Senkerodieren ist ein Verfahren, das zur Funkenerosion gehört. Dabei wird das Material durch aufeinanderfolgende elektrische Entladungen zwischen zwei Polen (Werkstück und Elektrode/Arbeitswerkzeug) abgetragen.

Durch die zahllosen Möglichkeiten in der Metallbearbeitung und den entscheidenden Vorteilen kommt das Senkerodieren immer häufiger zur Anwendung. Vor allem im Werkzeugbau kommt das Senkerodieren zum Einsatz. Durch das Verfahren ist es möglich, Formteile für Biege-, Stanz-, Extrusions- und Spritzgusswerkzeuge zu fertigen.

Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren vielfältige Losgrößen. Von der Prototypenfertigung über die Einzelteilfertigung bis hin zur Kleinserienfertigung sind alle Losgrößen möglich. Modernste Senkerodiertechnologien machen komplexe, dreidimensionale und filigrane Geometrien möglich. Kleinste Toleranzen und hohe Oberflächengüten gelten als deren Vorzüge.

Verfahren im Detail

Senkerodieren oder Senkerosion ist ein Verfahren, das auch als Funkenerodieren bezeichnet werden kann. Das Prinzip ist dabei einfach. Werkzeug und Werkstück werden so positioniert, dass sie sich nicht berühren. Übrig bleibt ein Spalt, der mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, die isoliert. Aus diesem Grund erfolgt die Bearbeitung des Werkstücks in einem Behälter.

Über ein Kabel sind Werkzeug und Werkstück an eine Gleichstromquelle angeschlossen, wobei ein Schalter in einer Leitung liegt. Sobald der Schalter geschlossen wird, entsteht zwischen Werkzeug und Werkstück eine elektrische Spannung. Aufgrund der Isolierung durch das Dielektrikum fließt zunächst kein Strom. Bei einer Reduzierung des Zwischenraums schlägt bei einem bestimmten Abstand ein Funke über. Es kommt zu einer Entladung, bei der Strom in Wärme umgesetzt wird.

Dadurch erhitzt sich die Oberfläche des Materials sehr stark. Wird der Stromzufluss nun unterbrochen, fällt der Entladekanal schnell zusammen. Es kommt zu einer explosionsartigen Verdampfung der Metallschmelze an der Oberfläche, wodurch flüssiges Material in die Tiefe gerissen wird. Es entsteht ein kleiner Krater. Auf diese Weise entstehen Krater neben Krater und damit eine stetige Abtragung an der Oberfläche des Werkstücks.

Elektroden-Material

Beim Senkerodieren erzeugt die Elektrode die Form im Werkstück. Dabei tritt ein prozesstypischer Verschleiß an den Elektrodenflächen auf, die sich am Eingriff befinden.

Typisches Material der Elektroden sind Kupfer- oder Graphitblöcke, die durch das Hochgeschwindigkeitsfräsverfahren ihre Form erhalten. Häufig existieren auch Abrichtvorrichtungen an der Erodiermaschine zur Profilierung der Elektrode.

Mögliche Materialien zum Senkerodieren

Beim Senkerodieren können alle elektrisch leitenden Materialien wie Metalle, Graphit, Legierungen, Keramik, etc. – unabhängig von ihrer Härte – bearbeitet werden. Auch anspruchsvolle Werkstoffe wie Karbid, Molybdän, Tantal, Graphit und Wolfram können durch die Senkerosion bearbeitet werden.

Anwendung des Senkerodierens

Hauptanwendungsgebiete sind die Herstellung von Druckgussformen, Spritzgießformen, Prototypen und Schmiedegesenken. Diese befinden sich hauptsächlich in der Automobilbau-Branche, Haushalts- und Unterhaltungsgeräte-Branche, Luft- und Raumfahrt sowie in der Spielzeug- und Elektronik-Branche.

So wird es in der Raumfahrt-Branche zum Beispiel verwendet, um eine Bearbeitung von Werkstücken mit tiefen Einsenkungen zu ermöglichen, deren Zugang extrem schwer ist.

