Was ist das Verfahren der Funkenerosion (EDM)?

Die Funkenerosion (EDM – electrical discharge machining) ist ein Verfahren zum Abtragen von Material oder zur Herstellung. Die Technik wurde erstmals 1770 eingesetzt. Ihr Schöpfer ist Joseph Priestly. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sie aufgrund der Modernisierung der Technologie und der Ausrüstungen jetzt mit einer numerischen Computersteuerung (CNC) kombiniert wird. Moderne Erodiermaschinen sind in automatisierte CNC-Bearbeitungen integriert und werden für folgende Aufgaben eingesetzt Zerspanung, Materialabtrag und mehr. Die Funkenerosion wird häufig bei CNC-Bearbeitungen und anderen Fertigungsverfahren eingesetzt. Wie läuft das Verfahren ab? Was sind die Vorteile von EDM? Wir schreiben darüber weiter unten! 

Was ist EDM?

Trotz ihrer Beliebtheit ist diese Technologie vielen Menschen noch nicht bekannt. Beim Funkenerodieren (EDM) wird das Material durch eine kontrollierte elektrische Entladung abgetragen. Es funktioniert wie ein thermoelektrisches Phänomen. Durch eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode/dem Draht und dem Werkstück wird Wärmeenergie auf dem Werkstück erzeugt. Durch dieses Verhalten wird eine Materialschicht entfernt. 

Im Allgemeinen werden die EDM-Maschinen in drei Typen unterteilt: 

• Einstech-EDMs
• Drahterodiermaschinen, Loch-EDMs. 

In der modernen Produktion ist die Erodieranlage jedoch in die CNC integriert. Daher sind automatisierte EDM-Maschinen in der Industrie weit verbreitet. 

Senkerodieren

Erodieren (auch bekannt als Stößel-, Gewichts-, traditionelles, volumetrisches oder Hohlraumerodieren) ist das beste Erodierverfahren für die Herstellung von Teilen mit komplexen Hohlräumen. Es ist auch die ideale Methode, um das Problem der scharfen Innenecken bei der CNC-Bearbeitung zu lösen. Bei diesem Verfahren werden eine Graphit- oder Kupferelektrode, eine dielektrische Flüssigkeit und ein elektrischer Funke zwischen der Elektrode und dem Werkstück erzeugt.

Wie funktioniert das Verfahren? 

In der ersten Stufe werden Elektroden hergestellt, die gegenüber der gewünschten Kavität geformt sind. Dadurch wird ein Würfel erstellt. Wenn die Form dann in eine dielektrische Flüssigkeit wie Öl getaucht wird, wird eine Spannung zwischen der Form und dem leitenden Werkstück induziert. Die Form wird langsam in Richtung des Werkstücks abgesenkt, bis ein „elektrischer Durchbruch” erfolgt und ein Funke durch die „Funkenstrecke” überspringt. Dadurch verdampft und schmilzt das Material auf dem Werkstück, während das Dielektrikum die herausgeschleuderten Partikel entfernt. Während dieses Prozesses werden oft auch kleine Teile der Elektrode korrodiert. Während eine Reihe von Hochfrequenzfunken immer wieder kleine Mengen Material vom Werkstück abtragen, beginnt sich die gewünschte Form herauszukristallisieren und wird präzise geschnitten. Jeder Teil des Prozesses zwischen Server, Stromversorgung und Elektrodenpositionierung wird vollständig durch Präzisionsbearbeitung gesteuert.

