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Funkenerosives Schleifen und Drehen von Kleinstteilen min min

Senkerodieren und Drahterodieren – funkenerosive Fertigungsverfahren

Die Drahterosion – auch funkenerosives Schneiden genannt – gehört wie das Senkerodieren zu den abtragenden Fertigungsverfahren. Beide Verfahren basieren auf dem gleichen physikalischen Prinzip: Durch kurzzeitige, örtlich getrennte elektrische Funkenentladungen zwischen einer Elektrode und einem leitenden Werkstück erfolgt ein Materialabtrag. Der Abtragsprozess erfolgt in einer nicht leitenden Flüssigkeit, dem sogenannten Dielektrikum (deionisiertes Wasser oder spezielles Öl). Während des Bearbeitungsvorgangs wird das Elektrodenwerkzeug bis auf einen schmalen Spalt von 0,004-0,5 mm an das Werkstück herangeführt, so dass ein Funke überschlägt. Es findet eine Entladung statt, Strom wird in Wärme umgesetzt. Das Material wird punktförmig aufgeschmolzen und verdampft. Ein Teil der Schmelze wird in das Dielektrikum ausgeschleudert, erstarrt dort und wird abtransportiert.

Funkerosive Bearbeitungsverfahren werden für die hochpräzise Metallverarbeitung und Mikrobearbeitung eingesetzt. Ausserdem ermöglichen die geringen Prozesskräfte sehr filigrane Werkzeuge; es können Mikroteile sowie kleinste Strukturen gefertigt werden. Mittels Drahterodieren stellt man Schnitt- und Stanzwerkzeuge, Profilwerkzeuge für die spanende Bearbeitung, Extruderwerkzeuge sowie Prototypen und Senkerodierelektroden her. Das Senkerodieren hingegen dient der Herstellung von Spritzgiess- und Druckgussformen, Schmiedegesenken sowie Prototypen.

 

 

Senkerodieren: Prinzip, Grundlagen und Funktionsweise

Wo andere Verfahren aufgrund der Materialeigenschaften an ihre Grenze stossen, kann das Senkerodieren mit hervorragenden Massgenauigkeiten und Oberflächengüten punkten. Hochfeste Legierungen und alle elektrisch leitfähigen Werkstoffe – unabhängig von Härtegrad und Materialstärke – können mit extrem kleinen Schnittbreiten und optimalen Genauigkeiten bearbeitet werden. Auch komplizierte 3D-Formen von höchster Qualität lassen sich so erodieren.

 

Was ist Senkerodieren?

Das Senkerodieren ist eine spezielle Verfahrensweise der Funkenerosion und zählt zu den materialabtragenden Fertigungsverfahren. Das Prinzip beruht auf der erodierenden Kraft elektrischer Ladungen und ermöglicht die Bearbeitung aller elektrisch leitfähigen Materialien – unabhängig von Festigkeit und der zu fertigenden Form. Die Senkerosion ist deshalb zu einer wichtigen Technologie in der Fertigungsindustrie geworden.

 

Wie funktioniert Senkerodieren?

Senkerodieren basiert auf dem physikalischen Abtragsprinzip: Während der funkenerosiven Bearbeitung erfolgt der Materialabtrag durch kurzzeitige, örtlich getrennte elektrische Funkenentladungen. Der Abtragsprozess läuft in einer elektrisch nichtleitenden – dielektrischen – Flüssigkeit ab. Die Elektrode und das Werkstück befinden sich in einem Dielektrikumsbad. Man unterscheidet dabei drei Phasen:

Zündphase:

Draht- oder Massivelektrode (+) und Werkstück (–) befinden sich in einem vorab definierten Abstand zueinander (Arbeitsspalt). Das Anlegen einer elektrischen Spannung führt zur Bildung eines elektrischen Feldes. Stossprozesse der beschleunigten Elektronen und Ionen wandeln kinetische Energie in Wärmeenergie um. Das Dielektrikum verdampft, neue Ladungsträger entstehen. Ein Entladekanal in Form einer Plasma-Gasblase bildet sich: der gut sichtbare Funke.

