Schwachstellen sind behoben

Selbstregelnde Prozessüberwachung steigert Abtragsleistung und Oberflächenqualität beim Senkerodieren. Die Praxis der letzten Jahre hat gezeigt, dass einerseits die Funkenerosion erfolgreich mit...

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Selbstregelnde Prozessüberwachung steigert Abtragsleistung und Oberflächenqualität beim SenkerodierenDie Praxis der letzten Jahre hat gezeigt, dass einerseits die Funkenerosion erfolgreich mit anderen Bearbeitungsprozessen (beispielsweise HSC-Fräsen) konkurriert, andererseits der Funkenerosionsprozess noch wesentlich zu verbessern ist. Nach wie vor ist die Bearbeitung von Hartmetallen und hoch gehärteten Stählen sowie die Herstellung komplexer konkaver Formen, tiefer Schlitze und scharfer Ecken nur durch die Senkerosion möglich [1]. Die Feinbearbeitung mit Rautiefen Ra < 0,6 bis 0,7 µm substituiert oder reduziert die Polierzeit und verbessert die Genauigkeit der Werkstücke. Heutzutage braucht man zur Herstellung tiefer Schlitze und zum Erreichen feiner Oberflächen mit den gegenwärtigen Erodieranlagen viel Zeit. Meistens wird die Bearbeitung bei einer Rautiefe von Ra = 1,6 bis 2,0 µm beendet.Um den Ablauf des Senkerodierprozesses zu verbessern, setzen einige Hersteller Linearmotoren ein, die die Dynamik und Geschwindigkeit der Elektrodenbewegung verbessern. Der Einsatz von Linearmotoren zeigt bei der Bearbeitung von relativ langen und breiten Schlitzen wegen des Pumpeneffektes der schnellen Abhebbewegung und der damit verbundenen verbesserten Evakuation des Abtrages aus dem Arbeitsspalt hervorragende Ergebnisse [2]. Bei der Bearbeitung größerer Flächen müssen wegen der hohen Saugkräfte die Dynamik und Bewegungsgeschwindigkeit der Elektroden auch mit Linearmotoren reduziert werden. Bei sehr dünnen Rippenelektroden zur Erzeugung enger Schlitze (Breite < 0.8mm) wird der Pumpeneffekt ebenfalls geringer.Feine Oberflächen werden in kurzer Zeit erzieltZur Erzielung feiner Oberflächen in kurzer Zeit werden besondere Zugabemittel zum Dielektrikum eingesetzt. Diese Zugabemittel erfordern jedoch ein spezielles doppeltes System der Dielektrikumversorgung, um immer neues, mit Zusatzmittel versetztes Dielektrikum dem Arbeitspalt zuzuführen.Bei der Entwicklung der Senkerodieranlage Stella Nova 600 wurden die genannten Schwachstellen des Senkerosionsprozesses beim Einsatz konventioneller Antriebe und üblicher Standarddielektrika beseitigt. Die Lösungen [3]:- Entwicklung einer schnellen und ,,intelligenten" Prozesssteuerung, die eine Korrektur des Erodierstromes bei positiver und negativer (Impulszeit unter 1 µs) Polarität enthält.- Eine Generatorentwicklung, bei der die Impulsparameter getrennt für das Schruppen, die Feinbearbeitung und die Bearbeitung tiefer Schlitze optimiert sind. Dabei passt sich die Form des Impulsstromes beim Schruppen und Vorschlichten adaptiv den Bearbeitungsbedingungen im Spalt an.- Die Entwicklung eines Servosystems mit minimalen Verzögerungszeiten und Verfahrgeschwindigkeiten bis 5 m/min.- Optimierung der Generatoreinstellungen beim Übergang vom Schruppen bis hin zur Feinbearbeitung, abhängig vom Elektrodenwerkstoff, der Eingriffsfläche und der Tiefe der Bearbeitung.Wie sich diese Weiterentwicklungen auf die Ergebnisse beim Senkerodieren auswirken, das zeigen die Bilder 1 bis 6. Bild 1 zeigt einen senkerodierten 38,5 mm tiefen Schlitz in Form einer Pfeilspitze. Diese Erodierbearbeitung wurde den Informationen eines bekannten Herstellers von Erodieranlagen entnommen und auf der Senkerodiermaschine Stella Nova 600 in einem geteilten Werkstück durchgeführt. Dabei verringerte sich im Vergleich mit den Fertigungszeiten des Mitbewerbers die Schruppzeit von 137 auf 108 min, die Schlichtzeit von 107,5 auf 53 min und die Rautiefe von 2,2 auf 1,6 µm, bei einem Untermaß je Seite von0,4 mm bei beiden Fällen.Das zweite Beispiel, eine Rundelektrode mit 10 mm Durchmesser, die unter 45° abgeschrägt ist und12 mm tief erodiert wird (Bild 2), basiert ebenfalls auf Informationen eines renommierten Herstellers, der die Einsenkung mit zwei Elektroden fertigte. Für die gleiche Bearbeitung mit einer