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FUNKENEROSIVE FERTIGUNGSVERFAHREN: SENKERODIEREN UND DRAHTERODIEREN
Drahterosion wird auch als funkenerosives Schneiden bezeichnet und gehört wie das Senkerodieren zu den abtragenden Fertigungsverfahren. Beide Verfahren basieren auf dem gleichen physikalischen Abtragsprinzip. Der Materialabtrag erfolgt durch kurzzeitige, örtlich getrennte elektrische Funkenentladungen zwischen einer Elektrode (Kathode) und einem leitenden Werkstück (Anode). Der Abtragsprozess beim Erodieren erfolgt in einer nicht leitenden Flüssigkeit, einem Dielektrikum, bei dem es sich entweder um deionisiertes Wasser oder ein spezielles Öl handelt. Während des Bearbeitungsvorgangs wird das Elektrodenwerkzeug auf einen schmalen Spalt von 0,004-0,5 mm an das Werkstück herangeführt bis ein Funke überschlägt, wodurch eine Entladung stattfindet und Strom in Wärme umgesetzt wird. Dadurch wird das Material punktförmig aufgeschmolzen und verdampft. Ein Teil der Schmelze wird in das Dielektrikum ausgeschleudert und erstarrt. Die so abgetragenen Partikel werden durch das Dielektrikum abtransportiert.
Die funkerosiven Bearbeitungsverfahren werden für die hochpräzise Metallverarbeitung eingesetzt und eignen sich daher für die Mikrobearbeitung. Außerdem ermöglichen die geringen Prozesskräfte sehr filigrane Werkzeuge, sodass Mikroteile sowie kleinste Strukturen gefertigt werden können. Durch Drahterodieren Drahterosion werden insbesondere Schnitt- und Stanzwerkzeuge, Profilwerkzeuge für die spanende Bearbeitung, Extruderwerkzeuge sowie Prototypen und Senkerodierelektroden hergestellt. Das Senkerodieren dient der Herstellung von Spritzgieß- und Druckgussformen, Schmiedegesenken und Prototypen.
VERFAHREN DES SENKERODIERENS
Das Werkzeug beim Senkerodieren ist meistens eine Kupfer- oder Graphitelektrode mit der gewünschten Form. Diese wird in eine Erodiermaschine eingesetzt. Während der Maschinenkopf Bewegungen entlang der Z-Achse ausführt, lassen sich mithilfe des Tisches Einstellungen in X- und Y-Richtung durchführen. Beim Erodieren befinden sich Elektrode und das zu bearbeitende Werkstück in einem Dielektrikumsbad. Dieses wird permanent in einem Kreislauf gefiltert. Durch Bewegung des Maschinenkopfes entlang der Z-Achse trägt die Elektrode durch elektrische Entladungen die Oberfläche des Werkstücks Schritt für Schritt ab. Das Ergebnis stellt schließlich eine Negativabbildung der Elektrode im Material dar. Durch den Arbeitsspalt, der eine Größe von einigen Hundertstel- bis Zehntelmillimetern hat, muss die Elektrode jedoch etwas kleiner dimensioniert werden als die zu erzielende Form im Werkstück. Da – anders als beim Schneiderodieren – die Form im Werkstück durch die Elektrode erzeugt wird, kommt es zu Verschleiß (Abbrand) an den Elektrodenflächen. Zum Erreichen eines bestimmten Fertigungsmaßes muss dieser korrigiert werden, sodass für die Endbearbeitung häufig eine neue Elektrode benötigt wird.
VORTEILE UND EINSATZGEBIETE DES SENKERODIERENS
Schwer zerspanbare Werkstoffe sind mit herkömmlichen Mitteln nur schwer oder mit hohem Zeitaufwand zu bearbeiten. Für den komplexen Formen- und Werkzeugbau sowie für die Mikrobearbeitung bietet sich das Senkerodieren an. Das Verfahren wird angewendet, wenn komplexe Konturen wie Ausbuchtungen, Beschriftungen oder Oberflächenstrukturen in eine Form einzubringen sind. Auch die Erzeugung besonders tiefer und schmaler Senkungen stellt ein Einsatzgebiet für das Senkerodieren dar. So lassen sich zylindrische Bohrungen von etwa 100 µm Durchmesser mit einem Verhältnis von Bohrungstiefe zu Durchmesser von 100 bis 150 herstellen. Unabhängig von ihrer Härte können alle leitenden Materialien bearbeitet werden. Somit lassen sich auch extrem harte Werkstoffe wie gehärteter Stahl, Titan oder Hartmetalle bearbeiten. Beispielsweise können durch Drehung der Elektrode mit gleichzeitigem Z-Vorschub Gewinde in harten Materialien erzeugt werden. Bewegungen entlang der X- und Y-Achsen ermöglichen die Erzeugung von Bahnen oder Hinterschnitten. Auch leitfähige hochfeste Keramiken, die vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden, lassen sich mittels Senkerosion bearbeiten. Es ist daher ein häufig eingesetztes Verfahren für die Fertigung von Gehäuse- Auflage- und Flügelflächen. Außerdem ermöglicht es die Herstellung von Oberflächenstrukturen mit variabler Rauigkeit und gratfreien Kanten. Durch die hochpräzise Bearbeitung eignet es sich, um Mikroteile zu fertigen. Dabei sind Werkzeugmaschinen für die funkenerosive Mikrobearbeitung an die besonderen Anforderungen angepasst. Die Maschinengestelle sind besonders steif und thermostabil und die hochgenau positionierbaren Achsen verfügen über entsprechende Weg- und Winkelmesssysteme.