Die Drahterosion findet breite Anwendung im Werkzeugbau, in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik, wo Toleranzen von ±0.005 mm gefordert sind. Sie kommt zum Einsatz, wenn konventionelle Schneidverfahren an ihre Grenzen stoßen. Dabei werden leitfähige Materialien mittels kontrollierter elektrischer Funken zwischen einem dünnen Draht und dem Werkstück geschnitten. Da kein direkter Werkzeugkontakt besteht, sind die Schnittkräfte vernachlässigbar. Dies ermöglicht die Bearbeitung dünner Wände, scharfer Innenkanten und gehärteter Werkstoffe ohne Verformung durch mechanische Belastung.
In vielen CNC-Werkstätten ist das Drahterodieren nach der Wärmebehandlung die bevorzugte Methode, wenn die Teile für ein effizientes Fräsen zu komplex sind. Werkzeugstähle über 55 HRC, Hartmetallkomponenten und Präzisions-Wendeschneidplatten sind gängige Beispiele. Das Verfahren wird auch dann gewählt, wenn die innere Geometrie über die gesamte Dicke des Teils, nicht nur an der Oberfläche, exakt sein muss.
Die Toleranzgenauigkeit ist einer der Hauptvorteile dieses Verfahrens. Mit der richtigen Einrichtung und mehreren Schlichtdurchgängen lässt sich eine Maßgenauigkeit im Mikrometerbereich erzielen. Die Oberflächengüte kann durch die Anzahl der Durchgänge und die Schnittparameter angepasst werden. Dieser Artikel erläutert die Funktionsweise des Verfahrens, die realistisch erreichbaren Toleranzen und seine Anwendung in Präzisionsfertigungsprozessen.
Was ist Drahterodieren und wie funktioniert es?
Das Drahterodieren ist ein hochpräzises Schneidverfahren, das hochgenaue Profile in leitfähigen Materialien erzeugt. Dabei wird ein dünner Metalldraht (computergesteuert) entlang einer programmierten Bahn durch das Werkstück bewegt, um Material abzutragen. Der Draht verfügt über eine elektrisch gesteuerte Funkenstrecke, die beim Durchdringen des Werkstücks eine Reihe von elektrischen Entladungen erzeugt.
Um einen gleichmäßigen und konstanten Stromfluss für die Entladungen zu gewährleisten, wird das Werkstück in deionisiertes Wasser getaucht. Das Wasser dient der Stabilisierung der elektrischen Entladung, der Kühlung des Bearbeitungsbereichs und dem Abtransport von Materialpartikeln. Die kontinuierliche Zufuhr von neuem Draht von einer Spule stellt sicher, dass der Drahtdurchmesser über die gesamte Schnittlänge konstant bleibt. Typischerweise variiert der Drahtdurchmesser je nach den erforderlichen Abmessungen des zu bearbeitenden Merkmals zwischen 0.127 mm (0.005 Zoll) und 0.305 mm (0.012 Zoll).
Daher wird das Drahterodieren am häufigsten für durchgehende Schnitte eingesetzt, bei denen sowohl Profilgenauigkeit als auch Kantendefinition erforderlich sind.
Wofür steht EDM in der Zerspanung?
EDM ist die Abkürzung für elektrische Entladungsbearbeitung. Es bezeichnet eine Gruppe von Verfahren, bei denen kontrollierte elektrische Funken zur Materialabtragung eingesetzt werden.
Beim Drahterodieren bewegt sich die Werkzeugelektrode, ein Draht, kontinuierlich hin und her und hält dabei einen exakten Abstand zum Werkstück ein. Spannung und Impulsdauer werden so gesteuert, dass Zeitpunkt und Energiemenge der Entladung an jedem Entladungspunkt genau bestimmt werden.
Der Drahterosionsprozess beim CNC-Drahterodieren
Der Drahterosionsprozess wird primär durch drei Faktoren bestimmt: Impulsenergie, Impulsfrequenz und die Stabilität der Funkenstrecke. An jedem Entladungspunkt wird ein kleiner Krater von der Materialoberfläche abgetragen. Die Größe der abgetragenen Krater hängt von den für den Schnitt eingestellten elektrischen Parametern ab.
Typischerweise beginnt ein Drahterodierprogramm mit einem einzigen Schruppdurchgang, um das gewünschte Profil zu definieren. Im Anschluss an diesen Schruppdurchgang können ein oder mehrere Schlichtdurchgänge folgen. Ziel der Schlichtdurchgänge ist es, Profilabweichungen weiter zu reduzieren, die Geradheit des Werkstücks zu verbessern und die Oberflächengüte zu optimieren. Die Eckgenauigkeit und die Kegelsteuerung werden durch das Verhältnis der Bewegung der oberen und unteren Führungsdrähte bestimmt.
Servosysteme in CNC-Drahterodiermaschinen überwachen und justieren kontinuierlich die Drahtposition, um die für eine stabile elektrische Entladung notwendigen Bedingungen zu gewährleisten. Die Stabilität der elektrischen Entladung steht somit in direktem Zusammenhang mit der Maßgenauigkeit des fertigen Bauteils.
Worin unterscheidet sich das Drahterodieren von anderen CNC-Bearbeitungsverfahren?
