Grundprinzipien der Draht-EDM-Bearbeitung

Grundprinzipien der Draht-EDM-Bearbeitung

1. Die Draht-Elektroerosionsmaschine wurde auf der Grundlage der Elektroerosionsbearbeitung entwickelt. Sie verwendet eine drahtförmige Elektrode, d. h. einen Molybdän- oder Kupferdraht, und schneidet das Werkstück mithilfe von Funkenentladungen. Draht-EDM-Bearbeitungsmaschinen werden je nach der Bewegungsgeschwindigkeit des Elektrodendrahtes in zwei Typen unterteilt: Maschinen mit hoher Drahtgeschwindigkeit und Maschinen mit niedriger Drahtgeschwindigkeit. Zu ihren Hauptkomponenten gehören: .

1) Hauptmaschine: umfasst den Maschinenrahmen, den Koordinatentisch, den Drahtvorschubmechanismus usw.;

2) Impulsstromversorgung: Wandelt Wechselstrom in einen gleichgerichteten Impulsstrom mit einer bestimmten Frequenz um;

3) Das Steuerungssystem steuert die Bewegungen der Werkzeugmaschine;

4) Arbeitsflüssigkeits-Kreislaufsystem: Liefert saubere Arbeitsflüssigkeit unter einem bestimmten Druck.

2. Das Prinzip des Draht-Funkenerosionsschneidens

Die CNC-Drahtschneidbearbeitung basiert auf dem gleichen Grundprinzip wie die Funkenerosionsbearbeitung, unterscheidet sich jedoch in der Bearbeitungsweise, da hier ein dünner Metalldraht als Elektrode verwendet wird. Während des Drahtschneidens bewegt sich die Drahtelektrode einerseits relativ zum Werkstück kontinuierlich nach oben oder unten, wobei es sich bei der langsamen Drahtbewegung um eine Bewegung in eine Richtung und bei der schnellen Drahtbewegung um eine Hin- und Herbewegung handelt. Andererseits wird der Kreuztisch, auf dem das Werkstück eingespannt ist, von einem CNC-Servomotor angetrieben und sorgt für den Schneidvorschub in x- und y-Richtung, sodass die Drahtelektrode entlang der Kontur des Werkstücks den Schneidvorgang ausführt.

3. Draht-FunkenerosionVerarbeitungsmerkmaleund Anwendungen

1) Merkmale der Draht-EDM-Bearbeitung

① Es eignet sich für die Bearbeitung von Werkstoffen, die sich mit mechanischen Bearbeitungsverfahren nur schwer bearbeiten lassen, wie beispielsweise gehärteter Stahl, Hartmetall und hitzebeständige Legierungen.

② Der Draht dient als Werkzeugelektrode, wodurch Kosten und Zeitaufwand für die Konstruktion und Herstellung von Elektroden eingespart werden. Damit lassen sich komplexe Konturen und Durchgangsbohrungen auf einfache Weise bearbeiten, und es ist auch die Nestbearbeitung möglich. Bei der Stanzbearbeitung kann der Abstand zwischen Stempel und Matrize beliebig eingestellt werden.

2) Nachteile

① Das zu bearbeitende Material muss elektrisch leitfähig sein;

② Sacklöcher können nicht bearbeitet werden.

2) Das Draht-EDM-Schneiden findet breite Anwendung. Es wird in großem Umfang zur Bearbeitung von Hartmetall, von Formteilen aus gehärtetem Stahl, von Mustern, von kleinen Bauteilen mit komplexen Formen sowie von schmalen Spalten eingesetzt. Bei kleinen Matrizen mit komplexen Formen und schmalen Spalten mit scharfen Kanten kann die Bearbeitung nach dem Härten als einstückige Konstruktion erfolgen. Dies gewährleistet nicht nur die Präzision der Form, sondern vereinfacht auch deren Konstruktion und Fertigung. Darüber hinaus ermöglicht das Drahterodieren die Bearbeitung anderer schwer zu bearbeitender Metallteile, mit Ausnahme von Sacklöchern.

Das Drahtschneiden findet in der Bearbeitung breite Anwendung; zu den geeigneten Werkstoffen zählen Hartmetall, gehärtete Stahlformteile sowie Muster und darüber hinaus kleine Bauteile mit komplexen Formen.

