Das Drahterodieren ist ein präzises Schneidverfahren für elektrisch leitende Materialien und gehört zum Funkenerodieren. Es wird auch als elektroerosives Bearbeiten bezeichnet. Durch eine Folge von elektrischen Spannungspulsen werden Funken erzeugt, die Material vom Werkstück auf einen durchlaufenden Draht und in das trennende Medium übertragen.

Nach dem Prozess wird der Draht entsorgt. Da der Funke stets an der Stelle überspringt, an der der Abstand zwischen Draht und Werkstück gering ist, ist eine präzise Bearbeitung des Werkstücks möglich.
Grundsätzlich lassen sich alle elektrisch leitenden Materialien durch das Drahterodieren bearbeiten. Eingesetzt wird das Verfahren vorrangig im Werkzeug- und Formenbau, der Raum- und Luftfahrttechnik und der Medizintechnik.

Verfahren im Detail

Beim Drahterodieren ist der Erodierdraht (ein dünner, ständig durchlaufender Draht) auf einer Spule aufgewickelt. Von dort wird der Draht über Umlenkrollen und Bremsrollen zur oberen Drahtführung geführt. Der Draht wird durch zwei gegenüberliegende Antriebsrollen mit einer festgelegten Drahtspannung von 5 bis 25 Newton und einer Geschwindigkeit von bis zu 25 m/min durch das Werkstück und die untere Drahtführung gezogen und entsorgt.

Inzwischen gibt es Maschinen, die Geschwindigkeiten von bis zu 500 mm²/min arbeiten. Da diese Geschwindigkeiten sehr unwirtschaftlich sind, arbeiten die meisten Maschinen mit Schnittgeschwindigkeiten von 150 mm²/min bis 250 mm²/min.

Bei dem Verfahren wird die materialabtragende Wirkung von elektrischen Entladungen zwischen den beiden Elektroden (Werkstück und Draht) genutzt. Die beiden Elektroden nähern sich in einem isolierenden Medium (Dielektrikum) einander an bis es zu einem Funkenüberschlag kommt. Durch die Kombination von elektrischen und plasmaphysikalischen Vorgängen (Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme beim Funkenüberschlag) kommt es zum eigentlichen Materialabtrag.

Teilefertigung

Durch die extreme Genauigkeit und der hohen Oberflächengüte ist die Herstellung filigraner Teile mit hohen Geschwindigkeiten möglich. Das Verfahren eignet sich daher für die Fertigung von Teilen, bei denen Präzision und Qualität gefragt sind.

Mögliche Materialien zum Drahterodieren

Grundsätzlich eignen sich alle Materialien für die Drahterosion. Grundvoraussetzung ist ein elektrischer Mindestleitwert von zirka 0.01 S/cm. Diesen Wert besitzen hauptsächlich alle Metalle und deren Legierungen, Hartmetalle, leitfähige Keramiken, pulvermetallurgische Stähle und polykristalline Diamanten.

Je homogener das Material ist, desto besser eignet es sich für den Erosionsprozess. Die Härte des Werkstoffs spielt dabei keine Rolle.

Draht-Elektroden

Für die Elektroden der Drahterosion wird oft Messing verwendet. Auch Stahl, Kupfer und Wolfram werden zunehmend verwendet. Zur Erhöhung der Genauigkeit und Schneidleistung werden die Drähte mit Zink und anderen Materialien thermisch behandelt oder beschichtet.

Maschinen für 4-Achsen-Konturen

Die Maschinen fürs Drahterodieren besitzen fünf Achsen und werden meist als C-Gestell ausgeführt. Hier führt der Maschinentisch die X- und Y-Bewegung und der obere Knopf an der Z-Achse die U- und V-Bewegung. Die Zusammenarbeit der X-, Y-, U- und V-Achsen ermöglichen 4-Achsen-Konturen, z. B. auf der Oberseite ein Kreis, auf der Unterseite ein Quadrat. Da es sich bei der Drahterosion um einen programmierten Vorgang handelt, wird hier mit CNC-Maschinen gearbeitet.

