CH640161A5

CH640161A5 - Verfahren und einrichtung zur spuelung der bearbeitungszone beim funkenerosiven schneiden.

Info

Publication number: CH640161A5
Application number: CH413678A
Authority: CH
Inventors: Beat Kilcher
Original assignee: Agie Ag Ind Elektronik
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1983-12-30
Also published as: JPS62181831A; DE2833765A1; SE444524B; JPH0333451B2; IT7827199A0; GB2018662A; SE7809126L; IT1098720B; GB2018662B; FR2423300B1; JPS62181832A; JPS63167B2; DE2833765C2; FR2423300A1; JPS54137799A; US4263493A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Spülung der Bearbeitungszone beim funkenerosiven Schneiden von mindestens einem Werkstück mit einer draht- oder bandförmigen Elektrode.

Beim funkenerosiven Schneiden besteht die Schwierigkeit, an der kleinen Bearbeitungszone ein Spülmedium (Dielektrikum) mit kontrollierten elektrischen Leitwerteigenschaften vorzusehen. Die Leitfähigkeit verändert sich sehr schnell und unkontrolliert durch Abfallprodukte aus dem funkenerosiven Prozess, wie z.B. Gase und Abfallpartikel. Da diese physikalischen Kenngrössen über die Zündwilligkeit der Arbeitsimpulse auf die Weite des Bearbeitunsspaltes und damit auf die Präzision des bearbeitenden Werkstückes rückwirken, ist für die genaue Bearbeitung die Beherrschung des Spülzustandes in der Bearbeitungszone notwendig. Daher hat sich die Strahlspülung durchgesetzt, die das Spülmedium gezielt an die Bearbeitungszone bringt. Die bekannten Strahlspülungn arbeiten nach folgenden drei Konstruktionsprinzipien:

- Anstrahlen der oberen und unteren Werkstückoberflä-che im Bereich der Bearbeitungszone durch Spülkanäle, die an den Führungen der Drahtelektrode befestigt sind, wobei der Druck der beiden Spülstrahlen einstellbar ist. (CH-PS 526 365, CH-PS 560 574, AGIE-Veröffentlichungen Nr. 316 vom September 1975 und Nr. 312 vom Juni 1975)

- Anstrahlen einer Werkstückoberfläche durch Gas im Bereich der Bearbeitungszone, wobei die Gaszufuhr nicht an den Führungen der Drahtelektrode angeordnet ist. (AT-PS 265 459)

- Das Spülmedium durchfliesst infolge Druckunterschiedes die Bearbeitungszone in einer Richtung, wobei die beiden oder nur eine Zufuhr des Spülmediums an den Führungen der Drahtelektrode befestigt sind (DD-PS 115 593)

Die bekannten Anspülungen der kleinen und engen Bearbeitungszone haben den Nachteil, dass die Spülkanäle mit fortschreitendem Erosionsprozess relativ zur Werkstückoberfläche bewegt werden müssen. Hierbei ist es unerheblich, ob die Spülkanäle an den Führungen der Drahtelektrode angebracht sind oder nicht. Abgesehen von den grösseren, während des Erosionsprozesses unkontrolliert sich ändernden Leckverlusten zwischen Spülkanalmündung und Werkstückoberfläche wird ein höherer Aufwand für das bewegliche Zufuhrsystem verlangt. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass ungenügende oder gestörte Spülverhältnisse durch einen oder zwei Spülstrahlen auf die kleine und enge Bearbeitungszone sich ergeben. Vor allen Dingen ist es nicht möglich, den entstehenden Gasen und dem Abtrag bei besonders hohen Werkstücken im Inneren Herr zu werden. Das liegt zum einen daran, dass die Spülstrahlen durch ihre Gegenstrahlwirkung eine Stauung auslösen können und darüber hinaus auch daran, dass durch die entstehenden Gase und die zugemischten Abtragspartikel in den sehr engen Schützen keine Kontrollmöglichkeiten für den Leitwertzustand mehr gegeben sind. Es kann zusätzlich eintreten, dass sich durch das Zusammenfügen von zwei Spülstrahlen aus unterschiedlichen Richtungen Turbulenzen und durch Strömungsbeschleunigungen auch Unterdruckgebiete ergeben, die dem Gas eine besonders hohe Ausdehnungsfähigkeit vermitteln.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine einwandfreie Spülung der Bearbeitungszone ohne die bekannten Spülkanäle mit ihren Schwierigkeiten zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 2 definierten Erfindung gelöst.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine werkstückbezogene Spülkammer;

