-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Teil- und Teilgussform-Herstellungsverfahren
und eine Teil- und Teilgussform-Herstellungsvorrichtung zum Herstellen
von Teilen in den Gebieten der Metallindustrie, Elektronikindustrie,
Maschinenbauindustrie und dergleichen.
-
Ein
Beispiel eines Teil- und Teilgussform-Herstellungsverfahrens und
einer Vorrichtung sind zu finden im Dokument US-A-5015338, das Abscheidungs- und Abtragungsschritte
für die
Teileherstellung offenbart.
-
In
den herkömmlichen
Teilherstellungsverfahren gab es eine Verfahrensnutzung einer Bearbeitungstechnik
oder einer Elektroentladungstechnik, um unerwünschte Abschnitte von den in
eine gewünschte
Form zu bringenden Objekten abzutragen, um somit Teile herzustellen.
In dem Verfahren, das eine Bearbeitungstechnik verwendet, werden
die Teile unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs hergestellt, wobei
entweder das Schneidwerkzeug oder das zu verarbeitende Objekt gedreht
wird, um das Schneidwerkzeug und das zu bearbeitende Objekt gleichzeitig
in Kontakt zu bringen, um somit die unerwünschten Abschnitte des in eine
gewünschte
Form zu bringenden Objekts abzutragen. In dem Verfahren, das eine
Elektroentladungstechnik verwendet, werden die Teile hergestellt,
indem eine Bearbeitungselektrode mit einer entsprechenden Spitzenform
zu einer gewünschten
Bearbeitung veranlasst wird, wobei die Bearbeitungselektrode und
das zu bearbeitende Objekte auf einen vorgegebenen Abstand eingestellt
werden, um wiederholt impulsförmige
elektrische Entladungen zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem
zu bearbeitenden Objekt hervorzurufen, wodurch unnötige Abschnitte
des zu bearbeitenden Objekts abgetragen werden.
-
Es
gab jedoch bestimmte Probleme bei den herkömmlichen Teilherstellungsverfahren.
Zuerst können
die folgenden Punkte als die Probleme aufgelistet werden, die bei
der Bearbeitungstechnik auftreten.
- (1) Da nur
eine abtragende Bearbeitung möglich ist,
kann ein Fall eintreten, bei dem die Effizienz der Materialnutzung
infolge der Teilherstellungsform äußerst schlecht ist, oder es
ist selbst für eine
einfache Form eine lange Bearbeitungszeit erforderlich.
- (2) Da die bearbeitbaren Formen durch die Art der verwendeten
Bearbeitungsmaschine beschränkt sind,
erfordert die Herstellung von Teilen mit komplizierten Formen viele
Arten von Bearbeitungsmaschinen mit einer erhöhten Anzahl von Prozessschritten.
- (3) Wenn die Operation die Berührung eines Schneidwerkzeugs
mit einem zu bearbeitenden Objekt umfasst, ist eine Abnutzung des
Schneidwerkzeugs unvermeidbar. Da die Abnutzung des Schneidwerkzeugs
das Problem der Verringerung der Bearbeitungsgenauigkeit oder der
Vergröberung
der Bearbeitungsoberfläche
hervorruft, muss das Schneidwerkzeug bei Bedarf ausgewechselt werden,
wobei eine Vollautomatisierung für
die Teilherstellung schwierig ist.
- (4) Da eine abtragende Bearbeitung unter Nutzung einer physikalischen
Kraft bewerkstelligt wird, die zwischen einem Schneidwerkzeug und einem
zu bearbeitenden Objekt hervorgerufen wird, ergibt sich eine Einschränkung für die Härte oder
Festigkeit des zu bearbeitenden Objekts. Dementsprechend besteht
die Notwendigkeit der Anpassung der Schneidwerkzeugart und der Bearbeitungsbedingungen
entsprechend dem Material des zu bearbeitenden Objekts.
- (5) Die Bearbeitungsauflösung
nimmt mit Verringerung des Spitzendurchmessers eines Schneidwerkzeugs
zu, wobei eine Beschränkung
für die Schneidwerkzeugkantenschärfe auf
Grund der eine physikalische Kraft nutzenden Bearbeitung gegeben
ist. Dementsprechend ist es schwierig, der Miniaturisierung von
Fertigungsteilen gerecht zu werden.
-
Als
Nächstes
können
die folgenden Punkte als die Probleme aufgelistet werden, die bei
dem Verfahren auftreten, das die Elektroentladungstechnik nutzt.
- (1) Da die Formgebung der Form eines zu bearbeitenden
Objekts durch eine Spitzenform der Bearbeitungselektrode bestimmt
wird, bevor die Bearbeitung durchgeführt wird, muss die bearbeitete Elektrode
im Voraus hergestellt worden sein, um eine entsprechende Spitzenform
für eine
gewünschte
Formgebungsform aufzuweisen.
- (2) Da nur eine abtragende Bearbeitung möglich ist, ähnlich wie bei der Bearbeitungstechnik,
kann ein Fall eintreten, bei dem die Effizienz der Materialnutzung
infolge der Teilfertigungsform äußerst schlecht
ist, oder selbst für
eine einfache Form eine lange Bearbeitungszeit erforderlich ist.