Die Methode der Materialabtragung unterscheidet sich grundlegend von Fräs- oder Drehbearbeitungen . Beim Drahterodieren entsteht kein Span, daher muss auch keine Schneidkantengeometrie berücksichtigt werden.
Darüber hinaus gibt es keinen Werkzeugverschleiß im herkömmlichen Sinne, da der Schneiddraht ständig durch frischen Draht ersetzt wird.
Die geometrischen Bearbeitungsmöglichkeiten des Drahterodierens unterscheiden sich deutlich von anderen Bearbeitungsverfahren. Dank des relativ kleinen Drahtradius lassen sich minimale Innenradien realisieren. Tiefe, schmale Nuten können ohne Bedenken hinsichtlich Werkzeugreichweite oder -durchbiegung gefertigt werden. Konische Bauteile können durch die unabhängige Bewegung der oberen und unteren Drahtführungen hergestellt werden.
Technische Prinzipien der Drahterosion
Die Leistungsfähigkeit einer Drahterodiermaschine hängt von der kontrollierten elektrischen Energiezufuhr, der korrekten und gleichmäßigen Drahtpositionierung sowie dem vorhersehbaren Materialverhalten ab. Die Drahterosion ist nicht allein von der mechanischen Steifigkeit der Maschine abhängig. Vielmehr wird die Genauigkeit durch das Verhalten der Funken, die Dynamik des Drahtes und die verschiedenen Prozessparameter bestimmt, die den Maschinenbetrieb steuern.
Wenn eine Anwendung enge Toleranzen oder spezifische Oberflächeneigenschaften erfordert, ist das Verständnis der oben genannten Prinzipien von entscheidender Bedeutung.
Funkenstreckensteuerung und Entladungsstabilität
Der Funkenabstand ist der Abstand (typischerweise in Mikrometern gemessen) zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück, an dem elektrische Entladungen stattfinden. Ist der Funkenabstand zu klein, kommt es zur Lichtbogenbildung. Ist er hingegen zu groß, sinkt die Schnittleistung und die Gesamtgenauigkeit der Maschine verschlechtert sich.
Die Funkenstrecke wird durch die Justierung des Servosystems gesteuert, das die Position des Drahtes relativ zum Werkstück regelt. Das Servo überwacht die Spannung zwischen Drahtelektrode und Werkstück und passt die Drahtposition in Echtzeit entsprechend an. Daher reagiert das Servo bei Änderungen der Entladungsbedingungen innerhalb von Millisekunden, um die für präzise Ergebnisse notwendigen stabilen Schnittbedingungen aufrechtzuerhalten.
Die Reaktion des Servos auf sich ändernde Entladungsbedingungen steht in direktem Zusammenhang mit der erreichten Maßgenauigkeit. Eine zu langsame Reaktion auf Änderungen der Entladungsbedingungen kann zu Überschnitten, instabilen Ecken oder lokalen Drahtschwingungen führen.
Umgekehrt führt eine schnelle Reaktion auf sich ändernde Entladungsbedingungen zu einer gleichmäßigen Kraterbildung und damit zu einem vorhersehbaren Materialabtrag entlang des programmierten Maschinenpfads.
Daher ist es in vielen Präzisionsanwendungen entscheidend, den Funkenabstand zu kontrollieren und sicherzustellen, dass die Servo-Reaktion der Maschine auf Änderungen der Entladungsbedingungen stabil ist, um eine gleichbleibende Geradheit und Maßgenauigkeit über die gesamte Dicke des Werkstücks zu erreichen.
Leitungsverzögerung und Wegkompensation
Beim Durchdringen des zu bearbeitenden Materials verläuft die Drahtelektrode nicht auf einer perfekt linearen Bahn. Kräfte, die durch elektrische Entladungen, Spüldrücke und den durch den Materialabtrag entstehenden Widerstand verursacht werden, führen zu geringfügigen Abweichungen in der Drahtbahn. Dieses Phänomen wird als „Drahtverzögerung“ bezeichnet.
Neben der Stärke der oben genannten Kräfte wird das Drahtverziehen auch von der Dicke des abzutragenden Materials und dem Ausmaß der Richtungsänderungen im programmierten Pfad beeinflusst. Innenecken stellen einen Sonderfall des Drahtverziehens dar. Beim Umfahren der Ecke kann der Drahtende vom vorgesehenen Pfad abweichen, was zu einer Eckabweichung oder Radiusvergrößerung führt.
Um den Drahtvorschub zu kompensieren, verfügen moderne CNC-Maschinen über Algorithmen, die den programmierten Pfad an die Drahtvorschubeigenschaften und die Schnittparameter anpassen. Diese Kompensation ist besonders wichtig bei Innenecken, engen Schlitzen und präzisen Werkzeugöffnungen, wo bereits eine Abweichung von einem Mikrometer zu Genauigkeitsverlusten führen kann.
Ohne Drahtverzögerungskompensation kann die geometrische Genauigkeit von Innenecken außerhalb der Toleranzvorgaben liegen. Gleichzeitig können die geraden Abschnitte des Bauteils deutlich innerhalb der Toleranzvorgaben liegen.
