1.0 Einführung
Dabei handelt es sich um eine Herstellungstechnik, bei der elektrische Entladungen eingesetzt werden, um eine bestimmte Form zu erhalten. Funkenbearbeitung, Funkenerodieren, Brennen, Senkerodieren und Drahterodieren sind Begriffe, die zur Beschreibung dieses Prozesses verwendet wurden
CNC Milling China produziert mittels Funkenerosion komplizierte Geometrien aus harten Materialien wie Titan, rostfreien Stählen und anderen gehärteten Legierungen
1.1 Einsatzmöglichkeiten von EDM
EDM wird in der Kleinserienfertigung bevorzugt, da es mehrere Prozesse ermöglicht. Dazu gehören Fräsen, Drehen, Kleinlochbohren und andere Verfahren. Die EDM-Technologie hilft bei den folgenden Anwendungen, da sie einzigartige und exakte Formen erzeugen kann:
i. Formenbau
Stanz- und Formwerkzeuge werden zum Schneiden oder Formen von Materialien in feste Objekte verwendet. Unabhängig von der Größe oder Seltenheit der benötigten Form wird zur Herstellung dieser Matrizen Funkenerosion eingesetzt.
ii. Formenbau
EDM wird häufig verwendet, um den richtigen Formdurchmesser, die richtige Tiefe und die richtige Form zu erreichen. Formenbauer nutzen es als primäres Spritzgussverfahren. Die am häufigsten in der Formenherstellung eingesetzte Form der Funkenerosion ist die Drahterosion.
iii. Kleine Löcher bohren
Die EDM-Technologie ist ein schneller und geeigneter Ansatz zum Bohren präziser, tiefer, kleiner Löcher in Materialien jeder Härte. EDM kann auch zum Bohren von Löchern in geneigten Oberflächen und anderen anspruchsvollen Bereichen verwendet werden.
2.0 EDM-Funktionsprinzip
Die Gleichstromversorgung liefert die Energie, die zum Entstehen des Funkens erforderlich ist. Die Gleichstromquelle wird vom EDM-System gesteuert, das die Funkenenergie ein- und ausschaltet und jedem Funken die genaue Strommenge zuführt.
Die Stärke der dielektrischen Flüssigkeit bestimmt, wie oft Funken zwischen Elektrode und Werkstück entstehen. Eine typische Kohlenwasserstoffölflüssigkeit hat eine Spannungsfestigkeit von 170 Volt pro Millimeter (170 V/mm).
Die Elektrode wird näher an das Werkstück herangeführt, bis der Abstand zwischen ihnen 0.001 Zoll (0.025 mm) erreicht.
Dielektrikum füllt den Spalt zwischen Elektrode und Werkstück. Während des Elektrodenvorschubs liegt zwischen der Elektrode und dem Werkstück eine Spannung von 170 V an.
Die dielektrische Flüssigkeit ionisiert und wandelt sich von einem elektrischen Isolator in einen elektrischen Leiter um, wenn die Spannung 170 V beträgt und der Abstand 0.001 Zoll (0.025 mm) beträgt. Die ionisierte dielektrische Flüssigkeit leitet Elektrizität von der Elektrode zum Werkstück. Nachdem die dielektrische Flüssigkeit ionisiert wurde, fließt weiterhin Strom durch sie, bis sie abgeschaltet wird.
Wenn der Strom abgeschaltet wird, deionisiert die dielektrische Flüssigkeit und die Flüssigkeit fungiert wieder als elektrischer Isolator. Das Voltmeter zeigt die Leerlaufspannung an, wenn die Stromquelle eingeschaltet ist, sich die Elektrode jedoch nicht nahe genug am Werkstück befindet, um Funken zu erzeugen. Die Bearbeitungsspannung ist die Spannung, die bei der Funkenbildung angezeigt wird. Der übliche Bereich der Leerlaufspannung liegt bei 100–300 V. In den meisten Fällen liegt die Bearbeitungsspannung zwischen 20 und 50 Volt.
Wenn eine dielektrische Flüssigkeit ionisiert wird, wird sie durch den Stromfluss erhitzt und wandelt sich in Plasma um. In diesem Fall fließen Elektronen leicht in Form eines Funkens durch das ionisierte Plasma. Wenn Strom durch das Plasma fließt, werden negative Elektronen zum positiv geladenen Werkstück und positive Ionen zur negativ geladenen Elektrode gezogen.
