Funkenerosion Wirtschaftliches Erodieren von PKD-Werkzeugen

Fath hat die neue Fünf-Achs-Erodiermaschine „Fath F LC“ auf den Markt gebracht und reagiert damit auf den wachsenden Bedarf an diamantbestückten Werkzeugen. Denn die Bearbeitung des Werkstoffes ist schwierig. Auch verstärkte Einsatz von Leichtmetall im Automobilbau und von Kunststoffen sowie von Kohlenstoff- und Glasfasern lässt auch den Bedarf an PKD-Werkzeugen (PKD: polykristalliner Diamant) expandieren.

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Ein Funke blitzt auf – nur einen Sekundenbruchteil später und eine winzige Wegstrecke entfernt erfolgt der Einschlag. Der nächste Blitz ist schon unterwegs. Die Funken entstehen so unglaublich schnell, dass das menschliche Auge nicht folgen kann. Lediglich eine Vergrößerung in Zeitlupe liefert den Beweis, zumal der Prozess von einem Schwall grünlicher Flüssigkeit abgeschirmt wird.

Synthetischer Diamant schmilzt partiell auf

Bei jedem Einschlag entstehen Temperaturen, die so hoch sind, dass selbst synthetischer Diamant partiell aufschmilzt. Hunderttausend Funken pro Sekunde hinterlassen winzige Krater und formen so eine Schneidplatte aus PKD. Das Verfahren heißt Funkenerosion.

Dabei handelt es sich um ein thermisches, abtragendes Fertigungsverfahren für leitfähige Materialien, das auf elektrischen Entladevorgängen (Funken) zwischen einer Elektrode (Werkzeug) und einem Werkstück beruht. Die Bearbeitung findet in einem nichtleitenden Medium statt, dem sogenannten Dielektrikum, das meist aus Öl oder deionisiertem Wasser besteht. Die Elektrode wird bis auf einen Spalt von weniger als 0,5 mm an das Werkstück herangeführt, so dass ein Funken überschlägt, der das Material punktförmig aufschmilzt und verdampft.

Erodieren für schwer zerspanbare Werkstoffe wirtschaftlich

Erodieren wird dort angewendet, wo die mechanische Energie bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe an ihre Grenzen stößt, nicht zuletzt bei PKD. Dieser wird durch das Sintern von synthetischen Diamantpartikeln hergestellt. Die Schneidstoffstruktur enthält metallische Anteile; als Unterlage dient Wolframkarbid, also Hartmetall.

Das Bearbeiten von PKD-Werkstoffen ist aufwändig: Einerseits sind die Rohlinge teuer, andererseits ist das Bearbeiten zeit- und werkstoffintensiv. Die Ausschussrate ist hoch, außer Geometrie- und Maßfehlern sind Kantenausbrüche wegen der Sprödigkeit des Werkstoffs dafür verantwortlich. Allerdings macht die Einbeziehung von Metall den Schneidstoff leitfähig, so dass die Funkenerosion zur Formgebung oder zum Schärfen genutzt werden kann. Durch Weiterentwicklung ist das Erodieren heute wesentlich wirtschaftlicher als früher, wobei das Schneiderodieren von PKD-Schneidplatten eine Schlüsselrolle spielt.

Mit der Fath F LC hat der Hersteller eine nach eigener Aussage hochvariable Erodiermaschine entwickelt, die einen wirtschaftlichen Einstieg in das Erodieren von PKD-Werkzeugen ermöglichen soll (Bild 2). Die fünfachsige, simultan arbeitende CNC-Maschine ist sowohl als Rotationserodiermaschine als auch als Senk- und Bohrerodiermaschine einsetzbar, beispielsweise zum Einbringen von Plattensitzen oder Kühlbohrungen. Sie wurde mit dem Ziel konzipiert, Umrüst- und Nebenzeiten auf ein Minimum zu reduzieren und damit vor allem Schärfdiensten und Werkzeugherstellern zu erhöhter Produktivität zu verhelfen.

