Neues Elektrodenkonzept verbessert Senkerodieren

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Automatisierung durch Aktuierung

Die schnelle aktorbasierte Einstellung der Formelektrode, etwa auf Basis von CAD-Daten, ermöglicht zudem die Integration in automatisierte Prozessketten. Durch geometrisch einfache Werkzeugelektroden-Einzelsegmenten ergibt sich auch das Potenzial schwer zerspanbare Werkstoffe, wie etwa Hartmetall, als Werkzeugelektroden-Werkstoff zu verwenden. Gezielt eingebrachte Fasen (Bild 3c) ermöglichen auch eine Innenspülung beim funkenerosiven Senken. Das steigert Abbildungsgenauigkeit sowie Prozessstabilität und senkt die Bearbeitungszeit t_ero.

Um das Einsatzpotenzial des innovativen Werkzeugelektroden-Konzeptes zu evaluieren, wurden Vorversuche mit einer variablen Werkzeugelektrode ohne Aktuierung durchgeführt. Es wurde eine Werkzeugelektroden-Aufnahme für 25 quadratische Werkzeugelektroden-Einzelsegmente aus Elektrolytkupfer mit einer Kantenlänge von je l = 5 mm entwickelt (Bild 3a). Die Gesamtwerkzeugelektroden-Fläche beträgt demnach A_E = 25 mm × 25 mm.

Innenspülung erhöht die Abtragrate

Die Untersuchungen wurden auf dem Maschinensystem „Genius 1000 The Cube“ von Zimmer & Kreim aus Brensbach durchgeführt. Im Zuge dessen wurde ein Pyramidenprofil in drei Einzelstufen mit einer jeweiligen Einsenktiefe von t_Senk = 2 mm mit den Werkzeugelektrodenflächen A_E1 = 25 mm × 25 mm für die 1. Kavität, A_E2 = 15 mm × 15 mm für die 2. Kavität beziehungsweise A_E3 = 5 mm × 5 mm für die dritte Kavität angefertigt (Bild 3b und Bild 4a). Unter Anwendung der Prozessparameter der VDI-Stufe 44 ([11]) zur Erreichung eines arithmetischen Mittenrauwerts R_a ≈ 18 μm wurde das Profil in ein Werkstück aus Edelstahl des Typs 1.4301 funkenerosiv eingesenkt.

Zur statistischen Absicherung erfolgte jeder Versuch in dreifacher Ausführung. Für Untersuchungen der variablen Werkzeugelektrode mit Innenspülung wurde an ausgewählten Werkzeugelektroden-Ecksegmenten außerdem eine Fase angebracht und ein Spülanschluss integriert (Bild 3c). Über die Fasen, die als Spülkanäle dienten, wurde das Dielektrikum gezielt zur Wirkstelle geleitet.

In Bild 4 ist ein Vergleich der Ergebnisse für den Einsatz der Werkzeugelektroden-Aufnahme mit drei einzelnen Senkelektroden aus Vollmaterial (V), ungefasten Werkzeugelektroden-Einzelsegmenten ohne Innenspülung (E) sowie gefasten Werkzeugelektroden-Einzelsegmenten mit Innenspülung (EF) dargestellt.

Es ist dabei zu erkennen, dass unter Verwendung von ungefasten Werkzeugelektroden-Einzelsegmenten ohne eine Innenspülung die gleiche Abtragrate V˙_W,i für alle drei Kavitäten realisiert werden konnte, wie bei den Senkelektroden aus Vollmaterial. Unter Einsatz von gefasten Werkzeugelektroden-Einzelsegmenten mit Innenspülung ist die Gesamtabtragrate V˙_W,ges. um 13 % geringer als bei den Senkelektroden aus Vollmaterial.

Die verringerte Abtragrate der ersten Kavität V˙_W,1 lässt sich durch die Anwendung der Innenspülung bei flacher Einsenktiefe t_Senk erklären. Der Prozess wurde offensichtlich durch die Spülung gestört. Prozessverbessernde Effekte konnten erst bei der tieferliegenden dritten Kavität beobachtet werden. Hier kann die Erhöhung der Abtragrate V˙_W,3 durch die gezielte Spülung der Wirkstelle erklärt werden (siehe Bild 4b). Die lateralen Arbeitsspalte s_L fielen bei den gefasten Werkzeugelektroden-Einzelsegmenten mit Innenspülung für alle drei Kavitäten im Vergleich am geringsten aus. Allerdings war die Streuung σ größer als beim Einsatz der Senkelektroden aus Vollmaterial (siehe Bild 4c).

Das Auflösungsvermögen kann durch eine Verkleinerung der Werkzeugelektroden-Einzelsegmente gesteigert werden, sodass selbst die Abbildung komplexer Geometrien möglich ist. Rotationssymmetrische Kavitäten können durch eine rotierende Bewegung der Z-Achse hergestellt werden (Bild 1).

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