Was ist Drahterodieren und wie funktioniert es?

Wenn Menschen an maschinelle Bearbeitung denken, denken sie vielleicht zuerst an Dreh- und Fräsmaschinen. Dennoch gibt es eine Vielzahl anderer Bearbeitungsverfahren, die für bestimmte Anwendungen möglicherweise noch besser geeignet sind. Eines dieser Verfahren ist die elektrische Entladungsbearbeitung (EDM).

Dieser Artikel bietet einen tieferen Einblick in die Funktion und Fähigkeiten einer bestimmten Art der Elektroerosionsbearbeitung – Drahterodieren.

Was ist Drahterosion?

Drahterodieren ist eine Art von Drahterodieren, bei der ein Draht kontinuierlich durch das Werkstück läuft, um komplexe Formen mit engen Toleranzen und minimaler Schnittfuge zu schneiden. Dieser Prozess ist besonders nützlich, um präzise durch leitfähige Materialien zu schneiden, die sowohl hart als auch dick sind, wobei einige Maschinen Materialien mit einer Dicke von über 300 mm schneiden können.

Die verschiedenen Arten von EDM verwenden die gleichen grundlegenden Funktionsprinzipien, wie wir in einem früheren Artikel besprochen haben. Im Wesentlichen arbeiten eine Elektrode und eine dielektrische Flüssigkeit zusammen, um mikroskopisch kleine Teile des leitfähigen Werkstücks unter Verwendung von Elektrizität zu zersetzen. Während jede elektrische Entladung oder Funke nur eine winzige Menge an Material entfernt, geschieht der Vorgang Hunderttausende Male pro Sekunde.

Beim Drahterodieren fungiert ein unglaublich dünner Draht als Kathode, während das leitfähige Werkstück als Anode fungiert. Der Draht läuft zwischen zwei Führungen, die sich unabhängig voneinander bewegen können, um einzigartige Formen zu schaffen. Dies schränkt jedoch die Möglichkeiten des Prozesses ein, da der Draht im Allgemeinen durch das gesamte Werkstück geführt werden muss.

Ähnlich wie bei anderen EDM-Typen haben Kathode und Anode normalerweise keinen physischen Kontakt. Stattdessen bewirkt der hohe Unterschied im elektrischen Potential (Spannung) zwischen Draht und Werkstück eine Ionisation in der dielektrischen Flüssigkeit, wodurch diese elektrisch leitfähig wird.

Einfach ausgedrückt ist das Ergebnis ein Funke, der schmilzt oder verdampft und winzige Teile sowohl der Drahtelektrode als auch des Werkstücks, die sogenannten EDM-Späne, ablöst. Diese mikroskopisch kleinen EDM-Späne werden dann weggespült und im Kreislauf des Dielektrikums herausgefiltert.

Wie funktioniert Drahterodieren?

Beispiel eines „Wire EDM“ von LaurensvanLieshout
Public domain, via Wikimedia Commons

Da die Drahtelektrode beim Funken beschädigt wird, muss sie kontinuierlich durch das Werkstück geführt und nachgefüllt werden. Ebenso wird das Dielektrikum, typischerweise entionisiertes Wasser beim Drahterodieren, umgewälzt, gefiltert und entionisiert, um zu verhindern, dass es zu unregelmäßigen Funkenbildung kommt.

Das Drahtsystem und das Dielektrikum bilden die beiden Hauptkomponenten des Drahterodierens, die synchron arbeiten müssen, um effiziente, präzise Schnitte und eine hochwertige Oberflächengüte zu gewährleisten.

Das Kabelsystem

Der Draht beim Drahterodieren besteht typischerweise aus Messing oder Kupfer, manchmal mit einer Zinkbeschichtung, um die Konsistenz und Effizienz zu verbessern. Der Draht ist sehr dünn, typischerweise mit einem Durchmesser von 0,3 mm oder weniger, so dass der konstante Erosionsschaden durch Funkenbildung ihn schnell abnutzt. So muss ständig frischer Draht über Spulen mit mehreren Kilometern Draht durch das Werkstück geführt werden. Der beschädigte Draht wird dann am Ende des Prozesses recycelt.

Die dielektrische Flüssigkeit

Das deionisierte Wasser hat beim Drahterodieren drei Hauptfunktionen:

1. Bereitstellung eines Mediums zur Kontrolle der mächtigen Funken
2. Abspülen von EDM-Spänen von Werkstück und Draht und
3. Kühlen des Werkstücks, um eine übermäßige thermische Belastung zu vermeiden.

