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用于通过电解质射流对工件的导电表面进行等离子体电解加工的设备和方法

申请号 CN202380012629.5 申请日 2023-06-30 公开(公告)号 CN117597475A 公开(公告)日 2024-02-23
申请人 弗莱贝格工业大学; 发明人 V·斯特普塔; M·彭泽尔; S·施罗德; H·泽德勒;
摘要 描述了用于对 工件 (3)的导电表面(2)进行 等离子体 电解 加工的设备(1)和方法。所述设备拥有:施加单元(4),用于向所述表面(2)施加 电解质 射流;供应单元(5),用于给所述施加单元(4)至少临时供应对于产生所述电解质射流所需的电解质;至少一个 电极 (6),所述电极在所述加工期间形成相对于所述表面(2)的对应电极;和至少一个电 能量 源(7),利用所述 电能 量源,能在所述加工期间给所述电极和所述表面供应电能,使得在所述电极(6)与所述待加工表面(2)之间在被所述电解质 接触 时有 电流 流动。所描述的技术方案的突出之处在于:所述施加单元(4)被设计用于向所述工件(3)的所述表面(2)同时或者在时间上依次地施加第一电解质射流和至少一个第二电解质射流,这些电解质射流在所述待加工表面上具有不同的射流有效区域。
权利要求

1.一种用于对工件(3)的导电表面(2)进行等离子体电解加工的设备(1),所述设备拥有:施加单元(4),用于向所述表面(2)施加电解质射流;供应单元(5),用于给所述施加单元(4)至少临时供应对于产生所述电解质射流所需的电解质;至少一个电极(6),所述电极在所述加工期间形成相对于所述表面(2)的对应电极;和至少一个电能量源(7),利用所述电能量源,能在所述加工期间给所述电极和所述表面供应电能,使得在所述电极(6)与待加工表面(2)之间在被所述电解质接触时有电流流动,
其特征在于,所述施加单元(4)被设计用于产生第一电解质射流和至少一个独立的第二电解质射流,这些电解质射流在所述待加工表面上具有不同的射流有效区域,并且同时或在时间上依次地作用于所述工件(3)的所述表面(2)。
2.根据权利要求1所述的设备,
其特征在于,所述施加单元(4)具有至少一个调节元件(8),通过所述调节元件,能改变所述电解质射流的射流形状、射流方向、射流成分、射流有效区域和/或流动特性。
3.根据权利要求1或2所述的设备,
其特征在于,提供至少一个测量单元(22),用于连续或不连续地测量所述表面(2)的至少一种特性、用于确定所述施加单元(4)与所述表面(2)之间的距离和/或用于确定所述施加单元(4)相对于所述表面(2)的相对位置;和/或提供控制单元(9),通过所述控制单元,根据所述工件表面(2)的特性和/或相关的额定值,能生成控制信号,并且能将所述控制信号传输给所述施加单元(4),用于改变射流形状、射流方向、射流成分、射流有效区域、这些电解质射流在空间中的布置和/或电解质射流的流动特性。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,所述施加单元(4)具有至少两个出口孔(10)。
5.根据权利要求4所述的设备,
其特征在于,所述出口孔(10)以可移动的方式布置、具有不同的尺寸、被设计为管状或喷嘴状、能独立于所述供应单元地被供应所述电解质和/或被设计用于将具有不同射流形状、射流有效区域、在空间中的布置和/或流动特性的至少两个电解质射流施加到所述工件表面上。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,提供至少一个调节单元(11),用于改变所述工件(3)的表面(2)与所述施加单元(4)的至少一个出口孔(10)之间的距离和/或相对位置。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,所述电极(6)在运行时至少部分地包围所述电解质射流。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,借助于至少一个调节装置(12),能改变用电能对所述电极的供应、存在于电极与待加工表面之间的电压和/或在所述电极与所述待加工表面之间流动的电流的强度。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,所述供应单元(5)具有:电解质供给部(13),经由所述电解质供给部,能向所述施加单元(4)供给电解质;电解质排出部(14),经由所述电解质排出部,能排出由所述施加单元(4)施加的电解质;和/或处理单元(15),经由所述处理单元,能改变所排出的电解质的至少一种特性。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,提供至少一个传感器单元(17),利用所述传感器单元,能检测所述电解质的至少一种特性。
11.根据上述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,提供至少一个发射器,利用所述发射器,能将声波和/或电磁波至少临时耦合输入到这些电解质射流中的至少一个电解质射流中。
12.一种用于对工件(3)的导电表面(2)进行等离子体电解加工的方法,其中,将至少一种电解质输送到施加单元(4),通过所述施加单元,至少临时向所述工件(3)的所述表面(2)施加电解质射流,在所述工件(3)的待加工表面(2)与至少部分地接触所述电解质的电极(6)之间施加电压,使得所述电极(6)在所述加工期间形成相对于所述工件(3)的所述表面(2)的对应电极,
其特征在于,所述施加单元(4)产生第一电解质射流和至少一个独立的第二电解质射流,这些电解质射流具有不同的射流有效区域,并且经由所述施加单元(4)同时或者在时间上依次作用于所述工件(3)的所述表面(2)。
13.根据权利要求12所述的方法,
其特征在于,使所述工件(3)的所述待加工表面(2)相对于所述施加单元(4)移动。
14.根据权利要求12或13所述的方法,
其特征在于,所述电解质在施加到所述工件(3)的所述表面(2)上之后至少部分地被收集,通过改变所收集的电解质的至少一种特性来被处理并且在经过处理或未经过处理的状态下再次被涂覆到所述工件(3)的所述表面(2)上。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,在所述表面的所述加工之前、期间或之后,测量和/或调节至少一个加工和/或过程参数、附在电极(6)与待加工表面(2)之间的电压、在所述电极(6)与所述待加工表面(2)之间流动的电流的强度、在所述施加单元(4)和/或所述施加单元(4)的出口孔(10)与所述工件表面(2)之间的距离、电解质的供应、所述工件(3)的移动、所述施加单元(4)的移动和/或发射器的至少一个设定,利用所述发射器,将声波和/或电磁波至少临时耦合输入到这些电解质射流中的至少一个电解质射流中。