- (3) Eine Abnutzung der Bearbeitungselektrode ist in ähnlicher
Weise unvermeidbar, wobei die Bearbeitungselektrode bei Bedarf ausgewechselt
werden muss. Bei der Elektroentladungsbearbeitung erfordert das
Auswechseln der Bearbeitungselektrode jedes Mal die Herstellung
einer Bearbeitungselektrode mit einer entsprechenden Spitzenform
bezüglich
der Formgebungsform, wodurch die Bearbeitungseffizienz herabgesetzt
wird.
- (4) Abgetragene Späne,
die bei der Bearbeitung erzeugt werden, haften auf einer zu bearbeitenden
Oberfläche,
was ungünstige
Auswirkungen auf die Bearbeitungsgenauigkeit hat.
- (5) Um eine bei der abtragenden Bearbeitung benötigte impulsförmige Elektroentladung
hervorzurufen, muss eine große
Spannung angelegt werden, was den Energieverbrauch während der
Bearbeitung erhöht.
- (6) Da eine Bearbeitungselektrode verwendet wird, die eine entsprechende
Spitzenform für
eine gewünschte
Teilform aufweist, um die Abtragung von einer zu bearbeitenden Oberfläche zu bewirken,
ist die Richtung des Bearbeitungsfortschritts nur eine Tiefenrichtung
des zu bearbeitenden Objekts, wobei es schwierig ist, Teile mit
einer komplizierten dreidimensionalen Form herzustellen.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft ein Mittel, um die obenerwähnten Probleme
zu lösen.
-
Um
die obenerwähnten
Probleme zu lösen, ist
die vorliegende Erfindung durch ein Teilherstellungsverfahren, das
die Schritte des Anspruchs 1 umfasst, sowie eine Teilherstellungsvorrichtung
gemäß Anspruch
7 gekennzeichnet.
-
Ferner
wird in einem Prozess der Gussformherstellung, der Metallschichtausbildung
oder der Teilausbildung die abtragende Bearbeitung oder die Metallabscheidung
durch ein elektrolytisches Bearbeitungsverfahren bewerkstelligt,
bei dem das zu bearbeitende Objekt und eine Bearbeitungselektrode gegenüberliegend
in einer Elektrolytlösung
platziert werden, um eine elektrochemische Reaktion zur Bearbeitung
zwischen einer zu bearbeitenden Oberfläche des zu bearbeitenden Objekts
und einer Spitze der Bearbeitungselektrode hervorzurufen. Hierbei kann
eine scharfkantige Elektrode als Bearbeitungselektrode verwendet
werden.
-
Ferner
wird in einem Prozess der Gussformherstellung, der Metallschichtausbildung
oder der Teilausbildung die Bearbeitung durchgeführt, während die Bearbeitungselektrode
oder das zu bearbeitende Objekt längs einer beliebigen Form bewegt werden.
-
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ferner eine Teilherstellungsvorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: ein Bearbeitungsobjekt-Haltemittel zum Halten
eines zu bearbeitenden Objekts in einer Elektrolytlösung; eine
Bearbeitungselektrode zum Durchführen
der Bearbeitung auf einer zu bearbeitenden Oberfläche des
zu bearbeitenden Objekts mittels einer elektrochemischen Reaktion; ein
Abstandänderungsmittel
zum Erfassen und Ändern
eines Abstands zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche des
zu bearbeitenden Objekts, das vom Bearbeitungsobjekthaltemittel
gehalten wird, und der Bearbeitungselektrode; eine Potential/Strom-Regeleinheit
zum Regeln eines Potentials/Stroms der Bearbeitungselektrode; ein Elektrolytlösungs-Wechselmittel
zum willkürlichen
Wechseln zwischen einer Elektrolytlösung A zum Bewerkstelligen
einer abtragenden Bearbeitung auf der zu bearbeitenden Oberfläche, um
eine Gussform herzustellen, einer Elektrolytlösung B zum Abscheiden eines
Metalls A auf einer Oberfläche
der Gussform, um eine Metallschicht A auszubilden, und einer Elektrolytlösung C zum
Abscheiden des Metalls B innerhalb der Gussform, um ein Teil auszubilden.
-
Die
Teilherstellungsvorrichtung ist mit der Bearbeitungselektrode ausgestattet,
die z. B. scharfkantig ist, um die Bearbeitungsgenauigkeit zu erhöhen.
-
Ferner
ist die Teilherstellungsvorrichtung als ein Mittel zum Bewegen der
Bearbeitungselektrode und des zu bearbeitenden Objekts längs einer
willkürlichen
Form in einem Prozess der Gussformherstellung, der Metallschichtausbildung
oder der Teilausbildung vorgesehen, wobei ein Forminformationsspeichermittel
zum Speichern der beliebigen Forminformationen und ein Bewegungspositionskontrollmittel
zum Bewegen der Bearbeitungselektrode oder des zu bearbeitenden
Objekts längs
einer willkürlichen
Form auf der Grundlage der im Forminformationsspeichermittel gespeicherten
Forminformationen vorgesehen ist.
