Bohren und Schleifen ergänzen senkerosive Mikrobearbeitung

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Hermann Kemper GmbH & Co. KG - Hersteller für CNC Drehteile

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Werkzeugmaschinenlabor WZL RWTH Aachen

Ist die verwendete Werkzeugspindel indexierbar, können nicht nur rotationssymmetrische, sondern beispielsweise auch im Querschnitt dreieckige Elektroden hergestellt werden oder Elektroden, mit denen sich auch Hinterschneidungen herstellen lassen, wie in Bild 2 zu sehen ist. Die gezeigte innenliegende Spirale mit veränderlicher Steigung verdeutlicht die große Gestaltungsfreiheit, die sich mit diesem Verfahren in der Mikrofertigung auch von schwer zerspanbaren Werkstoffen bietet. Eine mögliche Anwendung dafür ist die Mikrofluidtechnik.

Geometrisch exakte Kavitäten beim Erodieren trotz Elektrodenverschleiß

Die wiederholbar präzise Fertigung der Elektroden auf der Maschine selbst stellt einen weiteren Entwicklungsbedarf dar. Mehr noch sind die Vorhersage des Elektrodenverschleißes beziehungsweise die Entwicklung von Strategien, die die Fertigung von geometrisch exakten Kavitäten trotz Elektrodenverschleiß ermöglichen, eine Forderung der Industrie.

Bild 3 zeigt beispielhaft, welchen Einfluss die Wahl der Bearbeitungsstrategie oder eine Verschleißkompensation auf das Bearbeitungsergebnis hat. Dargestellt sind zwei Sacklöcher, die ohne Schlichtbearbeitung in das Werkstück eingebracht wurden.

Elektrodenverschleiß kann gewünschte Werkstück-Geometrie beeinträchtigen

In Bild 3a ist zu erkennen, dass sich bei Anwendung einer ungeeigneten Strategie der Elektrodenverschleiß als Abweichung von der gewünschten Geometrie im Werkstück abbildet. In Bild 3b wurde der Verschleiß durch Wahl einer geeigneten Strategie kompensiert.

Eine besondere Herausforderung stellt die Herstellung dünnster Elektroden im Durchmesserbereich unter 50 µm dar. Elektroden in diesem Durchmesserbereich sind einem überproportional hohen Verschleiß unterworfen. Wenn ohne Nachsetzen gearbeitet werden soll, müssen die Elektroden deswegen bei einem anzunehmenden relativen Verschleiß von 300% mindestens in der vierfachen Länge der gewünschten Bohrungstiefe abgerichtet werden.

Prozesskräfte können dünne Erodier-Elektroden zerstören

Besonders kritisch sind die beim Abrichten auftretenden Prozesskräfte, die ausreichen, um solch dünne Elektroden zu zerstören. Die Messung dieser Prozesskräfte und die Entwicklung geeigneter Strategien zur prozesssicheren Fertigung dünner und langer abgerichteter Elektroden ist Teil der Entwicklungsarbeit am WZL.

Aus einer gewissen Verschiebung des bereits heutzutage und vermutlich in Zukunft durch funkenerosive Verfahren bearbeiteten Werkstoffspektrums leitet sich die Forderung nach der Entwicklung von Bearbeitungstechnologien für bestimmte Werkstoffe ab. Besonderer Forschungsbedarf wird für Titan- und Nickelbasiswerkstoffe sowie beschichtete Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen gesehen.

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