DE1565385A1 - Verfahren und Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstuecken - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE I b D D O ö b DR. HUGO WILCKEN - DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D-24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54 24. Juli 1969

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Az.j P 15 65 385.7-34

Anmelder:Associated Engineering Limited, 60,Kenilworth Road, Leamington Spa, Warwickshire, England

Verfahren und Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Werkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken und insbesondere sum Entgraten von Werkstücken, die in großen Mengen hergestellt werden.

Bekannte zum Entgraten verwendete Werkzeuge weisen gewöhnlich einen Teil auf, der so geformt ist, daß er mit den zu entgratenden Bereichen übereinstimmt, um die elektrochemische Einwirkung auf die Bereich® ssu konzentrieren» iß denen Grat vorhanden ist. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigte daß durch die Bearbeitung in einigen Fällen ebenfalls Metall von anderen Stellen des Werkstückes„ die nicht bearbeitet werden sollen, entfernt wird» was natürlich unerwünscht ist, da hierdurch Abweichungen der zulässigen Toleranzen für das Werkstück hervorgerufen werden« " ■

Die Aufgabe' ci@r vorliegenden Erfindung bestell* demgemäß in der Schaffung .©iaee UatgralÄSSsgaweplfeaowges^ ö@£ si®» das unerwünschte Entfernen, το» Metallteilen, an siaee W@rksttle?s griixMlsItglich verringert

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Zur lösung der Aufgabe besteht das Verfahren zum elektrochemischen Entgrate«|eines Metalles bzw. eines metallischen Werkstückes darin, daü ein Entgratewerkzeug in dichte Nähe zu dem zu entgratenden Werkzeug gebracht wird, Jedoch so, daß ein Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verbleibt, die beide während des Entgratevorganges in fester Stellung gehalten werden■, und daß das Werkzeug und das Werkstück in einen elektrischen Kreis geschaltet sind, so daß ein Strom zwischen Werkzeug und Werkstück über ein Elektrolyt fließen kann, welches sich in dem Spalt befindet, wobei lediglich der aktive Teil des sich in dichter Nähe zum Werkstück befindenden Werkzeuges die Form einer linie aus leitendem Material aufweist, die im allgemeinen der Umrißlinie des Kantenbereiches oder der Kantenbereiche des Werkstückes folgt, das entgratet werden soll.

Die Vorrichtung zum elektrochemischen Entgraten kennzeichnet sich durch Einrichtungen zum Abstützen des zu entgratenden Werkstückes und eines Entgratewerkzeuges in festen Stellungen, derart, daß sie während des Betriebes der Vorrichtung in den festen Stellungen gehalten sind, wobei das Entgratewerkzeug einen kleinen Abstand zu dem zu entgratenden Werkstück aufweist, uo einen Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück zu lassen, durch Einrichtungen zum Schalten des Werkzeuges und des Werkstückes in einen elektrischen Kreis, in dem das Werkstück die Anode und das Werkzeug die Kathode bildet, und durch Einrichtungen zum Leiten eines Elektrolyten durch den Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, und ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß nur der aktive Teil des sich in dichter Nähe zum Werkstück befindenden Werkzeuges die Form einer Linie aus leitende» Material aufweist, die Im allgemeinen der ünrißlinie des Kantenbe-

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reichs oder der Kantenbereiche des Werkstückes folgt_r das entgratet werden soll. Ein vorteilhaftes Werkzeug kennzeichnet sich durch wenigstens einen Körper aus elektrisch isolierendem Material und wenigstens einen Körper aus elektrischleitendem Material, wobei das Werkzeug so aufgebaut ist, daß nur der aktive Teil des leitenden Materials, das vom isolierenden Material freigelegt ist, aus einer oder mehreren Kanten oder Streifen besteht, die bzw. der eine Linie an dem leitenden Material bildet bzw. bilden, welche einer vorbestimmten Umrißlinie folgt.

