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Formen- und Werkzeugbau Neues Elektrodenkonzept verbessert Senkerodieren

| Autor/ Redakteur: Prof. Eckart Uhlmann, Cora-Sophia Wolf M. Sc, Dipl.-Ing. Jan Streckenbach, Julian Börnstein M. Sc. und Dr.-Ing. Mitchel Polte / Peter Königsreuther

Der Werkzeug- und Formenbau ist ein Schlüsselfaktor der industriellen Fertigung. Außer spanenden Prozessen, nutzt man dabei auch die Funkenerosion, deren Elektroden sehr aufwendig zu fertigen sind. Forscher erarbeiten nun eine einfachere Methode dafür.

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Ein am IWF entwickeltes, neuartiges Elektrodenkonzept, setzt auf segmentierte Einzelelektroden (oberer Bildrand). Damit können auch runde Strukturen angefertigt werden, wie man hier erkennt.
Ein am IWF entwickeltes, neuartiges Elektrodenkonzept, setzt auf segmentierte Einzelelektroden (oberer Bildrand). Damit können auch runde Strukturen angefertigt werden, wie man hier erkennt.
(Bild: IWF)

Hierzulande ist der Werkzeug- und Formenbau einer der wichtigsten Industriezweige, weil er die Produktionsmittel für viele weitere Industrien herstellt [3] und [8]. Um international wettbewerbsfähig zu bleiben, streben deutsche Werkzeugbauunternehmen danach, die manufakturähnliche Individualfertigung zu überwinden und industrielle Effizienz sowie Exzellenz zu erreichen. Erfolgreiche Werkzeugbauer bemühen sich deshalb um innovative Werkzeugkonzepte [1] und [5].

Das funkenerosive Senken kommt als Kerntechnologie nach dem Fräsen am häufigsten zum Einsatz [5], [6], [9] und [10]. Die verwendeten Werkzeugelektroden weisen zum Teil sehr komplexe Geometrien auf, die zeit- und kostenaufwendig mittels spanender Bearbeitung hergestellt werden müssen.

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Teure Elektrodenherstellung

Auch wenn mehrere Geometrien auf einer Elektrode zusammengefasst werden können, ist mitunter eine Anzahl von 100 ≤ n ≤ 1000 geometriespezifischen Senkelektroden nötig, die hergestellt und nacheinander funkenerosiv eingesenkt werden, um die Endkontur einer Spritzgussform zu erhalten. Daraus ergibt sich der Nachteil, dass die Herstellung und der Wechsel der Senkelektroden oft einen wesentlich größeren zeitlichen Anteil an der Gesamtfertigung aufweisen als der eigentliche Senkerosionsprozess [5]. Um die Elektrodenfertigungszeit tF und die Maschinenrüstzeit tR zu verringern sowie die Möglichkeit zur Innenspülung beim funkenerosiven Senken zu realisieren, gibt es Forschungsansätze, Rohrelektroden als Werkzeugelektroden-Einzelsegmente zu bündeln. Die Formgebung der Außengeometrie erfolgt dabei ohne Zerspanungsprozesse. Die Einstellung des Gesamtprofils geschah bisher entweder außerhalb des Maschinensystems oder durch den Einsatz von zusätzlich gefertigten Formwerkzeugen. Dass sich gebündelte Werkzeugelektroden für das funkenerosive Senken eignen, konnte anhand von Vergleichen mit gefrästen Senkelektroden erfolgreich dargestellt werden [7], [4] und [2].

Auf Basis bestehender Bedarfe für ein Werkzeugkonzept, das eine hochflexible Formgebung, den Einsatz hochharter Werkzeugelektroden-Werkstoffe sowie eine gezielte Spülung des frontalen Arbeitsspalts sF zulässt, ist ein innovatives Werkzeugkonzept für die Schruppbearbeitung beim funkenerosiven Senken abgeleitet worden. Dieses beruht auf der Bündelung von teilweise gefasten Vierkantstäben als Werkzeugelektroden-Einzelsegmente. Über eine Aktuierung eines jeden Einzelsegments kann eine komplexe 3D-Formelektrode für das funkenerosive Senken eingestellt werden. Diese aktuierte sowie variable Werkzeugelektrode ermöglicht das funkenerosive Senken unterschiedlicher komplexer Geometrien mit ein und derselben Werkzeugelektrode, sodass auf den Einsatz von spanenden Verfahren zur Formgebung verzichtet werden kann (Bild 2).

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