Die Funkenerosion (EDM) ist ein präzises, unkonventionelles Bearbeitungsverfahren. Sie findet breite Anwendung in der Fertigung von Maschinenteilen und bietet gegenüber konventionellen Zerspanungsverfahren einzigartige Vorteile bei der Bearbeitung bestimmter Teile. Unter bestimmten Bedingungen lassen sich mit EDM Teile mit hoher Oberflächengüte erzielen. Zudem erfüllt sie die Anforderungen von Konstruktionszeichnungen und erreicht eine gewisse Bearbeitungsgenauigkeit. Daher gewinnt EDM in verschiedenen Branchen zunehmend an Bedeutung. Im Folgenden werden zunächst die Oberflächengüte nach der Funkenerosion und die Einflussfaktoren erläutert. Anschließend werden die Methoden zur Messung der Oberflächengüte vorgestellt. Abschließend werden Möglichkeiten zur Verbesserung der Oberflächengüte nach der Funkenerosion sowie die Anwendungsbereiche der Funkenerosion diskutiert.
Was ist EDM-Oberflächenveredelung?
Die Oberflächengüte beim Funkenerosionsschneiden (EDM) beschreibt die messbare Rauheit, die durch Funkenerosion auf einem leitfähigen Werkstück entsteht. Sie wird typischerweise anhand von Rauheitsparametern wie Ra und Rz sowie Messnormen und -einstellungen (z. B. Abschneidegrenze und Auswertungslänge) definiert.
- RaDie arithmetische mittlere Rauheit, gemessen in Mikrometern (μm), ist der am häufigsten verwendete Parameter bei Drucken.
- Rz: Stellt das Verhalten von Höchst- zu Tiefstständen über definierte Abtastlängen dar und reagiert empfindlicher auf isolierte Tiefpunkte oder Spitzen.
Eine “gute” EDM-Oberflächenbeschaffenheit beschränkt sich nicht nur auf das Aussehen. Sie muss auch funktionelle Anforderungen wie Dichtheit, Gleitfähigkeit, Dauerfestigkeit und Beschichtungsleistung erfüllen.
Wie EDM Oberflächentextur erzeugt
Die Funkenerosion (EDM) erzeugt eine Oberflächenstruktur durch wiederholte Entladungen, die kleinste Materialmengen schmelzen und verdampfen und so überlappende Mikrokrater hinterlassen. Im Gegensatz zum Fräsen oder Schleifen erzeugt die Funkenerosion keine gerichtete Oberflächenstruktur, da keine Schneide über die Oberfläche bewegt wird.
Nach jedem Ausstoß erstarrt ein Teil des geschmolzenen Materials an der Oberfläche und bildet eine umgeschmolzene (weiße) Schicht. Diese Schicht lässt die Oberfläche zusammen mit der Kratergeometrie gleichmäßig erscheinen, obwohl sie sich unter einem Profilometer dennoch als “rau” erweist.
Bei zu hohen Energieniveaus oder instabiler Spülung können Entladungen in Form von Lichtbögen übergehen. Dies führt häufig zu unregelmäßigen Vertiefungen, einer “Orangenschalen”-artigen Oberfläche und ungleichmäßiger Rauheit in den einzelnen Bereichen.
Wichtige Parameter zur Steuerung der Oberflächengüte beim EDM-Verfahren
Die Qualität der Oberflächengüte beim EDM-Verfahren hängt von der Energie jedes einzelnen Funkens und der Stabilität des Funkenspalts ab. Geringere Entladungsenergie und höhere Prozessstabilität verbessern im Allgemeinen die Oberflächenrauheit, selbst bei sinkender Schnittgeschwindigkeit. Im Folgenden sind die wichtigsten Parameter aufgeführt, die Ra und Rz beeinflussen:
- Spitzenstrom (Ip):Der Spitzenstrom bestimmt die Entladungsenergie und die Kratergröße. Ein höherer Spitzenstrom erhöht die Abtragsrate, führt aber zu einer raueren Oberfläche. Ein niedrigerer Spitzenstrom ist besser für die Endbearbeitung geeignet, da er die Kratertiefe verringert, jedoch den Schnitt verlangsamt und eine gründlichere Spülung erfordert.
