Senkerodieren

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.

 

Dank unserer neuen, hochpräzisen Senkerodiermaschine für den Mikrobereich sind wir in der Lage, kleinste und feine Kavitäten, Schlitze und Konturen jeglicher Art erodieren zu können. Mit einer geringeren Anzahl Elektroden sind minimale Eckradien von < 0.02 mm erreichbar. Dadurch können einerseits der Fertigungsaufwand gesenkt und andererseits die Produktivität erhöht werden. Eine extrem hohe Wiederholgenauigkeit liefert die geforderte Bearbeitungsperfektion. Aufgrund einer aussergewöhnlich hohen Oberflächenqualität sowie höchster Detailgenauigkeit – auch bei Verwendung von Mikroelektroden – können Teile für höchste Ansprüche erodiert werden. Durch das Herstellen von 3DS-Oberflächen kann bei den zu spritzenden Kunststoffteilen eine Verbesserung der Anti-Kratz-Charakteristik sowie ein anpassbarer Glanzgrad des fertigen Kunststoffteils ermöglicht werden. Des Weiteren bietet das 3DS-Oberflächenverfahren eine Reduzierung der Anhaftung des Kunststoffteils beim Spritzvorgang im Werkzeug. Dies ermöglicht zum einen eine Erhöhung der Entformungsgeschwindigkeit beim Spritzen, zum anderen kann auch die Rückstandsansammlung beim Spritzvorgang im Werkzeug reduziert werden, was sich wiederum positiv auf Wartungszeiten und -kosten sowie die Produktivität auswirkt.

Senkerodieren mikroskop Erodierstruktur

Technische Angaben Senkerodieren

  • Oberflächenrauheiten bis Ra 0.08
  • Hohe Detailgenauigkeit geforderter Formen
  • Aussergewöhnlich hohe Oberflächenqualität
  • Kleinste Eckradien – auch bei tiefen Einsenkungen von < 0.02 mm
  • Bearbeitung von speziellen Materialien wie z.B. Keramik oder Hartmetallen
  • Verarbeitung sonstiger Werkstoffe wie gehärtete sowie legierte oder rostfreie Stähle (INOX), NE-Metalle
  • Klare Vorteile von 3DS-Oberflächen:
    1. Erscheinung und Qualität – anpassbarer Glanzgrad des Kunststoffteiles und Verbesserung der Anti-Kratz-Charakteristik
    2. Reduzierte Anhaftung des Kunststoffteils in der Spritzform – erhöhte Entformungsgeschwindigkeiten möglich
    3. Weniger Rückstandsansammlungen im Spritzwerkzeug – die Reduktion von Reinigungs- und Wartungszeiten sowie Wartungskosten der Spritzwerkzeuge ermöglicht längere Spritzautonomie

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