-
Ferner
ist die Teilherstellungsvorrichtung als ein Mittel vorgesehen, um
mehrere Bearbeitungselektroden zu verwenden, wobei ein Arbeitselektrodenhaltemittel
zum Halten der mehreren Arbeitselektroden und ein Bearbeitungselektrodenwechselmittel zum
beliebigen Wechseln zwischen den mehreren Bearbeitungselektroden,
die vom Bearbeitungselektrodenhaltemittel gehalten werden, vorgesehen
ist.
-
Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
-
1 ein
typisches Diagramm ist, das eine erste Ausführungsform einer Teilherstellungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ein
Schaltbild ist, das ein Beispiel einer Konstantstromschaltung zeigt,
die in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
-
3 ein
typisches Diagramm ist, das ein Beispiel einer Bearbeitungslösungs-Wechseleinrichtung
gemäß 1 zeigt;
-
4 ein
Flussdiagramm ist, das eine Prozedur zum Wechseln der Bearbeitungslösungen zeigt;
-
5 ein
Flussdiagramm ist, das ein Herstellungsverfahren gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
6A, 6B, 6C, 6D und 6E Prozessschnittansichten
sind, die einen Prozess zur Teilherstellung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigen;
-
7 ein
typisches Diagramm ist, das eine zweite Ausführungsform einer Teilherstellungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
8 ein
typisches Diagramm ist, das eine dritte Ausführungsform einer Teilherstellungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
-
9 eine
erläuternde
Ansicht ist, die ein Beispiel einer Bearbeitungselektroden-Wechseleinrichtung
zeigt, die in der Teilherstellungsvorrichtung der 8 verwendet
wird.
-
Ausführungsform 1
-
1 zeigt
die Ausführungsform
1, wobei die vorliegende Erfindung verwendet wird, um ein Teil herzustellen.
Die vorliegende Ausführungsform
umfasst ein zu bearbeitendes Objekt 103, das in eine Bearbeitungslösung 102 innerhalb
eines Bearbeitungslösungsbehälters 101 eingetaucht
ist, eine Bearbeitungselektrode 104, die dem zu bearbeitenden Objekt 103 gegenüberliegend
angeordnet ist, um das zu bearbeitende Objekt 103 elektrolytisch
zu bearbeiten, eine Referenzelektrode 105 als eine Referenz
für das
Elektrodenpotential, eine Potential/Strom-Regeleinheit 106 zum
Regeln des Potentials und des Stroms der Bearbeitungselektrode 104,
eine XY-Achse-Bühne 107 zum
Bewegen des zu bearbeitenden Objekts 103 in X-Achsen- und
Y-Achsen-Richtung (horizontale
Richtungen), eine Z-Achsen-Bühne,
die unterhalb des Bearbeitungslösungsbehälters 101 angeordnet
ist, um das zu bearbeitende Objekt 103 in Z-Achsen-Richtung
(vertikale Richtung) zu bewegen, eine Forminformationsspeichereinheit 109 zum
Speichern beliebiger Forminformationen, eine Bewegungspositionskontrolleinheit 110 zum
Kontrollieren der Bewegung der XY-Bühne 107 und der Z-Bühne 108 auf
der Grundlage der von der Forminformationsspeichereinheit 109 gespeicherten
Forminformationen, und eine Bearbeitungslösungs-Wechseleinrichtung 111,
die mit dem Bearbeitungslösungsbehälter 101 verbunden
ist, um eine Bearbeitungslösung 102 in
den Bearbeitungslösungsbehälter 101 zuzuführen oder
aus diesem abzuführen.
-
Die
Potential/Strom-Regeleinheit 106 ist z. B. mit einer Bearbeitungselektrodenschaltung 106A, die
als Potentio-Galvanostat bezeichnet wird, einem Mikrocomputer zum
Regeln des Potentials an der Bearbeitungselektrode 104 der
Bearbeitungselektrodenschaltung 106A und des zwischen der
Bearbeitungselektrode 104 und dem zu bearbeitenden Objekt 103 fließenden Stroms,
und verschiedenen Bedienungstasten für die Bedienung versehen.
-
Die
Bearbeitungselektrodenschaltung 106A umfasst, wie z. B.
in 2 gezeigt ist, einen veränderlichen Widerstand 202,
der mit einer Plus-Seite einer Konstantspannungs-Stromversorgung 201 verbunden
ist, einen Operationsverstärker 203,
der mit dem veränderlichen
Widerstand 202 verbunden ist, eine Gegenelektrode (Bearbeitungselektrode) 104, die
mit einem Ausgangsabschnitt des Operationsverstärkers 203 verbunden
ist, einen Wirkpol (zu bearbeitendes Objekt) 103, der der
Gegenelektrode (Bearbeitungselektrode) 104 gegenüberliegend
angeordnet ist und mit einer Minus-Seite der Konstantspannungs-Stromversorgung 201 verbunden
ist, und eine Referenzelektrode 105 als eine Referenz zum Messen
des Potentials am Wirkpol (zu bearbeitendes Objekt) 103.
