Erreichen einer optimalen Oberflächengüte bei der elektroerosiven Bearbeitung: Techniken und Anwendungen

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Funkenerosion ist eine nicht-traditionelle Präzisionsbearbeitungstechnik. Sie wird häufig zur Herstellung mechanischer Teile eingesetzt. Sie bietet einzigartige Vorteile gegenüber konventionelle Schneidverfahren zur Bearbeitung bestimmter Teile. Unter bestimmten besonderen Bedingungen können Teile mit guter Oberflächengüte durch die Bearbeitung mittels EDM erhalten werden. Es erfüllt auch die Anforderungen von Konstruktionszeichnungen gut und erreicht eine gewisse Bearbeitungsgenauigkeit. Daher wird EDM immer häufiger in verschiedene BranchenIm nächsten Teil dieses Dokuments wird zunächst erläutert, was EDM-Oberflächengüte ist und welche Faktoren sie beeinflussen. Anschließend werden die Methoden zur Messung der Oberflächengüte vorgestellt. Abschließend werden Möglichkeiten zur Verbesserung der EDM-Oberflächengüte und die Anwendungsbereiche der EDM-Bearbeitung erläutert.

Was ist EDM-Oberflächenveredelung?

Die Oberflächengüte durch elektroerosives Erodieren beschreibt die Rauheit und Glätte der Oberfläche eines Werkstücks. Anhand der Oberflächenrauheit lässt sich die Qualität der elektroerosiven Oberflächengüte messen. Zu diesen Parametern gehören Ra (durchschnittliche Konturhöhe) und Rz (maximale Konturhöhe).

Der Ra-Wert stellt den Durchschnitt der absoluten Abweichung der Oberfläche von der Durchschnittshöhe dar, üblicherweise in Mikrometern (μm). Kleinere Ra-Werte weisen auf eine glattere Oberfläche hin, während größere Ra-Werte auf eine rauere Oberfläche hinweisen, bei der im Allgemeinen eine feinere Oberflächenbeschaffenheit erwünscht ist.

Im Gegensatz zu Ra bezeichnet Rz die maximale Höhe der Kontur. Über eine Probenlänge ist Rz der Durchschnitt der fünf größten Spitzenhöhen und der fünf größten Taltiefen. Obwohl Rz auch die Oberflächenrauheit widerspiegelt, wird Ra relativ häufiger verwendet.

Eine gute oder schlechte Oberflächenbeschaffenheit wirkt sich direkt auf die Verwendung von Teilen, die Montageleistung und die Qualität des Erscheinungsbilds aus. Beim Funkenerosionsschweißen kann die Oberflächenbeschaffenheit durch eine angemessene Anpassung der Entladungsparameter, des Elektrodenmaterials, des Arbeitsfluids und anderer Faktoren bis zu einem gewissen Grad kontrolliert und verbessert werden. Dadurch können viele unterschiedliche Verarbeitungsanforderungen erfüllt werden.

Warum ist die Oberflächenbeschaffenheit so wichtig?

Der Wert der Oberflächenbeschaffenheit in Fertigung und Technik kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Wenn Sie sich mit der Oberflächenbeschaffenheit befassen, werden Sie feststellen, dass es sich um viel mehr als nur eine Oberfläche handelt. Sie beeinflusst direkt das Erscheinungsbild eines Produkts. Darüber hinaus beeinflusst sie dessen Leistung und Langlebigkeit. Lassen Sie uns herausfinden, warum die Oberflächenbeschaffenheit so wichtig ist:

Ästhetischer ReizDer erste Eindruck eines Produkts wird durch dessen Aussehen und Haptik bestimmt. Eine gute Oberflächenbeschaffenheit steigert die optische Attraktivität. Dies kann die Wahrnehmung des Produkts und die Freude an seiner Nutzung maßgeblich beeinflussen.
Funktionale Leistung: Die Oberflächenqualität beeinflusst direkt, wie ein Produkt mit seiner Umgebung interagiert. Beispielsweise verringert eine glatte Oberfläche die Reibung. Reibung ist für bewegliche Teile notwendig.
Haltbarkeit und Abriebfestigkeit: Oberflächenbeschichtungen sind auf Langlebigkeit in rauen Umgebungen ausgelegt. Dies verbessert die Abriebfestigkeit des Produkts und verlängert seine Lebensdauer.
Beschichtungshaftung: Die Rauheit der Oberfläche eines Produkts beeinflusst, wie gut eine Beschichtung oder Farbe haftet.
Reduzierte Reibung und Wärmeentwicklung: Oberflächenbehandlungen tragen insbesondere bei mechanischen Anwendungen dazu bei, die Reibung zu minimieren, die Wärmeentwicklung zu verringern und die Effizienz zu steigern.
Verbesserte Leitfähigkeit und Wärmeableitung: Das Polieren von Oberflächen in elektrischen und thermischen Anwendungen verbessert die Leitfähigkeit und hilft bei der Wärmeableitung.
Kontrolle der Lichtreflexion und -streuung: Bei optischen Anwendungen kann die Oberflächenbeschaffenheit einen erheblichen Einfluss darauf haben, wie Licht reflektiert und gestreut wird.

Wie Sie sehen, geht die Bedeutung der Oberflächenbeschaffenheit weit über die Ästhetik hinaus. Sie ist entscheidend für die Funktionalität, Haltbarkeit und Gesamtleistung eines Produkts. Egal, ob es sich um eine Komponente eines Hightech-Geräts oder ein alltägliches Konsumprodukt handelt: Die Oberflächenbeschaffenheit bestimmt die Qualität und Langlebigkeit des Produkts.

Was sind die wichtigsten Merkmale der Oberflächenbeschaffenheit?

Die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit kann einen erheblichen Einfluss auf die Leistung, Lebensdauer und das Gesamterscheinungsbild eines Produkts haben. Daher ist es wichtig, die grundlegenden Eigenschaften der Oberflächenbeschaffenheit zu verstehen. Egal, ob Sie in der Fertigung arbeiten oder die Ästhetik und den Nutzen der Oberfläche eines Produkts verstehen möchten.

Egal, ob Sie Produktdesigner, Maschinist oder einfach an den Feinheiten der Fertigung interessiert sind: Das Verständnis dieser Prinzipien hilft Ihnen, die Auswirkungen der Oberflächenbeschaffenheit auf Fertigung und Produktdesign besser zu verstehen.

Legen

Der Begriff „Lay“ bezeichnet das primäre Oberflächenmuster oder die Ausrichtung eines fertigen Produkts. Er beeinflusst nicht nur das Erscheinungsbild des Produkts, sondern auch seine Leistung. Die Lage beeinflusst Aspekte wie die Schmiermittelretention in beweglichen Teilen und die Spannungsverteilung über die Oberfläche.

Die Lagenmessung erfolgt üblicherweise visuell oder mit Spezialgeräten wie einem Oberflächenprofiler. Ziel ist es, die vorherrschenden Muster der Oberflächenstruktur zu bestimmen. Diese können parallel, senkrecht, kreisförmig oder sogar zufällig sein. Diese Beurteilung ist entscheidend, da sie die Funktion des Teils und sein Zusammenspiel mit anderen Komponenten direkt beeinflusst.

Oberflächenrauheit

Oberflächenrauheit ist ein Begriff, der im Zusammenhang mit der Oberflächenbearbeitung häufig auftaucht. Er bezeichnet kleine Unebenheiten auf einer Oberfläche. Sie wird meist durch Produktionsprozesse wie Zerspanen oder Schleifen verursacht. Es sind die kleinen Erhebungen und Vertiefungen, die die Topografie einer Oberfläche ausmachen.