说明书全文

用于通过电解质射流对工件的导电表面进行等离子体电解加

工的设备和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于对工件的导电表面进行等离子体电解加工的设备和方法。在这种情况下,该设备拥有:用于给工件表面施加电解质射流的施加单元;用于给该施加单元至少临时供应对于产生该电解质射流所需的电解质的供应单元;和至少一个电极,该电极在加工期间作为阴极形成相对于该表面的对应电极。为了产生所需的电压,还提供至少一个电压源,在对工件表面进行加工期间,利用该电压源,能在电极与待加工表面之间施加电压,该电极和该表面分别至少部分地与电解质接触

背景技术

[0002] 对于由金属合金制成的工件,通常不在初级生产步骤中实现该表面的目标特性,使得需要后续的最终加工或精加工。该最终加工或精加工例如包括抛光、清洁、消毒、纹理化和表面涂层以及工件边缘的去毛刺和倒圆。在此,尤其是通过材料去除来改变表面特性的方法具有显著的经济和技术意义。已知通过使用几何形状不定的切削刃的切削方法对金属表面的最终加工,如研磨或机械抛光,其能够实现低粗糙度和高光泽度。这些切削方法总是需要通常旋转着的工具能够到达表面,使得几乎无法实现对狭窄的、凹形的轮廓和内表面的加工。此外,该方法原理总是需要准确调整工具相对于所加工的表面的相对位置。目标轮廓的变化、例如由于变换的或可定制的工件所引起的变化,在自动化的过程控制中需要在NC程序中的复杂的调整,这些调整明显限制了灵活性。而如果该过程控制被手动执行,则在复杂构件的情况下,加工时间会非常长,约为20分钟。此外,可再现性明显受限,因为结果总是取决于员工的个人能,并且研磨粉尘会造成健康险。与之相对地,同样已知的用于电化学抛光、尤其是电解抛光和电化学去除的方法的特点在于:无力材料去除。在电化学金属加工中,通过位于表面上的金属的阳极溶解来对工件进行加工。相对应的方法应用于不同的机械制造领域,比如航空航天工程、车辆制造、工具制造、医疗和微系统技术以及能量设施构建。几乎所有金属都可以以这种方式来被加工,其中,不同于切削加工,该过程不受高强度或硬度的负面影响。就这方面来说,电化学加工尤其是对于高合金材料、如镍基合金、合金或硬化材料来说是有意义的。根据分别选择的方法,由于所使用的电解质或部分地投入使用的高浓度的、热的、会引起强烈的材料去除和快速的边缘倒圆的无机酸,可能出现问题。此外,可实现的粗糙度和可实现的光泽度仅在中等要求范围内,其中,通常可以实现为0.2μm的粗糙度值Ra。这使得这些方法尤其是对于需要表面的高光泽度的装饰性和功能性应用来说不合格。
[0003] 已知的用于对金属工件进行电化学加工的方法的特殊的进一步发展是导电表面的等离子体电解加工。等离子体电解加工方法是用来通过施加电压来改变至少临时与电解质接触的工件表面的性质的方法,其中,通过等离子体的靠近表面的形成来实现、促进或者影响该改变。虽然等离子体电解化主要用于尤其是在轻金属上的耐磨边缘层的制造,但是在等离子体电解抛光中,通过材料去除来改变边缘层。与电解抛光相比,这在使用盐溶液的情况下实现而不是在高浓度酸作为电解质的情况下实现,其中,工件通常被浸入到这种电解质浴中并且予以阳极接触。通过施加200V至450V、优选地230V至350V的直流电压,与工件接触的电解质蒸发,并且形成围绕着该工件的蒸汽表层,该蒸汽表层取代工件表面的电解质溶液。降落在蒸汽表层上的抛光电压会导致部分电离并且导致形成等离子体。通过物理、化学和电化学去除工艺的组合,使工件的表面均匀平滑,并且同时去除污垢。
[0004] 以这种方式,可以在最短时间内并且无需模具相关工具地产生特别光滑并且有光泽的表面。此外,不需要对相应的工件进行预处理或者除去可能存在于表面上的油或者润滑剂。此外,根据所加工的材料,可以通过等离子体电解加工来产生其腐蚀倾向受到抑制的工件表面。因此,该方法不仅适合于降低表面粗糙度,而且尤其适合于去毛刺、产生光泽、钝化、清洁、消毒以及平滑表面轮廓。
[0005] 从DE 102006016368 B4公知一种用于等离子体抛光的通用设施。所描述的设施适合于对导电的工件表面进行清洁和抛光,并且拥有电解质容器、用于工件的支架和用于提供对于等离子体电解加工所需的电压的电源。还提供用于监视和设定所需的电流强度的控制器,该控制器根据工件被浸入到电解质容器中的速度来设定该电流强度。
[0006] 已知的使用电解质浴的用于对导电表面进行等离子体电解处理的方法关于可加工的工件几何形状具有决定性的限制。首先,稳定的过程控制需要:所形成的并且上升的气泡可以以均匀的蒸汽表层的形式沿着工件轮廓流动。对于复杂构件,尤其是在具有高纵横比的深凹表面或者轮廓加深结构上,情况通常并非如此,例如在孔、空腔和轮廓距离较小的拉制型材的情况下。那么就不会发生稳定的、方法典型的材料去除,使得在这些情况下,等离子体电解加工通常无法用于工业过程。
[0007] 另一缺点在于:所需的电流强度必须与构件表面成比例地被提供,因为基本工作2
原理需要在工件表面上的特定于材料和电解质的电流密度,该电流密度通常在0.2A/cm 至
2
0.5A/cm 的范围内。因此,根据普通工业公司的加工设施的性能,该方法会受到关于构件尺寸方面的技术和经济限制,该构件尺寸只是很少地超过边长为20cm的立方体的尺寸。此外,对于需要大型加工设施的大型构件来说,使用等离子体电解加工方法因此通常是不经济的。当代替整个构件表面而仅应该加工单独的表面或轮廓(比如在去毛刺的情况下)时,情况尤其如此。那么,对于在电解质浴中的等离子体电解抛光来说固有的对整个表面的加工通常会导致电力需求、投资需求和加工工作量是对于满足表面要求所需的情况的数倍。
[0008] 一种规避可加工的构件尺寸的限制的方案是转变到选择性方法,如从DE 102014108447A1中公知的那样。该文献公开了一种用于对构件、尤其是片材和箔片的导电表面进行选择性等离子体抛光和/或清洁的设施,该设施拥有至少一个阴极极化的抛光槽,该抛光槽经由系统来被供应电解质。现在,阳极极化的工件被引导穿过该槽,其中,横向于工件走向的绝缘条界定与电解质接触的表面,并且这样产生仅选择性起作用的抛光浴。
虽然这种设备消除了最大尺寸构件的方法限制,但是几何上复杂的构件无法借此被加工或者借此只能非常有限地被加工。此外,该设备也不允许对一维定义的整体截面之外的各个表面的选择性加工。
[0009] 出于该原因,一种特殊的等离子体电解加工方法、即所谓的喷射等离子体抛光,规定了使用电解质射流来代替电解质浴,其中,在这种情况下,使电解质射流指向工件的电解质喷嘴同时形成阴极。只有在电解质射流射到工件的表面上的位置处才发生材料去除。所需的最大电流强度由此受到显著,并且加工可以集中于所选择的位置。