-
Die
Bearbeitungselektrode 4 ist ein stabförmiges Element, das an seiner
Spitze, die einer zu bearbeitenden Oberfläche gegenüberliegt, scharfkantig ist
und nur an einem Abschnitt eines spitzen Endes freiliegt, wobei
die anderen Abschnitte mit einem Isolator beschichtet sind. Ferner
wird als Material für
das stabförmige
Element z. B. Kohlenstoff, Wolfram, Platin oder dergleichen verwendet.
-
Ferner
ist die Referenzelektrode 105 z. B. ein zylindrisches Glaselement
mit einem Lösungsdurchlass,
der an einer Spitze auf einer in eine Bearbeitungslösung einzutauchenden
Seite angeordnet ist, wobei ein dünner Silberdraht in der Mitte
des zylindrischen Elements vorgesehen ist, um einen Glasfilm zu
erreichen, und wobei eine Silberchloridlösung in einer den dünnen Draht
untertauchenden Weise eingefüllt
ist. Die Referenzelektrode 105 wird nicht benötigt, um
das Potential an der Arbeitselektrode 104 und an dem zu
bearbeitenden Objekt 103 zu regeln, d. h. sie ist nicht
unbedingt erforderlich, wenn nur eine Stromregelung zwischen der
Bearbeitungselektrode 104 und dem zu bearbeitenden Objekt 103 durchgeführt wird.
-
Gemäß dieser
Bearbeitungselektrodenschaltung 106A ist es möglich, den
zwischen der Gegenelektrode (Bearbeitungselektrode) 104 und
dem Wirkpol (zu bearbeitendes Objekt) 103 fließenden Strom
auf einen Strom zu regeln, der für
eine elektrolytische Bearbeitung erforderlich ist, indem der Widerstandswert
des veränderlichen
Widerstands 202 verändert
wird.
-
Die
XY-Achsen-Bühne 107 und
die Z-Achsen-Bühne 108 werden
in XY-Achsen-Richtung
beziehungsweise Z-Achsen-Richtung mittels eines elektrischen Antriebsmittels
unter der Kontrolle der Bewegungspositions-Kontrolleinheit 110 bewegt.
-
Bei
der elektrischen Bearbeitung wird zuerst die Z-Achsen-Bühne 108 in
Z-Achsen-Richtung
mittels eines Abstandsregelmittels bewegt, um den Abstand zwischen
der Bearbeitungselektrode 104 und dem zu bearbeitenden
Objekt 103 auf einen vorgegebenen Abstand zu regeln, woraufhin
eine vorgegebene Spannung zwischen der Bearbeitungselektrode 104 und
dem zu bearbeitenden Objekt 103 angelegt wird, um einen
konstanten Strom zwischen der Bearbeitungselektrode 4 und
dem zu bearbeitenden Objekt 103 fließen zu lassen. Gleichzeitig
werden die XY-Bühne 107 und
die Z-Bühne 108 von
der Bewegungspositions-Kontrolleinheit 110 auf der Grundlage
von Forminformationen, die von der Forminformationsspeichereinheit 109 gespeichert
werden, angetrieben, um die Bearbeitungselektrode längs einer Form
eines herzustellenden Teils über
das zu bearbeitende Objekt zu bewegen. Der obige Prozess wird im
Folgenden als elektrolytischer Bearbei tungsprozess bezeichnet.
-
Das
Abstandsregelungsmittel regelt z. B. zuerst mittels der Strom/Potential-Regeleinheit 106 den Strom,
der zwischen dem zu bearbeitenden Objekt 103 und der Bearbeitungselektrode 104 fließt, auf
nahezu 0, und bewegt anschließend
langsam die Z-Achsen-Bühne
nach oben, um das zu bearbeitende Objekt 103 der Bearbeitungselektrode 104 näher zu bringen,
während
das Potential des zu bearbeitenden Objekts gemessen wird. Da dann,
wenn das zu bearbeitende Objekt 103 auf Grund seiner Hebebewegung
mit der Bearbeitungselektrode 104 in Kontakt gebracht wird,
das Potential des zu bearbeitenden Objekts 103 stark variiert,
wird die Position der Z-Achse zu diesem Zeitpunkt als die Null-Abstand-Position
ermittelt. Diese Position wird als Referenz genommen, wobei die
Z-Achsen-Bühne 108 unter
der Kontrolle der Bewegungspositions-Kontrolleinheit 110 angetrieben
wird, um den Abstand zwischen der Bearbeitungselektrode 104 und
dem zu bearbeitenden Objekt 103 auf einen gewünschten Abstand
zu regeln. Neben diesem Verfahren kann ein Verfahren betrachtet
werden, bei dem der Abstand mittels einer Lasermessvorrichtung gemessen
wird.
