Abtragregelung der Mikroerosion maximiert die Genauigkeit

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wbk Institut für Produktionstechnik Universität Karlsruhe (TH)

Messprogramm wird beim Erodieren automatisch erstellt

Auf Basis dieser Überlegungen wurde ein automatisch arbeitender Regelkreis mittels der optischen Programmiersoftware Labview 2009 programmiert (Bild 4). Zu Beginn der entwickelten Routine werden die Eingangsparameter hinterlegt, wie der NC-Code für den ersten Fertigungsschritt. Außerdem werden die später ausgeführten Abbruchkriterien für die Regelungsschleifen festgelegt, wie zum Beispiel die maximale Abweichung der Fertigungstiefe von der angegebenen Tiefe, die Toleranz für die maximale Welligkeit und die maximale Anzahl von Schleifen, die durchlaufen werden dürfen.

Nach einem ersten Bearbeitungsschritt wird automatisch ein Messprogramm erstellt, das auf den Werkzeugbahnen des NC-Codes basiert. Im Anschluss an den Messzyklus werden die Daten verarbeitet, die durch den konfokalen Weißlicht-Sensor erfasst wurden. Dabei findet ein Abgleich der ermittelten Tiefe mit der Solltiefe der Kavität und der maximal zulässigen Welligkeit der Oberfläche statt.

Basierend auf den gemessenen Daten und dem primären NC-Programm wird dann ein Nachbearbeitungsprogramm generiert und automatisch ausgeführt. Diese Qualitätsschleife wird wiederholt durchlaufen, bis eines oder mehrere Abbruchkriterien erfüllt sind.

Versuche ergeben deutlich geringere Abweichung beim Erodieren

Um die Leistungsfähigkeit der prozessübergreifenden Abtragregelung unter Beweis zu stellen, wurde eine Testgeometrie entwickelt, die unterschiedliche Geometriedetails, Bahnüberlappungen und Elektrodenumkehrpunkte beinhaltet. Diese Artefakte können eine Variation des Verschleißverhaltens der Elektrode hervorrufen.

Es wurde eine 100-µm-Elektrode aus WC-6Co verwendet, um die Struktur in ein Werkstück aus 30CrMo6 zu erodieren. Zur Simulation eines Worst-Case-Szenarios wurde beim ersten Bearbeitungszyklus keine Verschleißkompensation vorgenommen. So wurde nach diesem Fertigungsschritt lediglich eine Tiefe von 73 µm anstelle der 100 µm erreicht.

Nach dem insgesamt fünften Prozessschritt wurde eines der zu Beginn definierten Abbruchkriterien erreicht und eine Bauteiltiefe von über 98 µm und eine Oberflächenwelligkeit unter 1 µm erzielt, was im Bereich der Oberflächenrauheit dieses Verfahrens liegt. Bild 5 zeigt die Oberfläche der erodierten Struktur. Dabei wird die ebene Oberfläche im Grund der Kavität deutlich, die frei von jeglichen Riefenstrukturen ist.

Literatur:

• [1] Vollertsen, F., H. Schulze-Niehoff und Z. Hu: State of the art in micro forming. International Journal of Machine Tools & Manufacture 46/2006, S. 1172-1179.

• [2] Schulze, V. und andere: Limits and challenges of manufacturing micro moulds. International Journal of Nanomanufacturing 6/2010, S. 176-189.

• [3] Schulze, V. und C. Ruhs: On-machine measurement for the micro-EDM-milling process using a confocal white-light sensor: In: Proceedings of the 10th Euspen International Conference 2/2010, S. 37-40.

* Prof. Dr.-Ing. Volker Schulze ist Leiter des Instituts für Produktionstechnik wbk des Karlruhers Instituts für Technologie (KIT) in Karlsruhe; Dipl.-Ing. Christoph Ruhs ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am wbk

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