[0010] 从DE 202019001138 U1公知一种用于实施上述方法的设施。该文献描述了一种用于对工件的导电表面进行等离子体抛光的设施,其中,该设施具有用于保持工件的保持装置以及电解质容器,从该电解质容器中将电解质输送到喷嘴单元。借助于该喷嘴单元,产生指向待加工表面的电解质射流,用于对工件表面的加工。该电解质射流不仅可以作为电解质罐外部的自由射流被指向工件并且被用于等离子体电解加工(喷射等离子体抛光),而且可以定位在电解质容器本身中。在第二种情况下,如从现有技术中公知的那样,在电解质浴(浴等离子体抛光)中进行工件的加工,其中,电解质到工件表面的指向流动有针对性地影响蒸汽表皮的实现形式并且因此有针对性地影响过程控制。
[0011] 所描述的设施的缺点在于:仅加工工件表面的比较小的区域,对较大表面的加工因而需要更多时间,而且也无法令人满意地进行复杂轮廓的加工。

发明内容

[0012] 基于从现有技术中已知的用于对工件表面进行等离子体电解加工的设备和方法,本发明所基于的任务在于说明一种技术方案,利用该技术方案,可以以适合的方式对比较大的表面和/或不同的、复杂的轮廓进行等离子体电解加工。尤其是,即使对于具有不同几何形状和/或复杂表面轮廓的工件,也可以快速地、工艺可靠地并且可重复地产生高质量的表面。考虑到技术上和经济上的边界条件,也旨在能合理地实现对比较大的构件的去毛刺。
[0013] 所要说明的技术方案通常应该会适合于在工业过程中、尤其是在批量生产中使用,并且可以以相对简单的手段并且以经济上合理的方式集成到工业生产中。此外,所要说明的技术方案旨在适合于在无需明显的设计工作的情况下就可以与不同的加工任务、尤其是与不同形状的工件的加工适配。此外,旨在说明一种加工设施,该加工设施能在考虑已知的设计原理的情况下并且从经济的视角有效地被制造和操作。在这种情况下,旨在使对于具有不同形状的工件表面的工件的等离子体电解加工所需的能量需求减小到最低限度,并且还旨在能以尽可能简单的方式来限制电流强度峰值。
[0014] 上述任务利用按照权利要求1所述的设备以及按照权利要求13所述的方法来解决。本发明的有利的实施方式是从属权利要求的主题,而且在随后的描述中部分地参考附图更详尽地予以阐述。
[0015] 本发明涉及一种用于对导电表面、尤其是工件的金属表面进行等离子体电解加工的设备,该设备拥有:施加单元,用于向该表面施加电解质射流;供应单元,用于给该施加单元至少临时供应对于产生该电解质射流所需的电解质;至少一个电极,该电极在加工期间形成相对于该表面的对应电极、尤其是阴极;和至少一个单元,利用该单元,能在加工期间给该电极和该表面供应电能,使得在该电极与待加工表面之间在被电解质接触时有电流流动。按照本发明,该设备的突出之处在于:该施加单元被设计用于产生第一电解质射流和至少一个独立于该第一电解质射流的第二电解质射流,这些电解质射流具有不同的射流形状、射流方向、射流有效区域、空间中的布置、射流成分和/或流动特性,并且被设计用于向工件的表面同时或者在时间上依次地施加第一电解质射流和至少一个第二电解质射流。因此,本发明的基本思想基于:提供一种施加单元,经由该施加单元,能同时或依次地将至少两个射流施加到待加工的工件表面上,该至少两个射流具有不同特性、尤其是来自不同方向并且具有不同的有效区域。就这方面来说,射流有效区域应被理解为工件的待加工表面的电解质射流所射到的区域,使得至少一种表面特性在该区域内至少部分地发生变化。在这种情况下重要的是:同时或依次地借助于至少两个电解质射流来作用于工件的表面或者对工件的表面进行加工,该至少两个电解质射流关于至少一种特性、它们的取向、它们在空间中的布置和/或该至少两个电解质射流所作用于的射流有效区域的布置有所不同。由该施加单元首先产生的至少两个电解质射流是独立的射流,这些射流优选地从该施加单元的不同的出口孔中射出,并且不在施加单元与在待处理的工件表面上的射流有效区域之间的流动路径上混合,尤其是不会混合成均匀射流。以特别优选的方式,至少两个独立的电解质射流射到工件表面上的不重叠或者至少部分地重叠的两个射流有效区域上。因此,相对于比如通过穿孔板或喷头所引起的流到各个流线的分配,按照本发明所提供的独立的电解质射流的突出之处在于:这些电解质射流始终是单独的射流,其特性能以符合需要的方式被设定。与此相对应地,射流可以被穿孔板或喷头短暂地分成不同的流线,但是这些流线在流经以穿孔板或喷头为形式的流动障碍物之后重新合并成公共射流。不同于此,按照本发明,产生至少两个电解质射流,并且使其指向工件表面,使得也可以至少部分地加工在工件表面上的不同的射流有效区域。在这种情况下,重要的是:至少两个独立的电解质射流的特性可以被设定得不一样,并且这样能够实现对工件、甚至具有复杂表面轮廓的工件的特别符合需要的加工。
[0016] 以特殊的方式,该至少两个电解质射流被取向或者应被取向,使得该至少两个电解质射流的投影表面至少部分地对应于待加工表面的形状和/或轮廓。结合本发明,加工被理解为表面材料的材料去除、清洁、改变表面层的至少一种特性和/或将材料涂覆到表面上、尤其是抛光、去毛刺、氧化、脱脂和/或脱油。关于该供应单元,有利的是:该供应单元拥有至少一个输送元件,例如以离心泵叶轮泵或者齿轮泵的形式,该输送元件能够将电解质至少几乎无脉动地输送到该施加单元。这是有利的,因为被施加到工件表面上的电解质射流的脉动会损害在工件表面上的蒸汽表层的稳定形成。
[0017] 一般而言,就这方面来说可设想的是:该设备是用于对导电表面、尤其是金属表面进行适当加工的静态或者便携式设备。因此,可设想的是:该设施被实施为用于加工工件表面的静态机床,要不然被实施为便携式、优选地手持式机床,该机床被携带至相应待加工的工件。因此,借助于按照本发明的技术方案,以比较简单的方式就能够优选地自动化地以等离子体电解的方式来对导电工件表面的给定轮廓进行加工、尤其是抛光和/或去毛刺。由于按照本发明的设备的灵活设计,在三维空间中可以同时或者彼此间隔一定时间地将具有不同特性的电解质射流施加到待加工表面上。
[0018] 按照一个优选的实施方式,在这种情况下,该施加单元被设计为使得能同时或者有时间间隔地将来自不同方向的至少两个电解质射流施加到待加工的工件表面上。在这种情况下,该施加单元优选地拥有至少两个出口孔,尤其是喷嘴,经由该至少两个出口孔,能将电解质射流有针对性地施加到待加工的工件表面上。优选地,这些出口孔布置或者应布置为使得可以以特定于过程的角度向具有不同轮廓的表面施加这些电解质射流中的至少一个电解质射流,用于进行表面加工。优选地,该角度应被选择为使得电解质射流沿着表面或轮廓法线来取向。但是,尤其是由于可及性、表面几何形状或加工目标,选择不同的角度也可以是有利的。就这方面来说,可设想的是:整个施加单元和/或各个出口孔能有针对性地被移动。