Das VE-Wasser soll bei einwandfreier Funktion wie ein Isolator zwischen Drahtelektrode und Werkstück wirken, bis zwischen ihnen ein ausreichend hoher Ladungsunterschied besteht. Dies ermöglicht eine Art kontrolliertes Chaos, da die Funken an verschiedenen Punkten ähnliche „Stärken“ haben und einen glatten, gleichmäßigen Schnitt um die unmittelbare Nähe des Drahtes herum erzeugen. Übermäßige Verunreinigungen können die isolierenden Eigenschaften des Wassers schwächen, was zu unregelmäßigeren und unbeständigeren Funkenbildungen führt.

Aus diesem Grund muss das Dielektrikum auch ständig weggespült werden, um die Ansammlung von EDM-Spänen und Ionen im Wasser zu verhindern. Damit dies effektiv geschieht, sollte das Werkstück eingetaucht sein und einen stetigen Fluss von deionisiertem Wasser direkt durch den Schnittbereich haben.

Die strömende Flüssigkeit entzieht dem Schnittbereich auch Wärme, um eine Überhitzung zu vermeiden, die eine thermische Belastung des Werkstücks hervorrufen könnte. Besonders bei sehr dicken Materialien muss der Flüssigkeitsfluss sorgfältig kontrolliert werden, um die Wärmeeinflusszone (HAZ) im Werkstück zu kontrollieren. Übermäßige thermische Belastung könnte Mikrorisse und veränderte Materialeigenschaften in der Nähe der Schnittfläche verursachen.

Drahterosion:Vorteile und Einschränkungen

Mit einem besseren Verständnis dafür, wie dieser Herstellungsprozess funktioniert, lohnt es sich, eine Zusammenfassung seiner wichtigsten Stärken und Schwächen zu erstellen.

Die Hauptvorteile der Verwendung von Drahterodieren sind, dass es:

• Eine der bevorzugten Methoden zum Schneiden sehr harter Materialien, insbesondere wenn der Schnittwinkel nicht senkrecht zur Arbeitsfläche ist.
• Erreicht sehr enge Toleranzen (innerhalb von ±0,012 mm), mit minimaler Schnittfuge und ohne Verjüngung im gesamten Schnitt.
• Geeignet für sehr dünne und sehr dicke Materialien, ohne die Schnittqualität wesentlich zu beeinträchtigen oder eine Verformung der Teile zu verursachen.
• Hervorragend zum Erstellen von sehr hochwertigen Oberflächengüten, insbesondere nachdem Schäldurchgänge verwendet wurden, um den schnellen anfänglichen Schruppschnitt zu glätten.
• Ein vollständig CNC-gesteuerter Prozess, was bedeutet, dass Bediener normalerweise nur zum Be- und Entladen von Verbrauchsmaterialien und Teilen benötigt werden. Daher kann der Prozess arbeitssparend sein.

Die wichtigsten Einschränkungen und Mängel des Drahterodierens sind, dass es:

• Nur kompatibel mit leitfähigen Materialien.
• Im Allgemeinen nicht effizient für die Verwendung mit heterogenen Materialien wie kohlefaserverstärkten Polymeren und unreinen Materialien wie billigem Werkzeugstahl mit großen Einschlüssen.
• Manchmal zeitaufwändiger als andere geeignete Prozesse, je nach Bedingungen.
• Nicht in der Lage, Löcher zu bohren, die möglicherweise durch einen anderen Prozess gestartet werden müssen, wie z
• Möglicherweise teurer als Alternativen wie Wasserstrahlschneiden, insbesondere wenn es um Verbrauchsmaterialien geht.

Eine weitere Überlegung könnte sein, dass es möglich ist, dass beim Drahterodieren thermische Spannungen in das Werkstück eingebracht werden, wodurch die Materialeigenschaften verändert oder Mikrorisse induziert werden. Auf der anderen Seite überträgt es jedoch keine mechanischen Schnittkräfte auf das Werkstück.

Ist Drahterodieren das richtige Verfahren für Sie?

Wenn die oben aufgeführten potenziellen Einschränkungen nicht auf Ihr Projekt zutreffen, erweist sich Drahterodieren als hervorragende Methode zum Schneiden harter Materialien mit großen Dicken. Dieser Prozess steht für Präzision, Genauigkeit, Konsistenz und hohe Qualität.

Dies bedeutet, dass Drahterodieren regelmäßig für Teile mit komplexen Geometrien und engen Toleranzen angewendet wird, insbesondere wenn fortschrittliche Materialien verwendet werden. Zerbrechliche Komponenten medizinischer Geräte, Präzisionsteile für die Luft- und Raumfahrt und Werkzeuge aus besonders harten Materialien wie Titan sind großartige Anwendungen für diesen Herstellungsprozess.

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