Erodierbohren Mikrobohrungen bis 2600 mm Tiefe flott und genau erodieren

Redakteur: Bernhard Kuttkat

Wenn in harten Werkstoffen sehr kleine Bohrungen gefertigt werden, kann das Erodierbohren seine Stärken ausspielen. Flott, genau und mit hoher Qualität dringen Elektroden mittlerweile in eine Tiefe bis 2600 mm vor. Software sorgt für einen akkuraten Bohrverlauf.

Anbieter zum Thema

Bild 1: Bohrungen mit Rohrelektroden von 0,08 bis 1,0 mm sind ohne Gratbildung und Eintrittsdeformation möglich. (Bild: Heun)
Bild 1: Bohrungen mit Rohrelektroden von 0,08 bis 1,0 mm sind ohne Gratbildung und Eintrittsdeformation möglich. (Bild: Heun)

Das Erodierbohren wird für das Einbringen kleinster Bohrungen angewandt (Bilder 1 bis 3 – siehe Bildergalerie). Die Mikrobearbeitung von Werkzeugen, Maschinenteilen, chirurgischen Nadeln oder Implantaten ist erst durch das Erodierbohren möglich geworden.

Bohrungen in Einspritzdüsen für Diesel- und Benzinmotoren mit Rohrelektroden von 0,08 bis 1,0 mm Durchmesser sind ohne Gratbildung und Eintrittsdeformation möglich. Kühlbohrungen in Turbinenschaufeln werden ohne schädliche Beeinflussung des Materials und mit extrem steilen Eintauchwinkeln eingebracht. Weitere Anwendungsbereiche sind das Einbringen von Entlüftungsbohrungen und das Bohren von Startlöchern für das Drahterodieren.

Bildergalerie

Erodierbohren mit Rohrelektroden von 0,08 bis 1,0 mm Durchmesser

Auf einer Sondermaschine zum Erodierbohren wurde eine Bohrtiefe von 2600 mm mit Elektrodendurchmesser 3 mm erreicht (Bild 4). Langjährige Erfahrung und Entwicklungsarbeit machen dieses Ergebnis möglich.

Der Anwendungsbereich für solch tiefe Bohrungen sind Kanäle für Temperatur- oder Photosensoren, Hydraulikkanäle zur Steuerung von Werkzeugen sowie Kabelkanäle. Die ursprüngliche Anforderung des Kunden war, eine Sacklochbohrung von 1500 mm Tiefe in ein Werkstück mit einer Länge von 3000 mm zu erodieren. Die Bohrung sollte mit Spezialelektroden mit Durchmessern von 2 bis 6 mm gefertigt werden. Schon das Handling eines so enorm großen Werkstücks erfordert erhebliche technische Vorplanung, aufwendige Konstruktionsarbeit und Anpassungen nach der praktischen Erprobung.

Das Werkstück wird in horizontaler Lage aufgenommen, sicher gespannt, dann vertikal aufgerichtet, mit höchster Präzision und Stabilität parallel zur Bohrachse, exakt wiederholbar.

Physik stellt beim Erodierbohren immer wieder neue Anforderungen

Dann ist in einer Höhe von mehr als 3000 mm vom Boden eine Lageerfassung und Positionierung zwischen Bohrelektrode und Werkstück durchzuführen. Der nächste – jedoch nicht weniger schwierige Schritt – ist das Einbringen der Bohrung mit präzisem Verlauf auf eine vorbestimmte, exakte Bohrtiefe.

Verschiedene Einflussgrößen wie Maschinensteifigkeit und die genaue Ausrichtung der Maschine waren zu berücksichtigen. Durch Zug- und Druckkräfte entstanden Verbiegungen und durch die Antriebe Schwingungen, die beherrscht werden mussten. Selbst wenn bei der Konstruktion der Erodierbohranlage viel Erfahrung eingeflossen ist, stellte die Physik immer wieder neue, unerwartete Anforderungen.

Beim Erodierprozess wird das Material bis zum Schmelzpunkt erhitzt und dann herausgespült. Es entsteht dadurch eine partielle Erwärmung am Werkstück.

Temperaturverläufe beeinflussen Ergebnis beim Erodierbohren stark

Die Temperaturverläufe im Bauteil haben eine enorme Auswirkung auf das Erodierergebnis und waren eine große Herausforderung. Bild 5 zeigt sehr anschaulich, wie sich das Werkstück bei der Bearbeitung verformte. Obwohl es sich um ein massives, großes Werkstück handelt, wurden Verformungen bis zu 0,3 mm erfasst.

Bei der Funkenerosion wird mit einem Erodierspalt von nur 0,02 bis 0,05mm gearbeitet. Es war also eine besondere Herausforderung, die Verbiegung so weit zu reduzieren, dass diese keinen störenden Einfluss mehr auf das Erodierergebnis hatte.

Eine weitere Herausforderung ist es, vor allem mit fortschreitender Bohrtiefe, die Schmutzpartikel aus der Prozesszone möglichst rasch zu entfernen, damit nur gereinigtes, entionisiertes Wasser an der Erodierstelle für optimale Prozesszustände sorgt. Dafür ist eine Wasseraufbereitung, Wasserfiltration und Temperierung erforderlich.

Laterale Kontakte zwischen Werkstück und Erodierelektrode unvermeidlich

Man darf dabei nicht vergessen, dass der Bohrvorgang in vertikaler Richtung stattfindet und die Schwerkraft den Schmutz und das Wasser im Bohrloch hält. Da die Elektrode auf ihrer gesamten Länge elektrisch leitend und aufgrund der enormen Länge auch nicht steif ist und ohne „Schleuderwirkung“ und Vibrationen im Bohrloch steckt, hat sie zwangsläufig lateralen Kontakt zur Bohrungswand.

Diese lateralen Kontakte zwischen Werkstück und Elektrode sind unerwünscht und nachteilig für den Prozess. Es ist die besondere Technik von Heun, dass der Prozess so optimal wie möglich gesteuert wird.

Erodierprozess mit optimalem Vorschub und geringem Verschleiß

Der Vorschub regelt sich adaptiv entsprechend dem Prozess. Vorhandene Störungen im Prozess werden über mehrere Microcontroller überwacht und durch die speziell entwickelte Software automatisch optimiert. Daraus resultiert optimaler Vorschub bei geringem Verschleiß.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Nur durch intensive Versuchsbearbeitungen und Weiterentwicklungen sowie eine exzellente Zusammenarbeit mit dem Kunden konnten die Ergebnisse erzielt werden. Derzeit werden Versuche mit Elektroden von nur 1 mm Durchmesser mit Bohrtiefen bis zu 2900 mm durchgeführt.

Anwendungspotenzial für das Erodierbohren ist noch nicht ausgeschöpft

Grundlage für diese enormen Fortschritte sind der anspruchsvolle Qualitätsstandard der Produkte, die extrem hohen Bearbeitungsleistungen der Maschinen und die exzellente Praxiserfahrung. Dort, wo die mechanische Fertigung bei der Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen an ihre Grenzen stößt, beginnt der Einsatz der Funkenerosion. Immer wieder zeigen Innovationen und Weiterentwicklungen, dass es noch ein großes Potenzial an unerforschten Anwendungsbereichen gibt.

* Rüdiger Heun ist geschäftsführender Gesellschafter der Heun Werkzeugmaschinen & Industriebedarf GmbH in 63796 Kahl

(ID:28197190)