Die kinetische Energie von Elektronen und Ionen wird beim Aufprall auf die Werkstück- bzw. Werkzeugoberfläche in Wärmeenergie bzw. Wärmestrom umgewandelt. Der intensive konzentrierte Wärmefluss verursacht einen extremen, augenblicklichen, begrenzten Temperaturanstieg von über 10,000 °C oC. Durch einen lokal starken Temperaturanstieg wird Material abgetragen. Der Materialabtrag erfolgt sowohl durch sofortiges Verdampfen als auch durch Schmelzen. Es wird nur ein Teil des geschmolzenen Metalls abgetragen. Der Plasmakanal kollabiert, wenn die Potentialdifferenz zurückgenommen wird. Dadurch entstehen Kompressionsstoßwellen sowohl an der Elektrodenoberfläche als auch in der Umgebung. Besonders in der Nähe des Werkzeugs, an hohen Punkten der Werkstückoberfläche.
3.0 Arten von EDM
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit elektrischen Entladungen zu bearbeiten. Im Folgenden sind die verschiedenen Formen der Funkenerosionsbearbeitung aufgeführt:
1. Senkerodieren
Mithilfe von Graphit- oder Kupferelektroden und einer dielektrischen Flüssigkeit wird zwischen der Elektrode und dem Werkstück ein elektrischer Funke erzeugt. Die Elektrode wird in der ersten Phase dieser Methode in der umgekehrten Form der benötigten Kavität erstellt. Auf diese Weise entsteht der Stempel.
Während der Matrize in eine dielektrische Flüssigkeit wie Öl eingetaucht ist, wird zwischen der Matrize und dem elektrisch leitenden Werkstück eine Spannung induziert. Die Matrize wird langsam in Richtung Werkstück abgesenkt, bis es zu einem elektrischen Durchschlag kommt. An diesem Punkt überspringt ein Funke die Funkenstrecke. Dadurch verdampft und schmilzt das Material auf dem Werkstück, und die dielektrische Flüssigkeit nimmt dann alle ausgestoßenen Partikel mit. Während dieses Vorgangs wird häufig ein winziger Teil der Elektrode korrodiert.
2. Drahterodieren
Beim Drahterodieren wird ein dünner, axial verlaufender Draht verwendet. Die oberen und unteren Drahtführungen, die üblicherweise aus Diamant bestehen, steuern die Position der Elektrode, um auf dem Werkstück Teile mit komplizierten Formen und engen Toleranzen herzustellen. Ein Metallkontakt, der häufig aus verschleißfestem Wolframkarbid besteht, liefert Spannung an die Drahtelektrode. Die Bearbeitung von Mikromerkmalen wurde mit sehr dünnen Drähten mit einem Durchmesser von nur 30 µm erreicht.
3. Locherodieren
Im Vergleich zu typischen Lochbohrverfahren können mit diesem Ansatz extrem kleine und tiefe Löcher präzise hergestellt werden, ohne dass ein Entgraten erforderlich ist. Bei diesem Verfahren kommt auch Senkerodieren zum Einsatz. Der Schnitt erfolgt jedoch mit einer pulsierenden zylindrischen Elektrode, die tiefer in das Werkstück vordringt und gleichzeitig dielektrische Flüssigkeit in den Schneidbereich einspeist.
3.1 Vorteile von EDM
- Erhöhte Designflexibilität
Einer der bedeutendsten Vorteile der Funkenerosion besteht darin, dass sie das Schneiden von Formen und Tiefen ermöglicht, die mit Standardbearbeitungstechnologien nur schwer zu erreichen wären. Beispiele hierfür sind Hinterschnitte und exakt rechtwinklige Innenecken. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Bearbeitungstechnik kein Grat entsteht.
- Bearbeitung ohne Verzug
Bei dieser Technik kommt das Werkzeug nie in direkten Kontakt mit dem Werkstück. Es kommt zu keiner Verformung, wenn keine Kräfte auf das Teil einwirken. Dies ermöglicht die Bearbeitung extrem dünner Elemente, ohne dass die Gefahr eines Bruchs besteht. Da außerdem keine Verzerrung auftritt, können sehr enge Toleranzen von +/- 0.012 mm erreicht werden.