Mehrfachschnitt-Schneidstrategie
Die Drahterosion erfolgt typischerweise in mehreren Durchgängen. Der erste Durchgang, der sogenannte Schruppschnitt, entfernt den größten Teil des Materials mit höheren Entladungsenergien als die nachfolgenden Durchgänge. Beim Schruppschnitt steht die Abtragsrate im Vordergrund, nicht die Oberflächenqualität.
Die nachfolgenden Schlichtschnitte erfolgen mit geringerer Entladungsenergie und langsameren Vorschubgeschwindigkeiten. Diese Schlichtschnitte verfeinern die Geometrie des Werkstücks weiter, reduzieren die Übermaßabweichungen und verbessern die Geradheit. Bei jedem Schlichtschnitt wird eine kleine, kontrollierte Materialmenge von der zuvor bearbeiteten Oberfläche abgetragen.
Durch zusätzliche Schlichtdurchgänge wird die Oberflächenqualität verbessert; allerdings verringert sich die Dicke und Gleichmäßigkeit der beim Schruppen entstandenen Umwandlungsschicht. Bei hochpräzisen Werkzeuganwendungen sind mehrere Schlichtdurchgänge Standard, um sowohl die Maß- als auch die Oberflächenanforderungen zu erfüllen.
Praktisches Bearbeitungsbeispiel:
In einem unserer jüngsten Werkzeugprojekte haben wir einen gehärteten D2-Einsatz (58–60 HRC) mit einer Dicke von 32 mm aus 0.25 mm Messingdraht geschnitten.
Wir führten einen Schruppdurchgang und anschließend drei Schlichtdurchgänge durch. Das Bauteil wies eine Endtoleranz von ±0.006 mm auf, und der letzte Schlichtdurchgang ergab eine Oberflächenrauheit von Ra 0.32 µm.
Wir gewährleisten eine gleichmäßige Spülung und die richtige Drahtspannung, um über die gesamte Materialstärke hinweg präzise und gleichmäßige Ecken zu erzielen.
Wärmeeinflusszone und Oberflächenintegrität
Beim Drahterodieren entstehen zwar keine mechanischen Kräfte wie beim Schneiden, der Bearbeitungsprozess basiert aber dennoch auf Wärme. Jeder Funke erzeugt lokal Hitze am Austrittspunkt, wodurch eine kleine Menge geschmolzenen Materials an der Oberfläche wieder erstarrt. Diese Wiedererstarrung bildet eine dünne Materialschicht, die als Umwandlungsschicht bezeichnet wird.
Die Dicke der Umschmelzschicht hängt von der eingesetzten Entladungsenergie und der Anzahl der Schlichtgänge ab. Grobschnitte erzeugen dickere Umschmelzschichten, während Schlichtgänge die Dicke der Umschmelzschicht deutlich reduzieren.
Bei einigen Werkstoffen kommt es aufgrund schneller Erwärmung und Abkühlung unterhalb der Oberfläche zu Mikrorissen. Das Auftreten von Mikrorissen nimmt mit steigender Entladungsenergie und/oder unzureichenden Spülbedingungen zu. Hersteller kritischer Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie die Medizintechnik müssen die Oberflächenintegrität ihrer Bauteile gegebenenfalls metallografisch überprüfen.
Je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung kann die Nachbearbeitung aus leichtem Polieren, Läppen oder anderen sekundären Arbeitsgängen zur Oberflächenveredelung bestehen. In den meisten Werkzeuganwendungen kann jedoch durch kontrolliertes Schlichten ein zufriedenstellendes Oberflächenergebnis erzielt werden.
Werkstoffe für die Drahterosion
Im Allgemeinen wird das Drahterodieren als Bearbeitungsverfahren gewählt, da konventionelle Bearbeitungsverfahren Schwierigkeiten bei der Bearbeitung anspruchsvoller, fester oder komplexer Formen haben. Das Drahterodieren wird häufig nach einer Wärmebehandlung eingesetzt (insbesondere im Werkzeugbau).
Der Drahterodierprozess wird durch die Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials beeinflusst. Je nachdem, wie sich das Material während der Bearbeitung verhält, wirkt es sich auf die Stabilität des Drahtes, die Abfuhr der Materialspäne und die Genauigkeit der Bauteilabmessungen aus.
Nachfolgend werden einige der wichtigsten Überlegungen für einen Hersteller aufgeführt, der sich für die Drahterosion entscheidet.
Leitfähige Metalle, die sich für das Drahterodieren eignen
Alle leitfähigen Metalle können mittels Drahterodieren bearbeitet werden; allerdings weisen sie in der Fertigungsumgebung unterschiedliche Eigenschaften auf.
Werkzeugstähle und legierte Stähle
Werkzeugstähle und legierte Stähle sind die am häufigsten mittels Drahterodieren bearbeiteten Metalle. Bei Verwendung von vorgehärtetem oder vollständig gehärtetem Stahl als Ausgangsmaterial sind die Schnittergebnisse vorhersehbar und zuverlässig. Das Drahterodierverfahren ermöglicht eine präzise Maßhaltigkeit und sorgt bei Schlichtdurchgängen für gleichmäßig definierte Ecken . Viele der heute verwendeten Schneidplatten und Einsätze zählen typischerweise zu den Werkzeugstählen und legierten Stählen.
