Pionierhafte Draht-EDM-Lösungen für komplexe Formen- & Werkzeugbau

Extreme Wire EDM in Grandville, Michigan, ist ein Betrieb mit fortgeschrittenen Drehfähigkeiten. Doch konventionelle Drehmaschinen finden Sie in der sauberen, mittlerenwestlichen Einrichtung nicht.

Der Betrieb spezialisiert sich auf Draht-Erodieren (EDM) und eröffnete 1998. Bald darauf zielte er auf Draht-EDM für große Formen- und Werkzeugkomponenten. Brüder und Mitinhaber Karl und Brian Bernt realisierten, dass diese Arbeit wahrscheinlich in den USA bleibt, und investieren weiterhin in große Kapazitäts-Drahtmaschinen für diese Segmente. Tatsächlich war Extreme Wire EDM der erste US-Betrieb, der einen Robofil 640CC installierte, eine Drahtmaschine von AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois) für Werkstücke bis 6.614 lbs und 1.300 × 1.000 × 510 mm. Eine zweite solche Maschine ist bestellt, da die erste ausgelastet ist.

Doch die Brüder haben keinen Tunnelblick; sie suchen ständig nach weiteren Nischen, die neueste EDM-Technologien ermöglichen. Kürzlich gewinnt der Betrieb komplexe Drehaufträge mittels Spindeltechnologien, die speziell für Draht-EDM entwickelt wurden. Ein Teil dieser Arbeit ergänzt die schweren Formkomponenten – gehärtete Kern- und Auswerferstifte zum Beispiel – doch die Fähigkeit, Teile praktisch jeder Härte auf 0,19 Zoll Durchmesser ohne Werkzeugdruck und Hitze des konventionellen Drehens zu bearbeiten, eröffnet neue Märkte.

Beeindruckend ist, dass der Betrieb EDM-Drehfähigkeiten hinzufügte, بينما die Technologien frisch waren, obwohl kein sofortiger Auftrag vorlag. Proaktive Integration neuer Bearbeitungstechnologie erfordert Disziplin und Mut. Die Anfangsinvestition ist meist hoch, sinkt aber, wenn mehr Betriebe die Technologie adaptieren. Zudem riskiert teure neue Ausrüstung, eine Weile ungenutzt zu bleiben, bis Kunden die alternative Technologie und ihr Potenzial verstehen.

Extreme Wire EDM rechtfertigt dies: Durch Integration neuer Technologie ohne Warteschlange kann der Betrieb Fähigkeiten, Nuancen und Limits kennenlernen. Diese "Übungszeit" verschafft Vorsprung auf der Lernkurve und verfeinert den Prozess vor Kundenangebot.

Hochgeschwindigkeits-EDM-Drehen

Der Betrieb bietet zwei EDM-Drehprozesse: Drehen durch kontinuierliche Werkstückrotation und AgieCharmilles' "Turn-while-Burn"-Technik, die Werkstückindexierung mit Drahtvorschub synchronisiert. Beide eignen sich für Werkstücke praktisch jeder Härte.

Die erste Methode nutzt einen tragbaren H80R.MAC Hochgeschwindigkeitsspindel von Hirschmann Engineering USA (Elgin, Illinois), vor einigen Jahren gekauft. Diese Spindel rotiert Werkstücke bis 1.500 U/min, während der Maschinendraht in X und Y das gewünschte Profil erodiert. Diese Auxiliarspindel kann an allen sechs EDM-Einheiten des Betriebs genutzt werden. Sie bietet A- oder B-Achsenrotation, je nach Ausrichtung entlang X- oder Y-Achse der Maschine.

In Edelstahl gehäust, misst die tauchfähige Spindel 180 × 195 × 98 mm und hat variablen AC-Antrieb. Sie wird an den Maschinentisch geschraubt und mit einer Steuereinheit zur Drehzahlregelung verbunden. Extreme Wire EDM hält die Steuereinheit auf einem Wagen für mobilen Einsatz. Präzisionsspannzotten sichern Werkstücke zum Drehen.

Während konventionelles Drehen mehrere Werkzeuggänge zum Materialabtrag benötigt, erodiert EDM-Drehen alles zu schneidende Material in jedem Roh- und Finishgang. Typischerweise ein Rauhgang und ein oder mehrere Finishgänge je nach gewünschter Oberflächengüte. Dies unterscheidet sich von typischem Draht-EDM, bei dem massive Materialbrocken aus dem Werkstück geschnitten werden. Nach Vollendung des Drehprofils schneidet der Draht das Teil vom Stangenmaterial ab, und das Teil sinkt sanft auf den Boden des dielektrisch gefüllten Tanks. Alle Drehoperationen werden vollständig eingetaucht durchgeführt für effektives Spülen.

Mike Wysocki, EDM-Techniker, führte viele Initialversuche mit der Hochgeschwindigkeitsspindel durch. Er meint, Optimierung von EDM-Drehoperationen ähnelt der Bestimmung optimaler Spindeldrehzahlen und Vorschübe für konventionelle CNC-Drehmaschinen. Höhere Spindeldrehzahlen für kleine Durchmesser. Meist nutzt der Betrieb PEPS-Programmiersoftware von Vero International (Wixom, Michigan) zur Profilgenerierung aus Kundzeichnungen.

Die Bernt-Brüder geben zu, dass es manchmal herausfordernd ist, Kunden die Vorteile dieses alternativen Drehens zu vermitteln. Manche Vorrichtungsbau-Betriebe glauben, sie könnten gehärtete Komponenten schneller und günstiger intern fertigen, obwohl mehrere Schritte nötig sind: Drehen auf Drehmaschine, Härten (was Verzug verursachen kann), dann Nachbearbeitung/schleifen auf Endmaß. Draht-EDM kann gehärtetes Material in einer Spannung präzise drehen, was nicht nur die Anzahl der Teileberührungen reduziert, sondern auch Gesamtfertigungskosten.

