DE2906245A1 - Elektrode fuer elektroerosionsbearbeitung und verfahren zur herstellung einer elektrode - Google Patents

Description

DR.-ING. DIPL-PHYS. H. STURIES PATENTANWÄLTE

BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

Ateliers des Charmilles S.A., 109, rue de Lyon, Geneve, (Schweiz)

Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung und Verfahren zur Herstellung einer Elektrode

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung .

Die elektroerosive Wirkung bei der Elektroerosionsbearbeitung eines metallischen Werkstücks mit einer Elektrode hängt von der Wahl einer Vielzahl von Bearbeitungsparametern ab, z.B. dem Arbeitsspalt, der Erneuerung der Bearbeitungsflüssigkeit, der Stromstärke, der Form und der Frequenz der Entladungen. Jedoch erreicht diese Wirkung, die durch eine Regelung dieser Bearbeitungsparameter optimalisiert werden kann, eine Grenze, die von dem die Elektrode und das Werkstück bildenden Materialpaar abhängt.

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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode zu schaffen, die den Überschlag der Entladungen erleichtert und die Neigung zu Kurzschlüssen verringert, so daß sie eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit als bei bekannten Elektroden erlaubt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ihre aktive Oberfläche zu mindestens 50% Zink, Kadmium, Zinn, Blei, Antimon oder Wismut oder einer Legierung dieser Metalle aufweist.

Andererseits hängt die erosive Schnittleistung bei der Funkenbearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines Drahtes oder eines Bandes zum großen Teil vom Bearbeitungsstrom ab, den der Draht aushalten kann. Die Präzision der Bearbeitung hängt ab von der Geradlinigkeit des Fadens beim Durchlaufen des Bearbeitungsbereichs zwischen seinen Führungs-. bzw. Spannvorrichtungen. Diese Geradlinigkeit wird durch den auf den Faden ausgeübten Zug beeinflußt, so daß der Faden infolgedessen zum einen eine hohe Stromdichte aushalten und zum anderen eine hohe Zugfestigkeit aufweisen muß. Diese Bedingungen sind für einen herkömmlichen Metallfaden unvereinbar, da die gut stromleitenden Werkstoffe eine geringe mechanische Festigkeit haben.

Die Erfindung erlaubt die Verwirklichung einer Fadenelektrode, die gleichzeitig beiden Bedingungen genügt.

Die aktive Oberfläche wird durch eine äußere Schicht gebildet, die den Kern des Fadens vor durch die Entladungen hervorgerufenen Wärmeeinflüssen schützt, da die vorgenannten Metalle eine niedrige Verdampfungstemperatur haben. Die äußere Schicht bildet eine thermische Abschirmung, was die Entladungs-

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energie oder die Wiederholungsfrequenz der Entladungen zu verstärken erlaubt, ohne daß in dem Bearbeitungsbereich ein Fadenbruch riskiert wird.

Die äußere Schicht kann eine Stärke zwischen 1 μ und 25 μ haben, je nach Intensität und Dauer der Entladungen.

Diese Schicht kann z.B. wenigstens 80% Kadmium enthalten, was den weiteren Vorteil geringer Reibung auf den Führungsoberflächen und eine bedeutende Erleichterung der Kaltkalibrierung bewirkt.

Man kann die mechanische Festigkeit und den zulässigen Strom des Fadens erhöhen, wenn seine Seele aus Stahl besteht und von einer Kupfer- oder Silberschicht umgeben ist, welche durch die Metallschicht für thermischen Schutz bedeckt und z.B. aus einer Legierung von Zink, Kadmium und Antimon gebildet ist.

Ein anderer Vorteil dieser äußeren Schicht des Fadens ist die Umwandlung jener Entladungen in erosive Entladungen, die bei einem Kurzschluß zünden, da die sich im Erosionsbereich zwischen den Elektroden bildenden metallischen Brücken unter der thermischen Wirkung des Kurzschlußstromes sehr leicht schmelzen. Metalle mit einer geringen inneren Verdampfungswärme sind daher in diesem Fall vorteilhaft.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, das die Herstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode erlaubt und

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Fig. 2 ein Diagramm der mit der Vorrichtung der Fig. 1 erhaltenen Bearbeitungsergelmisse.

Gemäß Fig. 1 wird eine Elektrode 1 in Form eines Fadens benutzt, um ein Werkstück 2 längs einer Bahn zu schneiden, die mit Hilfe eines in der Zeichnung nicht dargestellten Kopiersystems oder einer numerischen Steuerung bestimmt wird. Die Entladungen erfolgen in einem Bearbeitungsbereich 3 zwischen dem Faden 1 und dem Werkstück 2 unter der Einwirkung aufeinanderfolgender Impulse, die von einem Generator 4 geliefert werden, dessen eine Klemme mit dem zu bearbeitenden Werkstück 2 verbunden ist und dessen andere Klemme über Schleifer 5 und mit dem Faden 1 in Verbindung steht.

Der Faden 1 wird im Verhältnis zum Werkstück 2 mittels zweiter Führungsvorrichtungen 7,8 in einer bestimmten Lage gehalten. Auf diesen Führungsvorrichtungen 7,8 verschiebt sich der Faden axial, wobei er durch die Rollen 9 und 10 unter Spannung gehalten und durch Motore 11 und 12 gezogen wird.