- Impulsdauer (Tonnen) Die Impulsdauer steuert, wie lange während jeder Entladung Energie zugeführt wird. Eine längere Impulsdauer erhöht die Kratergröße und die Oberflächenrauheit, insbesondere bei hohem Strom. Eine kürzere Impulsdauer ermöglicht eine feinere Oberflächenbearbeitung, indem sie das Schmelzvolumen begrenzt und thermische Schäden reduziert.
- Impulsabschaltzeit (Toff) Die Impulspause ermöglicht die Deionisierung und den Abtransport von Ablagerungen. Ist die Impulspause zu kurz, bleibt die Ionisierung bestehen, was zu Instabilität und höherer Rauheit führt. Eine längere Impulspause verbessert die Stabilität und Oberflächenkonsistenz, verringert aber die Produktivität.
- Spalt-/Servosteuerung: Die Spaltkontrolle gewährleistet eine stabile Funkenbildung anstelle von Lichtbögen oder Kurzschlüssen. Ein stabiles Servoverhalten erzeugt gleichmäßige Krater und verbessert die Wiederholgenauigkeit (Ra). Eine ungenaue Spaltkontrolle führt häufig zu Brandspuren, Poren oder Streifenbildung, was den Rz-Wert erhöht.
- Spülung und dielektrischer Zustand: Durch Spülen werden Ablagerungen entfernt und die Schnittzone gekühlt, während dielektrische Flüssigkeit die Ionisation steuert. Unzureichendes Spülen führt zu erneuter Ablagerung, Sekundärentladungen und Lochfraß. Ein gleichmäßiges Spülen ist oft der schnellste Weg, die Oberflächengüte zu verbessern.
- Anzahl der Durchgänge (Grob + Feinschliff) Mehrere Durchgänge sind die effektivste Methode, die Oberflächengüte zu verbessern, ohne die Stabilität zu beeinträchtigen. Ein Grobschliff entfernt grobes Material, während Schlichtgänge mit geringerem Energieaufwand die Oberfläche verfeinern. Mehr Schlichtgänge reduzieren den Ra-Wert, der Nutzen nimmt jedoch ab einem bestimmten Punkt ab.
| Strategie | Was ändert sich? | Typisches Endergebnis |
|---|---|---|
| Nur grob zugeschnitten | Höhere Energie, schnellere Entfernung | Höherer Ra-Wert, größere Texturvariation |
| Grob + 1–2 Feinschnitte | Raffination mit geringerem Energieaufwand | Niedrigerer Ra-Wert, gleichmäßigere Oberfläche |
| Grob + 3+ Feinschnitte | Sehr niedrige Energie, stabile Lücke | Beste Wiederholgenauigkeit, kleinere inkrementelle Verbesserungen |
Wie misst und spezifiziert man die Oberflächengüte beim EDM-Verfahren?
Um die Oberflächengüte nach dem EDM-Verfahren korrekt zu spezifizieren, müssen die Ra- und Rz-Werte mit den Normen und Messeinstellungen abgeglichen werden. Sind die Abschneide- und Auswertungslängen nicht einheitlich, können für dieselbe Oberfläche unterschiedliche Messwerte ermittelt werden.
Gängige Normen sind beispielsweise ISO 4287, ASME B46.1 und JIS B0601. Wählen Sie eine davon aus, tragen Sie sie in die Zeichnung oder den Prüfplan ein und achten Sie auf deren Konsistenz bei der Wareneingangs-, Fertigungs- und Endprüfung.
- Tastschnitt-Profilometer: Ein Tastschnittgerät tastet die Oberfläche ab und wandelt die vertikale Bewegung in Rauheitswerte um. Es arbeitet schnell und eignet sich gut für die meisten EDM-Metalle. Notieren Sie die Abschaltlänge, die Auswertungslänge und die Filtereinstellungen. Vermeiden Sie berührungslose Messungen auf weichen Oberflächen oder empfindlichen Bauteilen, wenn Beschädigungen befürchtet werden.