Elektrode benötigte die weiterentwickelte Senkerodiermaschine statt 41 nur 30 min, bei einem Untermaß je Seite von 0,18 statt 0,3. In beiden Fällen betrug die Rautiefe 1,6 µm.Adaptiver Impulsstrom verbessert ErodierergebnisBild 3 zeigt Schlitze, die mit verschieden breiten Rippenelektroden erzeugt wurden. Alle drei Rippen waren 1° konisch und 2 mm dick an der Unterkante. Die Tiefe betrug jeweils 40 mm, die Gesamtzeit 150 min. Die gemessene Rautiefe Ra lag zwischen 1,4 und 1,6 µm und der Längenverschleiß jeweils zwischen 80 bis 130 µm.Bild 4 zeigt ein Beispiel des Übergangs von einer geschruppten zu einer sehr feinen Oberfläche mit einer 20-cm2-Kupferelektrode. Dieser Test zeigt, wie lange man braucht, um die gewünschte Rauhigkeit der Bearbeitungsfläche zu erhalten. Gleichzeitig zeigt das Ergebnis die Qualität der Technologie, des Generators, der Prozesssteuerung und auch der mechanischen Konstruktion der Senkerodieranlage: So betrug die Schlichtzeit 75 min, das Untermaß je Seite 0,34 mm, die Schrupp-Rautiefe 11 µm, die Schlicht-Rautiefe 0,55 bis 0,65 µm und der lineare Verschleiß 15 µm. Ein weiteres Ergebnis desselben Versuchs mit einer Elektrode aus feinem Poco-EDM3-Graphit: Hier betrug beim Erodieren die Schlichtzeit 70 min, das Untermaß je Seite 0,5 mm, die Schrupp-Rautiefe 10 µm, die Schlicht-Rautiefe 0,6 bis 0,7 µm und der lineare Verschleiß 40 µm. Kurze Erodierzeiten beim Fertigen von SchlitzenIm Bild 5 ist das Ergebnis eines Kundentests dargestellt. Gefordert war eine Endrautiefe von 0,3 µm in kürzester Zeit. Es kam nur eine Elektrode für die Bearbeitung ins Volle zum Einsatz. Die Ergebnisse: Gesamtzeit 70 min, Fläche 2 cm2, Untermaß je Seite 0,18 mm, Schrupp-Rautiefe 3,5 µm, Schlicht-Rautiefe 3,0 µm und ein linearer Verschleiß von 30 µm.Derzeit wird eine Entwicklung vorangetrieben, die die Bearbeitung von tiefen Schlitzen beschleunigt. Zwar wird diese Entwicklung voraussichtlich erst im nächsten Jahr beendet, einige Resultate können jedoch schon genannt werden. Bild 6 zeigt die Abhängigkeit der Erodiertiefe von der Zeit bei einem Schlitz von 70 mm Tiefe. Der Schlitz wird mit einer 38 mm breiten Graphitrippenelektrode erzeugt. Die Rippe ist knapp 1 mm dick und hat 1° Konizität. Die mittels Linearmotor erreichte Gesamtzeit von 130 min ist in Kurve b dargestellt. Die Kurve c zeigt die Ergebnisse mit üblicher Antriebstechnik (direkt angetriebene Kugelrollspindel) und der genannten Weiterentwicklungen. Die Kurve a in Bild 6 gibt eine Projektion und Vorausberechnung der Ergebnisse beim Einsatz von Linearmotoren und den Weiterentwicklungen wieder.Prozesskontrolle optimiert das ErodierenAlle Resultate wurden auf der Senkerosionsanlage Stella Nova 600 erreicht. Auch bei ,,normalen" Erodieraufgaben ergeben sich aufgrund dieser Weiterentwicklungen wirtschaftliche Vorteile. Dies um so mehr, als die Prozesskontrolle nicht je Generatoreinstellung optimiert und mit steuerungsinternen, zusätzlichen Parametern eingestellt werden muss. Durch die selbsteinstellende Prozesskontrolle werden alle Bearbeitungsaufgaben optimal durchgeführt. Es wird nicht passieren, dass die Senkerodieranlage in einem Fall sehr gute Ergebnisse liefert und in einem anderen Fall extrem schlecht arbeitet.Zusammen mit der modernen CNC auf PC-Basis bietet die Erodiertechnik die Gewähr, nahezu jedes Erodierproblem zu lösen. Alle Erodierzyklen, vom einfachen Senken bis zum konischen Erodieren, lassen sich entlang einer durch zwei Winkel wählbaren Raumachse durchführen. Die Echtzeit-Offsetkorrektur ließe es sogar zu, mit einer außermittig gespannten Gewindeelektrode in der C/Z-Ebene zu erodieren. Durch regelmäßige Anpassung der PC-Hardware hält die Steuerung ohne große Kosten mit der Entwicklung der Computerindustrie Schritt.Literatur[1]Kreim, K., A. Zimmer, und B. Schumacher: EDM Preferenc in Comparison with HSC. Proceedings of ISEM XIII, Bilbao, 2001, pp 541-553.[2]N.N.: Senkerodiermaschine mit Linearbetrieb. Mörfelden-Walldorf: Sodick Europe GmbH.[3]Otto, M., M. Dobovsek, und M. Paradizova: Optimum of Development Trends in EDM of deep slots and similar forms. Proceedings of ISEM XIII, Bilbao, 2001, pp 611-614.