Draht-EDM-Drehen ist auch effektiv für Porcerax II, ein poröses Metall, das Gaspermeation für gezieltes Entlüften schwer zugänglicher Formbereiche ermöglicht. Konventionelles Zerspanen/Schleifen drückt Material in die Poren, reduziert Entlüftung. Bei EDM nicht.

Simultane Drehen und Erodieren

Kurz nach Kauf der Hirschmann-Hochgeschwindigkeitsspindel investierte der Betrieb in eine AgieCharmilles Robofil 240 EDM-Einheit mit optionaler "Turn-while-Burn"-Funktion. Die Spindel für diese Operationen bietet servogesteuerte, im/gegen Uhrzeigersinn Indexierrotation, synchronisiert mit X-/Y-Drahtvorschub. Dies ermöglicht Helixgeometrien und andere komplexe Formen. Maschine und Indexierspindel werden als Paket gekauft, da spezielle Servos und Komponenten für die choreografierten Bewegungen nötig sind.

Beispiele im Bild oben rechts: Komponenten mit Helixgeometrien. Schwer vorstellbar, dass jedes Feature mit EDM-Draht erzeugt wurde, der während des gesamten Gangs normal zur Werkstückmittellinie blieb.

Extreme Wire EDM programmiert diese Maschinemostly manuell. Doch man kommuniziert mit Vero International, das PEPS-CAM-Paket für Turn-while-Burn-Programmierung entwickelt. Das CAD/CAM-Bild rechts zeigt zwei identische, gekrümmte Nockennuten an gegenüberliegenden Seiten, aus Rohrmaterial gefertigt. Der Trick: Material hin- und herdrehen, während Draht beide Nuten simultan schneidet (Videosimulation oben). Diese Softwarefunktion ist sehr neu. Tatsächlich führte der Betrieb seinen ersten Testschnitt des Nockenteils mit PEPS-generiertem Programm während meines Besuchs im August 2008 durch.

Die Spindel der Turn-while-Burn-Maschine kann auch für diskretes Indexieren genutzt werden. Der rechteckige Formeinsatz im genannten Bild zeigt, wie sich ein prismatisches Teil aus rundem Vollmaterial erstellen lässt. Nach Ausrichten des im Spindel eingespannten Materials schneidet die Maschine gegenüberliegende Seiten ab, indexiert dann 90° für die anderen zwei Seiten. Dies eliminiert mehrfaches Ausrichten, nötig bei Spindeln ohne Indexierfähigkeit. Indexieren hilft auch, Kerben oder andere Flachfeatures in einem gedrehten Teil in einer Aufspannung zu erzeugen.

Hirschmann entwickelt angeblich eine Hochgeschwindigkeitsspindel, die auch für Indexierarbeiten nutzbar ist. Eine anstehende Spannzangenbestellung ist perfekter Kandidat. Der Betrieb kann dann das Spannzangenprofil drehen und Indexieren für gleichmäßig verteilte Nuten in einer Aufspannung nutzen.

Ressourcen verfügbar & griffbereit halten

Der Betrieb investiert stark, um erforderliche EDM-Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien vorrätig zu halten. Beispiel: Mehrere Drahttypen in 0,01 bis 0,013 Zoll. Durch Eliminierung von Bestellzeiten können Aufträge schneller gedreht werden. Der EDM-Lochbohrer hat universellen Stangenführer, der dedizierte Führer für spezifische Stangendurchmesser überflüssig macht. Der universelle Führer passt sich verschiedenen Stangengrößen an, sodass der Betrieb 40 verschiedene Stangendurchmesser, aber nicht 40 verschiedene Führer bevorratet. Obwohl der universelle Führer initially teuer war, hat er Lochbohr-Operationen stark beschleunigt.

Und während die Maschinen offensichtlich kostspielige Ressourcen sind, stören sich die Bernt-Brüder nicht an ein oder zwei im Leerlauf. Kunden platzieren oft unerwartet Aufträge, sodass eine freie Maschine sofort eingerichtet werden kann. Deshalb arbeitet Wysocki oft Nachtschicht. Ein 17 Uhr Auftrag kann abends laufen und morgens fertig sein. Da Nachtschicht nicht besonders spaßig ist, erlauben die Brüder Wysocki 4-Tage-Woche für 3-Tage-Wochenende.

Was kommt als Nächstes?

Obwohl einige Werkstücke Startlöcher haben, bewirbt der Betrieb seine Lochbohrfähigkeit als Service. Der Betrieb gewinnt weiterhin sehr hohe Arbeiten, und der bestehende EDM-Lochbohrer hat kaum Kapazität für solche Werkstücke. Vorerst wurde ein kundenspezifischer 6-Zoll-Riserblock hinzugefügt, um die Säule anzuheben für Teile bis 20 Zoll Höhe. Wahrscheinlich wird ein größerer, feststehender Tisch-Lochbohrer folgen.

Und während Draht-EDM ihre Spezialität ist, schauen die Brüder auch auf Spanfertigungsausrüstung. Getreu ihrem Wunsch, fortschrittliche Technologien zu integrieren, erwägen sie Maschinen für simultanes 5-Achsen-Fräsen, da nicht alle Betriebe das bieten. Wenn das passiert, besuchen wir diesen Betrieb vielleicht wieder, um ihre Erfolge bei einer weiteren fortschrittlichen Bearbeitungstechnik zu profilieren.

Für weitere Lieferanten: Advantage Engineering Inc. und GF Machining Solutions LLC