[0019] 在本发明的一个特殊的扩展方案中规定:该施加单元具有至少一个调节元件,通过该调节元件,能改变电解质射流的射流形状、射流方向、射流有效区域、射流成分和/或流动特性。因此,这种调节元件确保了:能将具有不同特性并且与相应需求或相应加工任务适配的电解质射流施加到工件的表面上。就这方面来说,可设想的是:这种调节元件被设计用于以符合需要的方式来改变出口孔、尤其是喷嘴的尺寸、形状和/或取向。这样,通常可设想的是:借助于这种出口孔来改变电解质射流的取向、射流、流速和/或体积流量。也可设想的是这些电解质射流中的至少一个电解质射流的至少临时的中断或者脉冲式施加。
[0020] 替代地或补充地,可设想的是:该调节元件拥有至少一个和/或至少一个计量单元,通过该计量单元,能改变通过该施加单元所施加的电解质射流的成分。同样,可设想的是:调节元件具有至少一个致动器、混合元件和/或加热元件,以便以适合的方式来使电解质的流动特性和/或温度有针对性地与相应提出的加工任务的要求适配。对于等离子体抛光,优选的是为60℃至95℃的电解质温度,因为这样减少在使电解质蒸发之前所要引入的能量。这例如可以通过旋入式加热体、直通式加热器、陶瓷加热体或者它们的组合来实现。另一方面,例如也能够在室温下利用电解质来实现等离子体电解氧化。
[0021] 在本发明的另一特殊的设计方案中,提供至少一个测量单元,用于连续或不连续地测量表面的至少一种特性、用于确定该施加单元和/或该施加单元的出口孔与该表面之间的距离和/或用于确定该施加单元相对于该表面的相对位置。还优选地提供至少一个控制单元,通过该控制单元,根据工件表面的特性、由该测量单元所生成的测量值和/或额定值,能生成控制信号,并且能将该控制信号传输给该施加单元,用于改变射流形状、射流方向、射流有效区域、射流成分、电解质射流在空间中的布置、至少一个电解质射流的激活或停用和/或这些电解质射流中的至少一个电解质射流的流动特性。因此,能有利地自由编程的这种控制单元能够实现对按照本发明所实施的设备的特别灵活的使用。优选地,该控制单元被实施为使得:能以符合需要的方式来改变各个所需的过程参数,比如这些电解质射流中的至少一个电解质射流的温度、流动形状、流速、体积流量和/或成分。替代地或补充地,可以规定:该控制单元被设计用于以符合需要的方式来改变在电极与工件表面之间施加的电压,尤其是将该电压规定为高于或低于极限值的值。有利地,该极限值被选择为使得:在电压高于该极限值时,对工件表面进行等离子体电解加工,而在电压低于该极限值时,对工件表面进行电化学加工。这样,例如可以首先以电化学方式以高去除速度来降低粗糙度,以便然后通过改变该电压来以等离子体电解的方式产生高质量的、有光泽的表面。
[0022] 这种控制单元与上述调节元件中的至少一个调节元件的组合是特别有利的,以便:能够特别灵活地并且有效地产生具有不同特性的至少两个电解质射流并且将其施加到待加工的工件表面上;和/或通过改变该电压来改变表面加工的类型。
[0023] 在本发明的另一特殊的设计方案中,该设计方案具有至少一个测量单元,用于连续或不连续地测量工件表面的至少一种特性、尤其是表面粗糙度,和/或用于连续或不连续地确定该施加单元相对于该表面的相对位置。在一个有利的实施方案中,该测量单元对准射流有效区域。替代于此或补充于此地,尤其是在该施加单元相对于工件表面的所提供的相对移动的情况下,可以提供至少两个测量单元,该至少两个测量单元检测在射流有效区域前面的至少一个区域和在该射流有效区域后面的至少一个区域。该表面的特性尤其可以在光学上、例如通过经由摄像机的光泽度测量或者对粗糙度轮廓的基于激光的记录来被检测。此外,为了确定该相对位置,尤其也可以考虑经由声波的测量。
[0024] 这种测量单元与上述控制单元中的至少一个控制单元和上述调节元件之一的组合是特别有利的,以便可以直接使用测量结果来控制加工过程。这样,例如可以根据该测量单元的测量与目标状态的比较来改变该施加单元相对于该表面的相对速度、加工电压或者电解质的射流成分。此外,这种装置允许连续地记录数据,以达到有效的质量保证的目的。
[0025] 按照本发明的另一特别适合的实施方式,该施加单元拥有至少两个出口孔,尤其是拥有两个喷嘴元件,用于施加电解质射流。优选地,这些出口孔和/或形成这些出口孔的元件以可移动的方式布置、具有不同的尺寸、能独立于该供应单元地被供应电解质和/或被设计为使得:能将具有不同射流形状和/或流动特性的至少两个电解质射流施加到工件表面上。
[0026] 按照本发明,该施加单元可以根据相应的加工任务灵活地并且仍然以相对简单的手段与现有的要求、尤其是待加工材料和表面轮廓适配。在这种情况下,通常还可设想的是:提供适合的固定和/或移动装置,以便产生在待加工的工件表面与该施加单元、尤其是用于电解质射流的至少一个出口孔之间的相对移动。比如可以通过如下方式来发起相对应的相对移动:选择性地移动其表面应被加工的工件和/或至少部分地移动该施加单元。
[0027] 在本发明的另一特殊的设计方案中规定:该施加单元和/或该供应单元的至少部分、尤其是这种用于收集已经被施加到工件上的电解质的供应单元,布置在至少一个机器人臂上。以这种方式,可以通过使用工业机器人来实现该施加单元相对于待加工的工件表面的特别灵活的移动。替代于此,也能够使用轴运动学。
[0028] 按照本发明的一个特殊的扩展方案,提供至少一个调节单元,用于改变在工件的待加工表面与该施加单元的至少一个出口孔之间的距离和/或该施加单元的至少一个出口孔和待加工的工件表面的相对布置。有利地,可以借助于机器人臂和/或轴运动学来发起该施加单元和/或该工件的适合的移动。因此,利用这种调节单元,可以有针对性地设定在这些出口孔中的至少一个出口孔与待加工表面之间的要由至少一个电解质射流克服的间隙的尺寸。以这种方式,不仅可以影响电解质射流射到工件表面上的力并且这样来影响蒸汽表层的实现形式,而且可以有针对性地设定在指定电压下出现的抛光电流以及对于产生所需的抛光电流来说需要的电压。尤其是在电解质射流没有沿着重力走向的情况下,就射流形状相对于出口孔的几何精度而言,微小的距离是有利的。然而,在这种情况下必须遵守最小距离,以便不发生电弧放电。
[0029] 按照本发明的另一特殊的设计方案规定:测量在工件表面的加工期间流动的抛光电流。接着,相对应的测量值可以以适合的方式被用于控制或者甚至调节加工过程。在一个特殊的扩展方案中,关于这方面规定:如果抛光电流的所测量的电流强度对应于目标值,则认为该过程至少几乎无差错地运行。而如果该电流强度临时急剧发生变化,即相对应的值总是反复急剧波动,尤其是向上朝着更大值的方向波动,则优选地推断出:蒸汽表层断裂并且然后发生新的点火。
[0030] 以这种方式,可以有利地实现质量保证,和/或所获得的测量值和/或从中推导出的值可以被用于改变调节元件和/或调节装置的特性并且借此被用于有针对性地并且符合需要地影响表面加工过程。