- Optik / Interferometrie: Optische Verfahren messen die Oberflächenstruktur berührungslos. Sie eignen sich besonders für sehr feine Oberflächenstrukturen oder wenn die Oberfläche nicht berührt werden darf. Sie erfassen in der Regel einen kleineren Bereich und reagieren empfindlich auf Vibrationen und Reflexionen. Verwenden Sie sie, wenn der Zugang mit einem Taststift eingeschränkt ist oder ein berührungsloses Messverfahren erforderlich ist.
- Vergleichsexemplare: Vergleichsmuster ermöglichen eine schnelle visuelle und taktile Prüfung. Sie eignen sich für unkritische Teile oder informelle Prozessprüfungen. Da sie subjektiv sind, sollten sie nicht als Abnahmekriterium für enge Oberflächenanforderungen dienen.
- Grundlagen der Berichterstattung: EDM-Oberflächen weisen oft nur geringe Richtungsabweichungen auf, jedoch können Geometrie und Spülung dennoch lokale Muster erzeugen. Dokumentieren Sie den Messpunkt und den verwendeten Messpfad. Falls Poren oder Brandspuren auftreten können, geben Sie sowohl Ra als auch Rz an. Ra allein kann einzelne Defekte verdecken, die für die Dichtigkeit oder den Verschleiß relevant sind.
Praktische Wege zur Verbesserung der Oberflächengüte beim EDM-Verfahren
Die Verbesserung der Oberflächengüte beim EDM-Verfahren umfasst die Reduzierung der Entladungsenergie, die Stabilisierung des Spalts und den Einsatz von Nachbearbeitungsgängen zur Verringerung von Schmelzstellen und Spitzenhöhen. Hier sind die Strategien Schritt für Schritt:
- Verwenden Sie Magerschnitte: Durch das Schlichten wird die durch das Schruppen entstandene Oberfläche nachbearbeitet, wodurch die Dicke der Umwandlungsschicht reduziert und ein gleichmäßigerer Ra-Wert erzielt wird. Schlichtdurchgänge sollten für Dichtungs- oder Gleitflächen hinzugefügt werden, jedoch erst dann, wenn die Messungen einen abnehmenden Nutzen zeigen.
- Geringere Entladungsenergie: Um die Kratergröße zu verringern, reduzieren Sie Ip, verkürzen Sie Ton und stabilisieren Sie Toff. Nehmen Sie jeweils nur eine Änderung vor und überprüfen Sie die Verbesserungen durch Messungen. Vermeiden Sie extrem niedrige Energien, falls diese die Spaltbildung destabilisieren.
- Spülung stabilisieren: Verbessern Sie die Düsenposition, den Durchfluss und die Abfuhr von Ablagerungen. Viele Rauheitsprobleme wie Poren oder Brandspuren entstehen durch unzureichende Spülung. Die Behebung dieses Problems stabilisiert oft den Ra-Wert und senkt den Rz-Wert.
- Zustand des Steuerdrahts/der Elektrode: Abgenutzter Draht, unzureichende Spannung oder ungleichmäßiger Vorschub können Vibrationen und Funkeninstabilität verursachen und somit zu ungleichmäßigen Oberflächen führen. Beim Senkerodieren ist ein gleichmäßiger Elektrodenverschleiß und eine hohe Elektrodenqualität wichtig.
- Optionen nach der Fertigstellung: Wenn die Ra-Zielwerte durch EDM allein nicht erreicht werden können, sollten Sekundärprozesse wie Polieren oder Schleifen eingesetzt werden. Bei ermüdungs- oder dichtungskritischen Anwendungen müssen Umschmelzverfahren und Mikrorisse sorgfältig behandelt werden.
Typische Zielwerte je nach Anwendung
“Ausreichend glatt” bedeutet eine Oberfläche, die die Funktion erfüllt, ohne unnötigen Zeit- und Kostenaufwand. Die Zielrauheit sollte anhand der Anwendungsanforderungen und nicht allein nach dem Aussehen festgelegt werden.