Hohe Abtragsraten beim Erodieren senken die Herstellungskosten

Die Präparation und Einsatzvorbereitung von PKD-Schneidkanten hat unmittelbaren Einfluss auf den nachfolgenden Bearbeitungsprozess. Dabei bestimmen hauptsächlich zwei Kriterien das Schneidkanten-Bearbeitungsverfahren: die Bearbeitungsgüte, die erreicht werden soll, und die Art des Bearbeitungsprozesses. Je mehr PKD-Schneiden ein Werkzeug aufweist, desto größer wird das Abtragsvermögen. Hohe Abtragsraten mit besten Oberflächen sind die Folge, die Fertigungsgeschwindigkeit steigt, die Stückkosten sinken. Vor diesem Hintergrund kann sich Erodieren als kostengünstiger als Schleifen herausstellen.

Für Qualität beim Funkenerodieren von PKD-Schneiden ist vorrangig der Generator verantwortlich. Er wurde für diesen Anwendungszweck speziell modifiziert und arbeitet mit sehr kurzen Intervallen sowie ultrakurzen Impulsen, wodurch Streueffekte während des Erodierverfahrens nach Herstelleraussage fast völlig vermieden werden können.

Erodiermaschine mit fünf simultan arbeitenden Achsen

Eine große Beweglichkeit wird bei der Rotationserodiermaschine durch fünf simultan arbeitende Achsen möglich. Hierzu wurde die Standard-Erodiermaschine, die über eine X-, Y- und Z-Achse verfügt, modifiziert und mit einem Rundschwenktisch versehen. Dieser bietet eine zusätzliche A- und B-Achse. Die so erreichte Agilität ermöglicht unter anderem die Fertigung engster Radien bei, wie der Hersteller angibt, sehr hohen Oberflächenqualitäten und besten Schartigkeitswerten.

Der Rundschwenktisch ist mit einer Standard-ISO-40-Aufnahme ausgestattet, um eine weitgehende Kompatibilität sicherzustellen und Umbauarbeiten unnötig zu machen (Bild 3). Die Spitzenhöhe des Rundschwenktisches von 130 mm erlaubt den Einsatz von Werkzeugen bis zu 250 mm. Optional ist eine Ausstattung mit einer Spitzenhöhe von 210 mm möglich, die Werkstückdurchmesser von 400 mm erlaubt.

Ein wichtiges Konstruktionsziel war die gute Handhabbarkeit der Maschine. Hier setzt das Unternehmen auf ein logisches Bedienkonzept, das die Arbeitseffizienz unterstützen soll. Als Basis dient eine Menüführung unter Windows XP, die auf einem TFT-Bildschirm ausgegeben wird. Direkte Eingaben sind über eine Konsole möglich. Durch eine eigene RISC-CPU soll bei Stromausfall die Datensicherheit gewährleistet werden. Für den Datenaustausch ist außer einem CD-Laufwerk auch eine LAN-Schnittstelle mit TCP/IP-Protokoll vorgesehen. Zudem sind USB- und R232-Schnittstellen vorhanden.

Elektronische Speicherung der Werkzeugdaten möglich

Die Werkzeugdaten können gespeichert und zudem an eine Kundendatenbank von Fath übertragen werden, die das Nachschärfen vereinfachen und erneute Dateneingaben unnötig machen soll. Ein Endlosmagazin, das für einen mannlosen Betrieb konstruiert wurde, gibt es als Option.

Ebenfalls optional ist der Profileditor, der eine einfache Herstellung und Bearbeitung von Profilwerkzeugen erlauben soll. DXF-Files können mit ihm eingelesen, bearbeitet und ergänzt werden; die Konturdaten werden segmentiert, die Messpunkte über Eingabe-Parameter festgelegt, dem Messprogramm übergeben und die Ergebnisse vom Berechnungsprogramm zurückübernommen. Zum Profileditor gehört ein Simulationsmodul mit den vorgewählten Elektrodenformen, so dass eine Vorabbetrachtung des Erodierprozesses möglich wird.

Teil der Software-Grundausstattung sind vorinstallierte Abrichtprogramme, die dennoch frei wählbare Abrichtzyklen in der Menü-Oberfläche erlauben und Abrichtwerte automatisch kompensieren. Ein integriertes Messsystem ermittelt Achs- und Spanwinkel und stellt die Daten der Maschine zur Verfügung (Bild 4). Die Filteranlage für das Dielektrikum besteht aus Papierkerzenfiltern, die bei laufendem Betrieb ausgetauscht werden können. MM

Weitere Informationen: Fath Diamantbearbeitungs-Technologie GmbH, 63834 Sulzbach

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