[0031] 在本发明的另一特别特殊的设计方案中规定:电极、优选地阴极至少部分地包围电解质射流。在这种情况下,电极有利地比如被实施为导电管件,该导电管件在出口孔的区域包围电解质射流并且这样以适合的方式形成该电极。就这方面来说,可设想的是:该施加单元被设计为电绝缘的,并且具有至少单独的导电区域,这些导电区域在运行时作为电极、尤其是阴极来形成相对于待加工的工件表面的对应电极。该施加单元的导电区域优选地被实施为管件,其中,在这些管件的端部设置有相应的出口孔,用于电解质射流的射出。在加工过程期间,可设想的是:通过设置在该施加单元处的导电区域的有针对性的接通和切断,改变电场并且借此改变工件表面的待加工区域。同样,可设想的是:整个施加单元都被设计为导电的,并且在加工过程期间形成按照本发明的设备的电极。在此,电极的数量和实施方案始终考虑到:为了等离子体抛光设施的安全且稳定的运行,阴极面积应该大于阳极面积,其中,应优选至少5:1的比例。
[0032] 按照一个替代或补充的实施方式,电解质的流动能在该施加单元的至少一个出口孔处以符合需要的方式被接通和切断,即能被脉动。
[0033] 在另一特殊的实施方式中规定:借助于至少一个调节装置,能改变用电能对电极以及待加工表面的供应。就这方面来说,可设想的是:该调节装置被设计为使得电能的供应至少临时被完全中断,要不然仅改变电流强度或电压。优选地,在电极与待加工表面之间施加200V至450V的直流电压。以这种方式,可以以特别适合的方式对工件表面进行抛光和/或去毛刺。如果电压降低,例如降低到为120V的值,则工件表面不再以等离子体电解方式来被加工,而是以电化学方式来被加工。由于在电化学加工时每单位时间在工件表面上进行更大的材料去除,所以可以通过改变电压来有针对性地改变加工类型、尤其是材料去除的尺寸或速度。
[0034] 按照本发明的一个特殊的实施方式,该供应单元具有:电解质供给部,经由该电解质供给部来向该施加单元供给电解质;电解质排出部,经由该电解质排出部,至少部分地排出由该施加单元施加的电解质;和处理单元,经由该处理单元,能改变所排出的电解质的至少一种特性,尤其是温度、pH值、电导率和/或浊度。按照该实施方式的供应单元以有利的方式被实施为使得:电解质首先由该施加单元施加到待加工的工件表面上,然后被收集并且有利地重新被处理,以便该电解质可以再次被用于加工工件表面。优选地,该电解质排出部拥有鼓风机单元、压缩空气单元和/或抽吸装置,使得电解质在射到待加工表面上之后被抽吸和/或吹走。优选地,射到表面上的电解质有针对性地被抽吸或吹走,并且经由排出部来被排出,使得该电解质尤其可以在处理之后被重新使用。以这种方式,防止了在周围区域发生目标有效区域以外的侵蚀现象。
[0035] 就这方面来说,有利的是:提供至少一个传感器单元,利用所述传感器单元,能检测电解质的至少一种特性,尤其是电导率、pH值、浊度和/或温度。以这种方式,例如可设想的是:通过电导率测量来测量所使用的电解质的盐含量,并且以符合需要的方式借助于适合的计量单元来将该盐含量重新提升到所需水平。同样可以引入其它措施,比如至少一个pH调节剂的适当的添加和/或电解质的清洁,比如借助于适合的过滤元件,比如旋风分离器、过滤器,或者化学活性物质的添加。
[0036] 借助于电解质处理,可以实现在比较长的时间段内的电解质的使用,并且借此可以实现按照本发明的设备的特别经济的操作。就这方面来说,有利的是:按照本发明的设备拥有用于储存对于添加和/或清洁所需的物质的容器。替代地或补充地,提供清洁单元,该清洁单元能够实现对该施加单元和/或这些出口孔的清洁,其中,一旦更换电解质,就优选地进行清洁。
[0037] 在本发明的另一实施方式中,该设备拥有至少一个发射器,利用该发射器,能至少临时将声波和/或电磁波耦合输入到这些电解质射流中的至少一个电解质射流中。借助于这种发射器,能够将声波和/或电磁波耦合输入到至少一个电解质射流中,尤其是以便改变工件表面的加工或者引起到该表面中的附加的力注入。因此,借助于声波,尤其是为了影响蒸汽表层的形成,或者利用适合的电磁辐射、例如高能激光辐射,可以实现对该表面的相对应的作用。同样可设想的是:比如借助于LED,将具有特定颜色的光束耦合输入到这些电解质射流中的至少一个电解质射流中,以便这样例如给出关于存在加工电压和在操作者触摸时存在相对应的危险的指示。因此,相对应的、被耦合输入到至少一个电解质射流中的光束可以表示针对用户的报警提示,并且有利地形成特殊安全装置的一部分。
[0038] 按照本发明的一个特殊的实施方式规定:将按照本发明的设备与其它组件相组合,尤其是以便能够结合在尽可能长的时间段内的免维护操作实现有效地集成到工业生产过程中。在一个特殊的设计方案中,提供电解质浓缩物容器,以储存至少一种浓缩物,其中,通过将该浓缩物与水混合、优选地与去离子水混合,有利地制造即用型电解质。优选地,可以自动化地执行相对应的制造。同样可设想的是:通过上述处理过程来补充相对应的制造过程。在这种情况下,用于优选地连续执行处理的装置又可以具有特殊器件,比如用于悬浮颗粒的过滤设施,尤其是具有旋风过滤器的过滤设施,用于添加沉淀剂的计量单元和/或电解池
[0039] 替代地或补充地,可以提供用于储存pH调节剂的容器,以便在该过程期间借助于计量单元来使电解质酸化。还可设想的是:提供用于至少一种清洁剂的储存容器,使得优选地能自动化地清洁该施加单元、尤其是至少一个出口孔。优选地,在更换电解质时进行清洁。
[0040] 在本发明的一个特殊的设计方案中,提供用于在工件表面的加工之前、之后或期间移动工件的元件,这些元件同时能够将电能传递到待加工的工件表面上。这种移动装置例如可以被实施为辊子,这些辊子以适合的压力被压靠到工件上。还可设想的是:借助于滑动触点来实现电能到相对于该施加单元移动的工件的传递。
[0041] 按照本发明的一个特殊的扩展方案,提供至少一个单元,经由该单元,能至少临时将空气和/或至少一种气体引入到这些电解质射流中的至少一个电解质射流中。这是有利的,因为在电解质射流中的空气泡或气泡通常有助于在待加工的工件表面上的蒸汽表层的形成。优选地,用于将空气和/或气体引入到电解质射流中的单元拥有至少一个适合的射流调节器。就这方面来说,可设想的是:该施加单元的至少一个出口孔具有可更换的插入件,通过该插入件,至少有助于在该出口孔的区域内将空气和/或气体喷射或抽吸到电解质射流中。替代地,这些出口孔中的至少一个出口孔拥有适合的内部结构,尤其是表面结构,该内部结构能够将空气和/或气体以适合的方式供给到电解质射流中和/或在电解质射流中形成空气泡和/或气泡。
[0042] 还可设想的是:在施加单元的出口孔中的至少一个出口孔的区域中,提供电绝缘间隔件,该电绝缘间隔件至少部分地包围电解质射流,并且因此使自由射流的有效出口孔朝着工件表面方向移位得更近。剩余距离可以减小到零,使得该间隔件建立与工件表面的直接的、电绝缘的连接。优选地,这种间隔件至少部分地被设计为管状,使得电解质射流通过这种间隔件射到待加工的工件表面上。因此,发生电解质射流的有针对性的施加,其中,通过自由射流所要克服的距离可以减小到零。