Rostfreier Stahl
Austenitische Edelstähle lassen sich gut bearbeiten, neigen jedoch dazu, innere Spannungen zu behalten. Dünne Rippen in einem austenitischen Edelstahlbauteil können sich nach dem Abtrennen vom Grundblock geringfügig verschieben. Daher spielen die Spannstrategie und die Reihenfolge der Bearbeitungsschritte eine entscheidende Rolle.
Aluminiumlegierungen
Aluminium ist ein guter Leiter und lässt sich relativ leicht mittels Drahterodieren entfernen. Allerdings erzeugt Aluminium im Vergleich zu vielen anderen Metallen mehr Abrieb im Dielektrikum. Eine unzureichende Abführung des Abriebs kann daher zu Instabilität des Werkstücks führen, insbesondere beim Schneiden dickerer Abschnitte. Aluminium wird daher im Allgemeinen dort eingesetzt, wo extrem enge Toleranzen bei leichten Bauteilen erforderlich sind, und weniger für Anwendungen mit hohem Verschleiß.
Kupfer und Messing
Sowohl Kupfer als auch Messing lassen sich problemlos mittels Funkenerosion bearbeiten. Beide werden häufig für EDM-Elektroden und leitfähige Bauteile verwendet. Da beide Materialien jedoch weicher als viele andere Metalle sind, kann es bei der Bearbeitung dünner Abschnitte ohne entsprechende Unterkonstruktion zu Verformungen kommen.
Titanlegierungen
Titanlegierungen erfordern eine sorgfältige Auswahl der Bearbeitungsparameter. Da das Material die beim Bearbeiten entstehende Wärme speichert, ist eine kontrollierte Spülung während des gesamten Schneidprozesses unerlässlich, um lokales Überbrennen zu vermeiden. Typische Anwendungsgebiete für Titanlegierungen mittels Drahterodieren sind beispielsweise Halterungen und Präzisionsbauteile für die Luft- und Raumfahrt.
Harte Werkstoffe und Werkzeugstähle
Das Drahterodieren wird häufig für Werkzeugstähle mit einer Härte von über 55–60 HRC eingesetzt. Bei diesen Härtegraden steigen die Schnittkräfte in der konventionellen Bearbeitung deutlich an, und die Werkzeuge unterliegen einem hohen Verschleiß. Obwohl die Stahlhärte die Schneidmechanik beim Drahterodieren nicht wesentlich beeinflusst, sind manche Werkzeugstähle aufgrund ihrer Zusammensetzung und Struktur schwieriger zu bearbeiten als andere.
Beispiele für Präzisionsbearbeitung mittels Drahterodieren sind:
- Stempel und Matrizen, die vor der Bearbeitung gemäß den endgültigen Spezifikationen wärmebehandelt wurden.
- Formeinsätze, die scharfe Innenkanten aufweisen müssen
- Verschleißteile aus D2-, H13- und ähnlichen Werkzeugstahlsorten
- Hartmetallplatten mit Kobaltbinder
Wenn Werkzeugstähle im gehärteten Zustand bearbeitet werden, wird der Nachbearbeitungsverzug vermieden, was für viele Präzisionsbearbeitungsanwendungen, die enge Positionstoleranzen zwischen verschiedenen Merkmalen erfordern, von entscheidender Bedeutung ist.
Hartmetallplatten lassen sich zwar mittels Drahterodieren bearbeiten, doch sind beim Schneiden und Spülen zwei entscheidende Faktoren zu beachten. Ist die Entladungsenergie beim Schneiden dicker Hartmetallschichten zu hoch, steigt das Risiko der Mikrospanbildung. Daher müssen die Schnitt- und Spülbedingungen sorgfältig kontrolliert werden.
Die in diesem Artikel genannten Werkstoffgüten entsprechen im Allgemeinen ASTM A681 (Werkzeugstähle) und ASTM A240 (Edelstähle).
Materialbeschränkungen und Konstruktionsüberlegungen
Bei der Auswahl von Werkstoffen für die Bearbeitung mittels Drahterodieren gibt es mehrere Einschränkungen.
- Nichtleitende Werkstoffe können nicht mittels Drahterodieren bearbeitet werden.
- Die Dicke ist ein weiterer begrenzender Faktor. Grundsätzlich gilt: Je größer die Dicke des Rohmaterials, desto größer das Potenzial für Drahtverschiebungen und Konizitätsabweichungen.
- Innere Spannungen im Rohmaterial können nach dem Lösen des Profils zu einer Verschiebung des Bauteils führen.
Die Konstruktion beeinflusst auch, ob ein Material effektiv mittels Drahterodieren bearbeitet werden kann. Da der Draht für den Bearbeitungsvorgang vollständig durch das Material geführt werden muss, sind Startbohrungen erforderlich, um den Zugang zu den inneren Konturen zu ermöglichen. Daher können vollständig geschlossene Kavitäten nicht ohne Zugang zum Einfädeln des Drahtes bearbeitet werden.
Ist das zu bearbeitende Element dünn und starr, kann sich das Material nach dem Abtrennen vom restlichen Rohmaterial leicht verformen. Obwohl die Schnittkräfte beim Drahterodieren praktisch vernachlässigbar sind, kann selbst die geringste Bewegung einer schmalen Rippe in einem weichen Material zu einer minimalen Positionsabweichung der Rippe führen.