Die Oberflächenrauheit wird durch die Quantifizierung der Defekte anhand von Kennwerten wie Ra (durchschnittliche Rauheit), Rz (durchschnittliche maximale Höhe) und Rmax (vertikaler Abstand zwischen Spitzen und Tälern) gemessen. Ein Tastschnittgerät gleitet über die Oberfläche und misst die vertikale Abweichung. Diese Messungen liefern wichtige Informationen, um sicherzustellen, dass die Oberfläche den Rauheitsanforderungen einer bestimmten Anwendung entspricht.

Welligkeit

Welligkeit unterscheidet sich von Oberflächenrauheit. Sie bezeichnet größere, weiter verteilte, unregelmäßige Formen auf einer Oberfläche. Diese entstehen hauptsächlich durch Verzug und Vibrationen beim Fräsen oder bei der Wärmebehandlung. Unbehandelte Oberflächenwelligkeit kann die Montage eines Werkstücks beeinträchtigen und zu Montageproblemen führen.

Zur Messung des Welligkeitsgrades wird eine Methode verwendet. Diese Methode konzentriert sich auf die größeren Welligkeitsmuster auf der Oberfläche und ignoriert die feineren Details der Oberflächenrauheit. Werkzeuge zur Messung des Welligkeitsgrades ähneln Werkzeugen zur Rauheitsmessung, sind jedoch darauf ausgelegt, feinere Details zu entfernen.

Faktoren, die die Oberflächenbeschaffenheit von EDM beeinflussen

Um eine optimale Oberflächengüte zu erzielen, müssen beim Einsatz der EDM-Technologie einige Einflussfaktoren besonders beachtet werden. Zu den häufigsten Faktoren zählen Entladungsparameter, Elektrodenmaterial und -form, Werkstückmaterial, Arbeitsflüssigkeit und Maschinengenauigkeit. Diese Faktoren sind entscheidend für die Qualität der resultierenden Oberflächengüte. Es ist möglich, dass selbst kleinste Verbesserungen zu unerwarteten Ergebnissen führen können.

Entladeparameter

Entladeparameter beziehen sich im Allgemeinen auf drei Hauptaspekte: Entladestrom, Entladespannung und Pulsfrequenz.

Die Höhe des Entladestroms beeinflusst direkt die Oberflächenrauheit des EDM. Dies liegt daran, dass höhere Impulsströme die Entladeenergie erhöhen, was aufgrund der Energiefreisetzung in kurzer Zeit zu einem ungleichmäßigen Schmelzen und Verdampfen des Materials führt, was wiederum zu einer raueren Oberfläche führt. Niedrigere Entladeströme hingegen haben keinen Einfluss darauf.
Die Höhe der Entladespannung beeinflusst die Größe des Entladespalts und die Menge der Entladeenergie. Die richtige Spannung trägt dazu bei, stabile Verarbeitungsbedingungen aufrechtzuerhalten und eine bessere Oberflächengüte zu erzielen.

Die Pulsfrequenz bestimmt die Anzahl der Entladungen pro Zeiteinheit. Eine höhere Pulsfrequenz erhöht die Bearbeitungsgeschwindigkeit, kann aber auch zu einer Erhöhung der bearbeiteten Oberflächenrauheit führen. Daher kann beim schnellen Abtragen von überschüssigem Material eine höhere Pulsfrequenz gewählt werden. Um jedoch beim Schlichten eine gute Oberflächengüte zu gewährleisten, sollte die Frequenz grundsätzlich nicht zu hoch sein.

Eigenschaften und Form des Elektrodenmaterials

Der Einfluss des Elektrodenmaterials auf die Oberflächengüte darf nicht außer Acht gelassen werden. Eigenschaften des Elektrodenmaterials wie Wärmeleitfähigkeit, Härte und Abriebfestigkeit beeinflussen einerseits die Stabilität des Bearbeitungsprozesses und den Bearbeitungseffekt, was wiederum die Oberflächengüte beeinflusst. Beispielsweise kann die Verwendung eines Elektrodenmaterials mit guter Wärmeleitfähigkeit den Wärmeeinflussbereich des Bearbeitungsprozesses reduzieren und so eine glattere Oberfläche erzielen. Kupferelektroden hingegen weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit und Abriebfestigkeit auf und ermöglichen somit eine relativ hohe Oberflächengüte.