[0043] 在本发明的另一设计方案中,该施加单元的至少一个出口孔在其内侧拥有适合的表面结构,以便产生电解质射流的所希望的流动形状。就这方面来说,还可设想的是:由于在该出口孔的区域内的结构化表面,有效的阴极表面增大。在这种情况下,作为表面结构,不仅可设想的是确定性结构,比如网络、网格和/或管纹理,而且可设想的是随机结构,比如以烧结和/或海绵状结构的形式。这些优选地根据相应的加工任务所选择的表面结构也可以以可更换的插入件的形式能插入到施加单元的出口孔中。
[0044] 还有利的是:使用蓄能单元,比如电池或电容器、尤其是超级电容器,用于给按照本发明的设备供应电能。以这种方式,能够使电流强度的尤其是可能在加工开始时的点火过程期间出现的峰值负载减小到最低限度。相对应的峰值负载可以通过电能的这种蓄能器至少部分地被减小。以这种方式,使按照本发明的设备的功耗与可用电网的功率输出解耦。通过使用上述电蓄能器中的至少一个,可以排除工业企业的电网的不容许的负荷,并且这样可以确保按照本发明的设备的安全的、持久的操作。还可设想的是:将蓄能元件设计为使得可以在较长时间段、尤其是工件的加工时长内保持通过这些蓄能元件所提供的电流强度。以这种方式,例如由于连接功率而被限制到150A加工电流的设施可能会通过相对应的充电来被用于加工需要提供200A加工电流的工件。
[0045] 除了设备之外,本发明还涉及一种用于对工件的导电表面、尤其是金属表面进行等离子体电解加工的方法,其中,将至少一种电解质输送到施加单元,经由该施加单元,至少临时向工件的表面施加电解质射流,而且其中,在该工件的待加工表面与至少部分地接触该电解质的电极之间施加电压,使得该电极在该加工期间形成相对于该工件的表面的对应电极、尤其是阴极,该工件优选地表示阳极。按照本发明的方法的突出之处在于:该工件的表面通过该施加单元同时或在时间上依次地被施加第一电解质射流和至少一个第二电解质射流,这些电解质射流具有不同的射流形状、射流方向、射流有效区域、射流成分和/或流动特性。因此,按照本发明的方法的突出之处基本上在于:利用不同特性的电解质射流来同时或在时间上依次地加工工件的待加工表面。在该加工时,又进行材料去除、表面清洁、至少一种表面特性的改变和/或材料涂覆。优选地,从可移动的出口孔中、优选地从多个可移动的出口孔中朝着待加工的工件表面的方向施加电解质射流。
[0046] 由该施加单元或在该施加单元中首先产生的至少两个电解质射流是独立的射流,这些射流优选地从该施加单元的不同的出口孔中被施加,并且不在施加单元与在待处理的工件表面上的射流有效区域之间的流动路径上混合,尤其是不会混合成均匀射流。以特别优选的方式,至少两个独立的电解质射流射到工件表面上的不重叠或者至少部分地重叠的两个射流有效区域上。因此,相对于比如通过穿孔板或喷头所引起的流到各个流线的分配,按照本发明所提供的独立的电解质射流的突出之处在于:这些电解质射流始终是单独的射流,其特性能以符合需要的方式被设定。与此相对应地,射流可以被穿孔板或喷头短暂地分成不同的流线,但是这些流线在流经以穿孔板或喷头为形式的流动障碍物之后重新合并成公共射流。不同于此,按照本发明,产生至少两个电解质射流,并且使其指向工件表面,使得也可以至少部分地加工在工件表面上的不同的射流有效区域。在这种情况下,重要的是:至少两个独立的电解质射流的特性可以被设定得不一样,并且这样能够实现对工件、甚至具有复杂表面轮廓的工件的特别符合需要的加工。
[0047] 按照本发明的一个特殊的实施方式,向待加工表面施加电解质射流,这些电解质射流从不同方向被偏转到该表面上。这些电解质射流可以分别以符合需要的方式被中断,和/或这些电解质射流的特性可以被改变。
[0048] 还有利的是:使工件的待加工表面相对于该施加单元移动。在这种情况下,通过使该施加单元或者该施加单元的至少一个出口孔和/或该工件移动,可以选择性地产生相对移动。因此,利用按照本发明的方法,尤其是在使用具有多个出口孔、尤其是喷嘴的施加单元时,可以实现:工件本身在比较复杂的几何形状和表面轮廓的情况下被加工,例如被去毛刺,使得产生具有比较高的表面质量的表面。
[0049] 在本发明的一个特殊的实施方式中,电解质在施加到工件的表面上之后至少部分地被收集,所收集的电解质通过改变至少一种特性来被处理并且在经处理的状态下再次被涂覆到工件的表面上。按照该实施方式,电解质循环地被输送,其中,可设想的是在罐中的暂存。以这种方式,由于使用电解质,能够在比较长的时间段内特别有效地加工工件表面。还可设想的是:对于处理和/或清洁电解质所需的物质储存在适合的容器中,并且在需要时优选地在使用适合的调节或控制的情况下被添加,尤其是用于增加盐含量和/或降低pH值。
[0050] 按照本发明的一个特别特殊的扩展方案,该施加单元的设计,尤其是其形状、至少一个出口孔的布置和/或用于改变电解质射流的至少一种特性的调节元件,被实施为使得:该施加单元的外轮廓和/或所施加的电解质射流的投影表面几乎完全描绘了工件的待加工表面的形状。有利地,在这种情况下可设想的是:该施加单元静态地布置,例如布置在机架上,并且待加工工件自动化地或部分自动化地被移入。在使其表面应该被加工的工件定位之后,在这种情况下,优选地激活该供应单元、该施加单元和电压源,使得同时或依次将多个电解质射流施加到待加工表面上,并且在电极与工件表面之间施加电压。由于部分电离气罩的形成,等离子体稳定在工件的表面上,并且发生所希望的加工,尤其是材料去除。
[0051] 同样可设想的是:使该施加单元和/或各个出口孔至少临时相对于工件移动。这样,可设想的是:在移入工件之后,使该施加单元和/或各个出口孔首先移动到加工位置,并且在加工过程结束之后又移动到初始状态。还可设想的是对工件的连续加工,其中,不仅使工件移动,而且使该施加单元的至少部分、比如各个出口孔移动。一般而言,可设想的是工件的连续加工(例如通过移动工件)以及分多个离散步骤的加工。优选地,可以进行到离散加工步骤的这种划分,使得这些离散加工步骤具有对电功率的尽可能相同的需求。并且通过该方法来使网络尽可能均匀承受负荷。
[0052] 还可设想的是:在各个加工步骤之间,电解质供给部和/或用于产生电压的电源至少临时被中断,尤其是以便能够关于经济生产实现最佳过程。
[0053] 有利地,按照本发明的设备以及按照本发明的方法可以被用于金属工件的去毛刺。替代地或补充地,可设想的是:借助于按照本发明的解决方案,对工件表面进行抛光、消毒和/或清洁。还可设想的是:通过使用适合的电解质并且规定适合的过程参数,尤其是对于附在电极与工件表面之间的电压来说,在待加工的工件表面上进行等离子体电解氧化(PEO)。借助于这种方法,比如在和镁上,可以产生特别硬的、耐磨的边缘层,和/或可以实现对工件表面的等离子体电解涂层。
