Drahterodieren & Senkerodieren

Einführung

Die Funkenerosion (EDM) ist ein berührungsloses Verfahren, bei dem Material durch präzise gesteuerte elektrische Entladungen anstelle von mechanischem Schneiden abgetragen wird. Beim Drahterodieren ist die Schneidelektrode ein extrem dünner Draht, meist aus Messing oder Kupfer, der sich entlang einer vorprogrammierten Bahn durch das Werkstück bewegt. Deionisiertes Wasser dient als Dielektrikum, um die elektrische Ladung zu leiten und Ablagerungen abzuspülen. Typische Drahtdurchmesser liegen zwischen 0,1 und 0,30 mm (0,004–0,012 Zoll). Dies ermöglicht sehr enge Radien und schmale Schlitze, die mit konventioneller Bearbeitung nicht möglich sind.

Senkerodieren: auch Senkerodieren, Ram-EDM oder Hohlraum-EDM genannt und funktioniert anders. Anstelle eines beweglichen Drahtes wird eine dreidimensionale Elektrode mit der gewünschten Geometrie in das Werkstück eingetaucht, während beide in ein Dielektrikum aus Kohlenwasserstofföl eingetaucht sind. Die Form der Elektrode bestimmt den entstehenden Hohlraum. Daher eignet sich dieses Verfahren ideal für Formen, Matrizen und Bauteile mit tiefen Rippen, Blindhohlräumen oder scharfen Innenecken. Die BACH INDUSTRY AG bietet sowohl Draht- als auch Senkerodieranlagen sowie kompetente Dienstleistungen für Kunden in der Schweiz, Deutschland, Österreich, Liechtenstein, Belgien und Afrika an.

So funktioniert Drahterodieren

Wenn zwischen der Drahtelektrode und einem leitfähigen Werkstück Spannung angelegt wird, springen Elektronen über den Spalt und verdampfen winzige Metallpartikel. Jeder Funke hinterlässt einen mikroskopisch kleinen Krater und wird sofort durch die dielektrische Flüssigkeit gelöscht. Da der Draht kontinuierlich von Spulen zugeführt wird, wird nur das frische Segment zum Schneiden verwendet. Das Bauteil wird nicht mechanisch belastet, sodass dünne Wände und filigrane Geometrien möglich sind. Durch die berührungslose Arbeitsweise entsteht nahezu kein Werkzeugverschleiss und das Verfahren kann sehr harte Materialien bearbeiten – Werkzeugstähle, Titan, Inconel, Wolframkarbid und alle Metalle, die härter als RC 38 sind.

Präzision und Oberflächengüte

Drahterodieren ist für seine Genauigkeit bekannt. Typische Schnitttoleranzen liegen bei ±0,002 Zoll (0,05 mm) und können durch mehrmaliges Überschleifen auf ±0,0002 Zoll (0,005 mm) verbessert werden. Geringere Leistung und langsamere Schnittgeschwindigkeiten ermöglichen Toleranzen um ±0,0002 Zoll, während höhere Geschwindigkeiten ±0,001 Zoll ergeben. Die Oberflächengüte ist eher zufällig als gerichtet; durch mehrmaliges Überschleifen können sie etwa 5 RMS oder ~4 μin Ra erreichen, und einige Quellen geben Oberflächengüten von bis zu 3 μin Ra an. Da das Werkstück nicht durch Schnittkräfte verformt wird, sind dünne Wände und Innenecken mit sehr kleinen Radien möglich.

Materialien und Anwendungen

Alle elektrisch leitfähigen Materialien können durch Drahterodieren geschnitten werden, darunter Aluminium, Kupfer, Messing, Wolfram, Titan und gehärtete Stähle. Das Verfahren eignet sich hervorragend für exotische Legierungen und wärmebehandelte Teile, da die Härte die Schnittgeschwindigkeit kaum beeinflusst. Moderne Maschinen nutzen CNC-Steuerung mit Diamantdrahtführungen und können den oberen Kopf in zusätzlichen Achsen bewegen, um konische Schnitte oder komplexe Profile zu erzeugen. Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik, der Präzisionswerkzeugbau und die Elektronik nutzen Drahterodieren zur Herstellung von Extrusionswerkzeugen, Stempeln, Zahnrädern und komplexen medizinischen Implantaten.

Behandlung der Reflow-Schicht

Jeder Funke beim Erodieren schmilzt eine kleine Menge Metall. Nicht das gesamte geschmolzene Metall wird weggespült – ein Teil erstarrt an der Oberfläche und bildet eine Reflow-Schicht. Diese Schicht ist mit Kohlenstoff angereichert, da Kohlenwasserstoffe aus der Elektrode und dem Dielektrikum zerfallen und in das geschmolzene Metall eindringen. Unter der weissen Schicht befindet sich eine wärmebeeinflusste Zone, in der die Struktur verändert, aber nicht geschmolzen wird. Ist die weisse Schicht zu dick, kann sie Mikrorisse enthalten, die die Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit verringern. Schlichtdurchgänge mit geringerer Funkenenergie minimieren die Dicke der weissen Schicht, und Nachbearbeitungsschritte wie Elektropolieren können diese vollständig entfernen, um die Oberflächenintegrität wiederherzustellen.