Gemäß Vorstehendem ist es möglich, nur den Grat zu entfernen, so daß das Entfernen von unerwünschten Metallteilen in denjenigen Bereichen, die an den Grat angrenzen, vermieden ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wozu Bezug auf die anliegenden Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Ausführungsform des Werkzeuges,

Fig. 2 bis 4 perspektivische Ansichten von Teilen weiterer Ausfühirungsformen des Werkzeuges und

Fig. 5 eine vereinfacht dargestellte Ansicht einer Torrichtung zur Durchführung des Entgratungsvorganges.

Gemäß Fig. 1 besteht das Entgratungswerkzeug aus zwei dünnen Platten aus Metall 1 und 2, z.B. Zwischenlagen mit einer Breite von etwa 0,25 mm bis 0,575 mm, welche in einem Block 5 aus Isoliermaterial wie Epoxyharz eingebettet sind. Die Kanten 1a und 2a der Platten liegen an der Arbeitsfläche des Werkzeuges 2, um die aktiven Entgratungsteile zwecks Entfernung von Grat

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von zwei Kanten eines Werkstückes zu bilden, welche mit den Kanten 1a und 2a übereinstimmen. Das Werkzeug kann dadurch hergestellt werden, daß Epoxyharz um die Metallplatten 1 und 2 herumgegossen wird und daß daraufhin die Oberfläche 3 des Block·» bearbeitet wird, um die Kanten 1a und 2a freizulegen. Auf beliebige Weise werden die Anschlüsse zu den Platten hergestellt, wie z.B. durch leitungen, welche an sie angeschlossen sind und im Block eingebettet liegen, oder durch Freilegen der Kanten 1b und 2b der Platten an den Seiten des Blockes 3.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform für ein Werkzeug ist zum Entgraten von Zähnen eines Zahnrades gedacht und besteht aus zwei ähnlich geformten Blöcken aus Isoliermaterial 4 und 5 mit Zähnen 6, welche zwischen die Zähne des zu entgratenden Zahnrades passen. Eingebettet zwischen den beiden Blöcken 4 und 5 liegt eine dünne Metallplatte 7 von im allgemeinen ähnlicher Größe und Form wie die beiden Blöcke. Die Teile des Schichtaufbaues sind beispielsweise mittels Nieten oder eines Klebers miteinander verbunden. Die Kanten der Platte 7 liegen an der Oberfläche der Spitzen und der Seiten der Zähne 6 frei,wie bei 7a gezeigt ist, sie sind jedoch unterhalb des Isoliermaterials zwischen den Zähnen 6 zurückgeschnitten bzw. unterschnitten,wie bei 7b angedeutet ist. Somit kann das Entgraten an den Seiten der Zahnradzähne und zwischen den Zähnen stattfinden, ohne daß Metall von den Spitzen oder Zahnradzähnen entfernt wird, welches den Bereichen 7b gegenüberliegt, die unterhalb der Oberfläche des Isoliermaterials liegen. Elektrische Leitungsverbindungen zur Metallplatte 7 können beispielsweise über eine Leitung 70 hergestellt werden, welche durch eine der Platten aus Isoliermaterial Verläuft.

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Anstelle der Platte 7 könnte auch ein um die Zähne 6 verlaufender Draht verwendet werden, welcher Teile aufweist, die den im Isoliermaterial eingebetetteten Teilen 7b entsprechen.

Das Werkzeug nach Fig. 2 ist zum Entgraten von innenverzahnten Zahnrädern gedacht, jedoch lqann das gleiche Prinzip auch für ein Werkzeug zum Entgraten eines außenverzahnten Zahnrades verwendet werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entgratungswerkzeuges, welches einen Metallblock 8 umfaßt, der in Isoliermaterial 9 eingebettet ist, jedoch zwei Arme 10 und aufweist, deren Enden 10a und 11a an der Seitenoberfläche 9a des Isoliermaterials freiliegen. Die Enden der Arme können mit der Oberfläche 9a fluchten, wie für das Ende 10a dargestellt ist, oder hinter der Oberfläche des Isoliermaterials zurückstehen, wie es für das Ende 11a angedeutet ist. Der elektrische Anschluß kann zu der oberen Oberfläche 8a des Metallblockes 8 führen.