[0054] 优选地,在等离子体电解氧化时,在电极与待加工的工件表面之间施加约为200V的电压。就这方面来说,可设想的是通过如下方式来进行工件加工:在第一步骤中,使用第一电解质和第一电压分布,以便引起对待加工表面的有针对性的材料去除,而然后在第二过程步骤中,借助于第二电解质和第二电压分布,进行等离子体电解涂层或者等离子体电解氧化(PEO)。在使用适当设计的控制单元和/或可由该控制单元有针对性地操控的调节元件时,可设想的是:借助于一个施加单元或者通过使用至少两个施加单元,进行如上所述地实施的分两个或更多个阶段的过程,其中,通过一种材料来去除并且通过另一种材料来涂覆或改变。
[0055] 还可设想的是:执行按照本发明的方法,使得导电表面、尤其是金属表面不仅被去毛刺和/或抛光,而且实现了进一步的材料去除。针对这种情况,在较长时间段内执行工件表面的加工,比如以便在工件轮廓的区域产生倒圆角或者使表面轮廓平滑,如在增材制造的金属构件中通常需要的那样。为此,优选地延长出口孔在工件表面的待加工区域上的停留时间和/或短暂地降低电压。这减小了通过等离子体电解加工所引起的在工件表面上的效果,并且使作用原理以有利于表面的电化学加工的方式改变,这又伴随着明显更高的材料去除速度。
[0056] 还可设想的是:提高电解质的流速和/或改变流动形状,即尤其是将层流变为湍流。在这种情况下,执行改变,使得在工件表面上存在的气体层或蒸汽层的厚度减小,或者其形成以及流动受到影响。按照本发明的一个特殊的扩展方案,为了产生电解质射流沿着工件表面的湍流,将空气和/或气体吹入到电解质射流中并且这样有助于气体等离子体罩的形成。就这方面来说,可设想的是:将空气和/或气体受控制地或受调节地喷射以及吸入到这些电解质射流中的至少一个电解质射流中。
[0057] 还可设想的是:正好在加工过程开始时,将至少一个电解质射流以比较小的流速偏转到工件表面上,并且在下一过程步骤中,将该流速提升到常见的工作水平。在这种情况下,对至少一个电解质射流的流速的相对应的改变可以与施加单元的出口孔的数量、形状和尺寸无关地进行。还有利的是:在工作过程开始时、即在待加工的工件表面上进行所谓的点火并且产生等离子体期间,在电极与待加工的工件表面之间施加与工作电压不同的点火电压,和/或通过增加或减少空气和/或气体到电解质射流中的加入来促进点火过程。
[0058] 按照本发明的一个特殊的扩展方案,这些电解质射流中的至少一个电解质射流不是作为自由的电解质射流指向工件的表面,而是在施加单元的出口孔与工件表面之间布置有不导电的间隔件。这种间隔件优选地由陶瓷、塑料和/或玻璃形成。
[0059] 在一个特殊的实施方式中,借助于按照本发明的方法,利用静态的施加单元来进行对工件表面的加工,该施加单元优选地是快速夹紧装置的一部分,其中,在正常固定待加工工件之后,已经设定待加工表面相对于该施加单元的所需的加工位置并且建立所需的电触点接通。
[0060] 同样可设想的是:通过以适合的方式来移动该施加单元和/或待加工工件,发起在该工件与该施加单元之间的连续的或者时控的相对移动。就这方面来说,可设想的是:借助于辊子系统来至少临时实现工件的进给运动,其中,这些辊子有利地同时导电,并且能够将电能传递到待加工的工件表面上。替代地,可设想的是:提供适合的滑动触点,用于将电能传递到待加工的工件表面上。
[0061] 此外,本发明的一个特殊的设计方案规定:在工件表面的加工之后和/或在具有材料去除、材料改变或材料涂覆的各个加工步骤之间,尤其是利用摄像机,优选地自动化地执行至少一个清洁步骤、干燥步骤和/或检查步骤。优选地,利用去离子水和/或乙醇来进行清洁。
[0062] 在按照本发明的方法的另一特殊的实施方式中,在加工之前对工件进行预热,以便降低相对于电解质的温度差,并且在整个加工时间内确保尽可能恒定的过程条件。这优选地在温控流体中进行,该温控流体也可以是电解质本身。此外,例如也可设想的是:通过感应以及尤其是在选择性加工各个表面时通过红外辐射器来对工件进行预热。
[0063] 本发明的另一特殊的设计方案规定:电解质在施加到工件的表面上之后至少部分地被收集,通过改变所收集的电解质的至少一种特性来被处理并且在经过处理或未经过处理的状态下再次被涂覆到工件的表面上。
[0064] 还有利地规定:在该表面的加工之前、期间或之后,测量和/或调节至少一个加工和/或过程参数、存在于电极与待加工表面之间的电压、在电极与待加工表面之间流动的电流的强度、在该施加单元和/或该施加单元的出口孔与工件表面之间的距离、电解质的供应、工件的移动、该施加单元的移动和/或发射器的至少一个设定,利用该发射器,将声波和/或电磁波至少临时耦合输入到这些电解质射流中的至少一个电解质射流中。
[0065] 此外,如果待加工的工件表面的轮廓直接从CAD系统中被传输到为此所提供的用于操控该施加单元和/或适合的调节元件的控制单元中,则能够有利地将按照本发明的方法集成到工业生产过程中。通过直接移交制造数据并且借此移交待加工工件的几何轮廓,借助于按照本发明的方法也可以比较简单地加工复杂的工件轮廓,这尤其能够实现对批量生产中的工件和/或增材制造构件的有效的去毛刺和/或抛光。
[0066] 为了在至少一个电极与待加工的工件表面之间产生对于等离子体电解加工所需的电压时避免电流强度的负载峰值,可设想的是:使用适合于储存电能的蓄能元件,比如蓄电池和/或电容器、尤其是所谓的超级电容器。通过使用这种蓄能器,能够在提供所需的电压时尤其是在点火过程期间缓冲该电流强度的负载峰值。这样,可以减轻工业企业的电网的负荷并且确保特别安全的操作。最后,可设想的是:将蓄能元件设计为使得可以在较长时间段、尤其是工件的加工时长内保持通过这些蓄能元件所提供的电流强度。以这种方式,例如由于连接功率而被限制到150A加工电流的设施可能会通过相对应的充电来被用于加工需要200A加工电流的工件。

附图说明

[0067] 在下文,依据特殊的实施例参考附图来更详尽地阐述本发明,而不限制一般的发明构思。在不同的附图中,相同的构件配备有相同的附图标记。在此:图1示出了按照本发明实施的具有静态布置的施加单元的设备的第一实施方式;
以及
图2示出了按照本发明实施的具有至少部分地可移动的施加单元的设备的第二实施方式。

具体实施方式

[0068] 图1以示意性俯视图示出了按照本发明所设计的用于对工件3的表面2进行等离子体电解加工、优选地去毛刺和/或抛光的设备1的第一实施方式。所示出的设备1拥有供应单元5,该供应单元向施加单元4供给对于工件表面2的等离子体电解加工所需的电解质。在这种情况下,供应单元5拥有泵,该泵在操作期间将电解质几乎无脉动地从储存容器16输送到施加单元4的以喷嘴为形式的多个出口孔10。在其表面2应该被加工的工件3被固定在加工位置之后,开始电解质的输送,其中,来自各个出口孔10的多个电解质射流从不同方向射到待加工的工件表面2上。根据待加工的工件表面2的轮廓以及加工任务,选择通过其来施加电解质的出口孔10的数量以及这些出口孔的设计和取向。按照在图1中示出的实施例,旨在利用按照本发明的设备1来对先前在机械批量生产中制造的工件3进行去毛刺。