-
Die
Bearbeitungslösungs-Wechseleinrichtung 111 umfasst,
wie z. B. in 3 gezeigt ist, einen Bearbeitungslösungstank
(A) 302A, der eine Bearbeitungslösung (A) 102A enthält, die
verwendet wird, wenn eine Gussform hergestellt wird, indem das zu bearbeitende
Objekt 103 einem Abtragungsprozess unterworfen wird, einen
Bearbeitungstank (B) 302B, der eine Bearbeitungslösung (B) 102B enthält, die beim
Ausbilden einer Metallschicht verwendet wird, einen Bearbeitungslösungstank
(C) 302C, der eine Bearbeitungslösung (C) 102C enthält, die
beim Ausbilden eines Teils verwendet wird, einen Bearbeitungslösungstank
(D) 302D, der eine Bearbeitungslösung (D) 102D enthält, die
beim Auflösen
eines Metalls verwendet wird, einen Reinigungslösungstank 303, der
eine Reinigungslösung 301 enthält, die
zum Reinigen des Bearbeitungslösungsbehälters 101 während des
Wechsels der Bearbeitungslösung
verwendet wird, eine Lösungszuführungspumpe
(A) 306A, die mit dem Bearbeitungslösungstank (A) 302A verbunden
ist, um die Bearbeitungslösung
(A) 102A innerhalb des Bearbeitungslösungstanks (A) 302A dem
Bearbeitungslösungsbehälter 101 zuzuführen, eine
Lösungszuführungspumpe
(B) 306B, die mit dem Bearbeitungslösungstank (B) 302B verbunden
ist, um die Bearbeitungslösung
(B) 102B innerhalb des Bearbeitungslösungstanks (B) 302B dem Bearbeitungslösungsbehälter 101 zuzuführen, eine Lösungszuführungspumpe
(C) 306C, die mit dem Bearbeitungslösungstank (C) 302C verbunden
ist, um die Bearbeitungslösung
(C) 102C innerhalb des Bearbeitungslösungstanks (C) 302C dem
Bearbeitungslösungsbehälter 101 zuzuführen, eine
Lösungszuführungspumpe
(D) 306D, die mit dem Bearbeitungslösungstank (D) 302D verbunden
ist, um die Lösung
innerhalb des Bearbeitungslösungstanks
(D) 302D dem Bearbeitungslösungsbehälter 101 zuzuführen, eine
Lösungszuführungspumpe
(E) 307, die mit dem Reinigungslösungstank 303 verbunden
ist, um die Lösung 301 innerhalb
des Reinigungslösungstanks 303 dem
Bearbeitungslösungsbehälters 101 zuzuführen, einen
Abfalllösungstank 304 zum Aufbewahren
einer Abfalllösung 305,
die aus dem Bearbeitungslösungsbehälter 101 abgeleitet
wird, und eine Lösungszuführungspumpe
(F) 308 zum Zuführen
einer Lösung
zum Abfalllösungstank 304 beim Ableiten
der Lösung.
-
Die
Bearbeitungslösungs-Wechseleinrichtung 111 kann
eine benötigte
Menge einer Lösung aus
dem Tank, der eine Bearbeitungslösung
enthält, oder
einer für
die Bearbeitung benötigten
Reinigungslösung
dem Bearbeitungslösungsbehälter 101 zuführen und
die Bearbeitungslösung
aus dem Bearbeitungslösungsbehälter 101 ableiten.
-
Während des
Wechsels der Bearbeitungslösung
wird die Lösungszuführungspumpe
(F) 308 zuerst angetrieben, um die Bearbeitungslösung im
Bearbeitungslösungsbehälter 101 zum
Abfalllösungsbehälter 304 abzuleiten,
wie in 4 gezeigt ist. Anschließend wird die Lösungszuführungspumpe
(E) angetrieben, um die Reinigungslösung 301 im Reinigungslösungstank 303 dem
Bearbeitungslösungsbehälter 101 zuzuführen, wobei
erneut die Lösungszuführungspumpe
(F) 308 angetrieben wird, um die Reinigungslösung 301 im
Bearbeitungslösungsbehälter 101 in
den Abfalllösungstank 304 abzuleiten. Anschließend wird
eine Lösungszuführungspumpe, die
mit einem Bearbeitungslösungstank
verbunden ist, der eine benötigte
Bearbeitungslösung
unter der Bearbeitungslösung
(A) 102A, der Bearbeitungslösung (B) 102B, der
Bearbeitungslösung
C (102C) und der Bearbeitungslösung (D) 102D enthält, angetrieben,
um die Bearbeitungslösung
dem Bearbeitungslösungsbehälter 101 zuzuführen. Dieser
Prozess wird im Folgenden als Bearbeitungslösungs-Wechselprozess bezeichnet.
-
Die
Prozedur eines Teilherstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform
wird im Folgenden mit Bezug auf die 5 und 6 erläutert.
Zuerst wird die Forminformation für ein herzustellendes Teil
in der Forminformationsspeichereinheit 109 gespeichert.
Anschließend
wird die Bearbeitungslösung
(A) 102A als eine Bearbeitungslösung für den Abtragungsprozess in
den Bearbeitungslösungsbehälter 101 mittels
der Bearbeitungslösungs-Wechseleinrichtung 101 geleitet.
Anschließend
wird ein zu bearbeitendes Objekt 103, wie in 6(a) gezeigt ist, einem abtragenden Prozess
unterworfen, um somit eine Gussform 501 für die Teile herzustellen,
wie in 6(b) gezeigt ist.