- Verbessert die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit
Herkömmliche Materialentfernungsverfahren wie CNC-Fräsen hinterlassen Bearbeitungsspuren auf dem Werkstück, die anschließend entfernt werden müssen. Die Oberflächenbeschaffenheit beim EDM ist richtungsfrei und sorgt für durchgängig glatte Oberflächen ohne weitere Nachbehandlung. Bei der schnellen EDM-Verarbeitung hingegen kann eine perlgestrahlte Textur zurückbleiben.
- Hohe Präzision
Aufgrund seiner hohen Genauigkeit eignet sich EDM ideal für die Herstellung winziger Bauteile und Prototypen. Beispielsweise im Automobilbereich, wo bei der Herstellung empfindlicher Motorkomponenten ein hohes Maß an Präzision erforderlich ist, wird dieser Ansatz häufig verwendet.
- Funktioniert mit gehärtetem Material
EDM ist ideal für zähe Materialien. Dadurch wird ein möglicher Wärmebehandlungsverzug leicht vermieden.
- Verschiedene Formen und Tiefen sind möglich
EDM ermöglicht auch die Schaffung von Formen und Tiefen, die mit einem Schneidwerkzeug nur schwer zu erreichen wären. Die Tiefenbearbeitung, insbesondere wenn das Verhältnis von Werkzeuglänge zu Durchmesser recht groß ist, wird häufig für die Funkenerosion eingesetzt. Die Funkenerosion ist auch auf scharfe Innenecken, tiefe Rippen und kleine Schlitze spezialisiert.
3.2 Nachteile von EDM
- Der Materialabtrag ist gering
Der Materialabtrag ist im Vergleich zu Standardbearbeitungsverfahren geringer. Die Verlängerung der Produktionszeit wirkt sich auf die Gesamtkosten aus, da der Herstellungsprozess besonders energieintensiv ist. Daher ist EDM für groß angelegte Initiativen unwirksam und wird häufig zugunsten anderer Ansätze vernachlässigt.
- Einige Materialien können nicht bearbeitet werden.
Die Funkenerosion darf nur bei elektrisch leitfähigen Werkstoffen angewendet werden. Zu beachten ist außerdem, dass das Verfahren zwar nominell spannungsfrei abläuft, es sich bei der Bearbeitung jedoch um einen Wärmeprozess handelt, der die Zusammensetzung des Werkstücks verändern kann.
- Die Elektrode ist möglicherweise teuer.
Für das Senkerodieren ist eine spezielle Elektrode mit umgekehrter Funktion erforderlich. Die Bearbeitung der Elektrode mag bei niedrigeren Produktionsraten kostspielig erscheinen, bei höheren Produktionsraten können sich diese zusätzlichen Kosten jedoch auf mehrere Komponenten verteilen.
3.3 EDM und Gesundheit und Sicherheit
Nachfolgend sind einige Vorsichtsmaßnahmen aufgeführt, die für den sicheren Betrieb einer EDM-Ausrüstung beachtet werden müssen.
- EDM erfordert eine umfassende Schulung für Bediener und Personal.
- Stellen Sie sicher, dass die Brandschutzausrüstung regelmäßig installiert und gewartet wird.
- Behalten Sie die dielektrische Flüssigkeit im Auge. Die Flüssigkeit verhindert, dass die Entladung auf andere leitfähige Materialien als das Werkstück übergreift.
- Eine ordnungsgemäße Luftzirkulation trägt dazu bei, Gase zu entfernen, die in der Flüssigkeit aufgrund chemischer Reaktionen während der Entladung entstehen können.
- Es ist wichtig, die dielektrische Flüssigkeit zu kontrollieren, um sicherzustellen, dass sie ihre nichtleitenden Eigenschaften nicht verliert.
4.0 Fazit
Bei CNC Milling China bleibt die Funkenerosion die Lösung für anspruchsvolle Bearbeitungsanwendungen. Es ermöglicht Ingenieuren, Materialien in Situationen zu ändern, in denen Standardansätze schwierig oder unmöglich sind. Dieses einzigartige Verfahren trägt zur Herstellung hochwertiger Bauteile bei.