Fig. 2 Spülanordnung mit zwei oder mehr Werkstückpaaren;

Fig. 3 + 4 Ausführungsbeispiele von weiteren Spülanordnungen.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt die für das Verfahren notwendige Drahtelektrode (1), die an Draht-Führungsköpfen (2) in geometrisch definierter Lage und im allgemeinen unter einer Zugspannung geführt wird. Eine Beschreibung über Einzelheiten der Ausgestaltung für solche Führungsköpfe (2) ist z.B enthalten in CH-Patent 594 477. Statt Drahtelektroden können auch hier Bandelektroden in Frage kommen. Die Drahtführungsköpfe sind über die Haltearme (3) mit der Struktur einer Werkzeugmaschine verbunden. Auf dem in der Skizze nicht angedeuteten Tisch dieser Werzeugma-schine, der die für die Bearbeitung notwendigen Koordinationsbewegungen im allgemeinen gesteuert durch eine numerische Steuerungseinrichtung ausführt, sind die Werkstücke (4) aufgespannt. Von einem ebenfalls nicht gezeichneten Funkengenerator werden an die Bearbeitungszone zwischen den Werkstücken (4) und der Darahtelektrode (1) die elektrischen Bearbeitungsimpulse geliefert. Die beiden Werkstücke

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(4) werden nun gemeinsam auf der Werkzeugmaschine aufgespannt und durch einen Dichtungsring (5), der nicht mit der Bearbeitungsgeometrie in Überschneidung kommen darf, auf Abstand gehalten. So entsteht zwischen den beiden Werkstücken (4) eine innere Spülkammer (9), in den durch einen Spülanschluss (6) gesteuert mit einem Hahn (10) in Richtung (7) Arbeitsmedium hineingespült wird. Aufgrund des Zuspüldruckes nimmt das Medium anschliessend seinen Weg zur Austrittsrichtung (8), durch die Bearbeitungszone (9) zwischen Drahtelektrode (1) und Werkstück (4) hindurch. Wichtig ist, dass aufgrund der Anordnung diese Bearbeitungszone nur in einer eindeutigen Strömungsrichtung durchspült wird.

Es ist natürlich ohne weiteres möglich, statt der gezeichneten kompakten Werkstücke (4) auf jeder Seite auch ein Paket von Einzelblechen aufzuspannen, was in der Praxis sehr häufig bei der Fabrikation von Prototypteilen gemacht wird. Zur Anwendung des beschriebenen Spülverfahrens ist es ebenfalls nicht notwendig, dass die Werkstücke (4) auf beiden Seiten des inneren Spülraumes eine gleiche Dicke besitzt. Das Verfahren bleibt ohne weiteres auch anwendbar, wenn auf der einen Seite nur ein sehr dünnes Blech benutzt wird, das nach dem Ende der Bearbeitung unter Umständen auch keinen technischen Einsatzzweck haben muss, so dass nur auf einer Seite der inneren Spülkammer ein echtes Werkstück angeordnet ist.

Verfahrenstechnisch ist es ohne weiteres auch möglich, die Spülrichtungen (7) und (8) umzukehren, indem z.B. am Hahnen (10) gesaugt statt druckgespült wird. In der Praxis ist eine solche umgekehrte Spülrichtung jedoch wesentlich umständlicher zu verwirklichen.

In Fig. 1 sind die Werkstücke (4) und der Dichtungsring

(5) geschnitten gezeichnet, was durch die Schraffur angedeutet wird. Die Draht-Elektrode (1) hat in dem Werkstück bereits einen gewissen Schlitz (9) eingeschnitten, der an der nicht schraffierten Fläche zu erkennen ist. In der praktischen Anwendung des Verfahrens wird natürlich so in der Abhängigkeit von der Schnittlänge eine immer grössere Ausweichmöglichkeit für das Spülmedium aus der inneren Spülkammer 19 geschaffen. Wenn dieses Leck bei sehr grossen Bearbeitungsgeometrien so gross wird, dass die Spülung an der Bearbeitungszone beeinträchtigt würde, kann der Operateur ohne weiteres den bereits geschnittenen Schlitz (9) bei einem kurzen Bearbeitungsunterbruch durch beidseitiges Bekleben z.B. mit Blechen oder auch mit elektrisch nichtleitenden Materialien, wieder verschliessen.