Andererseits beeinflussen Form und Größe des Elektrodenmaterials auch die Oberflächenbeschaffenheit des EDM. Durch die Gestaltung einer geeigneten Elektrodenform können das Phänomen der Seitenkorrosion und Kohlenstoffansammlung während der Verarbeitung reduziert und die Präzision und Oberflächenbeschaffenheit der Verarbeitung verbessert werden.

Werkstückmaterial

Der Einfluss des Werkstückmaterials auf die Oberflächengüte durch Erodieren ist am intuitivsten. Für Teile mit hohen Anforderungen an die Oberflächengüte sollten Materialien mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit für die Erodierung gewählt werden. Dadurch lässt sich die Wärmeverteilung während der Erodierung besser kontrollieren und eine bessere Oberflächengüte erzielen. Materialien mit hoher Härte halten in der Regel hohen Energieentladungen stand, die Oberflächengüte kann jedoch beeinträchtigt werden. Daher sollten wir das geeignete Material entsprechend der Oberflächengüte und den Funktionsanforderungen des Produkts wählen, um die Produktionskosten zu minimieren. Erodieren ist geeignet für eine Vielzahl von Materialien und erfüllt die individuellen Anforderungen verschiedener Anwendungen.

Arbeitsflüssigkeit

Verschiedene Arten von Arbeitsflüssigkeiten wirken sich unterschiedlich auf den EDM-Prozess aus und beeinflussen auch die endgültige Oberflächengüte. Generell weisen unterschiedliche Arbeitsflüssigkeiten unterschiedliche Kühl-, Spanabfuhr- und Deionisierungseigenschaften auf. Arbeitsflüssigkeiten mit guten Kühl- und Isoliereigenschaften können die Wärmeeinflusszone und die Kohlenstoffablagerung während des Bearbeitungsprozesses reduzieren und so die Oberflächengüte der bearbeiteten Flächen verbessern. Beispielsweise wird deionisiertes Wasser häufig für die hochpräzise Bearbeitung verwendet, während ölbasierte Arbeitsflüssigkeiten hinsichtlich der Kühl- und Spanabfuhreigenschaften bessere Eigenschaften aufweisen und daher in bestimmten Bearbeitungsumgebungen eingesetzt werden.

Darüber hinaus können Konzentration und Temperatur des Arbeitsfluids die Ergebnisse der bearbeiteten Oberfläche beeinflussen. Eine zu hohe oder zu niedrige Konzentration kann zu einer erhöhten Rauheit der bearbeiteten Oberfläche führen. Eine geeignete Temperatur kann die Kühlwirkung und Schmierleistung des Arbeitsfluids verbessern und so zu einer besseren Oberflächengüte beitragen.

Maschinengenauigkeit

Die Leistung von Werkzeugmaschinen wie Präzision, Stabilität und Steifigkeit beeinflusst auch die Oberflächengüte von EDM-bearbeiteten Oberflächen. Hochpräzise Werkzeugmaschinen können die Parameter des Bearbeitungsprozesses besser steuern und so stabilere und präzisere Bearbeitungsergebnisse erzielen. Daher ist eine sorgfältige Wartung und Instandhaltung der Werkzeugmaschine im Alltag unerlässlich.

Standardisierung und Messung der Oberflächenbeschaffenheit

Um nach Abschluss der EDM-Bearbeitung des Werkstücks die Qualität seiner Oberfläche beurteilen zu können, muss zunächst der Wert gemessen werden. Anschließend müssen die Messergebnisse auf Grundlage des Oberflächenstandards beurteilt werden, um festzustellen, ob die Oberfläche den Anforderungen entspricht.

