Drahterodieren

Die Drahterodierung ist eine unkonventionelle, moderne elektrothermische Technik, bei der elektrische Funken eingesetzt werden, um Material aus einem Zielmaterial (Arbeitsmaterial) zu erodieren. Sie kann zum Formen komplexer Designprototypen verwendet werden und wird auch zum Scheren großer Teile mit hoher Dimensionsstabilität eingesetzt. Kleine Konturen oder Mikrolöcher können mit einer Standard-Drahterodierung mit minimalem Werkzeugverschleiß leicht geformt werden. Es ist ein präziserer und genauerer Prozess als herkömmliche Metallschneidetechniken. Eines seiner Hauptmerkmale ist, dass es nahezu jedes hochfeste und leitfähige Material durchdringen und komplizierte Geometrien ohne mechanische Kraft formen kann. Dieser Blogbeitrag hebt das enorme Potenzial der Drahterodierung hervor und erörtert ihre Anwendungen, Typen und Scherfähigkeiten.

Drahterodieren: Eine Einführung in den Prozess

In der Metallverarbeitungsindustrie gilt die Drahterosion (Drahterodieren) als präzise und genaue Technik, bei der ein dünner, elektrisch geladener Draht (Elektrode) zum Schneiden von Metallen verwendet wird. Der Draht läuft in einer dielektrischen Flüssigkeit, die das Material kühlt und auch die erodierten Partikel entfernt.

Beim Drahterodieren wird das Material nicht durch direktes Schneiden entfernt, sondern durch elektrische Entladung abgetragen. Anstatt es zu schneiden, wird es geschmolzen oder verdampft, was dem Werkzeug eine hohe Präzision verleiht und nur sehr wenig Späne erzeugt. Dieses Verfahren eignet sich gut für die Herstellung von Teilen, die mit herkömmlichen Techniken nur schwer zu bearbeiten sind, wenn die Materialien elektrisch leitfähig sind.

Wie funktioniert Drahterodieren?

Der Drahterodierprozess ist einfach, aber sehr effizient. Er beginnt mit dem Eintauchen des Werkstücks in eine dielektrische Flüssigkeit und dem Einspannen in einen Schraubstock. Ein dünner, elektrisch geladener Draht wird dann durch das Werkstück geführt. Da das Werkstück leitfähig ist, erhält es die entgegengesetzte Ladung zur Ladewalze.

Wenn sich der Draht dem Werkstück nähert, bildet sich über dem Spalt ein Lichtbogen. Dadurch wird Wärme erzeugt, die eine kleine Menge Metall schmilzt oder verdampft. Diese Funken wirken als Schneidwerkzeug und schneiden das Werkstück weiter in die gewünschte Form.

Während des gesamten Prozesses wird deionisiertes Wasser verwendet, um die Bearbeitungsumgebung zu regulieren und die durch den Prozess abgetragenen Metallpartikel zu entfernen. Diese Anordnung ermöglicht ein sehr feines und genaues Schneiden und Bearbeiten der Teile, insbesondere wenn die Teile komplex sind und ein hohes Maß an Genauigkeit erfordern.

Teile für Drahterodiermaschinen

Nachfolgend sind die wichtigsten Teile der Drahterodiermaschine aufgeführt:

1. CNC-Werkzeuge

Das Drahterodieren wird durch CNC-Werkzeuge automatisiert, die den Ablauf des Drahtverlaufs und des Schneidevorgangs regeln. Diese Werkzeuge sind für die Genauigkeit und Effizienz der Vorgänge sehr wichtig, da der Grad der Komplexität dieser Werkzeuge die Fehlerquote und die Bearbeitungszeit bestimmt.

2. Stromversorgung

Das Netzteil liefert elektrische Impulse an die Drahtelektrode und das Werkstück, die zwischen 100 V und 300 V variieren. Es steuert die Rate und Stärke dieser Ladungen, die für den Materialabtrag entscheidend sind.