Kostenüberlegungen

Drahterodieren ist ein Premium-Verfahren, da es im Vergleich zum Fräsen oder Drehen langsam ist. Es ist jedoch oft wirtschaftlich für harte Materialien oder komplexe Formen, bei denen konventionelle Werkzeuge an ihre Grenzen stossen. Ein Branchenvergleich zeigt, dass die Drahterodierungskosten typischerweise zwischen 15 und 100 US-Dollar pro Stunde liegen, abhängig von der Teilekomplexität und der gewünschten Oberflächengüte. Die Werkstattkosten liegen in der Regel zwischen 50 und 100 US-Dollar pro Stunde, und die geringen Einrichtungskosten machen kleine Chargen attraktiv. Bei Stückzahlen unter etwa 15 Teilen kann Drahterodieren aufgrund des Wegfalls von Sonderwerkzeugen und der Möglichkeit des unbeaufsichtigten Betriebs kostengünstiger sein als die CNC-Bearbeitung. Ab einer Stückzahl von 25 Stück gleichen sich die Kosten aus, während CNC-Bearbeitung ab 100 Teilen in der Regel günstiger wird.

Was unterscheidet Senkerodieren?

Beim Senkerodieren (auch bekannt als Ram-, Volumen- oder Taucherodieren) ist das Werkzeug ein Kupfer- oder Graphitblock, der die Negativform der Kavität annimmt. Elektrode und Werkstück werden in Öl getaucht, und kontrollierte Funken erodieren die Kavität. Da die Elektrode das Werkstück nicht durchschneidet, können mit Senkerodieren Sackkavitäten, tiefe Rippen und Hinterschnitte erzeugt werden, die mit Drahterodieren nicht möglich sind. Senkerodieren wird häufig für Spritzgussformen, Schmiedewerkzeuge, Innenverzahnungen und Taschen mit scharfen Ecken eingesetzt.

Vorteile des Senkerodierens

Senkerodieren ist vielseitig und effizient für komplexe 3D-Formen. Es ist nicht durch die Materialhärte begrenzt; es kann Wolfram, gehärteten Stahl und Hartmetall formen. Da die Elektrode vorab geformt wird, können mehrere identische Kavitäten in gleichbleibender Qualität hergestellt werden. Methods Machine Tools weist darauf hin, dass Senkerodieren einen hohen Durchsatz, glatte Oberflächen und enge Toleranzen bietet und somit für die Produktion von Kleinserien mit hoher Stückzahl kostengünstig ist. Allerdings können mehrere Elektroden für Schrupp- und Schlichtdurchgänge erforderlich sein, was die Werkzeugkosten erhöht. Die Elektrode muss zuvor mit konventioneller CNC- oder Drahterodieren-Technik bearbeitet werden, wodurch die Vorlaufzeiten etwas länger sind.

Draht- und Senkerodieren im Vergleich

Obwohl beide Verfahren elektrische Funken nutzen, um Metall berührungslos zu erodieren, unterscheiden sich ihre Fähigkeiten:

• Werkzeuggeometrie: Beim Senkerodieren wird eine geformte Elektrode verwendet, die in das Werkstück eindringt und so komplexe 3D-Hohlräume ermöglicht. Beim Drahterodieren wird ein aufgespulter Draht verwendet, der seitlich schneidet. Es eignet sich hervorragend für 2D-Profile, kann aber keine blinden Vertiefungen erzeugen.

• Bewegung: Beim Senkerodieren bewegt sich die Bewegung hauptsächlich entlang der Z-Achse, während sich das Drahterodieren entlang der X-Y-Achse bewegt und für konische Schnitte geneigt werden kann.

• Dielektrikum: Beim Senkerodieren wird Kohlenwasserstofföl verwendet; beim Drahterodieren wird deionisiertes Wasser verwendet. Öl ermöglicht eine bessere Spülung tiefer Hohlräume, erfordert aber Brandschutzmassnahmen.

• Anwendungen: Senkerodieren eignet sich ideal für Formen, Matrizen, tiefe Rippen und blinde Passfedernuten. Drahterodieren eignet sich für Stempel, Stanzwerkzeuge, Extrusionswerkzeuge, medizinische Implantate und alle Teile, die enge Toleranzen ohne Verformung erfordern.

BACH INDUSTRY AG berät Kunden gerne, ob Draht- oder Senkerodieren (oder eine Hybridstrategie) für ein bestimmtes Teil am besten geeignet ist. Unsere Ingenieure schruppen häufig Rohmaterialien mit konventionellem Fräsen und bearbeiten komplexe Details mit EDM, um Kosten und Lieferzeiten zu optimieren.