Entladephase:

Mit steigendem Stromfluss dehnt sich der Entladekanal weiter aus. Das ihn umgebende Dielektrikum ist zäh: Es entsteht ein Gegendruck, der den Entladekanal an der Elektrode und am Werkstück einschnürt. Aufgrund der dortigen hohen Stromdichte wird eine intensive Erwärmung mit nachfolgendem Aufschmelzen und Verdampfen des Materials erreicht.

Pausenphase:

Die Spannung wird abgeschaltet, die Gasblase implodiert, die restliche Schmelze wird ausgeschleudert. Die erstarrten Abtragspartikel werden durch das Dielektrikum abtransportiert.

 

Welche Vorteile und Einsatzgebiete hat Senkerodieren?

Das Senkerodieren findet im Werkzeug- und Formenbau zahlreiche Anwendungen. Typische Anwendungsbereiche sind die Herstellung von Druckgussformen, komplizierten 3D-Formen, Gesenken oder Hinterschnitten. Der Fertigungsprozess erfolgt auf bahngesteuerten Erodiermaschinen, die durch überlagerte Bewegungen in allen Achsen eine grosse Formvielfalt bieten. Das Erodieren besticht mit perfekten Genauigkeiten und ist gerade bei der Herstellung von Bauteilen mit schmalen und tiefen Konturen unschlagbar – auch in grosse Materialstärken lassen sich extrem geringe Schnittbreiten mit optimaler Formgenauigkeit und Linearität einbringen. Hervorragende Oberflächengüten von bis zu Ra 0,11, hochglanzpolierte Oberflächen und Fertigungstoleranzen im Mikrobereich sind sicher und problemlos erreichbar.

 

Wie setzen sich die Kosten zusammen?

Aufgrund der langen Bearbeitungszeiten sowie der aufwendigen Herstellung formgenauer Elektroden sind die Kosten relativ hoch, was sich gerade bei Einzelteilen und kleinen Losgrössen bemerkbar macht. Auch müssen hierbei Konstruktions-, Material-, Fertigungs- und Lohnkosten beachtet werden, damit eine genaue Kostenkalkulation erstellt werden kann.

 

Welche Elektroden sind geeignet?

Elektroden müssen über gute elektrische Leitfähigkeit, einen hohen Schmelzpunkt und geringen elektrischen Widerstand verfügen. Bei der Herstellung der Elektrodenwerkzeuge müssen einerseits die Grösse des Funkenspaltes, andererseits der Verschleiss beachtet werden. Als Werkstoff kommen hier meist Kupfer, Grafit, Wolfram-Kupfer, Kupfer-Zink-Legierungen zum Einsatz.

 

Wie ist eine Senkerodiermaschine aufgebaut?

Senkerodiermaschinen sind CNC-gesteuerte Systeme und werden aufgrund des Dielektrikums meist als Badmaschinen konstruiert. Es werden eine Vorschub- und Lagerregelung, ein Generator zum Erzeugen des Entladestromes sowie ein Behälter mit Filter und Pumpe für das Dielektrikum benötigt.

 

Welche Genauigkeiten ermöglicht die Senkerosion?

Es ist die maximale Genauigkeit bei allen mechanischen Anwendungen, die die Senkerosion auszeichnet: Problemlos können bestmögliche Oberflächengüten von bis zu Ra 0,05 µm und Fertigungstoleranzen von 2 μm erreicht werden. Die Senkleistung kann durch den Einsatz von Öl als Dielektrikum sowie durch speziell veredeltes Elektrodenmaterial optimiert werden.

 

Wo kommen Senkerodierarbeiten zur Anwendung?