4. Das Draht-EDM-Verfahren

1) Draht-EDM-BearbeitungProzess-Indikatoren

(1) Die Schnittgeschwindigkeit bezeichnet die Gesamtfläche, die die Mittellinie des Elektrodendrahtes pro Zeiteinheit über dem Werkstück zurücklegt. Bei der Hochgeschwindigkeits-Drahtschneidtechnik liegt die Schnittgeschwindigkeit zwischen 40 und 80 Quadratmillimeter pro Minute, während sie bei der Niedriggeschwindigkeits-Drahtschneidtechnik bis zu pro Minute erreichen kann.

(2) Beim Schneiden kann mit dem Hochgeschwindigkeits-Drahtschneiden eine Genauigkeit von bis zu 0,01 mm erreicht werden, in der Regel liegt sie bei ±0,015 bis 0,02 mm; Im Vergleich dazu liegt die Präzision beim Langsamdrahtschneiden bei etwa ±0,001 mm.

(3) Im Allgemeinen liegt der Ra-Wert der Oberflächenrauheit beim Hochgeschwindigkeits-Drahtschneiden in der Regel im Bereich von 1,25 bis 2,5 μm, wobei der Mindestwert zwischen 0,63 und 1,25 μm liegen kann; Beim Langsamdrahtschneiden können Ra-Werte von bis zu 0,3 μm erreicht werden.

2) Die wichtigsten Faktoren, die die Prozessparameter beeinflussen

(1) Einfluss der wichtigsten Pulsparameter

Durch den Anstieg des Spitzenstroms Ie erhöht sich zwar die Bearbeitungsgeschwindigkeit, jedoch verschlechtert sich die Oberflächenrauheit, der Verschleiß des Elektrodendrahts nimmt zu und es kann sogar zu Drahtbrüchen kommen.

② Impulsbreite ti: Eine Vergrößerung von ti erhöht die Bearbeitungsgeschwindigkeit, verschlechtert jedoch die Oberflächenrauheit.

③ Der Impulsabstand beträgt t0. Wenn t0 kleiner wird, steigt der Durchschnittsstrom und die Schnittgeschwindigkeit nimmt zu. Ist t0 jedoch zu klein, kommt es zu Lichtbogenbildung und Drahtbruch.

(2) Der Einfluss der Elektroden und ihrer Drahtvorschubgeschwindigkeit

Was den spezifischen Einfluss des Durchmessers des Elektrodendrahts betrifft, so liegt dieser in der Regel im Bereich von 0,03 bis 0,35 mm. Je dicker der Durchmesser des Elektrodendrahts ist, desto höher ist jedoch die Schnittgeschwindigkeit, was bei der Bearbeitung dicker Werkstücke gewisse Vorteile mit sich bringt.

② Die Geschwindigkeit des Elektrodendrahts hat einen Einfluss: Innerhalb eines bestimmten Bereichs lässt sich die die Drahtschneidegeschwindigkeit erhöht werden. Ist die Geschwindigkeit jedoch zu hoch, führt dies zu stärkeren Schwingungen des Elektrodendrahts, was wiederum die Genauigkeit beeinträchtigt, die Schnittgeschwindigkeit verringert, die Oberflächenrauheit verschlechtert und zudem Drahtbrüche begünstigt. Im Allgemeinen gilt eine Drahtvorschubgeschwindigkeit von weniger als 10 m/s als optimal.

③ Einfluss der Werkstückdicke und des Werkstoffs

Bei dünnen Werkstücken kann die Arbeitsflüssigkeit leicht in den Entladungsspalt eindringen und diesen ausfüllen, was sich positiv auf den Spanabtransport und die Entionisierung auswirkt und somit zu einer guten Bearbeitungsstabilität führt. Ist das Werkstück jedoch zu dünn, neigt der Draht zum Flattern, was sich nachteilig auf die Bearbeitungsgenauigkeit und die Oberflächenrauheit auswirkt. Bei dicken Werkstücken kann die Arbeitsflüssigkeit nur schwer in den Entladungsspalt eindringen und diesen ausfüllen, was zu einer schlechten Bearbeitungsstabilität führt. Allerdings neigt der Elektrodendraht dann weniger zum Flattern, wodurch die Genauigkeit und die Oberflächenrauheit besser sind.