In Fig. 2 ist eine im Prinzip gleiche Anordnung wie in Fig. 1 gewählt, nur sind die Drahtführungsköpfe (2) an den Haltearmen (3) auf eine grössere Distanz eingestellt, so dass auf dem Werkstücktisch eine mehrfache Anordnung von Werkstückpaaren (4) aufgespannt werden kann. Durch Abstandhalter (11) muss dafür gesorgt werden, dass zwischen jedem Paar die Spülströme (8) durch einen Distanzraum frei austreten können.

In Fig. 3 wird eine Anordnung gezeigt, bei der statt der paarig gespannten Werkstücke gemäss Fig. 1 und 2 nur ein Einzelwerkstück (4) auf dem Maschinenspanntisch befestigt ist. Die Wirkung einer Spülung in einer Richtung wird bei dieser Anordnung dadurch gewonnen, dass auf der Unteroder Oberseite des Werkstückes eine Spülkammer (12) an einem Haltearm (3) befestigt wird, die einen Spülraum unter dem Werkstück (4) bildet. Dieser Spülraum ist gegenüber dem Werkstück (4) noch durch eine Dichtungsmembrane (13) abgeschlossen. Auf eine solche Dichtungsmembrane kann auch verzichtet werden, wenn der Abstand der Spülkammer (12) gegenüber dem Werkstück (4) mit einem so kleinen Spalt aufrechterhalten werden kann, dass dadurch nur eine unbedeutende Leckage entsteht. Die Spülkammer

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(12) besitzt selbst wiederum einen Spülanschluss (6), durch den das Spülmedium in Einspülrichtung (7), gesteuert mit dem Hahn (10), zugeführt wird, um durch den geschnittenen Schlitz (9) in Ausströmrichtung (8) das Werkstück zu verlassen. Zur Erleichterung des Einführens der Drahtelektrode (1) in die Spülkammer (12) ist eine Einfädelschräge (14) vorgesehen, die in eine möglichst enge Durchführbohrung einmündet, deren Länge so gestaltet ist, dass nur eine geringe Flüssigkeitsleckage entstehen kann.

Ein Vorzug der Anordnung einer Spülkammer gemäss Fig. 3 gegenüber den Lösungen mit innerem Spülraum gemäss Fig. 1 und 2 besteht darin, dass der Durchmesser der Spülanordnung begrenzt bleiben kann und damit der Wasserverbrauch geringer gehalten wird. Der durch die Funkenerosion geschnittene Schlitz (9) muss nicht im Inneren des Anschlussbereiches der Dichtungsmembrane (13) bleiben. Falls durch den bereits geschnittenen Schlitz (9), der ausserhalb der Anschlusszone der Dichtungsmembrane gerät, eine zu grosse Leckage entsteht, kann der Wasserverbrauch und die Spülwirksamkeit verbessert werden, indem der bereits fertiggestellte Schlitz bei einem kurzen Betriebsunterbruch mit einem Dichtungsmaterial wieder verschlossen wird. Dieses Dichtungsmaterial kann dabei sowohl der Befestigung des sonst bei einer geschlossenen Kontur herausfallenden Innenteils dienen und gleichzeitig auch die elektrisch leitende Verbindung zu diesem Innenteil herstellen. Die Gestaltung des Spülraumes und die Wahl der geometrischen Lage des Spülanschlusses (6) erfolgt so, dass die Spülströmung in den Schlitz (9) möglichst turbulenzfrei und koaxial zur Draht-Werkzeugelektrode (1) erfolgt. Auf diese Weise wird ebenfalls sichergestellt, dass die Spülströmung in erster Linie der Bearbeitungszone zwischen Werkstück (4) und Draht-Werkzeugelektrode (1) gilt und nicht in den bereits geschnittenen Schlitz (9) zu schnell entweicht.