Schnelle Materialeignungsprüfung für Drahterodieren
| Material | Leitfähigkeit | Schnittstabilität | Typische Anwendung beim Drahterodieren | Wichtige Hinweise |
| Werkzeugstahl (D2, H13) | Gut | Sehr stabil | Matrizen, Stempel, Einsätze | Beste Ergebnisse nach Wärmebehandlung |
| Edelstahl (austenitisch) | Gut | Stabil | Medizinische Teile, Präzisionsrahmen | Beobachten Sie, wie sich Spannungen an dünnen Rippen lösen. |
| Aluminiumlegierungen | Sehr gute | Moderat | Leichte Präzisionsteile | Erfordert gründliches Spülen |
| Kupfer | Ausgezeichnet | Stabil | Elektroden, leitfähige Teile | Weich; dünne Abschnitte stützen |
| Messing | Ausgezeichnet | Stabil | Elektrische Bauteile | Leicht zu schneiden; geringer Verschleiß |
| Titanlegierungen | Moderat | Sensitiv | Halterungen für die Luft- und Raumfahrt | Sorgfältige Parameterkontrolle erforderlich |
| Wolframcarbid (Co-Bindemittel) | Moderat | Herausfordernd | Verschleißplatten, Werkzeuge | Risiko der Mikrochip-Implantation |
Praxisbeispiel: Komplexes 34CrNiMo6-Profil
Bei einem kürzlich abgeschlossenen Projekt von FastPreci ging es um die Drahterosion eines 43 mm dicken Bauteils aus 34CrNiMo6 mit einem komplexen Mehrbogenprofil und mehreren k6 kritischen Abmessungen.
Herausforderung: Aufrechterhaltung der Profilgenauigkeit und Maßkonsistenz über die gesamte Dicke von 43 mm, insbesondere im Bereich der zahlreichen Radien und Profilübergänge.
Lösung: Wir optimierten den Schnittpfad und die Bearbeitungsparameter für die Bauteilgeometrie und achteten dabei sorgfältig auf die Drahtpositionierung und die Spülstabilität. Anschließend wurden Schlichtgänge durchgeführt, um das Profil zu verfeinern und über den gesamten Schnitt hinweg gleichbleibende Abmessungen zu gewährleisten.
Eine detaillierte Beschreibung des Herstellungsprozesses eines dünnwandigen Rennsportteils aus 34CrNiMo6 mittels Drahterodieren finden Sie in unserer Fallstudie zur kundenspezifischen Fertigung.
Drahterodiertoleranzen und Oberflächengüte
Präzisionshersteller setzen auf Drahtdurchmesser, Spaltkontrolle und die Anzahl der Durchgänge, um die gewünschte Maßgenauigkeit zu erreichen. Durch die Kontrolle dieser Faktoren erzielen sie typischerweise nach dem ersten Schlichtdurchgang eine Toleranz von ±0.005 mm .
Darüber hinaus kann die Oberflächengüte je nach verwendetem Werkzeug variieren; üblicherweise wird jedoch für die meisten Werkzeuge und Präzisionsteile eine Oberflächenrauheit von Ra 0.2–0.8 µm erreicht . Bei dünnen Strukturen, scharfen Kanten und harten Materialien ist die Auswahl des richtigen Drahtes und die Sicherstellung eines korrekten Mehrfachschnitts besonders wichtig.
Typische Toleranzen beim Drahterodieren in der Präzisionsfertigung
Die Toleranzprüfung in hochpräzisen Anwendungen erfolgt üblicherweise mittels Prüfverfahren. Diese Methoden orientieren sich in der Regel an ISO 10360 für die Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten und , falls zutreffend, an den Richtlinien der ASTM E2309 . Obwohl heute viele verschiedene Drahterodieranlagen verfügbar sind, haben die meisten Betriebe folgende Erwartungen:
- Grobschnitte in einem Durchgang: ±0.05 mm (±50 µm) für die meisten Stahllegierungen
- Mehrfache Feinschliffe: ±0.01 mm (±10 µm) oder besser für die meisten Stahllegierungen
- Kritische Ecken und dünne Bauteile: Durch den Einsatz präziser CNC-Kompensation und mehrerer Schlichtdurchgänge kann der Hersteller die Spezifikationen erfüllen.
Im Allgemeinen kann die maßstabile Drahterosion ihre Gesamtgenauigkeit über die gesamte Materialstärke beibehalten. Bei der Bearbeitung dünner Querschnitte oder Teile mit scharfen Innenkanten kann es jedoch zu einer leichten Verjüngung kommen, wenn das Spülsystem oder das Drahtpositionierungssystem nicht korrekt eingestellt ist.
Um zusätzliche Schlichtdurchgänge beim Schlichten zu ermöglichen, berücksichtigen Hersteller diesen Spielraum häufig bereits beim ersten Schruppen. Dies ist besonders wichtig bei der Bearbeitung von hochpräzisen Teilen wie Stempeln, Matrizen und Formeinsätzen, die für ihre einwandfreie Funktion präzise Geometrien erfordern.