Formhohlräume
Formoberflächen erfordern oft eine kontrollierte Texturübertragung und ein zuverlässiges Entformen. Zu raue Oberflächen können Druckfehler verursachen; zu glatte Oberflächen können bei manchen Materialien das Anhaften von Material erschweren.
Die Kombination aus EDM-Bearbeitung und kontrolliertem Polieren ist üblich, wenn die Oberflächenbeschaffenheit des Formhohlraums direkten Einfluss auf das Erscheinungsbild des Bauteils und dessen Entformbarkeit hat.
Dichtungs- / Gleitflächen
Dicht- und Gleitflächen reagieren empfindlich auf Spitzen und Defekte. Der Z-Wert kann ebenso wichtig sein wie der Ra-Wert, wenn Leckagen oder Verschleiß durch einzelne Vertiefungen oder Spitzen verursacht werden.
Feinabstufungen in Kombination mit einer stabilen Spülung sind in der Regel die kostengünstigsten Maßnahmen zur Oberflächenverbesserung. Überprüfen Sie dies nach Möglichkeit durch Funktionstests.
Luft- und Raumfahrt / Medizin
Bei diesen Anwendungen wird häufig Wert auf die Wiederholbarkeit und Kontrolle thermisch beeinflusster Schichten gelegt. Lokale Defekte können zu Rissauslösern oder Verschleißbeschleunigern werden.
Verwenden Sie stabile Einstellungen für die Oberflächenbearbeitung, kontrollieren Sie die Messmethode und fixieren Sie das Prozessfenster, damit die Oberflächenqualität von Charge zu Charge gleich bleibt.
Abschluss
Die Erzielung einer optimalen Oberflächengüte beim EDM-Verfahren ist von großer Bedeutung. Durch die Optimierung der EDM-Parameter und der Nachbearbeitungstechniken lässt sich die Oberflächengüte der Bauteile verbessern. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie…, Drahterodiermaschinen-Werkstätten spielen eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung von Präzisionsbearbeitungslösungen und tragen dazu bei, dass die Drahterosion in verschiedenen Branchen immer häufiger eingesetzt wird. Sollten Sie noch Fragen zur Drahterosionstechnologie haben, kontaktieren Sie uns gerne. Auch wenn Sie Projekte oder Anforderungen im Bereich der Drahterosion haben, sprechen Sie uns bitte an. Wir bieten Ihnen erstklassige Dienstleistungen im Bereich der Drahterosion. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage!
Häufig gestellte Fragen
Kann EDM eine spiegelähnliche Oberfläche erzeugen?
Ja, aber es erfordert in der Regel eine energiearme Nachbearbeitung und mehrere Glättvorgänge. Stabile Funkenbildung, sauberes Dielektrikum und gute Spülung sind die Grundlage.
Warum sieht Ra zwar in Ordnung aus, aber das Teil ist trotzdem undicht oder verschleißt schnell?
Ra ist ein Durchschnittswert und kann einzelne Defekte übersehen. Überprüfen Sie Rz und achten Sie auf Poren, Brandspuren und Lichtbogenschäden.
Welche Änderung in der Fertigung führt am schnellsten zu einer Verbesserung der Oberflächengüte beim EDM-Verfahren?
Zuerst sollten Sie die Oberflächenreinigung durchführen und die Spülung korrigieren. Diese beiden Maßnahmen verbessern oft sowohl die Ra-Stabilität als auch die Fehlerrate schnell.
Beeinflusst der dielektrische Zustand die Oberflächengüte bei der Funkenerosion?
Ja. Verunreinigtes oder instabiles Dielektrikum erhöht die Wahrscheinlichkeit unregelmäßiger Entladungen und die Wahrscheinlichkeit von Lochfraß und rauen Stellen.
Wie kann ich Brandflecken und unregelmäßige Poren reduzieren?
Verbessern Sie die Abfuhr von Ablagerungen und stabilisieren Sie den Funkenspalt (Servoverhalten und ausreichende Abschaltzeit), um die Entladungsenergie zu reduzieren. Brandspuren entstehen häufig durch Lichtbögen, die durch eingeschlossene Ablagerungen oder instabile Funkenspaltbedingungen ausgelöst werden.