Anwendungsbeispiele

Die Drahterosion wird vorrangig im Werkzeug- und Formenbau, der Luft- und Raumfahrttechnik und der Medizintechnik eingesetzt. Durch den zunehmenden Einsatz harter und hochfester Materialien hat auch im Maschinenbau das Drahterodieren Einzug gehalten. Mit dem Verfahren ist es möglich, hochpräzise Teile mit höchster Oberflächenqualität, Geometriekomplexität, kleinsten Eckenradien und Linearität zu fertigen.

Drahterodieren von Aluminium

Material wie Aluminium kann aufgrund seiner Eigenschaften mit einer extremen Genauigkeit von bis zu 0,001 mm erodiert werden. Ebenfalls möglich sind Koniken bis 20°.

Kosten und Kalkulation

Die Herstellungskosten setzen sich aus den Konstruktions-Planungs-, Material- und Fertigungskosten sowie den Lohnkosten zusammen. Anhand des Maschinenstundensatzes können die Kosten kalkuliert werden. Der Stundensatz wird aus dem Verhältnis der Summe der Fertigungskosten pro Jahr zur jährlichen Nutzungszeit beim geplanten Auslastungsgrad ermittelt.

Toleranzen und Oberflächengüte

Die Drahterosion bietet höchste Toleranzen und Oberflächengüten. Der Standarddurchmesser beträgt 0,25 mm in Europa und in Asien 0,2 mm. Aufgrund der hohen Toleranz (1 µm bis 2 µm) sind Erodierdrähte im Bereich von 0,02 mm bis 0,33 mm verfügbar. Grundsätzlich gilt: Bei niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten sind höchste Oberflächengüten möglich.

Vorschubgeschwindigkeit

Der Vorschub ist der Weg in Vorschubrichtung, der bei einer Werkzeug- oder Werkstückumdrehung zurückgelegt wird. Er kann maschinell oder von Hand ausgeführt werden.
Prinzipiell können beim Drahterodieren nicht die genauen Laufzeiten bestimmt werden. Die Vorschubgeschwindigkeit hängt von vielen Faktoren wie Sauberkeit der Düsen, Leitwert, Drahtsorte und Ebenheit des Teils ab.

Drahterodieren in Lohnarbeit

Das Fertigungsverfahren ist häufig in die komplexen Prozessketten des Formenbaus eingebunden. Das Verfahren kann aber auch als Lohnarbeit beauftragt werden. Wir können Ihnen als Outsourcing-Partner dabei helfen, Auftragsspitzen abzufangen oder einfach Teile über die Drahterosion anzufertigen.

Unterschied zum Senkerodieren

Das Drahterodieren gehört wie die Senkerosion zur Funkenerosion. Hierbei schneidet ein metallischer Draht ein programmiertes Profil die Form ins Werkstück. Dabei liegt ständig ein unverschlissenes Werkzeug in Form einer durchlaufenden Drahtelektrode vor.
Bei der Senkerosion erzeugt die Elektrode die Form im Werkstück. Bei diesem Verfahren wird die Form des Werkzeugs in einem Werkstück reproduziert.

Vorteile und Nachteile im Überblick

Vorteile:

• ermöglicht extrem geringe Schnittbreiten bei großer Materialdicke
• Bearbeitung aller leitfähigen Materialien möglich
• hohe Formgenauigkeit und Maßhaltigkeit
• Fertigung scharfkantiger Taschen und Löcher möglich
• keine Materialreste (praktisch verlustfreie Bearbeitung)
• kein Kontakt, da keine Berührung zwischen Werkstück und Schneidwerkzeug
• keine Aufnahmen, da Drahterodiermaschinen keine speziellen Aufnahmevorrichtungen für unterschiedliche Prozesse oder Bauteile benötigen
• keine Unterbrechung (Drahterodiermaschinen können bis zu 140 Stunden am Stück laufen, d. h. sechs volle Tage ohne Unterbrechung)
• keine Nachbearbeitung durch makellose Oberflächen
• keine hohen Werkzeugkosten, da zur Drahterosion nur ein Draht notwendig ist.

Nachteile:

• bei längerer Verweilzeit im Arbeitsbecken kann Rostansatz und Lochfraß entstehen
• lange Bearbeitungszeiten und hohe Kosten

Fazit