Drahterodieren 

Drahterodieren, auch bekannt als Drahtkorrosion. Es handelt sich um ein Verfahren, das bei der Herstellung von Strangpresswerkzeugen weit verbreitet ist. Er schneidet nach demselben Mechanismus wie der Einzug. Der Würfel wird jedoch durch sehr dünne stromführende Drähte ersetzt, die als Elektroden verwendet werden. Dieses Verfahren entspricht einem Käsehobel, der ein dreidimensionales Teil in zwei Dimensionen durchschneidet. Die Drähte sind in der Regel sehr dünn, mit einem Durchmesser von etwa 0,05 mm bis 0,35 mm. Der neue Draht wird während des gesamten Prozesses automatisch aufgewickelt, wodurch die Verwendung von brennendem Draht vermieden und ein präziser Schnitt gewährleistet wird.  Zugegeben, dieses Verfahren ermöglicht einen unglaublich präzisen Schnitt, aber wenn Sie scharfe Innenecken schneiden wollen, sollten Sie bedenken, dass das Schneiden des Drahtes allein keine wirklich quadratische Ecke ergibt. Der Draht und das Glitzern bilden einen kleinen Radius von etwa 0,13 mm bis 0,15 mm, der aber je nach Drahtdurchmesser kleiner oder größer sein kann. Wenn dies für Ihr Projekt nicht ausreicht, können Sie eine kleine knochenförmige Ecke verwenden, um perfekt quadratische Innenecken zu erzeugen. Manchmal ist es notwendig, mit dem Schneiden in der Mitte des Werkstücks zu beginnen und nicht an einer der Kanten. So werden beispielsweise komplexe Formen in der Mitte eines Strangpresswerkzeugs bearbeitet. In diesem Fall kann der Funkenerosionsbohrer ein kleines Loch für den Draht herstellen, durch das der Draht in den Funkenerosionsdraht eintreten soll.

EDM-Bohrung

Wie der Name schon sagt, werden mit dem EDM-Bohren Löcher hergestellt. Im Vergleich zu herkömmlichen Bohrverfahren können mit dieser Technik jedoch sehr kleine und tiefe Löcher ohne Entgraten präzise bearbeitet werden. Auch hier kommen die gleichen Grundprinzipien zum Einsatz wie bei den Erodiermaschinen. Das Schneiden erfolgt jedoch mit einer pulsierenden zylindrischen Elektrode, und der Schneidbereich wird angelegt, wenn die dielektrische Flüssigkeit tief in das Werkstück eindringt. Diese Methode ist für die Entwicklung von Hochtemperaturturbinenschaufeln von entscheidender Bedeutung, da sie die Schaffung sehr komplexer Kühlkanäle im Inneren der Turbinenschaufeln ermöglicht.

Was sind die Vorteile von EDM? 

Die Vorteile des EDM-Verfahrens sind folgende: 

• Größere Gestaltungsfreiheit – einer der Hauptvorteile der Funkenerosion ist die Möglichkeit, Formen und Tiefen zu schneiden, die mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden nicht erreicht werden können. Dazu gehören Hinterschneidungen und perfekt quadratische Innenecken. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei der Bearbeitung keine Grate entstehen.
• Verformungsfreie Bearbeitung – im Gegensatz zu konventionellen Bearbeitungsmethoden kommt das Werkzeug bei diesem Verfahren nie in direkten Kontakt mit dem Werkstück. Wenn keine Kraft auf das Teil ausgeübt wird, tritt auch keine Verformung auf. Dadurch ist es möglich, sehr dünne Werkstücke zu bearbeiten, ohne sie zu brechen. Da es keine Verformung gibt, können außerdem sehr enge Toleranzen von +/- 0,012 mm erreicht werden.
• Qualitativ hochwertige Bearbeitung – herkömmliche Materialabtragsverfahren, wie z. B. CNC-Fräsen, hinterlassen Bearbeitungsspuren auf dem Werkstück, die nach der Fertigstellung entfernt werden müssen. Das Erodieren hat eine richtungsfreie Oberflächengüte, was zu einer gleichmäßig glatten Oberfläche ohne zusätzliche Bearbeitung führt. Beachten Sie, dass das Hochgeschwindigkeitserodieren eine leichte Sandstrahlstruktur hinterlässt.
• Präzision – aufgrund der begrenzten Produktionskapazitäten für große Aufträge ist die Funkenerosion aufgrund ihrer hohen Präzision ideal für kleine Teile und Prototypen. Diese Technologie wird zum Beispiel häufig in der Automobilindustrie eingesetzt, wo komplexe Motorenteile mit hoher Präzision gefertigt werden müssen.
• Dies hat keinen Einfluss auf die Härte des Materials – das Hauptmerkmal der Funkenerosion ist, dass sie jedes Material bearbeiten kann, solange es leitfähig ist. Das bedeutet, dass harte Werkstoffe wie z. B. Wolframkarbid bearbeitet werden können.