Senkerodieren ist für die Präzisionsfertigung von komplexen Formen aus schwer zerspanbaren Werkstoffen geeignet – besonders im Werkzeug- und Formenbau. Typische Beispiele sind Spritzgiessformen, Gesenke, Prototypen oder Komponenten für den Turbinenbau oder Fahrzeugtechnik.

 

 

Drahterodieren: Grundlagen und Anwendung

Das Drahterodieren ist ein formgebendes Fertigungsverfahren: Leitfähige Materialien können hierbei auf dem Prinzip der Funkenentladung sehr präzise geschnitten werden. Eine Folge von elektrischen Spannungspulsen erzeugt Funken, die Material vom Werkstück (Anode) an einen durchlaufenden Draht (Kathode) und an eine trennende, nicht leitende Flüssigkeit (Dielektrikum: meist deionisiertes Wasser oder ein spezielles Öl) übertragen. Durch permanente Spülung werden der Erodierabfall aus dem Schneidspalt entsorgt und der Draht gekühlt.

Der Erodiervorgang beginnt am Werkstück: am Rand oder an einer Startlochbohrung, die zuvor mit einem Bohrer oder durch Senkerodierung eingebracht wurde. Der Kupfer- oder Messingdraht wird bis zu einem schmalen Spalt von 0,004 mm – 0,5 mm an das Werkstück herangeführt, so dass ein Funke überspringt, der das Material aufschmilzt und verdampft. Während des Schneidvorgangs wird der Erodierdraht mittels zwei Drahtführungen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 25 m/min durch das Werkstück gezogen: So können programmierte Konturen in ein Werkstück geschnitten werden. Auch können durch Neigung des Drahtes konische Formen erzielt werden.

 

Wie funktioniert Drahterodieren?

Durch eine Folge elektrischer Spannungsimpulse werden Funken erzeugt, die Material vom Werkstück (Anode) auf einen durchlaufenden dünnen Draht (Kathode – wird anschliessend entsorgt) sowie in das Dielektrikum übertragen. Dies ist ein hochpräzises Verfahren: Der Funke springt stets dort über, wo der Abstand zwischen Werkstück und Draht am geringsten ist.

 

Was ist funkenerosives Drehen und Schleifen?

Durch Erodiermaschinen mit einer Rundachse ist auch das Fertigen von rotationsymmetrischen Teilen möglich. Selbst geschwungene Formen und feinste Strukturen sind so produzierbar. Mittels einer Rotationsachse können unterschiedliche Winkel eingestellt und Flächen an runden Teilen erodiert werden. So lassen sich besonders filigrane Werkstücke und Mikroteile fertigen, da keinerlei Schnittkräfte auf das Werkstück einwirken. Moderne Maschinen mit Drahtdurchmessern von 0,03 bis 0,3 mm ermöglichen die Fertigung von Präzisionsteilen mit Oberflächenqualitäten unter Ra 0,1. Besonders geeignet ist die Funkerosion in Verbindung mit Hartmetall – sogar Diamantschleifwerkzeuge können drahterosiv profiliert und abgerichtet werden.

Durch drahterosives Abrichten können genaueste Rundlaufanforderungen von weniger als 0,002 mm bei höchster Profiltreue erreicht werden. Zudem gibt es durch die kontaktfreie Bearbeitung weder thermische Beeinflussung der Bindung noch losgebrochene Partikel in der Bindungsmatrix. So können bei den ersten Werkstücken schlechte Schleifergebnisse vermieden werden, die Schleifscheiben haben eine höhere Standzeit.

 

Was versteht man unter Funkenerosion?

Die Funkenerosion wird für eine hochpräzise Materialbearbeitung eingesetzt. In der Regel wird das zu bearbeitende, elektrisch leitende Werkstück in einer nicht leitenden Flüssigkeit bearbeitet. Man unterschiedet hierbei funkenerosives Schneiden (Drahterodieren) und funkenerosives Senken (Senkerodieren).