3) Der Prozess des Drahtschneidens

Die Teilzeichnungen, für die eine Prozessanalyse erforderlich ist, gehören zu den Aufgaben im Rahmen der Erstellung eines Drahtschneideverfahrens. Darüber hinaus müssen die Vorbereitungsarbeiten für den Prozess durchgeführt und die Bearbeitungsparameter ausgewählt werden – all dies sind wesentliche Aspekte, die bei der Erstellung eines Drahtschneideverfahrens berücksichtigt werden müssen.

(1) Prozessanalyse der Teilzeichnung

Es ist besonders wichtig, die Hohlkehlen und spitzen Ecken der Teile genau zu analysieren, um festzustellen, ob sie den Prozessbedingungen der Drahtschneidbearbeitung entsprechen. Zudem muss geprüft werden, ob die Bearbeitungsgenauigkeit und die Oberflächenrauheit der Teile innerhalb des wirtschaftlichen Genauigkeitsbereichs liegen, der mit der Drahtschneidbearbeitung erreicht werden kann.

Analyse der Maße von spitzen und konkaven Ecken:

① Abstand zwischen der Bahn der Drahtelektrode und der Bearbeitungsfläche: l = d/2 + δ Bahn der Drahtelektrode:

② Der Radius der Hohlkehle des Bauteils, R1, muss größer oder gleich l sein, wobei l gleich d geteilt durch 2 plus δ ist; der Radius der spitzen Ecke des Bauteils, R2, entspricht R1 minus Z geteilt durch 2.

Analyse der Genauigkeit und Oberflächenrauheit: Die Bearbeitungsgenauigkeit und die Oberflächenrauheit müssen den Anforderungen entsprechen.

(2) Auswahl der Drahtelektrode

In der Regel wird bei Hochgeschwindigkeits-Drahtschneidemaschinen Molybdändraht als Drahtelektrode verwendet. Wolframdraht oder andere teure Metalldrähte kommen aufgrund der zu hohen Kosten nur selten zum Einsatz, während andere Drahtarten aufgrund ihrer geringen Zugfestigkeit auf Hochgeschwindigkeits-Drahtschneidemaschinen nicht verwendet werden können. Bei Maschinen mit langsamer Drahtführung hingegen können verschiedene Kupfer- und Eisendrähte, Speziallegierungsdrähte sowie beschichtete (z. B. verzinkte) Elektrodendrähte verwendet werden.

(3) Festlegung der Durchgangsbohrungen

① Abmessungen der Durchgangsbohrungen: Durchmesser in der Regel ￠3–10 mm

② Position der Einfädelöffnungen

a) Bei vertieften Formen und Teilen mit Bohrungen sollten die Fadenführungslöcher an Ecken und Kanten, an Schnittpunkten bekannter Koordinatenmaße oder in der Mitte der Formbohrungen angeordnet werden, um die Schnittbahn zu verkürzen und die Programmierung zu erleichtern.

b) Bei Stanzwerkzeugteilen sollten gemäß der Zeichnung im Inneren des Rohlings Löcher zum Einfädeln der Draht gestanzt werden, um zu verhindern, dass die Kontur des Rohlings durchtrennt wird und es dadurch zu Verformungen kommt.

4) Ausrichten und Einspannen des Werkstücks

(1) Ausrichtung des Werkstücks;

(2) Art der Werkstückspannung.

5) Korrektur der Position der Drahtelektrode

(1) Durch visuelle Überprüfung – entweder direkt mit bloßem Auge oder mithilfe einer Lupe – werden die Koordinaten der Drahtelektrode bestimmt.

(2) Das Funkenerosionsverfahren nutzt die Funkenentladung, die zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück bei einem bestimmten Abstand entsteht, um die Koordinaten der Drahtelektrode zu bestimmen.

(3) Automatisches Verfahren: Die Bohrungsmitte wird mithilfe der automatischen Ausrichtungsfunktion der Werkzeugmaschine ermittelt.