Vor dem Erreichen des Bearbeitungsbereichs wird der Faden 1 mit Hilfe der Rollen 13,14 und 15 durch einen Behälter geleitet, der ein galvanoplastisches Bad 16 enthält, in dem ein elektrolytischer Niederschlag eines oder mehrerer obengenannter Metalle unter dem Einfluß eines Stromes stattfindet, der kontinuierlich von einer Stromquelle 17 geliefert wird. Diese Stromquelle 17 ist einerseits mit einer in dieses Bad 16 eingetauchten Graphitelektrode verbunden und andererseits über Schleifer 19 und 20 mit dem Faden 1. Die auf dem Faden 1 niedergeschlagene Metallschicht beträgt etwa 15 μ. Der Faden 1 wird danach und vor dem Erreichen des Bearbeitungsbereichs

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3 durch eine Ziehdüse 21 kalibriert.

Vorzugsweise regelt man die Bearbeitungsparameter so, daß die Abnutzung des Fadens auf die oberste Schicht hegrenzt ist. Unter diesen Umständen ist es ohne weiteres möglich, den Faden nach seinem Durchlaufen des Bearbeitungsbereichs wieder zu verwenden, nachdem er zuvor einen neuen elektrolytischen Niederschlag erhalten und die Ziehdüse 21 durchlaufen hat, so daß die Fadenelektrode erneut zugeführt werden kann. Diese Wiederverwendung des Fadens kann verwirklicht werden, indem die Maschine eine Spule bereits benutzten Fadens verwendet, oder indem der Faden in einer geschlossenen Schleife fortwährend umläuft.

Die Fig. 2 zeigt Versuchsergebnisse der Vorrichtung der Fig. 1. Die Kurve 22 stellt die Relativgeschwindigkeit des Schnittvorganges V in Abhängigkeit von der Höhe H des zu bearbeitenden Werkstücks dar, wobei ein Messingfaden von 180 μ Durchmesser benutzt wurde.

Die Kurve 23 zeigt die Ergebnisse derselben Maschine, wobei ein denselben Durchmesser aufweisender Kupferfaden benutzt wurde, der von einer Zinkschicht von etwa 15 μ überzogen war .

Etwas niedrigere Resultate bezüglich der Werkstoffabtragung wurden mit einem galvanisierten Stahlfaden von 200 μ Durchmesser erhalten.

Es versteht sich, daß der Niederschlag von Zink auf den Faden nicht notwendigerweise gleichzeitig mit der Funkenbearbeitung erfolgen muß, und daß man sehr gut eine ganz andere Art des Fadens herstellen bzw. verwenden könnte, dessen aktive

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Oberfläche durch eine Legierung mit mindestens 50% Zink gebildet wird.

Es versteht sich, daß die Elektrode nicht notwendigerweise von einer Schicht einer zinkreichen Legierung bedeckt sein muß, sondern daß diese Schicht auch von einem anderen Metall mit niedriger Verdampfungstemperatur gebildet sein könnte.

Im Falle herkömmlicher Elektroerosionsbearbeitung mit Hilfe einer Formelektrode sind die mechanischen Beanspruchungen der Elektrode viel geringer, als beim Funkenerosionsschneiden mit einer Fadenelektrode. Es ist daher möglich, Elektroden aus einer viel Zink enthaltenden Legierung zu benutzen, selbst wenn die mechanische Festigkeit dieser Elektroden relativ gering ist.

Um die besten Bearbeitungsleistungen zu erhalten, muß der Faden eine gute elektrische Leitfähigkeit haben, damit er einen hohen Bearbeitungsstrom aushält, und eine hohe mechanische Festigkeit, um eine Erhöhung der Kraft zu erlauben, mit der er in dem Bearbeitungsbereich gespannt wird. Wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit den Vorzug haben soll, wird die Zinkschicht auf einem Kupfer- oder Messingfaden angeordnet. Falls man umgekehrt eine maximale Festigkeit des Fadens erreichen will, wird diese Schicht auf einem Stahlfaden angeordnet, Ein ausgezeichneter Kompromiß besteht darin, auf einem Stahlfaden eine Kupferschicht und danach eine Zinkschicht vorzusehen.

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Claims (7)

PATENTANWÄLTE DR-'NG- °!Ρ^ΓΗΥ8· H' STÜR'ES D.PU-.NG.. P. E.CHL.R BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2 Ansprüche:

1. j Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung, dadurch

gekennzeichnet, daß ihre aktive Oberfläche zu mindestens 50% Zink, Kadmium, Zinn, Blei, Antimon oder Wismut oder einer Legierung dieser Metalle aufweist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß sie eine Seele hat, die von einer
aus den Metallen oder der Legierung bestehenden Schicht umkleidet ist.

3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele dieses Fadens aus Kupfer, Messing oder Stahl besteht.

4. Elektrode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht eine weitere, eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisende
Schicht bedeckt, welche die mit großer mechanischer
Festigkeit versehene Fadenseele bedeckt.

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5. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 1, bei dem ein Metallfaden durch ein galvanoplastisches Bad zur elektrolytischen Herstellung eines aus Zink bestehenden Oberflächenniederschlages geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des Oberflächenniederschlages in einer Elektroerosionsmaschine erfolgt, deren ein Werkstück (2) schneidender Faden (1) vor dem Durchlaufen des Funkenerosionsbereichs (3) der Maschine durch das galvanoplastische Bad (16) geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (1) nach dem Durchlaufen des galvanoplastischen Bades (16) und vor dem Durchlaufen des Funkenerosionsbereichs (3) eine Ziehdüse (21) durchläuft.

7. Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Wiederaufnahmemittel für den Faden (1) nach dessen Durchlaufen des Funkenerosionsbereichs (3) hat und Rückeinführungsmittel zum galvanoplastischen Bad (16) zum Ersetzen des von der äußeren Schicht des Fadens (1) im Verlauf der Elektroerosion abgetragenen Werkstoffs besitzt.

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