Entsprechend der Fig. 4 kann auch ein Entgratungswerkzeug so hergestellt werden, daß eine Anzahl von Stäben 12,13 in einen Körper H aus Isoliermaterial eingebettet werden. Danach wird der Aufbau maschinell bearbeitet, um einen Teil der Stäbe an der seitlichen Oberfläche Ha des Isoliermaterials freinilegen. Der freiliegende Teil 12a fluchtet «it der Oberfläche des Isoliermaterials, während der freiliegende Teil 13a des Stabes 13 zur Oberfläche des Isolieraaterials versetzt ist. Die elektrischen Verbindungen können zu den freiliegenden Enden der Stabe führen, oder sie können mittels Leitungen hergestellt werden,

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welche im Isolierkörper 14 eingebettet sind.

Sowohl aus Fig. 3 als auch aus Fig. 4 geht hervor, daß die freiliegenden Metallteile auf der seitlichen Oberfläche des Isolierkörpers eine äußere Konturlinie haben, welche im allgemeinen der Linie oder den linien der entgrateten Teile des Werkstückes folgt.

Die zurückstehende bzw. versetzte Anordnung der freiliegenden Teile des leitermaterials bezüglich der Oberfläche des Isoliermaterials dient dazu, kurze Verbindungen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück während des Entgratens zu verhindern, und dient ebenfalls dazu, das freiliegende Leitermaterial zu schützen.Außerdem kann durch Änderung des Abstand es der freiliegenden Leiterteile zur Oberfläche des Isoliermaterials der Stromfluß zwischen Werkzeug und Werkstück geändert werden, wodurch die in einer vorgegebenen Zeit von einem bestimmten Teil eines Werkstückes entfernte Metallmenge gesteuert werden kann.

Zur Durchführung des Entgratungsvorganges wird das Werkzeug mit seinem aktiven leitenden Teil gegenüber den Bereichen, die auf de» Werkzeug entgratet werden sollen, angeordnet, und es wird ein Elektrolyt durch den Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück geschickt, während an Werkzeug und Werkstück eine Gleichspannung gelegt wird, so daß das Werkstück eine Anode und das Werkzeug eine Kathode bildet. Somit werden die Gratteile auf elektrochemisches Wege entfernt, ohne daß dabei Metall von anderen Bereichen des Werkstückes entfernt wird.

Es ist verständlich, daß bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung das Werkstück und das Werkzeug während des gesamten elektrochemischen BearbeitungsVorganges in festgelegten Lagen ve» bleiben, während der klein· Spalt oder Abstand zwischen ihnen,

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der in der Größenordnung von etwa einigen Tausendsteln eines Zentimeters liegt, durch die Entfernung des Grates größer wird. Im allgemeinen kann der Grat in einigen Zehnteln einer Sekunde entfernt werden, jedoch hängt die genaue Zeit von der Größe der Gratteile und den genauen Bedingungen ab, unter denen die elektrochemische Bearbeitung stattfindet, wie es allgemein bekannt ist. "