3. Draht

Der Draht erzeugt das elektrische Entladungspotential, indem er zur Elektrode wird. Sein Durchmesser, der normalerweise zwischen 0,05 und 0,25 mm liegt, wird je nach Form und Dicke des zu bearbeitenden Materials ausgewählt. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl des zu schneidenden Drahtes Bruchfestigkeit, Schlagfestigkeit, Leitfähigkeit, Verdampfungstemperatur und Härte.

Zu den gängigen Kabeltypen gehören:

• Messingdrähte: Diese sind für ihre hervorragende Leitfähigkeit bekannt und werden aus Kupfer und Zink in einem Verhältnis von 63% bzw. 37% hergestellt. Der Zinkgehalt erhöht die Schnittgeschwindigkeit, sollte jedoch nicht mehr als 40% betragen, da er Korrosion verursacht.
• Zinkbeschichtete Drähte: Diese Drähte haben eine Schicht aus reinem Zink oder Zinkoxid, die die Bearbeitungsgeschwindigkeit verbessert.
• Diffusionsgeglühte Drähte: Diese Drähte werden durch Diffusionsglühen hergestellt und enthalten mehr als 40% Zink, was sie ideal für die Produktion im großen Maßstab und das Schneiden verschiedener Materialien macht.

4. Dielektrisches Medium

Der Drahterodieren-Bearbeitungsprozess wird in einem Tank durchgeführt, der eine dielektrische Flüssigkeit enthält, normalerweise Öle oder deionisiertes Wasser. Dieses Medium reduziert auch die Geschwindigkeit des Prozesses, verhindert die Bildung einer Schicht auf der Drahtelektrode und sorgt für eine glatte Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks.

5. Elektroden

Bei der Drahterodierung fungiert das Drahtwerkzeug als positiv geladene Kathode, während das Werkstück als negativ geladene Anode des Stromkreises fungiert. Ein Servomotor (Controller) erzeugt einen Spalt von 0,01 bis 0,5 mm im Draht, damit dieser beim Schneiden das Werkstück nicht berührt. Dies ist für die Genauigkeit entscheidend und hilft, Brüche im vorgesehenen Werkstück zu vermeiden.

 

Welche Materialarten können mit einer Drahterodiermaschine geschnitten werden?

Die Drahterodierbearbeitung ist sehr nützlich und kann fast jedes elektrisch leitfähige Material schneiden und komplexe Geometrien und Konturen erzeugen. Hier sind einige gängige Materialien, die mit einer Drahterodiermaschine effektiv geschnitten werden können

Aluminium

Aluminium ist eines der vielseitigsten Metalle mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Drahterodieren ist von Natur aus weich, was bedeutet, dass sich während des Bearbeitungsprozesses gummiartige Ablagerungen bilden können. Durch Drahterodieren lässt sich dieses Problem jedoch beheben und es können exakte Schnitte erzielt werden.

Titan

Die Drahterodierung eignet sich am besten für Titan, da es klebrig ist und lange Späne erzeugt. Das Verfahren kann diese Eigenschaften effektiv handhaben. Deionisiertes Wasser als dielektrisches Medium trägt dazu bei, die Wärmeentwicklung zu minimieren und macht den Schneidvorgang somit reibungslos und einfacher.

Stahl

Drahterodieren ist gegenüber Stahl vorteilhaft, da es ein starkes Metall ist. Dieses Verfahren wird oft bevorzugt gegenüber CNC-Bearbeitung für Stahl, da dieser die Härte des Materials steuern kann. Stahl erzeugt jedoch viel Wärme, weshalb diesbezüglich die erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen.

Messing

Aufgrund seiner hohen Zugfestigkeit lässt sich Messing mit Drahterodieren vergleichsweise leicht schneiden. Da es relativ weich ist, sollte die Schnittgeschwindigkeit relativ langsam sein, um eine Verformung des Materials und damit eine Beeinträchtigung der Schnittgenauigkeit zu vermeiden.

