EDM verstehen: Funktionsweise und Bedeutung der Funkenerosion

Vielleicht begegnen Sie EDM täglich in der Produktion – aber wissen Sie wirklich viel darüber?

Zunächst: Wissen Sie, wie EDM-Technologie entstand? 1943 untersuchten Lazarenko und seine Frau, Akademiker der ehemaligen Sowjetischen Akademie der Wissenschaften, das Phänomen und die Ursachen von Funkenentladungs-Korrosionsschäden an Schaltkontakten. Sie entdeckten, dass die瞬时高温 des elektrischen Funkens lokale Metalle schmelzen, verdampfen und abtragen kann.

Man nutzt auch Wire EDM Service durch dieses Verfahren, um Fertigungsprozesse in Industrieprodukten und Teilefertigung effizient und schnell abzuschließen.

Was ist das Prinzip der EDM? Lesen Sie weiter, um das Prinzip der elektrischen Bearbeitung und ihren mikroskopischen Mechanismus zu verstehen.

Welches Bearbeitungsverfahren kann als EDM bezeichnet werden?

EDM ist ein Bearbeitungsverfahren, das Material durch die hohe Temperatur (瞬时温度 bis 10.000 °C) schmilzt und erodiert, die im mikroskopischen Prozess der Impulsentladung erzeugt wird.

Mikroskopischer Prozess einer Impulsentladung

EDM ist der Prozess der kontinuierlichen Metallabtragung durch elektrische Entladung. Obwohl die Zeit einer Impulsentladung kurz ist, handelt es sich aufgrund der kombinierten Wirkung von Elektromagnetismus, Thermodynamik und Fluiddynamik um einen komplexen Prozess. Zusammengefasst lässt sich der Prozess einer Impulsentladung in folgende Phasen unterteilen:

Ionisierung, Durchbruch und Bildung von Entladungskanälen im Interelektroden-Dielektrikum

Wird eine Impulsspannung zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück angelegt, bildet sich sofort ein elektrisches Feld. Feldstärke proportional zur Spannung, umgekehrt proportional zum Abstand. Mit steigender Spannung oder sinkendem Abstand nimmt Feldstärke zu.

Da die mikroskopische Oberfläche von Elektrode und Werkstück uneben ist und der Elektrodenabstand sehr klein, ist die Feldstärke sehr ungleichmäßig. An der vorspringenden Spitze mit minimalem Abstand ist sie am größten. Erreicht die Feldstärke einen kritischen Wert, bricht das Dielektrikum durch: Entladungsspaltwiderstand sinkt vom Isolierzustand auf Bruchteile eines Ohms, Spaltstrom steil auf Maximum.

Wegen des kleinen Kanaldurchmessers ist die Stromdichte im Kanal hoch. Spitzenspannung fällt rapide von Durchbruchspannung auf Funkenhaltespannung (ca. 20–30 V), Strom steigt von 0 auf Spitzenstrom.

Thermische Zersetzung des Mediums, Schmelzen des Elektrodenmaterials, thermische Expansion der Verdampfung

Nach Ionisierung und Durchbruch zur Entladungskanalbildung lässt das Impulsnetzteil Elektronen im Kanal mit hoher Geschwindigkeit zur Anode, positive Ionen zur Kathode laufen.

Elektrische Energie → kinetische Energie → durch Kollision in thermische Energie. Daher werden die Oberflächen von Anode und Kathode im Kanal zu瞬时热源, erreichen extrem hohe Temperaturen. Die hohe Temperatur des Kanals verdampft das Arbeitsfluidmedium, dann thermische Zersetzung und Verdampfung.

Diese verdampften Arbeitsfluide und Metalldämpfe vergrößern schlagartig ihr Volumen und werden zu Blasen im Entladungsspalt. Diese Blasen expandieren rasch thermisch und weisen Explosionscharakter auf.

Bei Beobachtung des EDM-Prozesses: Blasen steigen aus Entladungsspalt, Arbeitsfluid dunkelt nach, leises, knackendes Explosionsgeräusch hörbar.

Dies liegt daran, dass EDM hauptsächlich auf thermischer Expansion und lokaler Mikroexplosion beruht, um Elektrodenmaterial zu schmelzen/verdampfen und die Materialoberfläche zu erodieren – zum Zweck des Schneidens.

Umgang mit Elektrodenmaterialien

Während des EDM-Arbeitsprozesses bewirkt die瞬时高温 des Entladungspunkts auf der EDM-Kanaloberfläche und an den Elektroden, dass Arbeitsfluid verdampft und Metallmaterial schmilzt/verdampft. Diese thermische Expansion erzeugt hohe瞬时Drücke.

Der Druck im Kanalzentrum ist am höchsten → verdampftes Gas expandiert kontinuierlich nach außen, geschmolzenes Metall und Dampf werden unter hohem Druck ausgestoßen und in das Arbeitsfluid geschleudert.

Durch Oberflächenspannung und Kohäsion bilden die ausgeworfenen Materialien bei Kondensation feine Kugelpartikel (minimale Oberfläche).

Beim Wegschleudern vom Elektrodenoberflächen spritzt Material überall hin. Der Großteil wird in Arbeitsfluid geworfen und kondensiert zu Kleinstpartikeln; ein kleiner Teil spritzt auf die Gegen elektrode, lagert sich an, wird adsorbiert.

Dieses Phänomen gegenseitigen Spritzens, Abscheidens und Adsorptions kann unter bestimmten Bedingungen genutzt werden, um Werkzeugelektrodenverschleiß zu reduzieren oder zu kompensieren.

Der Prozess des Ätzens und Wegschleuderns von Metallmaterialien ist weit komplexer.

Deionisation des Interelektrodenmediums

Mit Ende der Impulsspannung fällt auch Impulsstrom rapide auf Null. Es sollte jedoch noch eine kurze Zeit für die Deionisation des Spaltmediums verbleichen: Rekombination geladener Teilchen im Entladungskanal zu neutralen Teilchen.

Durch rasche Wiederherstellung der Dielektrizitätsfestigkeit im Entladungskanal und Reduktion der Elektrodenoberflächentemperatur wird Lichtbogenentladung durch wiederholte Entladung an derselben Stelle beim nächsten Impuls vermieden.

Um einen normalen EDM-Prozess zu gewährleisten, sollte zwischen zwei Impulsentladungen generell ausreichend Impulspausenzeit liegen.

Zudem sollten Durchbruchs- und Entladungspunkte Raum für Dispersion und Transfer haben, sonst nur Entladung nahe einem Punkt → Lichtbogenbildung leicht möglich.