-
Anschließend wird
die Bearbeitungslösung im
Bearbeitungslösungsbehälter 101 gewechselt, mittels
des obenerwähnten
Bearbeitungslösungs-Wechselprozesses,
von der Bearbeitungslösung
(A) 102A als eine Bearbeitungslösung für den abtragenden Prozess zu
einer Bearbeitungslösung (B) 102B als
eine Bearbeitungslösung
für die
Ausbildung einer Metallschicht. Anschließend wird eine zusätzliche
Bearbeitung mittels der obenerwähnten Elektrolytbearbeitung
durchgeführt,
um ein Metall A auf einer Oberfläche
der Gussform 501 abzuscheiden, wie in 6(c) gezeigt
ist, um somit eine Metallschicht 502 auszubilden.
-
Anschließend wird
die Bearbeitungslösung im
Bearbeitungslösungsbehälter 101 mittels
des obenerwähnten
Bearbeitungslösungs-Wechselprozesses
von der Bearbeitungslösung
(B) 102B als Bearbeitungslösung für die Metallschichtausbildung
zu einer Bearbeitungslösung
(C) 102C als Bearbeitungslösung für die Elektroformgebung gewechselt. Anschließend wird
eine zusätzliche
Bearbeitung mittels der Elektrolytbearbeitung auf einer Innenseite der
Gussform 501 durchgeführt,
um ein Metall B abzuscheiden, wie in 6(b) gezeigt
ist, um somit ein Teil 503 auszubilden.
-
Schließlich wird
die Bearbeitungslösung
im Bearbeitungslösungsbehälter 101 mittels
des Bearbeitungslösungs-Wechselprozesses
von der Bearbeitungslösung
(C) 102C als Bearbeitungslösung für die Elektroformgebung zu
einer Bearbeitungslösung (D) 102D als
Bearbeitungslösung
für die
Metallschicht auflösung
gewechselt, um eine Metallschicht 502 aufzulösen, wie
in 6(e) gezeigt ist, wobei das innerhalb
der Gussform 501 ausgebildete Teil 503 entnommen
wird.
-
Hier
wird als Verfahren zum Auflösen
der Metallschicht 502 ein Verfahren der Verwendung einer
Lösung
zum selektiven Auflösen
nur des Metalls A, ein Verfahren zum Anlegen einer Spannung, um selektiv
nur das Metall A aufzulösen,
oder dergleichen betrachtet.
-
Da
in der vorliegenden Ausführungsform
der Abstand zwischen der Spitze der Bearbeitungselektrode und einer
zu bearbeitenden Oberfläche
eines zu bearbeitenden Objekts auf einen vorgegebenen Abstand unter
Verwendung einer scharfkantigen Bearbeitungselektrode geregelt wird,
woraufhin die Bearbeitung so durchgeführt wird, dass die Bearbeitungselektrode
längs der
Form eines herzustellenden Teils über eine zu bearbeitende Oberfläche des
zu bearbeitenden Objekts bewegt wird, ist es möglich, ein Teil mit einer komplizierten
dreidimensionalen Form einfach herzustellen, ohne die Notwendigkeit,
eine einer Bearbeitungsform entsprechende Bearbeitungselektrode
herzustellen. Da ferner die Bearbeitung in einem berührungsfreien
Zustand zwischen der Bearbeitungselektrode und dem zu bearbeitenden
Objekt durchgeführt
wird, ergibt sich eine geringere Abnutzung der Bearbeitungselektroden.
Da ferner die Bearbeitung mit dem Elektroformungsverfahren unter
Nutzung einer elektrochemischen Reaktion durchgeführt wird,
ist es möglich,
die Bearbeitung mit äußerst geringer
Energie im Vergleich zu der Elektroentladungsbearbeitung durchzuführen, ohne
die Härte
und Festigkeit des zu bearbeitenden Objekts zu ändern. Da ferner die Teilherstellungsvorrichtung
in der vorliegenden Ausführungsform
mit der Bearbeitungslösungs-Wechseleinrichtung
versehen ist, wird leicht eine Automatisierung der Teilherstellung
verwirklicht.
-
In
einem experimentellen Beispiel der Herstellung eines Zahnrades mit
einem Durchmesser von 800 μm
durch Anwendung der vorliegenden Ausführungsform war die verwendete
Arbeitselektrode ein Platin-Iridium-Legierung-Draht mit einer scharfen Kante
an seiner Spitze und mit einem Spitzendurchmesser von 1 μm, der bis
auf die Spitze mit einem Kunstharz beschichtet war, wobei ein Chromsubstrat als
zu bearbeitendes Objekt verwendet wurde. Ferner wurde eine Chromelektrolyt-Ätzlösung, gemischt mit
62,7 g/l an Sulfaminsäure
und 37,3 g/l an Borsäure,
als Bearbeitungslösung
für den
abtragenden Prozess verwendet, eine Goldplattierungslösung, gemischt
mit 7,4 g/l an Kalium-Dicyanoaurarat (1) und 70 g/l an Tri-Natriumcitrat,
als eine Bearbeitungslösung
für die
Metallschichtausbildung verwendet, eine Nickelplattierungslösung, gemischt
mit 350 g/l an Nickelsulfamin und 30 g/l an Borsäure, als Bearbeitungslösung für die Teilausbildung
verwendet, und eine Goldätzlösung, gemischt
mit 25 g/l an Jod und 100 g/l an Kaliumjodid, als Bearbeitungslösung für die Metallschichtauflösung verwendet.