Teile, Verbrauchsmaterialien und Werkzeuge

Zuverlässiger EDM-Betrieb hängt von hochwertigen Verbrauchsmaterialien ab. BACH INDUSTRY AG führt ein umfassendes Sortiment an Drahterodiermaschinenteilen, einschliesslich Verschleissteilen und Drahterodierersatzteilen für veraltete Modelle. Zu unseren Drahterodier-Verbrauchsmaterialien gehören Kupfer- und Messingdrahtspulen, verzinkte Drähte für schnelleres Schneiden, Drahterodierfilter und Drahterodierharz bzw. Harztanks zur Aufrechterhaltung der dielektrischen Reinheit. Wir bieten Drahterodier-Diamantführungen für eine präzise Drahtpositionierung und Drahterodier-Spannlösungen wie System 3R und EROWA-Werkzeuge. Modulare Drahterodiervorrichtungen, Prismenblöcke, Schraubstöcke und V-Blöcke gewährleisten wiederholbare Einstellungen. Benötigen Sie spezielle Spannmittel und Werkzeuge oder Drahterodierzubehör? Unser Anwendungsteam beschafft oder entwickelt massgeschneiderte Lösungen.

Wir liefern auch Elektroden und Werkzeuge für das Senkerodieren, darunter Graphitrohlinge, Kupferelektroden, Spannzangenfutter und Spannsysteme. Dank unserer Partnerschaft mit System 3R und EROWA können wir schnell wechselbare Werkzeuge anbieten, die die Rüstzeit verkürzen. Für Betriebe, die sowohl Draht- als auch Senkerodieren einsetzen, bieten wir integrierte Startlochbohrmaschinen (Hole-Popping) und Drahterodierbohrmodule zur effizienten Herstellung von Startlöchern an.

Leistungen: Vom Prototyp bis zur Produktion

Die BACH INDUSTRY AG organisiert für Sie hochpräzises Drahterodieren und Senkerodieren über ein Netzwerk langjähriger Partner. Wir unterstützen Sie von der ersten Idee über das Prototyping bis hin zu Serien und Grossserienprojekten.

Unsere Services ermöglichen das Schneiden komplexer Geometrien in Metallen und Legierungen mit engsten Toleranzen und Oberflächengüten auf höchstem Niveau. Ob feine Schlitze, Startlöcher, tiefe Rippen oder anspruchsvolle Mikrobauteile, wir stellen sicher, dass Ihre Anforderungen erfüllt werden.

Wir prüfen Ihre Konstruktionen, empfehlen geeignete Prozessabläufe und erstellen massgeschneiderte Angebote. Durch unsere internationale Logistik liefern wir zuverlässig in die Schweiz, nach Deutschland, Österreich, Liechtenstein, Belgien, Asien und Afrika.

Die BACH INDUSTRY AG steht für Qualität, Präzision und termintreue Abwicklung. So nutzen Sie die Vorteile modernster Erodierverfahren, ohne eigene Fertigungskapazitäten aufbauen zu müssen.

Konstruktion für Erodieren

Konstruktion für Erodieren erfordert Kenntnisse über Schnittfugen, Eckradien und Wandstärken. Drahtdurchmesser bestimmen die minimale Schlitzbreite; ein 0,3 mm breiter Zielschlitz wird durch die Schnittfuge zu einer tatsächlichen Breite von ca. 0,4 mm. Um beim Schneiden mehrerer schmaler Schlitze Bruch zu vermeiden, sollte die Wandstärke mindestens das Dreifache des Drahtdurchmessers betragen. Bei dünnen Wänden aus Aluminium unter 0,8 mm oder Stahl unter 1,2 mm verhindert Drahterodieren die Verformung. Da Drahterodieren nur Profile schneidet, erfordern Merkmale wie Sacklöcher Senkerodieren oder eine Kombination von Verfahren.

Auch die Toleranzabbildung von Teilen wirkt sich auf die Kosten aus. Enge Toleranzen unter ±0,002 mm erfordern mehr Schlichtdurchgänge und erhöhen die Bearbeitungszeit. Konstrukteure sollten ±0,01 mm für nichtfunktionale Merkmale, ±0,005 mm für die meisten funktionalen Merkmale und ±0,002 mm nur für kritische Passflächen verwenden. Unsere Ingenieure unterstützen Sie bei der Toleranzoptimierung, um Kosten zu minimieren und gleichzeitig die Leistung zu gewährleisten.

Fazit

Draht- und Senkerodieren sind leistungsstarke Werkzeuge für die Bearbeitung elektrisch leitfähiger Materialien mit höchster Präzision. Beim Drahterodieren werden ein dünner, beweglicher Draht und deionisiertes Wasser verwendet, um 2D-Profile und komplexe Konturen ohne Verformung der Teile zu erzeugen. Beim Senkerodieren hingegen werden eine geformte Elektrode und ein Öldielektrikum verwendet, um komplexe 3D-Hohlräume zu erzeugen. Beide Verfahren hinterlassen eine Regenerationsschicht, die durch Nachbearbeitung behandelt werden muss.

Die BACH INDUSTRY AG bietet Präzisions-Drahterodieren und Senkerodieren an. Kontaktieren Sie uns noch heute für ein detailliertes Angebot und erfahren Sie, wie EDM-Technologie Ihren Wettbewerbsvorteil stärken kann.