Fig. 5 zeigt eine Ausfüffcungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Ein Werk&ück 18, welches entgratet werden soll, liegt auf einer Basisplatte 19 mit der zu entgratenden Oberfläche nach oben und wird in seiner lage durch einen Bolzen 20 gehalten, welcher durch die Mitte des Werkstückes verläuft. Das Entgratungswerkzeug 21 ist oberhalb des Werkstückes durch geeignete nicht weiter dargestellte Mittel befestigt, und zwar so, daß ein kleiner Arbeitsspalt 22 zwischen Werkzeug und Werkstück verbleibt, durch den Elektrolytflüssigkeit fließen kann. Das Werkstück und das Werkzeug sind ia Bezug aufeinander so ausgerichtet, daß die mit einer bestimmten Umrißlinie versehenen aktiven Leitungsteile auf dem Werkzeug den zu entgratenten Bereichen des Werkstückes gegenüberliegen. Dieses kann durch geeignete Anzeigemittel für das Werkstück und für das Werkzeug oder nur für einen Teil von beiden erreicht werden. Dementsprechend kann eine Schraube oder ein Zapfen vorgesehen sein, welcher von der Basis abgestützt wird, wodurch ein bestimmter Teil des Werkstückes festgelegt ist. Die Anordnung liegt innerhalb einer Einfassung 23, welche eng um die Anordnung herumpaßt und gegenüber der Basis 19 durch einen Dichtring 24 abgedichtet ist. Der Elektrolyt wird durch die leitung 25 über die Bohrung 26 im Werkzeug 21 in die Einfassung geleitet, läuft dann durch

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den Arbeltsspalt 22 und über die Leitung 27 aus dem Gehäuse heraus, welche mit der Einfassung verbunden ist. Auf diese Weise wird der Elektrolyt innerhalb der Einfassung eingeschlossen, und es tritt kein Verschütten des Elektrolyten auf, und außerdem kann kein Dampf oder versprühter Elektrolyt während des Bearbeitungsprozesses nach außen dringen. Das Werkstück 18 und das Werkzeug 21 liegen dabei so in einem elektrischen Schaltkreis, daß das Werkstück die Anode und das Werkzeug die Kathode bildet. Ein Druckventil 28 kann in der Auslaßleitung 27 liegen, um so einen gewünschten Druck innerhalb der Einfassung aufrechtzuerhalten. Nach Beendigung des EntgratungsVorganges wird die Zufuhr des Elektrolyten durch Schließen des Ventils 29 in der Leitung 25 abgeschnitten, und der Elektrolyt wird aus dem GehBuse abgeleitet. Um das Entfernen des Elektrolyten zu erleichtern, kann man nun Druckluft über die Anschlüsse 30 in die Einfassung leiten, wodurch irgendwelche restlichen Elektrolytmengen aus der Einfassung herausgeblasen werden und wodurch das Werkzeug zumindest teilweise getrocknet wird.

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Claims (12)

DR. HUGO WILCKEN DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54 Az.: P 15 65 385.7-34 Anmelder: Associated Engineering Limited, 60, Kenilworth Road, Ieamington Spa,Warwickshire,England Patentansprüche

1. Verfahren zum elektrochemischen Entgraten eines Metalles oder eines metallischen Werkstückes mit einem Grat entlang eines Kantenbereichs oder Kantenbereiche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entgratewerkzeug in dichte Nähe zu dem zu entgratenden Werkzeug gebracht wird, Jedoch so, daß ein Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verbleibt, die beide während des Entgratevorgangs in fester SMlung gehalten werden, und daß das Werkzeug und das Werkstück in einen elektrischen Kreis geschaltet sind, so daß ein Strom zwischen Werkzeug und Werkstück über ein Elektrolyt fließen kann, welches sich in dem Spalt befindet, wobei lediglich der aktive Teil des sich in dichter Nähe zum Werkstück befindenden Werkzeuges die Form einer linie aus leitendem Material aufweist, die im allgemeinen der Umrißlinie des Kantenbereichs oder der Kantenbereiche des Werkstückes folgt, das entgratet werden soll.

2. Vorrichtung zum elektrochemischen Entgraten eines Metalles oder eines metallischen Werkstückes mit einem Grat entlang

⁰^ eines Kantenbereichs oder mehrerer Kantenbereiche, gekenno

J£ zeichnet durch Einrichtungen sum Abstützen des su entgra-K). tenden Werkstückes und eines Entgratewerkzeuges in festen <=> Stellungen, derart, daß sie während des Betriebes der Toroo „

