Erodieren
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Erodieren
Die funkenerosiven Verfahren gehören nach DIN 8580 zu den abtragenden Bearbeitungsverfahren und damit zur Hauptgruppe Trennen. Es können alle elektrisch leitenden Werkstoffe, auch gehärteter Stahl und Hartmetall, bearbeitet werden. Von den verschiedenen Funkenerosionsverfahren werden überwiegend funkenerosives Senken und funkenerosives Schneiden angewandt.
Verfahrensmerkmale
Beim Funkenerosiven Abtragen, werden Werkstück und Werkzeug über ein Kabel an eine Gleichstromquelle angeschlossen. In einer Leitung ist ein Schalter eingebaut. Wird der Schalter geschlossen, entsteht zwischen Werkstück und Werkzeug eine elektrische Spannung. Die Werkzeug- und Werkstückelektrode werden so positioniert, dass sich zwischen ihnen ein Spalt befindet. Dieser wird während des Erodiervorganges mit einer nicht leitenden Flüssigkeit gefüllt, dem Dielektrikum gefüllt. Diese Flüssigkeit isoliert Elektrode und Werkstück und führt zu einer Verengung des Entladekanales und damit zu hoher Energiedicht an der Wirkstelle. Wird der Zwischenraum verkleinert, schlägt bei einem bestimmten, sehr geringen Abstand ein Funke über. Bei diesem, auch als Entladung bezeichneten Vorgang wird Strom in Wärme umgesetzt. Die Materialoberfläche erhitzt sich im Bereich des Entladekanals sehr stark. Unterbricht man nun den Stromzufluss, fällt der Entladekanal sehr schnell zusammen. Dadurch verdampft die Metallschmelze an der Materialoberfläche explosionsartig und reißt bis zu einer gewissen Tiefe flüssiges Material mit. Es bildet sich ein kleiner Krater. Folgt nun Entladung auf Entladung, so entstehen Krater neben Krater und eine stetige Abtragung an der Werkstückoberfläche.
Aufbau der Erodieranlage
Die Erodiermaschine besteht aus einer NC gesteuerter Vorschub – und Lageregelung, einem Generator zur Erzeugung des Entladestromes und einem Behälter mit Pumpe, Filter und Spühlung für das Dielektrikum. Der Arbeitsraum ist mit einer wasserdichten Wanne umgeben und wird während des Erodiervorganges mit Dielektrikum geflutet.
Abtragvorgänge
Zur Erzeugung eines Funkens in der Zündphase wird durch den Generator eine pulsierende Spannung (20V … 150V) zwischen den Elektroden angelegt.
(1) In dem mit Dielektrikum gefüllten Funkenspalt bildet sich an der Stelle mit dem geringsten Abstand ein starkes elektrisches Feld aus.
(2) Stoffteilchen im Dielektrikum bilden eine leitende Brücke
(3) es entsteht ein Entladekanal. Ein Funke springt über.
(4) In der Entladephase herrscht im Entladekanal hoher Druck und es fließt ein großer Strom bis 100 A. Dies bewirkt hohe Temperaturen von 8000°C…12000°C und verursacht ein sofortiges Schmelzen und Verdampfen von Werkstoffteilchen.
(5) Diese Schmelze wird nach dem Abschalten des Stromes explosionsartig herausgeschleudert. Danach verliert der Entladekanal seine Leitfähigkeit. Die im Dielektrikum entstandene Dampfblase schrumpft und wird mit dem erstarrten Werkstoff weggespühlt.
(6) Die durch Erodieren entstandene Oberfläche kann man sich Kraterartig vorstellen. Die Rauhigkeit hängt von verschiedenen Einstellmöglichkeiten ab.
Elektrische Kenngrößen
Der Generator sorgt für die Gleichspannung, die Strombegrenzung und die Form der elektrischen Impulse. Regeleinrichtungen passen die elektrischen Größen an die technologischen Erfordernisse an. Den Verlauf von Spannung und Strom an der Entladestelle zeigt Bild 1. Es ist eine sinnbildliche Darstellung der sich wiederholenden Impulse mit Impulsdauer ti, Periodendauer tp, Entladedauer te, Pausendauer to und Zeitverzögerungszeit td. Am Generator können Stromstufe, d.h. Impulsstrom ii, Impulsdauer, Periodendauer und Pausendauer unabhängig voneinander eingestellt werden. Den größten Einfluss auf die Vorgänge im Funkenspalt hat die Entladeenergie.
Erodierkenngrößen
Bei steigender Entladeenergie ergibt sich eine schlechte Oberflächengüte und eine Veränderung des Werkstoffgefüges. Da die Einstellgrößen beim Erodieren von den Rauheitsmessgrößen abhängen, sollte darauf geachtet werden, dass die geforderte Maßhaltigkeit und Oberflächengüte durch den Schlichtgang noch erreicht werden.
Unter dem Funkenspalt oder Arbeitsspalt S versteht man den Zwischenraum zwischen Werkstück und Elektrode. Um ein maßgenaues Werkstück erodieren zu können, muss der Funkspalt berücksichtigt werden. Dabei unterscheidet man den frontalen Arbeitsspalt SF und den lateralen Arbeitsspalt SL. Der Arbeitsspalt Sα wird durch den Neigungswinkel zur Vorschubrichtung definiert.
Der frontrale Arbeitsspalt wird durch die Regelung der Maschine bestimmt, der laterale Spalt dagegen durch den Elektrodenwerkstoff, die Entladungsimpulse, die Spülungsart und das Dielektrikum.
Die Wirtschaftlichkeit des Funkenerosionsverfahrens beschreiben folgende Kenngrößen:
Abtragsrate VW in mm3/min (beim erosiven Senken) Schneidrate in mm2/min (beim erosiven Schneiden) Verschleißrate VE in mm3/min (an der Werkzeugelektrode) VE relativer Verschleiß v = ------ 100% in Prozent VW
Längenverschleiß VL in mm.
