston 7 comes to rest and can then be held for a predetermined time interval in order to enclose the impregnated solution in the pores of the grinding wheel 3 until the metal content therein is essentially exhausted.
The piston 7 can then be moved downward in order to draw unused solution in the same predetermined amount into the cylinder 4 from the supply line 13. Since the formalin has a reducing effect immediately, it is desirable. store it separately from other constituents and mix them only immediately before being introduced into the grinding wheel 3 in the manner indicated.
An exemplary solution for chemical copper plating contains 10 g / l of copper sulfate (2.56 g / l of copper), 50 g / l of potassium sodium tartrate, 15 g / l of sodium hydroxide and 25 cm3 / l of formalin (38% formaldehyde or methanal ). Using a solution composed in this way and with a device according to FIG. 1, a porous grinding wheel 3 was impregnated with a given amount of this solution and held there for 4 minutes, after which the solution was drained off. The effluent solution was clear and contained 0.6 g / l copper sulfate (160 mg / l copper), 50 g / l potassium sodium tartrate, 14 g / l sodium hydroxide and 9 g / l formalin.
The used solution was passed through line 15 for collection into container 16, whereby hydrogen and other gaseous reaction products were sucked out of chamber 10 by means of blower 14 in line 2a.
A single plating cycle corresponding to a single stroke of the reciprocation of the piston 7 is unable to make the grinding wheel 3 sufficiently conductive.
Therefore, the solution in the chamber 10 is renewed by the reciprocating movement of the piston 7 a predetermined number of times, depending on the type, size and material of the grinding wheel 3 to be made conductive.
The used solution in container 16 is electrolyzed.
Copper electrolytically deposited on the belt 20 from the solution is transported to a processing site.
The copper concentration of 160 mg / l in the solution can be reduced to 0.2 mg / l.
When the shut-off device 22 is open, the treated solution is discharged through line 21 into the settling tank 23, where, by adding 40 g of potassium chloride / liter of the solution, potassium tartrate is sedimented, from which potassium sodium tartrate can be recovered.
The main components of the plating solution can thus essentially be recovered, so that the process according to the invention can be carried out economically and without environmental pollution.
Although the solution impregnation always takes place in the same direction in the embodiment of FIG. 1, this direction can be changed for each or for a few impregnation cycles. This can be done with the device of FIG. 2. The embodiment of FIG. 2 has a liquid feed line 24 and a drain line 25, which are each designed as channels and with the treatment chamber
10 are connected as shown, the channels passing through an electromagnetically operated shut-off device station 26. Periodic excitation of a coil 26a synchronously with the displacement by the piston 7 opens shut-off elements 26b and 26c alternately in order to periodically change the direction of the impregnation solution by the grinding wheel 3 in the chamber 10.
The device of FIG. 2 also has a solution collecting vessel 27 with a vacuum pump 28 which is actuated in synchronism with the piston 7 in order to facilitate the intermittent solution renewal by the grinding wheel 3 in the treatment chamber 10. A check valve 29 is provided in the drain line 25.
The treatment chamber 10 shown in FIG. 3 has three lines 30, 31 and 32 which are connected to the top, bottom and side thereof. These lines serve alternately as feed and discharge lines, and any two of them can be used as alternate feed and discharge lines, depending on the type of grinding wheel to be made conductive, in order to enable an optimal impregnation plating. It is also possible to supply a pressurized gas (preferably an inert gas) via line 32 and to drain the solution via line 30 or 31, or optionally aspirate via line 32 to remove the used solution prior to the fresh solution inlet during the next impregnation cycle to make.
In the device shown in Fig. 4, a cylinder forms
110 a treatment chamber in which a grinding wheel 103 to be treated, again in the form of a disk, is mounted on a holding ring 103a. In this embodiment, a hinge arrangement 133 is provided around the washer 103 with an axis 103b connected thereto against the retaining ring
103a to position.
Here, too, the grinding wheel 103 divides the chamber 110 into an upper and a lower space 1101 and 110in. In the lower space 110in there is a piston 107, which can be moved back and forth between two positions, which are indicated by a line 107 and a broken line 107.
The chamber 110 has an inlet opening 110a, an overflow opening 110b and outlet openings 110c and 110d. The inlet opening 110a is connected to a reservoir 134 for plating solution via a check valve 135 and a manually operated shut-off element 136. The drain opening 1 10c has a manually operated shut-off element 137, which is normally closed.
In operation, after the grinding wheel 103 has been positioned, the shut-off element 136 is opened first and then the piston 107 is lowered into the position 107 so that solution for chemical plating can be sucked into the lower space 11011 of the chamber. The shut-off device 136 is then closed, and the piston 107 is moved upward by a path A 1 which is somewhat longer than the thickness of the grinding wheel 103, to a position 107; 2 indicated by a broken line. The pressure developing in the room 11011 causes the grinding wheel 103 to be impregnated with the plating solution.
Since the inner surfaces of the grinding wheel 103 have already been catalyzed during the above-mentioned pretreatment, the pore-impregnating solution is reduced to produce metal deposits on the catalyzed wall parts of the pores, and the chemical plating takes place in the entire porous area of the grinding wheel 103.
If a decrease or absence of bubbles due to reduction is observed, which indicates the practical exhaustion of the plating component, the piston 107 can be moved upward by the distance Al to renew the impregnated solution and the renewed solution within the grinding wheel 103 for a next predetermined one Keep time interval included until such exhaustion occurs. The used solution flows off via the overflow line 110b into a collecting container (not shown) of the type described above. The cycle is repeated until the piston 107 reaches position 107, after which the grinding wheel 103 is removed for washing and drying.