Oberflächengüte Standard

Oberflächengütenormen sind spezifische Kriterien und Methoden zur Messung und Charakterisierung der Rauheit eines Werkstücks. Die Kenntnis von Oberflächengütenormen ist wichtig, um Produktqualität und -funktionalität sicherzustellen. Gängige Normen sind ISO 4287, ASME B46.1 und JIS B0601. ISO 4287 ist eine von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Oberflächengütenorm. Sie definiert Rauheitsparameter sowie Messmethoden. ASME B46.1 ist eine von der American Society of Mechanical Engineers (ASME) entwickelte Oberflächengütenorm, die Rauheitsmessungen und -bewertungen abdeckt. JIS B0601 ist eine von der Japanese Industrial Standards (JIS) entwickelte Oberflächengütenorm, die die in der japanischen Industrie verwendeten Rauheitsparameter definiert.

Yonglihao Machinery ist ein auf die Bearbeitung mechanischer Teile spezialisierter Zulieferer. Wir verfügen über hochpräzise EDM-Produktionsanlagen. Wir wählen die passende Oberflächengüte, um die Teile entsprechend den Kundenanforderungen und Zeichnungen zu bearbeiten.

Messverfahren für Oberflächenbeschaffenheit

Nach der Bearbeitung von Teilen mittels Funkenerosion messen wir üblicherweise deren Oberflächengüte. Es gibt viele Möglichkeiten, die Oberflächengüte zu messen, und jede Methode hat ihre Vorteile und Anwendungsbereiche. Es gibt aber auch Nachteile. Wählen Sie die richtige gängige Messmethode. Beachten Sie dabei die tatsächliche Bearbeitungssituation.

Stiftmethode

Die Taststiftmethode ist ein Messverfahren für Kontaktflächen. Üblicherweise wird beim Konturmessgerät (Rauheitsmessgerät) ein Taststift sanft über die zu messende Oberfläche geführt. Die vertikale Verschiebung des Taststifts wird von einem Sensor in ein elektrisches Signal umgewandelt, das direkt den Oberflächenrauheitsparameter liefert. Der gesamte Messvorgang ist hochpräzise und für eine Vielzahl von Oberflächen geeignet, kann jedoch weiche Oberflächen beschädigen. Da er relativ einfach und schnell ist, ist er auch ein gängiges Messverfahren.

Interferometrie

Das Prinzip der Interferometrie besteht darin, Lichtwelleninterferenzen zu nutzen, um die Oberflächenrauheit durch Beobachtung der Form und Verteilung von Interferenzstreifen zu bestimmen. Es handelt sich um ein berührungsloses Messverfahren. Die Genauigkeit ist hoch und die Oberfläche bleibt unbeschädigt. Allerdings ist die Reichweite gering und die Umgebungsanforderungen streng. Daher eignet sich die Interferometrie für Teile mit hohen Anforderungen an die Oberflächengüte.

Vergleichsmethode

Im Vergleich zu den ersten beiden Methoden ist die Vergleichsmethode eine relativ einfache Messmethode. Zunächst wird eine Rauheitsprobe ausgewählt und anschließend mit der erodierten Oberfläche verglichen. Durch Berühren mit Augen und Händen lässt sich der Rauheitsgrad beurteilen. Für einige Oberflächengüten, die keine besonders hohe Genauigkeit erfordern, kann diese Methode in der Regel verwendet werden. Diese Methode ist einfach und intuitiv, stellt jedoch höhere Anforderungen an das Messpersonal, und die Messergebnisse können durch Subjektivität beeinflusst werden.

Lichtquellenmethode

Bei der Lichtquellenmethode wird Licht aus verschiedenen Winkeln und mit unterschiedlicher Intensität auf die Objektoberfläche gerichtet. Die Oberflächenbeschaffenheit wird anhand der Verteilung und Intensität des reflektierten Lichts beurteilt. Diese Methode kann mikroskopische Oberflächenunebenheiten besser darstellen. Allerdings müssen Lichtquelle und Beobachtungsbedingungen konsistent sein. Das Verfahren ist jedoch relativ komplex und stellt hohe Anforderungen an die Prüfer.