Graphit

Graphit lässt sich mit herkömmlichen Werkzeugen relativ schwer bearbeiten, da es spröde ist und sich Partikel herausziehen können. Mit der Drahterodierung und ihrer scharfen Drahtelektrode lässt sich Graphit effizient bearbeiten und es entstehen saubere und präzise Schnitte.

Diese Materialien gehören zu den leitfähigen Materialien, die mit Drahterodiermaschinen verarbeitet werden können. Dadurch ist die Technologie in zahlreichen Branchen anwendbar, in denen hohe Präzision und komplexe Designs gefordert sind.

Unterschied zwischen Drahterodieren und konventioneller Erodieren

Drahterodieren und konventionelles Erodieren sind zwei verschiedene Arten von Schneidprozessen. Drahterodieren und konventionelles Erodieren funktionieren nach dem gleichen Prinzip, aber ihre Funktionsweise und Verwendung sind sehr unterschiedlich. Hier ist eine Übersicht über die Unterschiede:

Elektrodentyp

Drahterodieren: Wie oben erläutert, wird ein dünner Litzendraht verwendet, der erhitzt wird, um als Elektrode zu fungieren, und der bewegt wird, um das Teil oder Produkt in die gewünschte Form und Größe zu schneiden.

Konventionelles Funkenerosionsschneiden: Verwendet Elektroden aus sehr leitfähigen Materialien wie Graphit oder Kupfer und kann verschiedene Geometrien haben. Diese Elektroden werden in das Werkstück eingesetzt und erzeugen so das „Negativ“ der Elektrodenform.

Bearbeitungsgeschwindigkeit

Drahterodieren: Dieser ist sofort nach der Positionierung des Kabels startbereit und dadurch effizienter und ideal für Projekte mit knappen Terminen.

Konventionelles Funkenerosionsschneiden: Die Elektroden müssen vor dem Bearbeitungsprozess vorgeformt werden, was viel Zeit in Anspruch nehmen kann. Elektroerosive Bearbeitung Seite, um mehr zu erfahren.

Genauigkeit

Drahterodieren: Bietet hohe Genauigkeit; es kann bis zu einer Dicke von 0,004 Zoll schneiden. Dadurch eignet es sich zum Schneiden komplizierter Muster und Designs auf dem Stoff.

Konventionelles Funkenerosionsschneiden: Obwohl es auch für komplexe Schnitte verwendet wird, ist die Präzision beim Drahterodieren nicht so hoch und daher eher für einfachere und steifere Schnitte geeignet.

Vor- und Nachteile der Drahterodierung

Drahterodieren von Prototypteilen

Pro

Präzision: Sorgt für makellose Schnitte, sodass keine oder kaum weitere Verarbeitung oder Endbearbeitung erforderlich ist.

• Komplexe Formen: Mithilfe konventioneller CNC-Bearbeitung lassen sich komplexe Muster erstellen, die mit herkömmlichen Techniken nur schwer zu erstellen sind.
• Kleinteile: Geeignet für die Arbeit an kleinen und komplizierten Teilen, die schwer zu handhaben sind.
• Zerbrechliche Materialien: CNC-Drahterodiermaschinen sind für Materialien geeignet, die keiner Beanspruchung ausgesetzt werden können und sich mit herkömmlichen Schneidverfahren nur schwer bearbeiten lassen.
• Saubere Schnitte: Es bleiben keine Grate oder Verformungen zurück, so dass eine Nachbearbeitung nicht notwendig ist.
• Kontinuierliches Schneiden: Es kann schneiden, ohne den Vorgang zu unterbrechen, und sogar weiterschneiden, wenn der Draht reißt.

Nachteile

Materialbeschränkungen: Es ist nur auf elektrisch leitfähige Materialien anwendbar.

Langsamer bei dicken Materialien: Bei sehr dicken oder starren Materialien nicht so effektiv wie herkömmliches EDM.

Kosten: Drahterodiermaschinen können teuer sein, insbesondere wenn man die Anschaffungskosten der Maschinen berücksichtigt.

Wartung: Damit es genau und schnell bleibt, muss es häufig gewartet werden.

Die Kenntnis dieser Unterschiede und der Vor- und Nachteile des Drahterodierens kann Herstellern dabei helfen, zu entscheiden, welche Technik für ihren Anwendungszweck besser geeignet ist.

Anwendungen der Drahterodierbearbeitung

Drahterodieren wird in der Automobil-, Flugzeug- und Medizinbranche eingesetzt, von der Herstellung detaillierter Prototypen bis hin zur Massenproduktion von Teilen. Hier ist eine Aufschlüsselung einiger wichtiger Sektoren, die diese Spitzentechnologie verwenden:

Automobilindustrie:

In der Automobilindustrie, wo die Teile normalerweise eine komplexe Form haben und das verwendete Material recht kompliziert ist, wird Drahterodieren verwendet. Bei diesem Verfahren wird keine mechanische Kraft eingesetzt und es eignet sich ideal zum Herstellen von Teilen wie Stoßstangen, Armaturenbrettern, Türen und vielen anderen mit Löchern und Aussparungen.

Medizinbranche:

In der Medizinbranche sind EDM-Maschinen von großer Bedeutung für die Herstellung komplexer Prototypteile, die optimal in Geräten wie der Optometrie und Zahnmedizin eingesetzt werden. Das Verfahren ist besonders effektiv bei der Verwendung von Metallen, die für die Herstellung medizinischer Geräte geeignet sind, da es die Strukturen von Gegenständen wie Zahnimplantaten und Spritzenteilen stärkt und gleichzeitig komplexe Designs hinzufügt.

Luft- und Raumfahrtindustrie:

Auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie spielt das Drahterodieren eine wichtige Rolle. Das Verfahren wird zur Herstellung von Luft- und Raumfahrtteilen eingesetzt, die enge Toleranzen bis zu +/-0,005x und eine glatte Oberflächenbeschaffenheit aufweisen müssen. Es arbeitet Hand in Hand mit dem Wasserstrahlschneiden für Teile, die der Hitze und Belastung durch herkömmliche Schneidwerkzeuge nicht standhalten. Diese Technologie wird seit langem häufig bei der Herstellung von Motorteilen, Turbinenschaufeln, Fahrwerkskomponenten und vielen anderen eingesetzt.

Abschluss:

Drahterodieren gilt als eine der genauesten und flexibelsten Schneidetechnologien und wird in Branchen sehr geschätzt, in denen komplexe Formen und hohe Genauigkeit erforderlich sind. Drahterodieren ist aufgrund seiner hohen Genauigkeit und der Fähigkeit, engere Toleranzen einzuhalten, eine besonders wertvolle Technik für die Herstellung von Prototypen und die Massenproduktion komplexer Teile.

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Häufig gestellte Fragen

F1: Wie hoch ist die Genauigkeit oder die Toleranzgrenze beim Drahterodieren hinsichtlich der Abmessungen?

Normalerweise ist Drahterodieren sehr genau. Beim schnellen Drahterodieren sind Toleranzen von bis zu ±0,1 Millimeter möglich. Beim CNC-Drahterodieren sind Toleranzen von 0,05 mm möglich.

F2. Wie unterscheidet sich Drahterodieren vom Laserschneiden?

Beim Drahterodieren wird ein Draht elektrisch abgetragen, während beim Laserschneiden ein thermischer Strahl mit hoher Leistung zum Schneiden der Materialien verwendet wird. Auch die Toleranzen sind unterschiedlich; beim Drahterodieren ist die Schnittgeschwindigkeit höher als beim Laserschneiden.

F4. Warum ist deionisiertes Wasser ein wichtiger Bestandteil beim Drahterodieren?

Beim Drahterodieren wird deionisiertes Wasser als dielektrisches Medium verwendet, da es einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweist. Es dient auch als Kühlkörper, um sicherzustellen, dass die dielektrischen Temperaturen während des Bearbeitungsprozesses auf einem optimalen Niveau gehalten werden.