 

Wie funktioniert das funkenerosive Schneiden?

Bei der funkenerosiven Bearbeitung erfolgt der Materialabtrag durch kurzzeitige, örtlich getrennte elektrische Funkenentladungen. Der Abtragsprozess läuft in einer elektrisch nichtleitenden –dielektrischen – Flüssigkeit (meist deionisiertes Wasser oder spezielles Öl) ab. Beim Senkerodieren befinden sich Elektrode und Werkstück in einem Dielektrikumsbad.

 

Welche Werkstoffe können durch funkenerosives Abtragen bearbeitet werden?

Zum Senkerodieren werden Elektroden aus Grafit, Kupfer, Wolfram-Kupfer- oder Kupfer-Zink-Legierungen verwendet. Wegen des geringen Drahtverschleisses kommt beim Drahterodieren vorwiegend Messingdraht – bei hohen Präzisionen beschichteter Messingdraht – zum Einsatz.

 

Welche Vorteile und Einsatzgebiete hat Drahterodieren?

Die funkenerosive Bearbeitung ermöglicht die Herstellung filigraner Teile mit extremer Genauigkeit und hohen Schnittgeschwindigkeiten: Ein elektrischer Funke schneidet leitende Materialien wie Aluminium, Kupfer oder Graphit.

• Keine Materialreste und praktisch verlustfrei: ideal bei teuren Materialien

• Kein Kontakt: Ohne Berührung zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück können sehr kleine Teile mit extrem dünnen Wänden geschnitten werden.

• Keine Aufnahmen: Es sind keine speziellen Aufnahmevorrichtungen notwendig – das spart Geld und erhöht die Flexibilität.

• Keine Unterbrechung: Bis zu 140 Stunden Laufzeit am Stück sind kein Problem.

• Keine Nachbearbeitung: makellose Oberflächen dank Drahterosion, Oberflächenqualitäten von unter Ra 0.10

• Kein Werkzeug: Zur Drahterosion wird lediglich ein einziger, hochwertiger Draht benötigt.

 

Wie funktioniert Erodieren?

Bei diesem Bearbeitungsverfahren werden elektrisch leitende Materialien (z. B. Aluminium, Kupfer, Messing oder Stahl) durch elektrische Entladung abgetragen. Das Werkstück wird dabei zu keinem Zeitpunkt berührt.

Das Erodieren ermöglicht präzise Resultate: Feinste, filigrane Konturen, komplexe Geometrien, kleinste Radien und Bohrungen sowie sehr schmale Schnittbreiten und Senkungen sind möglich. Bei besten Oberflächengüten betragen die Toleranzabweichungen lediglich wenige tausendstel Millimeter. Typische Einsatzbereiche sind beispielsweise:

• Medizintechnik

• Elektronikbranche

• Motoren- und Fahrzeugbau

• Werkzeug- und Formenbau

• Prototypenfertigung

• Maschinenbau

• Luft- und Raumfahrt

 

Welche Werkstoffe können erodiert werden?

Dank Elektroerosion lassen sich selbst extrem harte Materialien wie Titan, gehärteter Stahl, Sonderlegierungen oder leitfähige hochfeste Keramiken problemlos bearbeiten und in die gewünschte Form bringen.

 

Was ist Startlocherodieren?

Das Startlocherodieren ist ein schnelles und besonders wirtschaftliches Verfahren zur Metallbearbeitung bei sehr dünnen bis sehr dicken Materialien. Durch die CNC-Steuerung mit Elektrodenwechsler ist es möglich, eine schnelle und präzise Bearbeitung der Materialien zu gewährleisten. Je nach Anwendungsgebiet und zu bearbeitenden Werkstoffen werden entsprechende Elektroden verwendet. Die Vorteile sind klar: wirtschaftlichere Serienbearbeitung, minimierte Fehlerquellen, schnellere Abläufe und hochpräzise Ergebnisse.