Methoden zur Verbesserung der EDM-Oberflächenbeschaffenheit

Um die gewünschte Oberflächengüte zu erreichen, können die EDM-Parameter in der Regel optimiert und die Oberflächengüte durch Nachbearbeitung verbessert werden. Dies garantiert zwar nicht unbedingt eine besonders hohe Präzision, bietet aber dennoch eine gewisse Verbesserung gegenüber der vorherigen Methode.

Optimieren der EDM-Parameter

Wählen Sie geeignete Bearbeitungsparameter wie Stromstärke, Spannung und Pulsfrequenz, die sich direkt auf die Oberflächenqualität der EDM-Bearbeitung auswirken. Durch Experimente und Simulationen können wir die optimalen Bearbeitungsparameter ermitteln. Sie sorgen für eine höhere Oberflächengüte.

In der Endbearbeitungsphase können kleinere Ströme und Pulsbreiten verwendet werden, um die Oberflächenrauheit zu reduzieren und das Finish zu verbessern. Berücksichtigen Sie dabei aber auch die Verarbeitungseffizienz. Sie muss die Anforderungen an das Finish erfüllen und gleichzeitig so schnell wie möglich sein.

Nachbearbeitungstechnologie

Um die Oberflächengüte des Funkenerosionsschweißens zu verbessern, kann die Oberfläche nach der Funkenerosion durch Schleifen, Polieren und andere Nachbehandlungsverfahren weiter bearbeitet werden, um Grate und Unebenheiten zu entfernen und die Oberflächengüte zu verbessern. Andererseits kann die Oberfläche auch durch chemische Behandlung oder elektrochemisches Polieren speziell behandelt werden, um eine höhere Glätte und Leistung zu erzielen.

Gängige Anwendungen, die eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit erfordern

Mit der EDM-Technologie lassen sich leitfähige Materialien bearbeiten, die sehr hart und schwer zu bearbeiten sind. Da es sich um eine berührungslose Bearbeitung handelt, entstehen keine mechanischen Belastungen, die zu Verformungen des Bauteils führen könnten. Die EDM-Technologie bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und dem Formenbau.

Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrt müssen viele Teile extremen Temperaturen und Drücken standhalten und stellen daher höchste Anforderungen an Oberflächengüte und Materialeigenschaften. EDM kann diese Anforderungen erfüllen und die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Teile gewährleisten. Beispielsweise wird EDM bei der Herstellung von Triebwerksteilen eingesetzt, um komplexe Formen und Materialien mit hoher Härte zu bearbeiten und so hochpräzise und hochwertige Oberflächen zu erzielen.

Medizinischer Bereich

Im medizinischen Bereich ermöglicht die Funkenerosion die präzise Bearbeitung komplexer Teile. Sie sorgt zudem für eine hervorragende Oberflächengüte, die den hohen Anforderungen an Implantate gerecht wird. So lassen sich beispielsweise künstliche Gelenke und präzise chirurgische Instrumente mittels Funkenerosion bearbeiten.

Formenbau

Viele Teile werden mithilfe von Formen hergestellt. Daher stellen Formen bestimmte Anforderungen an die Präzision und Oberflächengüte der Teile. Beispielsweise erfordert die Kavitätsoberfläche bei Präzisionsspritzgussformen zur Herstellung von Kunststoffprodukten eine sehr hohe Oberflächengüte. Diese Güte sichert die Oberflächenqualität der Kunststoffprodukte und erleichtert die Entformung. Darüber hinaus kann die EDM-Technologie auch bei der Bearbeitung von Stanzformen eingesetzt werden.

Abschluss

Das Erreichen einer optimalen Oberflächengüte durch Erodieren ist von großer Bedeutung. Durch die Optimierung der Erodierparameter und Nachbearbeitungstechniken wird die Oberflächengüte der Teile verbessert. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wird die Erodiertechnologie auch in mehr Branchen zunehmend eingesetzt. Bei Fragen zur Erodiertechnologie stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Auch bei bestehenden Erodierprojekten und -anforderungen kontaktieren Sie uns bitte. Wir beraten Sie gerne. erstklassige DrahterodierbearbeitungsdiensteWir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme!