Das Erodieren (Funkenerodieren) ist ein thermisches, abtragendes Verfahren für leitfähige Materialien und basiert auf elektrischen Entladevorgängen zwischen einem leitenden Werkstück und einer Elektrode (Werkzeug). Diese Fertigungstechnik unterscheidet sich deutlich von herkömmlichen Zerspanungsverfahren wie Bohren, Drehen, Schleifen oder Fräsen. Dadurch lassen sich komplexe Formen mit sehr kleinen Radien kostengünstig herstellen.

Die Bearbeitung findet im Dielektrikum (nichtleitendes Medium, z. B. Öl oder deionisiertes) in einem Becken oder über Schläuche statt. Dabei wird das Elektrodenwerkzeug bis auf einen schmalen Spalt (0,004 – 0,5 mm) an das Werkstück herangeführt – bis ein Funken überschlägt, der das Material punktförmig aufschmilzt und verdampft. In Abhängigkeit von Intensität, Frequenz, Dauer, Länge, Spaltbreite und Polung der Entladungen entstehen die unterschiedlichen Abtragsergebnisse. Dadurch können selbst komplizierte geometrische Formen hergestellt werden. Das Elektrodenmaterial wird nach dem zu bearbeitenden Werkstoff aus Kupfer, Messing, Kupferlegierungen (meist mit Wolfram), Graphit oder Metall, u. a. ausgewählt.

Unterschieden wird das Verfahren zwischen dem Bohrerodieren, Drahterodieren und dem Senkerodieren. Auch das Scheibenerodieren wird immer häufiger angewendet. Hier dient eine Scheibe aus Kupfer, Kupfer-Wolfram oder Graphit als rotierende Elektrode.
Durch das Erodieren sind höchste Genauigkeiten bei Toleranzabweichungen von wenigen tausendstel Millimetern bei bester Oberflächengüte (RA 0,1) möglich. Es können Werkstoffe wie Hartmetall, gehärteter Stahl oder spezielle Keramiken verarbeitet werden, die durch andere Verfahren entweder nur aufwendig oder gar nicht herstellbar sind.

Angewendet wird das Verfahren zum Beispiel im Werkzeug- und Formenbau, in der Medizintechnik, Kraftfahrzeug- und Motorenbau oder in der Luxusgüterindustrie. So werden zum Beispiel im Tablettierwerkzeugbau Stempelhalter, Stempeleinsätze und zugehörige Matrizen über Erodieren bearbeitet.

Das Fertigungsverfahren im Einsatz

Die Elektrodrahterosion schneidet mithilfe eines dünnen Metalldrahts eine Kontur ins Werkstück. Der Draht wird dabei von einer NC-Steuerung exakt geführt.

Beim Drahterodieren dagegen wird ein 0,05 – 0,35 mm dicker Draht durch eine Spule zwischen einer oberen und unteren Führung gehalten und hinter der Maschine aufgewickelt. Über einstellbare Parameter sorgt die Erodiermaschine für die Stromstärke, Spannung und Geschwindigkeit des positiv geladenen Drahtes. Das Werkstück ist negativ gepolt. Bei einer Entladung (einige tausendmal pro Minute) wandert das Material vom Metallteil zum Draht. Der verbrauchte Draht wird hinter der Erodiermaschine mithilfe einer Aufwickelspule entsorgt. Da der Draht auch geneigt werden kann, ist es möglich, auch Werkstücke mit Koniken oder Profile mit unterschiedlichen Ober- und Unterseiten zu erzeugen und feinste Schnitte auszuführen.

Dieser Vorgang findet im Dielektrikum statt, da sonst der dünne Draht sofort verbrennen würde. Durch die ständige Spülung wird der Erodierabfall aus dem Schnittspalt entfernt.

Bohrerodieren

Das Bohrerodieren (Bohrerosion, Startlochbohren, funkenerosives Bohren) ist eine Sonderanwendung des Senkerodierens. Bei diesem Verfahren wird eine Startlochbohrmaschine verwendet, da die meisten Bohrungen als Start- oder Einfädellöcher für die nachfolgenden Drahterodierarbeiten verwendet werden.

Die grundlegende Technologie entspricht dem Erodierungsverfahren. Allerdings sind hier die Entladungsstrategien und der Maschinenbau auf eine möglichst schnelle Fertigung von Bohrungen optimiert.

Kupfer- und Graphitrohre mit Durchmessern zwischen 0,13 mm und 3 mm und einer Länge zwischen 300 mm und 800 mm werden als Elektroden automatisch nachgeschoben, um den Abbrand der Elektrode zu kompensieren. Während des Fertigungsprozesses dreht sich die Elektrode, was zu einem schnelleren Abtrag und einem gleichmäßigen Abbrand am Werkstück führt. Durch das Elektrodenrohr wird konstant Dielektrikum gepumpt, um den Abtrag wegzuspülen. Die abgetragenen Partikel verbessern nach einiger Zeit die Leitfähigkeit des Dielektrikums, wodurch dessen gesamte elektrische Leitfähigkeit steigt.

Drahterodieren

Das Drahterodieren (funkenerosives Schneiden, Schneiderodieren) ist ein formgebendes Fertigungsverfahren, das auf dem Prinzip des Funkenerodierens arbeitet. Eine Folge von elektrischen Spannungspulsen erzeugt Funken, die Material vom Werkstück auf einen durchlaufenden Draht und ins Dielektrikum übertragen. Anschließend wird der Draht entsorgt. Drahterodieren gilt als sehr genau, da der Funke grundsätzlich an der Stelle überspringt, an der der Abstand zwischen Draht und Werkstück minimal ist.

Senkerodieren

Das Senkerodieren (funkenerosives Senken, Senkerosion, Senkfunkenerosion) ist ein Verfahren des Funkenerodierens. Die Senkerodiermaschinen werden vorwiegend als Badmaschine gebaut, d. h. das Werkstück befindet sich in einem Bad aus Dielektrikum aus nichtleitendem Öl oder deionisiertem Wasser.

Der Maschinenkopf ist beweglich und führt die Bewegung in der Z-Achse aus, während der Tisch die Bewegungen in der X- und Y-Achse ausführt. Die Maschinen können als CNC-gesteuerte Maschinen oder als konventionelle Werkzeugmaschinen ausgeführt sein. Möglich sind auch Maschinen mit einem automatischen Wechsel der Elektrode, die eine automatische Bearbeitung von mehreren Partien am Werkstück hintereinander erlauben.

Vielfältiges Elektroden-Material

In Abhängigkeit vom Verfahren werden unterschiedliche Materialien für die Elektroden verwendet:

• Bohrerosion: Messing- oder Kupferröhrchen in verschiedenen Profilen (Ø 0,1 – 6,0 mm)
• Drahterosion: Messing- oder Kupferdraht, teilweise auch beschichtet (Ø 0,02 – 0,33 mm)
• Senkerosion: Kupfer- oder Graphitblöcke

Anwendungsgebiete des Erodierens

Erodieren kommt häufig im Formen- und Werkzeugbau zur Anwendung. Daraus werden zum Beispiel Gesenke, Biegestempel oder Gießformen hergestellt. Auch in der Medizintechnik, Motoren- und Kraftfahrzeugbau oder in der Luxusgüterindustrie wird Erodieren angewendet.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• Bearbeitung komplexer Geometrien möglich
• Bearbeitung extrem harter Werkstoffe wie Titan, gehärteter Stahl, Hartmetall und leitfähiger hochfester Keramiken möglich
• variable Rauigkeit bei den Oberflächenstrukturen möglich
• es können gratfreie Kanten hergestellt werden
• Oberflächen können poliererodiert werden
• hohe Maßgenauigkeit
• hohe Oberflächengüte
• kurze Bearbeitungszeit durch kurze Abtragsrate

Nachteile

• lange Vorbereitungszeit bei der Elektrodenherstellung
• hoher Zeitaufwand beim Einrichten der Maschine
• Nachmessen und Nacherodieren von erodierten Flächen gegebenenfalls bei genauen Arbeiten notwendig
• Klimatisierung des Raums notwendig
• hohe Fertigungskosten
• Werkstoffe müssen elektrisch leitfähig sein

Oberfläche und Oberflächengüte

Durch das Erodieren sind höchste Genauigkeiten bei bester Oberflächengüte (RA 0,1) möglich. Mit einer photochemischen Strukturierung (Narbung) kann beim Erodieren ein Oberflächenfinish mit bestimmten Eigenschaften, wie Unempfindlichkeit oder Optik) erzielt werden. Es ist möglich, die Oberfläche nach Wunsch (z. B. Narbung, Mattierung oder Design) nachzubearbeiten. Beeinflusst wird die Oberflächengüte durch die richtige Auswahl des Dielektrikums und der prozessgerechten Spülmethode.

Erodieren von Aluminium

Unsere Universal-Erodiermaschinen übernehmen eine Vielzahl verschiedener Prozesse. Ein elektrischer Funke schneidet leitende Materialien wie Aluminium, Kupfer oder Graphit und ermöglicht durch die funkenerosive Bearbeitung die Herstellung filigraner Teile mit extremer Genauigkeit und hohen Schnittgeschwindigkeiten. Da zudem nur ein Werkzeug benötigt wird, sind sie außerdem eine kostengünstige Alternative zum Fräsen, Drehen, Schleifen oder Räumen.

Kosten von Faktoren abhängig

Die Kosten hängen beim Erodieren von sehr vielen Faktoren ab. So beeinflussen die Art des Drahtes (unterschiedliche Preise) und die Schneidhöhen (Einfluss auf die Ablaufgeschwindigkeiten) die Kosten. Ebenfalls müssen die Kosten für die Verschleißteile wie Drahtführungen und die Wartungen beachtet werden. Durch diese Faktoren können die Kosten für das Erodieren extrem schwanken – gerne machen wir für Sie eine erste Kostenabschätzung, kontaktieren Sie uns unverbindlich unter info@vioproto.de

Erodieren oder Fräsen

Werden beide Prozesse eingesetzt, sind beste Werkzeuge und Prozesse möglich. Welches Verfahren besser ist, hängt von den Anforderungen ab, die an die herzustellenden Produkte gestellt werden. Geht es um eine höhere Produktivität und eine bessere Qualität der Oberfläche, ist das Erodieren das bessere Verfahren.

Auch für die Herstellung sehr kleiner Bauteile hat sich das Erodieren bewährt. Mit dem Verfahren sind eine hohe Genauigkeit der Konturen, minimale Oberflächenrauheiten und eine größtmögliche Wiederholbarkeit bei der Herstellung hochpräziser Werkzeuge und sehr kleiner Bauteile möglich.

Fazit:

Wer sehr kleine Bauteile extrem präzise, produktiv und mit minimalen Oberflächenrauheiten benötigt, findet im Erodieren das passende Verfahren. Kurze Bearbeitungszeiten und eine hohe Maßgenauigkeit sprechen für das Verfahren. Wer allerdings die langen Vorbereitungszeiten scheut, ist mit einem anderen Verfahren besser beraten.