Oberflächengütebereich beim Drahterodieren
Die mit Drahterodieren erzielte Oberflächengüte hängt primär von der eingesetzten Entladungsenergie, der Dauer jedes Impulses und der Anzahl der Durchgänge während des Bearbeitungsprozesses ab:
Die Werte der Oberflächenrauheit werden typischerweise gemäß den Messnormen ISO 4287/4288 ermittelt, welche die Ra-Parameter und Probenahmemethoden definieren.
- Grober Schnitt: Typischerweise wird ein Ra-Wert von 3.2 – 6.3 µm erreicht.
- Standard-Finish-Pass: Erzeugt typischerweise einen Ra-Werte von 0.8 – 1.6 µm
- Akzeptabler Skimmpass: Typischerweise wird ein Ra-Wert von 0.2 – 0.4 µm erzeugt.
Eine hochwertige Oberflächengüte durch Drahterodieren kann den Bedarf an Nachbearbeitungsschritten beim Werkzeug- und Formenbau deutlich reduzieren oder sogar eliminieren. Bei der Bearbeitung von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt oder die Medizintechnik trägt das Drahterodieren außerdem dazu bei, die Dicke der Umwandlungsschicht zu minimieren und das Risiko von Mikrorissen zu verringern.
Drahterodieren: Abwägung zwischen Genauigkeit und Schnittgeschwindigkeit
Das Drahterodieren bietet Herstellern eine vorhersehbare Möglichkeit, Toleranz, Oberflächengüte und Schnittgeschwindigkeit gegeneinander abzuwägen:
- Grobe Pässe: Das Material wird schneller abgetragen als in zulässigen Durchgängen, was jedoch zu einer raueren Oberfläche und größeren Maßabweichungen führt.
- Akzeptable Ausweise: Verbessert die Oberflächenqualität und reduziert die Umgussschicht, benötigt aber mehr Zeit, erfordert langsamere Drahtvorschübe und mehrere Durchgänge.
- Harte oder dicke Materialien: Um die Maßhaltigkeit zu gewährleisten, ohne Drahtschwingungen zu verursachen, müssen möglicherweise die Impulsenergien und Vorschubgeschwindigkeiten angepasst werden.
Drahterodieren vs. Senkerodieren: Wichtige Unterschiede
Drahterodieren und Senkerodieren nutzen beide elektrische Entladungen zum Materialabtrag. Ihre Anwendungsbereiche und Grenzen unterscheiden sich jedoch. Die Wahl des geeigneten Verfahrens hängt von der Teilegeometrie, dem Material und den Toleranzanforderungen ab.
Tabelle: Prozessvergleich und Anwendungsfälle von Drahterodieren und Senkerodieren
| Funktion | Drahterodieren | Senkerodieren |
| Elektrode | Dünner Draht | Geformte Festelektrode |
| Schnittart | Gerade oder leicht konische Profile | 3D-Hohlräume, Taschen, Hinterschneidungen |
| Typische Teile | Matrizen, Stempel, dünne Rippen, Schlitze | Formhohlräume, komplexe Formen |
| Materialstärke | Mittel bis dick, je nach Drahtspannung | Dicke Blöcke oder tiefe Hohlräume |
| Einrichtung | Drahteinfädeln und Klemmen | Elektrodenherstellung und -ausrichtung |
Kosten, Toleranz und Geometrie
- Kosten: Drahterodiermaschinen sind schneller; Senkerodiermaschinen benötigen Elektroden, was die Vorbereitungszeit verlängert.
- Toleranz: Beim Drahterodieren typischerweise ±0.005–0.01 mm; beim Senkerodieren hängt es vom Elektrodenverschleiß und der Elektrodenform ab.
- Geometrie: Die Drahterosion ist auf gerade oder konische Schnitte beschränkt; die Senkerodiermaschine kann vollständige 3D-Hohlräume erzeugen.
Wann ist Drahterodieren sinnvoll?
- Gerade Schlitze oder Rippen aus gehärtetem Stahl.
- Bei dünnen Bauteilen oder Profilen ist die Klemmung einfach.
- Teile, die über den gesamten Schnitt hinweg gleichbleibende Toleranzen erfordern.
- Anwendungsbereiche, in denen die Elektrodenkosten oder die Vorbereitungszeit für das Senkerodieren zu hoch wären.
Grundlagen der Drahterodiertechnik und der zugehörigen Verbrauchsmaterialien
Die Drahtauswahl richtet sich nach den Drahteigenschaften wie Material, Durchmesser und Festigkeit sowie den Schnittbedingungen. Die richtige Drahtwahl hängt von Ihren Anforderungen an Genauigkeit und Oberflächengüte sowie der Effizienz Ihrer Maschine ab.
Was ist EDM-Draht und wie wird er ausgewählt?
EDM-Draht ist ein dünner, durchgehender Draht, durch den ein elektrischer Strom fließt, um Funken zu erzeugen, die das Werkstück abtragen. Bei der Auswahl des geeigneten Drahttyps werden folgende Faktoren berücksichtigt:
- Leitfähigkeit des Materials: Kupfer wird am häufigsten in Kombination mit Stahl verwendet, während Messing oft für robustere Materialien eingesetzt wird.
- Kabeldurchmesser: Je kleiner der Drahtdurchmesser, desto engere Ecken und feinere Konturen lassen sich erzielen. Größere Durchmesser sorgen für höhere Stabilität und minimieren Vibrationen bei längeren Schnitten.