[0069] 所示出的设备1还拥有控制单元9,利用该控制单元来控制供应单元5,但是也控制被用作电压源的电能量源7以及该设备1的各个调节元件8,利用这些调节元件,可以以符合需要的方式来设定和改变电解质射流的施加和这些电解质射流的特性。为了能够实现对不同元件的适当的控制,还提供测量单元22,该测量单元具有适合的传感器,用于连续或不连续地测量表面2的至少一种特性、尤其是表面粗糙度,用于确定施加单元4与表面2之间的距离和/或用于确定施加单元4相对于表面2的位置和/或取向。该测量单元22和该控制单元经由数据传输链路来保持单向或双向数据交换,该数据传输链路可以被实施为无线的和/或有线的。
[0070] 以这种方式,不仅可以改变在加工期间附在该设备1的电极6与工件表面2之间的电压,而且可以有针对性地关闭和打开各个出口孔10。此外,可以以符合需要的方式来改变各个电解质射流的流速和体积流量。
[0071] 储存在储存容器16中的电解质借助于加热元件18来被预热,并且接着经由电解质供给部13借助于多个泵被输送到各个出口孔10,使得各个出口孔10可以单独地被供应电解质。此外,经由调节元件8、比如阀来将电解质输送到出口孔10,利用这些调节元件,可以有针对性地改变流动特性。这样,经由这些出口孔10,具有不同特性的至少两个电解质射流同时或依次被施加到待加工的工件表面2上。
[0072] 在加工过程期间,在至少一个电极6与工件表面2之间施加为200V至450V的直流电压,该电极按照在图1中示出的实施例分别由管件来形成,该管件的端部形成相应的出口孔10。一旦电解质射流射到待加工的工件表面2上,就会形成气体或蒸汽,并且在表面2上形成气体‑等离子体罩,在该气体‑等离子体罩下方发生所希望的材料去除。在电解质射到工件表面2上之后,该电解质借助于供应单元5的电解质排出部14来被抽吸并且被供给给处理单元15以进行电解质处理。这里,在第一步骤中,借助于旋风过滤器来移除悬浮颗粒。然后,借助于至少一个传感器单元17,测量所排出的电解质的浊度、pH值以及电导率。如果电解质受到特别强烈的污染,则通过计量单元从罐中添加沉淀剂,以便这样来引起电解质中的沉淀反应,并且将电解质泵入到单独的处理罐中。此外,根据电解质的电导率和pH值的所检测到的测量值,在需要时,利用适合的计量单元19从相对应的储存容器中添加盐、例如铵盐,和/或pH调节剂。然后,经过处理的电解质重新返回到储存容器16中。在储存容器16的区域中,提供温度传感器20和加热元件18,使得电解质总是被加热到所需的温度,然后将该电解质供给给具有多个出口孔10的施加单元4。
[0073] 按照在图1中示出的实施例,对工件表面2进行加工,其方式是在按照本发明所实施的设备1的施加单元4的区域固定或夹紧工件3。因此,工件3被移入到为此所提供的位置并且被固定在该位置,以用于该工件的加工。在这之后,各个喷嘴状的出口孔10被伸出到其加工位置。按照这里所描述的实施例,在工件表面2的加工期间,在施加单元4以及其表面2应该被加工的工件3之间没有发生相对移动。
[0074] 施加单元4的各个出口孔10以及借此通过该施加单元所施加的电解质射流的投影表面完全描绘了工件3的待加工表面2的形状。在该加工完成之后,出口孔10重新被移动到静止位置,使得工件3与出口孔10之间的距离增大。然后,工件3的固定被松开,并且经过去毛刺的工件被抛出。
[0075] 图2示出了按照本发明的设备1的第二实施方式,其中,施加单元4在这种情况下拥有可移动的喷嘴头21,该喷嘴头具有喷嘴状的三个出口孔10。经由这些出口孔10,又可以以符合需要的方式将不同的电解质射流施加到待加工的工件表面2上。利用结合图1所阐述的相同元件,给各个出口孔10供应电解质,控制施加单元4以及处理从工件表面2抽吸的电解质。
[0076] 然而,不同于在图1中示出的实施例,在图2中示出的施加单元4拥有出口孔10,这些出口孔即使在该加工期间也能相对于工件3被移动,其中,按照所示出的实施例,使三个喷嘴状出口孔10与用箭头勾画出的喷嘴头21一起相对于工件3移动。
[0077] 根据固定或夹紧在其加工位置的工件3的轮廓,实现对出口孔10的受控移动和电解质的施加,其中,喷嘴头21的移动、电解质到各个出口孔10的供给、布置在出口孔10的区域的电极6的接通和切断以及附在被激活的电极6与待加工的工件表面2之间的电压的设定,在该加工期间以符合需要的方式、尤其是根据正好待加工的表面区域的轮廓来被改变。这些出口孔10又由管件及其开口端形成,其中,各个导电管件承担电极6的功能,这里作为阴极,这些电极在该加工期间代表相对于阳极工件表面2的对应电极。在加工过程期间,在相应被激活的管件与待加工的工件表面2之间施加为200V至450V的电压。不仅在工件加工开始时的点火过程期间而且为了发起电化学加工步骤,该电压可以通过改变布置在出口孔
10的区域中的电极6与工件表面2之间的距离和/或有针对性地调节用作电源的电能量源7来被改变。
[0078] 接着,在该加工过程期间,具有喷嘴状的出口孔10的喷嘴头21被移动,使得工件表面2的所希望的轮廓被加工、这里是被去毛刺。
[0079] 利用在图2中示出的设备1,原则上能够实现工件3的连续加工的两种不同形式。这样,具有喷嘴头21的施加单元4可以被设立和定位为使得:经此,待加工工件3的外轮廓准确地或者近似地被描绘。一旦完成相对应的定位,就沿着具有喷嘴头21及其出口孔10的施加单元4来引导工件3。只要沿着施加单元4引导的工件3的各个表面区域不应被加工,就能够在这些区域中中断电解质射流的施加和/或电压的施加,尤其是通过调节装置12。
[0080] 在可设想的第二种连续加工形式中,具有在图2中示出的喷嘴头21的施加单元4描绘了通用形状,例如具有径向取向的出口孔的矩形表面或半球形。在这种情况下,可设想的是:施加单元4以其可移动地布置的喷嘴头21通过适合的驱动元件、比如工业机器人臂来被移动和定位,以便依次移动该工件的待加工的表面区域。
[0081] 附图标记列表1      用于对导电工件表面进行等离子体电解加工的设备
2      表面
3      工件
4      施加单元
5      供应单元
6      电极
7      电能量源
8      执行元件
9      控制单元
10  出口孔
11  调节单元
12  调节装置
13  电解质供给部
14  电解质排出部
15  处理单元
16  储存容器
17  传感器单元
18  加热元件
19  计量单元
20  温度传感器
21  喷嘴头
22  测量单元。
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