Werkzeug und Maschine

Senkerodiermaschinen können als CNC-gesteuerte oder als konventionelle Werkzeugmaschinen ausgeführt sein. Möglich sind auch Maschinen mit einem automischen Wechsel der Elektrode. Sie werden vorrangig als Badmaschine gebaut, da sich das Werkstück in einem Bad aus Dielektrikum befindet. Der Maschinenkopf ist dabei in der Z-Achse beweglich. Der Tisch der Maschine führt die Bewegungen in der X- und Y-Achse aus.

Eine Senkerodiermaschine besteht aus einer Werkzeugmaschine, Steuerungseinheit für die Achsantriebe, einem Generator und dem Dielektrikumsaggregat. Antriebe in drei Raumebenen übernehmen die Vorschubbewegung und die Positionierung der Elektrode. Die Weite des Funkenspalts wird durch die Überwachung der elektrischen Größen am Funkenspalt hochdynamisch dem Sollwert nachgeregelt. Die Geschwindigkeit des Vorschubs richtet sich nach dem Fortschritt des Abtragsprozesses und kann daher nicht vorgegeben werden.

Kosten und Zeit

Senkerodieren erfordert aufgrund der Technologie lange Bearbeitungszeiten. Auch die Kosten bewegen sich in einem höheren Bereich. Hier gilt: Je größer die Serien, desto günstiger sind die Verarbeitungskosten.

Toleranzen und Oberflächengüte

Senkerodieren ermöglicht sehr hohe Toleranzen bis zu ± 5 µm und eine hervorragende Oberflächengüte bis zu Ra 0,4.

Losgrößen bei der Senkerosion

Die Senkerosion ermöglicht vielfältige Losgrößen. Vom Prototypenbau über das Einzelteil bis hin zu Kleinserien sind alle Losgrößen möglich. Aufgrund der langen Bearbeitungszeit sollte auf eine Fertigung in großen Serien verzichtet werden.

Vorteile und Nachteile

Aufgrund der zahlreichen Vorteile des Verfahrens kommt das Senkerodieren immer öfter zur Anwendung. Dem gegenüber stehen Nachteile, die sich auf die Bearbeitungszeiten und Fertigungskosten auswirken.

Vorteile:

•         hervorragende Oberflächenqualität
•         Herstellung komplizierter Geometrien möglich
•         sehr gute Formgenauigkeit und Linearität
•         extrem geringe Schnittbreiten auch bei großer Materialdicke möglich
•         Möglichkeit der Bearbeitung aller leitfähiger Materialien – unabhängig von deren Härte
•         hohe Maßhaltigkeit
•         Fertigung von scharfkantigen Taschen und Löchern möglich

Nachteile:

•         lange Bearbeitungszeiten
•         hohe Fertigungskosten

Unterschied Drahterodieren und Senkerodieren

Drahterosion und Senkerosion sind Verfahren der Funkenerosion – ein Verfahren, bei dem das zu bearbeitende, elektrisch leitende Werkstück in einer nicht leitenden Flüssigkeit bearbeitet wird. Beim Senkerodieren wird die Form des Werkstücks in einem Werkstück reproduziert, d. h. die Elektrode erzeugt die Form im Werkstück, während beim Drahterodieren ein metallischer Draht ein programmiertes Profil in ein Werkstück schneidet, d. h. es liegt ständig ein unverschlissenes Werkzeug in Form einer durchlaufenden Drahtelektrode vor.

Fazit:

Wer ein Verfahren sucht, bei dem eine hervorragende Oberflächenqualität und eine sehr gute Formgenauigkeit gefragt ist, findet im Senkerodieren das passende Verfahren. Auch die Herstellung komplizierter Geometrien und die Fertigung von scharfkantigen Taschen und Löchern können mit dem Verfahren gewährleistet werden.

Auch bei den Materialien bietet das Verfahren Vorteile. So können alle leitfähigen Materialien – unabhängig von deren Härte – bearbeitet werden. Handelt es sich bei den herzustellenden Materialien um große Dicken sind trotzdem extrem geringe Schnittbreiten möglich. Damit ist das Senkerodieren ein Verfahren, das bei großen Serien durchaus günstig sein kann. Gemessen an der hohen Qualität der Oberfläche und der Formgenauigkeit halten sich Kosten und Leistung die Waage. Allerdings muss dann mit einer längeren Bearbeitungszeit gerechnet werden.