- Stabilität des Schnitts: Ein Draht, der für den zu bearbeitenden Abschnitt zu schwach ist, kann brechen oder von der für den Schnitt erforderlichen Bahn abweichen.
Gängige Drahtmaterialien und -durchmesser
Die beiden wichtigsten Drahtarten, die beim EDM-Verfahren eingesetzt werden, sind Messing und beschichtetes Messing. Molybdändraht ist ebenfalls erhältlich und wird für die Bearbeitung bei hohen Temperaturen oder bei sehr hohen Präzisionsanforderungen verwendet.
- In der EDM-Bearbeitung verwendete Drahtdurchmesser: Der üblicherweise für die EDM-Bearbeitung verfügbare Standarddurchmesserbereich ist 0.01–03 Zoll (0.25–75 mm)Drähte mit einem Durchmesser von 0.005 Zoll (0.125 mm) Sie eignen sich zur Herstellung hervorragender Oberflächen. Für die Bearbeitung dickerer Querschnitte werden Drähte mit größerem Durchmesser benötigt.
- Verdrahtungsanleitungen und Spulen: Für die korrekte Verwendung eines Drahtführungsspulensystems ist die richtige Ausrichtung der Führungen und die Aufrechterhaltung der richtigen Drahtspannung von entscheidender Bedeutung. Wenn die Führungen nicht richtig ausgerichtet sindDies könnte zu übermäßigen Drahtschwingungen oder -abweichungen führen, was beides die Schnittqualität erheblich beeinträchtigen würde.
Einfluss der Drahtwahl auf die Schnittqualität
- Genauigkeit der Ecken: Je enger die Drähte beieinander liegen, desto besser wird die Ecke. Das bedeutet, dass ein dünnerer Draht immer eine schärfere Ecke erzeugt als ein dickerer. Wenn Sie beispielsweise viele kleine Schnitte in engen Bereichen ausführen müssen, ist ein kleinerer Drahtdurchmesser erforderlich. In manchen Fällen ist jedoch selbst dann ein dickerer Draht notwendig, um den Schnitt präzise auszuführen, da mehrere Durchgänge erforderlich sind. Um die gleiche Genauigkeit zu erzielen, müssen Sie daher auch mit dem dickeren Draht zahlreiche Durchgänge machen.
- Oberflächenfinish: Durch die Verwendung eines beschichteten Drahtes lassen sich Umschmelzschichten deutlich reduzieren oder sogar vollständig vermeiden. Dies gilt insbesondere für härtere Stähle. Umschmelzschichten entstehen, wenn das geschmolzene Metall beim Schneiden erstarrt und sich Schichten auf der Werkstückoberfläche bilden.
- Zuverlässigkeit des Prozesses: Drahtmaterial und -spannung beeinflussen direkt die Anzahl der Drahtbrüche pro Stunde. Eine gleichmäßige Drahtzufuhr führt zu mehr reproduzierbaren Teilen und weniger Ausschuss.
Qualitätskontrolle bei der Drahterosion
Genauigkeit und Konsistenz sind beim Drahterodieren entscheidend. Prüfmethoden und Prozessüberwachung tragen dazu bei, dass die Teile die Maß- und Oberflächenspezifikationen erfüllen. So vermeiden Sie Nachbearbeitungen.
Prüfmethoden für Drahterodierteile
- KMG (Koordinatenmessgerät): Koordinatenmessgeräte ermöglichen die Überprüfung von Merkmalen wie Profil, Nutbreite, Eckradius usw. mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich.
- Mikrometer und MessschieberDiese helfen dabei, schnell die Dicke, Höhe oder Breite eines Merkmals zu überprüfen.
- Oberflächenrauheitsprüfgerät: Es überprüft den Ra-Wert nach dem letzten Schlichtgang.
- Visuelle Inspektion: Die Bediener erkennen üblicherweise Drahtspuren, Unregelmäßigkeiten in der umgegossenen Schicht oder kleine Grate.
Eine Inspektion unmittelbar nach dem Zuschnitt ermöglicht es Ihnen, Prozessabweichungen zu erkennen, bevor Ihre Teilecharge verschrottet werden muss.
Prozesskontrolle und Wiederholbarkeit
- Überwachen Sie die Drahtspannung und den Drahtvorschub, um Drahtreiben zu vermeiden und eine konstante Schnittfugenbreite zu gewährleisten.
- Die Impulsenergie und den Funkenabstand müssen so gesteuert werden, dass Maßabweichungen minimiert werden, insbesondere bei harten Stählen oder dünnen Bauteilen.
- Eine stabile Werkstückspannung reduziert Mikrobewegungen, die zu Abweichungen von den Toleranzen führen können.
- Die konsequente Einstellung der Parameter gewährleistet reproduzierbare Ergebnisse, sei es bei mehreren Teilen aus derselben Aufspannung oder bei mehreren Aufspannungen, die von einem Unternehmen verwendet werden, das präzisionsgefertigte Produkte wie Werkzeuge, Formen oder Luft- und Raumfahrtkomponenten herstellt.
Gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit und Genauigkeit gewährleisten
- Durch zusätzliche Feinschliffe (Glättgänge) lassen sich besonders hochwertige Oberflächen erzielen oder besonders scharfe Ecken erzeugen.