-
Die
Prozedur zur Herstellung eines Zahnrades wurde mit der in 5 gezeigten
Prozedur durchgeführt,
wobei zuerst Zahnradforminformationen in einer Forminformationsspeichereinheit 109 gespeichert
wurden, woraufhin das Chromsubstrat dem abtragenden Prozess unterworfen
wurde, um eine Zahnradgussform herzustellen, woraufhin Gold auf
einer Oberfläche
der Gussform abgeschieden wurde, woraufhin Nickel innerhalb der
Gussform abgeschieden wurde um das Teil auszubilden, und schließlich die
Goldschicht aufgelöst
wurde, um das Teil zu entnehmen.
-
Im
Chromsubstrat-Abtragungsprozess bei der Gussformherstellung wurde
der Abstand zwischen der Spitze der Bearbeitungselektrode und der Oberfläche des
Chromsubstrats auf 10 μm
geregelt, wobei ein Stromimpuls von Ion =
1.000 μA,
Ton = 0,3 s und Toff =
0,3 s mittels der Potential/Strom-Regeleinheit angelegt wurde, während der
XY-Tisch so gesteuert wurde, dass er sich entsprechend der Zahnradforminformationen
bewegte. Dies wurde zwanzigmal wiederholt, mit dem Ergebnis, dass
eine Zahnradgussform mit einer Tiefe von 100 μm hergestellt wurde.
-
Bei
der Goldabscheidung in der Metallschichtausbildung wurde der Abstand
zwischen der Spitze der Bearbeitungselektrode und der Oberfläche der
Gussform auf 10 μm
geregelt, wobei ein Stromimpuls mit Ion = –400 μA, Ton = 0,3 s und Toff =
0,3 s mittels der Potential/Strom-Regeleinheit angelegt wurde, während der
XY-Tisch entsprechend den Zahnradforminformationen bewegt wurde.
Als Ergebnis wurde eine Goldschicht mit einer Dicke von 2 μm auf der
Oberfläche
der Gussform ausgebildet.
-
Bei
der Nickelabscheidung in der Metallschichtausbildung wurde der Abstand
zwischen der Spitze der Bearbeitungselektrode und der Oberfläche der
Gussform auf 10 μm
geregelt, wobei ein Stromimpuls mit Ion = –1.000 μA, Ton = 0,3 s und Toff =
0,3 s mittels der Potential/Strom-Regeleinheit angelegt wurde, während der
XY-Tisch entsprechend den Zahnradforminformationen bewegt wurde.
Ferner wurde die Z-Achse-Bühne
mittels der Bewegungsabstand-Regeleinheit so angetrieben, dass der
Abstand zwischen der Spitze der Bearbeitungselektrode und der Bearbeitungsoberfläche gleich
10 μm betrug. Dies
wurde sechzehnmal wiederholt, mit dem Ergebnis, dass ein Nickelzahnrad-Teil
mit einer Dicke von 80 μm
auf der Oberfläche
der Gussform ausgebildet wurde.
-
Die
Goldschicht wurde durch eine Goldätzlösung aufgelöst, mit dem Ergebnis, dass
ein Zahnrad mit einem Durchmesser von 800 μm und einer Dicke von 80 μm entnommen
werden konnte.
-
Ausführungsform 2
-
Obwohl
die vorliegende Ausführungsform eine
Struktur aufweist, die der Ausführungsform
1 ähnlich
ist, wie in 7 gezeigt ist, ist sie dadurch gekennzeichnet,
dass die Z-Achsen-Bühne 108 auf der
XY-Bühne 107 angeordnet
ist und ferner die Arbeitselektrode 104 an der Z-Achsen-Bühne 108 über einen
Bearbeitungselektrodenanbringungsarm 113 angebracht ist.
-
Beim
Betrieb dieser Vorrichtung bewegt sich die XY-Bühne 107 in XY-Richtungen und die
Z-Achsen-Bühne 108 in
Z-Achsen-Richtung, was die Bearbeitungselektrode 104 veranlasst,
dem Anbringungsarm 113 zu folgen und sich somit in XY-Achsen-Richtungen
und Z-Achsen-Richtung zu bewegen. Dies ergibt eine ähnliche
Wirkung wie bei der Ausführungsform
1.
-
Ausführungsform 3
-
Obwohl
diese Ausführungsform ähnlich der Ausführungsform
1 aufgebaut ist, wie in 8 gezeigt ist, ist sie dadurch
gekennzeichnet, dass darin eine Bearbeitungselektroden-Wechseleinrichtung 701 angeordnet
ist, die die Bearbeitungselektrode für die Verwendung bei der Bearbeitung
wechseln kann.
-
Die
Bearbeitungselektroden-Wechseleinrichtung 701 ist, wie
in 9 gezeigt ist, z. B. mit einem Bearbeitungselektrodenanbringungsarm 113, an
der eine Bearbeitungselektrode (104A) und eine Bearbeitungselektrode
(104B), die sich im Spitzendurchmesser unterscheiden, angebracht
sind, und einer Einrichtung zur Rotation um die Z-Achse versehen,
um den Bearbeitungselektrodenanbringungsarm um die Z-Achse zu drehen,
so dass die zu verwendende Bearbeitungselektrode über einer
zu bearbeitenden Oberfläche
eines zu bearbeitenden Objekts 103, das in einer Bearbeitungslösung eingetaucht
ist, positioniert werden kann.
