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DIE DRAHTEROSIONSMASCHINE

MENÜ

1. Einführung

Es handelt sich um eine Maschine zum Ausschneiden des Profils (Kontur) von Bauteilen. Das Prinzip einer Elektroerosionsmaschine besteht darin, das Material durch die Erzeugung von Funkenreihen zu bearbeiten.

Abbildung 1

Elektroerosionsmaschine

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2. Geschichte

Die Erfindung der Methode zur Bearbeitung von Metallen durch elektrischen Funken (Elektroerosion) wurde 1943 von dem sowjetischen Wissenschaftlerpaar Natalya und Boris Lazarenko vorgestellt. Die Technologie fand rasch ihre industriellen Anwendungen, und die Schweiz produziert und exportiert ihre Maschinen seit 1952. Das Aufkommen der Informatik und der numerischen Steuerungen in den achtziger Jahren verlieh dieser Technologie einen stets bemerkenswerten Aufschwung.

3. Beschreibung der Maschine

Die Maschine besteht aus einem großen Becken, in dem sämtliche Bearbeitungsvorgänge stattfinden. Dieses Becken verfügt über eine vordere Tür, die das Beladen mit Werkstoff und das Einstellen der Maschine ermöglicht. Am Boden des Beckens befindet sich ein Tisch, an dem die Werkstoffschalen (Rohmaterialplatten) befestigt werden. Der Tisch ist motorisiert und kann sich längs und quer bewegen (Achsen X und Y), manchmal auch entlang von Rotationsachsen (A und B). Eine zuvor angebrachte Bohrung durchdringt den Rohstoff außerhalb der Kontur des zu schneidenden Bauteils. Die Schale wird positioniert und fest am Maschinentisch befestigt. Je nach Beschaffenheit des Werkstoffs, der Dicke der Schalen und der Komplexität des Bauteilprofils können mehrere Schalen auf dem Maschinentisch gestapelt werden, sodass in einem einzigen Arbeitsgang so viele Bauteile geschnitten werden können, wie Schalen gestapelt sind. Senkrecht über dem Becken verfügt die Maschine über zwei große Drahtspulen, ähnlich dem Magnetband eines Tonbandgeräts. Die eine enthält den neuen Draht, die andere nimmt den gebrauchten Draht auf. Der Draht besteht aus Messing oder aus Kupfer laminiert, und ihr Durchmesser kann je nach Leistungsfähigkeit der Maschine und der zu schneidenden Komponente zwischen 0,02 und 0,3 mm variieren. Ein Rollensystem ermöglicht es, den Draht zu führen und eine ideale Spannung aufrechtzuerhalten. Beim Austritt aus der Maschine wird der Draht vom Bediener vertikal durch das zuvor in die Wanne gebohrte Loch geführt. Anschließend wird er nach außen aus dem Becken geleitet und steigt vertikal wieder auf, um zur Aufwickelspule zu gelangen. Sobald die Kontur der Komponente im Computersystem der Maschine erfasst ist, kann der Bediener die vordere Tür schließen. Bevor die Maschine mit der Bearbeitung der Komponente beginnt, besteht der erste Schritt darin, das Becken mit einer dielektrischen Lösung (Wasser oder Mineralöl) zu füllen. Ein Dielektrikum besitzt die Eigenschaft, elektrischen Strom nur schwach zu leiten, lässt aber elektrostatische Kräfte frei wirken.

4. Funktionsprinzip

Die Wanne ist eingetaucht und wird vom Draht durchlaufen, der die Elektrode des Systems bildet. Während der Bearbeitung läuft der Draht kontinuierlich von einer Spule zur anderen ab. Die Maschine sendet kurze Stromimpulse an den Draht. Durch präzise Regelung der Stromstärke entsteht bei jedem Impuls ein Funke, der einen Lichtbogen zwischen dem Draht und dem Werkstück (der Innenwand des in der Wanne ausgeführten Lochs) verursacht. Die durch die aufeinanderfolgenden Funken erzeugte Temperatur kann 8.000 bis 12.000 °C erreichen. Bei jedem Impuls wandelt sich der Werkstoff lokal in Plasma um, das durch das Dielektrikum ausgestoßen wird und so einen Krater hinterlässt. Die Abfolge von Kratern erzeugt den Schnitt des Bauteils. Im Verlauf des Prozesses bewegen sich der Maschinentisch und die Wanne gleichzeitig auf den Achsen Y und Z, um die Kontur des Bauteils originalgetreu und präzise nachzuzeichnen (die Position des Drahts ist fest). Manche Maschinen ermöglichen es, den Tisch zu neigen, wodurch geneigte Ebenen geschnitten werden können.

5. Vorteile und Nachteile

Das Schneiden durch Drahtelektroerosion bietet zahlreiche Vorteile gegenüber traditionellen Bearbeitungstechnologien. Der sehr geringe Durchmesser des Drahtes ist bis zu zehnmal kleiner als der der kleinsten Fräser. Dadurch kann der Draht wesentlich komplexere Konturen mit höherer Präzision schneiden. Zudem gibt es niemals einen Kontakt und somit keine mechanische Belastung zwischen dem Werkzeug (dem Draht) und dem Bauteil. Dies ermöglicht es beispielsweise, lange und dünne Bauteile wie Federn herzustellen, ohne Gefahr zu laufen, sie zu brechen, wie es bei einer Fräsmaschine oder einem Bearbeitungszentrum der Fall wäre. Durch das Stapeln der Schalen kann die Anzahl der in einem einzigen Zyklus hergestellten Bauteile erhöht werden. Diese Anzahl ist jedoch begrenzt, und der Vorschub der Maschine ist nicht sehr hoch (0,2 bis 10 mm/min). Aus diesem Grund bevorzugt man, wenn es technisch möglich ist, das Stanzen gegenüber der Elektroerosion, sobald es darum geht, Bauteile in großen Serien herzustellen. Schließlich kommen für diese Technologie logischerweise nur elektrisch leitfähige Werkstoffe infrage.

6. Beispiele für durch Elektroerosion hergestellte Bauteile

Sobald der Werkstoff leitfähig ist, ist die Liste der Anwendungen nahezu unendlich. Vom Mittelteil des Gehäuses des Uhrgehäuses bis hin zur kleinsten und feinsten Feder eines Uhrwerks, rechtfertigen die Vorteile dieser Technologie oft die Wahl der Elektroerosion. Die Elektroerosion wird außerdem in großem Umfang zur Herstellung von Matrizen und Stempeln für Stanzwerkzeuge eingesetzt. Diese Technologie hat es ermöglicht, die Herstellungskosten von Stanzwerkzeugen, die bis dahin vollständig mechanisch aus dem Vollen gearbeitet wurden, erheblich zu senken. Schließlich wird sie besonders für die Herstellung kleiner, feiner Bauteile mit komplexen Profilen sowie für Kleinserien und Prototypenbau geschätzt, da sie keine speziellen Werkzeuge erfordert, wie es beispielsweise beim Fräsen oder Stanzen der Fall ist.