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richtung in den festen Stellungen gehalten sind, wobei das Entgratewerkzeug einen kleinen Abstand zu dem zu entgratenden Werkstück aufweist, um einen Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück zu lassen, durch Einrichtungen zum Schalten des Werkzeuges und des Werkstückes in einen elektrischen Kreis, in dem das Werkstück die Anode und das Werkzeug die Kathode bildet, , und durch Einrichtungen zum Leiten eines Elektrolyten durch den Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, und dadurch gekennzeichnet, daß lediglich der aktive Teil des sich in dichter Nähe zum Werkstück befindenden Werkzeuges die Form einer Linie aus leitendem Material aufweist, die im allgemeinen der Umrißlinie des Kantenbereichs oder der Kantenbereiche des Werkstückes folgt, das entgratet werden soll.

3. Werkzeug zum elektrochemischen Entgraten eines Metalles oder eines metallischen Werkstückes, gekennzeichnet durch wenigstens einen Körper aus elektrisch-isolierendem Material und wenigstens einen Körper aus elektrisch-leitendem Material, wobei das Werkzeug so aufgebaut ist, daß nur der aktive Teil des leitenden Materials, das vom isolierenden Material freigelegt ist, aus einer oder mehreren Kanten oder Streifen besteht, die eine Linie an dem leitenden Material bildet bzw. bilden, welche einer vorbestimmten Umrißlinie folgt.

4. Werkzeug nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer oder mehreren dünnen Metallplatten oder ■etallischen Zwischenlagen besteht, welche in einem Isoliermaterial eingeschlossen sind, wobei eine oder menre-

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re Kanten jeder Platte bzw. jeder Zwischenlage an der Oberfläche des Isoliermaterials freiliegt bzw.freiliegen, wo ein Entgraten stattfinden soll.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht freiliegenden Kanten von Isoliermaterial überdeckt sind.

6. Werkzeug nach den Ansprüchen 4- oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht freiliegenden Kanten hinter der Oberfläche des Isolierkörpers zurückgeschnitten sind.

7. Werkzeug nach den Ansprüchen 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß es in Schichtenform aufgebaut ist, indem jede Platte oder Zwischenlage zwischen entsprechenden Stücken aus Isoliermaterial liegt.

8. Werkzeug nach den Ansprüchen 3 - 7_f dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial um eine oder mehrere Platten oder Zwischenlagen herumgegossen ist.

9. Werkzeug nach üen Ansprüchen 3-8, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem oder mehreren Drähten oder Stäben besteht, welche an einem Isolierkörper befestigt oder teilweise in einem Isolierkörper eingebettet sind, wobei der freiliegende Teil jedes Drahtes oder jedes Stabes die Kante oder die Kanten der erforderlichen Umrißlinie bildet, an der das Entgraten stattfindet.

10. Werkzeug nach den Ansprüchen 3-9, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem metallischen Block besteht, der mindestens teilweise in einem Körper aus Isoliermaterial eingeschlos-

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sen bzw. eingebettet ist und mit mindestens einem Teil an der Oberfläche des Isolierkörpers freiliegt, um dort eine Kante mit einer gewünschten Umrißlinie zu bilden.

11. Werkzeug nach den Ansprüchen 3 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die freiliegenden Teile des Werkzeuges hinter der Oberfläche des Isoliermaterials zurückstehen.

12. Werkzeug nach den Ansprüchen 3-11, insbesondere zum Ent-· graten von Zahnradzähnen, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper eine Verzahnung, welche zwischen die Zähne des zu entgratenden Zahnrades paßt,und mindestens einen Metallteil mit Kantenabschnitten aufweist, die an der Ober fläche der Zahnspitzen und Zahnseiten des Werkzeuges freiliegen, jedoch zwischen den Zähnen unter dem Isoliermaterial liegen, um ein Entgraten an der Seite und zwischen den Zähnen des Zahnrades zu ermöglichen, ohne Metall von den Zahnspitzen des Zahnrades zu entfernen, die den Bereichen des Metallteiles gegenüberliegen, welche unterschnitten sind und unterhalb der Oberfläche des Isoliermaterials liegen.

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