- Wählen Sie die richtige Drahtgröße und -art entsprechend der Geometrie und Härte des Bauteils.
- Optimieren Sie die Spülung, um alle Rückstände aus dem Schnittbereich zu entfernen. Dadurch wird die Bildung von Umschmelzschichten und Mikrorissen verhindert.
- Die regelmäßige Kalibrierung der Maschinenausrichtung und des Drahtführungssystems trägt zur Aufrechterhaltung der Toleranzkonstanz bei.
Auswahl des richtigen Anbieters für Drahterodierbearbeitung
Der erste Schritt bei der Auswahl eines Lieferanten besteht darin, einen Lieferanten zu finden, der über die richtige Kombination aus Maschinenkapazität und Bedienerqualifikation (und -wissen) verfügt, um Ihr Bauteil herzustellen.
Bewertung der Drahterodierleistung und -ausrüstung
- Prüfen Sie, ob der Lieferant Erfahrung in der Herstellung von Teilen dieser Größe und Dicke hat.
- Prüfen Sie, ob die Maschinen des Lieferanten zum Schneiden von Drähten mit kleinem Durchmesser geeignet sind und über entsprechende Funktionen verfügen. Mehrachsenfähigkeiten um scharfe Ecken und dünne Rippen zu ermöglichen.
- Erkundigen Sie sich, wie der Lieferant die Drahtspannung aufrechterhält und wie das Spülsystem funktioniert, um einen gleichmäßigen Schnitt auch bei langen Strecken zu gewährleisten.
Erfahrung in Präzisions-CNC-Bearbeitungsprojekten
- Erkundigen Sie sich, ob der Lieferant Erfahrung in der Herstellung von Teilen aus gehärtetem Stahl, Formen, Werkzeugen oder anderen Teilen hat, die enge Toleranzen erfordern.
- Prüfen Sie, ob der Lieferant Erfahrung in der Herstellung von Teilen hat, die Ihren Teilen ähnlich sind, einschließlich dünner Strukturen oder interner Schlitze.
- Prüfen Sie, ob die Bediener des Lieferanten in der Lage sind, Mehrfachschnitte und Endbearbeitungsgänge durchzuführen, um die Anforderungen an Abmessungen und Oberflächengüte zu erfüllen.
Lieferzeiten, Qualitätssysteme und technischer Support
- Ihr Partner muss Qualitätskontrollwerkzeuge wie Koordinatenmessgeräte, Rauheitsmessgeräte und kalibrierte Messgeräte einsetzen.
- Ermitteln Sie die typische Vorlaufzeit für Prototypen, Kleinserien und Großserien.
- Erkundigen Sie sich, ob das technische Personal des Lieferanten Sie bei der Drahtauswahl, der Teilebefestigung und der Schneidstrategie beraten kann.
Fazit
Das Drahterodieren eignet sich ideal zum Schneiden harter Metalle, dünner Strukturen und scharfer Innenkanten, die mit konventionellen Bearbeitungsmethoden schwer zu bearbeiten sind. Die korrekte Einrichtung, die Wahl des richtigen Drahtes und die geeignete Bearbeitungsstrategie sind entscheidend für gleichbleibende Toleranzen und eine gute Oberflächengüte.
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Häufig gestellte Fragen
Wie funktioniert Drahterodieren?
Beim Drahterodieren wird Metall mithilfe eines dünnen, elektrisch geladenen Drahtes abgetragen. Dieser trägt das Material entlang einer programmierten Bahn ab; er berührt das Werkstück nicht. Mehrere Durchgänge sind erforderlich, um die endgültigen Abmessungen und die gewünschte Oberflächengüte zu erzielen.
Welche Materialien können nicht mit Drahterodieren geschnitten werden?
Drahterodieren funktioniert nur bei leitfähigen Metallen. Kunststoffe oder Keramik (nichtleitend) und andere nichtmetallische Werkstoffe können nicht bearbeitet werden. Darüber hinaus erfordern hochleitfähige Metalle unter Umständen geringere Schnittgeschwindigkeiten oder spezielle Vorrichtungen für das Drahterodieren.
Wie genau ist die Drahterosion?
Die fertigen Teile weisen häufig eine Toleranz von +/- 0.005-0.01 mm auf. Die Genauigkeit hängt jedoch vom Drahtdurchmesser, der Funkensteuerung, der Vorrichtung und den Nachbearbeitungsgängen ab.
Welcher minimale Eckradius ist beim Drahterodieren erreichbar?
Der minimale Innenradius der Ecke beim Drahterodieren liegt typischerweise knapp über dem Drahtdurchmesser – mit einem 0.127 mm Draht lassen sich Ecken von nur etwa 0.13–0.15 mm durch geeignetes Mehrfachschneiden und Kompensation erzielen.
Ist Drahterodieren für die Serienfertigung geeignet?
Ja, Drahterodieren eignet sich hervorragend für Klein- bis Mittelserien, insbesondere für Teile mit komplexen Strukturen und engen Toleranzen. Automatisierte Drahtführung und präzise Spannvorrichtungen tragen zur Sicherstellung gleichbleibender Ergebnisse zwischen den Chargen bei.