Nachteile von EDM

Wie jede Methode hat auch diese Vor- und Nachteile. Zu den Nachteilen der EDM-Technologie gehören: 

• Geringe Abtragsleistung – der Materialabtrag ist im Vergleich zu herkömmlichen Bearbeitungsmethoden langsam. Da der Produktionsprozess sehr energieintensiv ist, wirkt sich die Verlängerung der Produktionszeit auf die Gesamtkosten aus. Infolgedessen ist EDM keine effektive Methode für größere Projekte und wird daher oft übersehen. 
• Materialtyp – um ein Material mit EDM bearbeiten zu können, muss es leitfähig sein. Auch wenn der Prozess technisch nahtlos ist, muss berücksichtigt werden, dass die Bearbeitung immer noch ein thermischer Veränderungsprozess ist, der die Metallurgie des Werkstücks verändern kann.
• Elektrodenkosten – für das Funkenerodieren sind keine Funktionselektroden, sondern maßgeschneiderte Elektroden erforderlich. Die Bearbeitung der Elektroden mag bei der Produktion von Kleinserien teuer erscheinen, aber bei der Produktion von Großserien können diese zusätzlichen Kosten durch viele Komponenten aufgefangen werden.
• Kohlendioxid-Fußabdruck – aufgrund des hohen Stromverbrauchs, der für das Erodieren erforderlich ist, handelt es sich nicht um eine umweltfreundliche Bearbeitungsmethode. Heutzutage wollen viele Unternehmen in der ganzen Welt Maßnahmen ergreifen, um ihren CO2-Fußabdruck zu verringern, und bevorzugen andere Verarbeitungsmethoden, die weniger Strom benötigen und daher weniger umweltschädlich sind.

Welche Oberflächengüten können mit EDM erzielt werden?

Wie bei allen Bearbeitungsprozessen besteht ein Gleichgewicht zwischen Schnittgeschwindigkeit und Oberflächenqualität. Der erste Schnitt ist in der Regel schneller und gröber, und die nachfolgenden Schnitte werden mit einer langsameren Geschwindigkeit ausgeführt, um eine saubere Oberfläche zu erzielen. Das Werkzeug kann mit einer niedrigeren Geschwindigkeit weiter geschnitten werden, um eine hervorragende Oberflächengüte zu erzielen, aber dies erhöht die Bearbeitungszeit und damit die Kosten.

Ist die EDM-Methode genau?

Beim Erodieren können sehr enge Toleranzen von +/- 0,012 mm eingehalten werden. Aus diesem Grund wird das Verfahren in der Luft- und Raumfahrt sowie in der medizinischen Industrie eingesetzt. Im Allgemeinen können alle leitfähigen Materialien galvanisch beschichtet werden. Einige Werkstoffe, wie z. B. hochnickelhaltige Legierungen für die Luft- und Raumfahrt, können bei der Verarbeitung einige Herausforderungen darstellen. Die Lösung besteht jedoch in der Regel darin, das Elektrodenmaterial oder die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu ändern. Die wichtigsten Faktoren, die die Wahl des Elektrodenmaterials beeinflussen, sind seine elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Funkenerosion ist ein hervorragendes Verfahren, das in Verbindung mit traditionellen Bearbeitungstechniken wie der CNC-Bearbeitung von Teilen mit besonderen geometrischen Anforderungen eingesetzt werden kann. Der Bearbeitungsprozess ist jedoch relativ langsam, so dass sich dieses Verfahren nicht für die Bearbeitung großer Stückzahlen eignet. 

Zusammenfassung 

Die Funkenerosion ist ein Konzept, das präzise, spurlos und frei ist und die Härte des Materials nicht beeinträchtigt. Es hat jedoch einige Nachteile, die das Verfahren von einer möglichen Nutzung ausschließen könnten. Dazu gehören die Langsamkeit, die Kosten und die Einschränkungen bei den zu bearbeitenden Materialien. Wir sind jedoch der Meinung, dass dieses Verfahren für kleinere Unternehmen, die keine großen Mengen an Teilen produzieren, eine Überlegung wert ist. Wissenswertes über EDM und andere bearbeitungsverfahren.