-
Dies
ergibt ebenfalls ähnliche
Wirkungen wie in der Ausführungsform
1.
-
Da
außerdem
die vorliegende Ausführungsform
mehrere Bearbeitungselektroden verwenden kann, die sich im Spitzendurchmesser
unterscheiden, ist es möglich,
eine Bearbeitungselektrode auszuwählen, die für eine Form eines zu bearbeitenden Abschnitts
oder eine Art der Bearbeitung geeignet ist. Je kleiner der Spitzendurchmesser
der Bearbeitungselektrode ist, desto höher wird die Bearbeitungsauflösung, wobei
jedoch die Bearbeitungsgeschwindigkeit sinkt. Wenn dementsprechend
keine hohe Auflösung
erforderlich ist, verbessert die Verwendung einer Bearbeitungselektrode
mit einem etwas größeren Spitzendurchmesser
die Bearbeitungseffizienz. Da dementsprechend die vorliegende Ausführungsform
ermöglicht,
selektiv eine Bearbeitungselektrode mit einem für die Bearbeitungsform und
die benötigte
Bearbeitungsauflösung
geeigneten Spitzendurchmesser zu verwenden, kann die Bearbeitungszeit
reduziert werden, wobei eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit aufrechterhalten
wird.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft die folgenden Wirkungen.
- (1) Da die Gießform
zuerst hergestellt wird, um ein Teil innerhalb der Gießform auszubilden,
und dieses anschließend
entnommen wird, ist es möglich,
eine Gießform
mehrmals zu verwenden, wobei die Fertigungseffizienz erhöht wird,
wenn z. B. eine große
Menge an Teilen mit der gleichen Form herge stellt wird.
- (2) Da die Bearbeitung in einem berührungsfreien Zustand der Spitze
der Bearbeitungselektrode und der zu bearbeitenden Oberfläche des
zu bearbeitenden Objekts durchgeführt wird, ergibt sich nahezu
kein Verschleiß der
Bearbeitungselektroden. Dementsprechend ist es möglich, eine Bearbeitung für eine lange
Zeit durchzuführen,
ohne die Bearbeitungselektrode auszuwechseln, wodurch eine Vollautomatisierung
für die
Teileherstellung leicht verwirklicht werden kann.
- (3) Da bei der elektrolytischen Bearbeitung elektrochemische
Reaktionen verwendet werden, die ohne Beteiligung einer physikalischen
Kraft zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche eines zu bearbeitenden
Objekts und der Spitze einer Bearbeitungselektrode stattfinden,
ergibt sich keine Einschränkung
für die
Härte oder
Festigkeit eines zu bearbeitenden Objekts. Dementsprechend ist es
möglich,
die Bearbeitung an einem Material durchzuführen, das mittels herkömmlicher
Bearbeitungsoperationen schwierig zu bearbeiten ist.
- (4) Die Erhöhung
der Bearbeitungsoperationsauflösung
wird erleichtert, indem der Spitzendurchmesser der Bearbeitungselektrode
reduziert wird, wodurch es einfacher wird, der Miniaturisierung der
herzustellenden Teile gerecht zu werden.
- (5) Da die Teilausbildung mittels zusätzlicher Bearbeitung durchgeführt wird,
ist die Effizienz der Materialnutzung hoch, was ermöglicht,
Teile mit einer solchen Form herzustellen, die mit nur einem Abtragungsprozess
unmöglich
herzustellen ist.
- (6) Durch Verwendung einer scharfkantigen Elektrode als Bearbeitungselektrode
für die
Bearbeitung während
der Bewegung der Bearbeitungselektrode und eines zu bearbeitenden
Objekts gemäß einer
beliebigen Form ist es möglich,
komplizierte dreidimensional geformte Teile durch eine einfachere
Verarbeitung mittels Vereinfachung mit der gleichen Vorrichtung
herzustellen. Ferner besteht keine Notwendigkeit der Herstellung
einer Bearbeitungselektrode mit einer der Bearbeitungsform entsprechenden
Spitzenform.
- (7) Bei der elektrolytischen Bearbeitung erzeugt die Verwendung
von elektrochemischen Reaktionen keine Späne, selbst während der
Abtragungsbearbeitung. Es ergibt sich keine ungünstige Auswirkung von Spänen auf
die Bearbeitungsgenauigkeit.
- (8) Die elektrochemische Reaktion, die für die elektrolytische Bearbeitung
genutzt wird, kann mittels einer geringen Beaufschlagungsspannung hervorgerufen
werden, so dass der Energieverbrauch im Vergleich zur Elektroentladungsbearbeitung
niedrig ist.
- (9) Das Vorsehen der Lösungswechseleinrichtung,
die den Wechsel der Lösung
ermöglicht,
erleichtert eine Automatisierung der Teilherstellung.