Gemäss den in den bereits zitierten schweizerischen Patentanmeldung 594 977 beschriebenen Anforderungen an die Zuführung der Generatoranschlüsse zur Drahtelektrode (1) und zum Werkstück (4), kann die Spülkammeranordnung insbesondere mit ihrer Dichtungsmembrane (13) gleichzeitig so ausgestaltet werden, dass diese Aufgaben des elektrischen Anschlusses mit derselben Einrichtung bewerkstelligt werden.

In Fig. 4 wird die Konstruktion gemäss den Beschreibungen der Fig. 3 ergänzt, um eine Gegendruckkammer (15), die auf der gegenüberliegenden Seite zur Spülkammer (12) angeordnet wird und ebenfalls an einen Haltearm (3) befestigt wird.

Gleich wie bei der Spülkammer (12) wird der Spülraum der Gegendruckkammer (15) gegenüber dem Werkstück (4) mit einer Dichtungsmembrane (13) abgeschlossen. Der Austritt der Spülströmung (8) aus dem Schlitz (9) muss seinen Weg nun durch den Austrittanschluss (16), ein Drosselventil (17), zu einer Spülmediumrückführung (18) nehmen. Die Gegendruckkammer (15) hat wiederum zur Durchführung der Drahtelektrode eine Einfadelschräge (19), die in eine enge Bohrung mündet, durch die der Spülmittelaustritt möglichst gehindert ist.

Durch die Verwendung einer Gegendruckkammer (15) kann im Bereich des Schlitzes (9) ein Druckniveau so eingehalten werden, dass die durch die Zersetzung des Arbeitsmediums entstehenden Gasblasen ein möglichst kleines Volumen annehmen und die Bearbeitung damit möglichst wenig stören können.

Gemäss den Zielsetzungen in der zitierten schweizerischen Patentschrift 594 477 können die Aufgaben der Drahtführung mit den Drahtführungsköpfen (2) voll integriert werden in die Spülkammeranordnung. Neben den verschiedenen, bereits bei der Diskussion der Einzelfiguren be-

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sprochenen Vorzügen kann in der ausführlichsten Version nach Fig. 4 dann eine Einrichtung gewonnen werden, bei der bis auf geringfügig entstehende Leckagen Zuführung und Entsorgung des Arbeitsmediums vollständig kontrolliert erfolgen, bei der die Führungsmittel anforderungsgemäss sehr nahe an der Bearbeitungsstelle angeordnet werden können und bei der die Zuführung des elektrischen Stromes auch mit hohen Frequenzen ohne störende Induktionsfelder koaxial zum Draht gelöst werden kann.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

640 161 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Spülung der Bearbeitungszone beim funkenerosiven Schneiden von mindestens einem Werkstück mit einer draht- oder bandförmigen Elektrode, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülmedium durch mindestens eine Spülkammer (12,19) auf einer Seite eines Werkstücks (4) geleitet wird und die Bearbeitungszone als gerichteter Spülstrom (8) steuerbar durchströmt.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit mindestens einem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülkammer (12,19) durch das Werkstück (4) sowie ein mindestens weiteres an das Werkstück angesetztes Teil gebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülkammer (19) durch das Werkstück (4) sowie mindestens ein an das erste Werkstück angesetztes weiteres Werkstück gebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülkammer (19) durch das Werkstück (4) und mindestens ein Zusatzblech gebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere paarige Anordnungen aufgespannt sind (Fig. 2).

6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass leicht entfernbare Mittel zum Verschliessen eines bereits geschnittenen Schlitzes (9), zur Vermeidung von Wasserverlusten, vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Werkstücks (4) eine an Bauteile (3) der Einrichtung angebrachte Spülkammer (12) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Gegenseite des Werkstücks (4) eine an Bau-. teilen (3) der Einrichtung angebrachte Gegendruckkammer (15) vorgesehen ist, zur Durchströmung der Bearbeitungszone in der gleichen Richtung (5) wie die Spülkammer (12).

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstelle der Spülkammer (12) bzw. der Gegendruckkammer (15) zum Werkstück (4) durch eine Dichtungsmembrane (13) abgedichtet ist