Wenn Fräsen nicht mehr reicht, helfen Erodiermaschinen

12.08.2014 |  Von  |  Maschinen
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Wenn Fräsen nicht mehr reicht, helfen Erodiermaschinen
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Qualität und Präzision waren früher Eigenschaften liebevoll und aufwendig gefertigter Einzelstücke. Zuverlässige Mechaniken, präzise Bauteile und exakt abgestimmte Materialien waren nur sehr teuren Produkten vorbehalten. Diese Zeiten sind längst vorbei.

Heute verlangen die Märkte auch bei in Massen gefertigten Produkten eine Qualität, die bis in den tausendstel Millimeter genau ist. Anders wären die anspruchsvollen Mechaniken, wie sie im Fahrzeugbau, der Medizintechnik oder in der Avionik eingesetzt werden, überhaupt nicht herstellbar.



Zu einem in Massen gefertigten Produkt gehört auch immer die Maschine, die es herstellt. Diese muss ihrerseits in einer nochmals gesteigerten Präzision gegenüber dem auf ihr hergestellten Werkstück gestaltet sein. Dies betrifft vor allem das Werkzeug. Spritzgusswerkzeuge für Kunststoffprodukte, Druckgusswerkzeuge für Produkte aus Aluminium oder Stanz- und Presswerkzeuge für die Verarbeitung von Blechen sind in allen Produktionsbetrieben anzutreffen. Sie sollen idealerweise mit so wenig Bearbeitungsschritten wie möglich einsetzbar sein. Das erfordert eine hohe Masshaltigkeit der Produkte, sobald sie das Werkzeug verlassen.

Zwar sind Gratbildungen, insbesondere beim Stanzen oder beim Giessen, häufig nicht zu vermeiden. Ebenso müssen bei spritz- oder druckgegossenen Produkten noch die Steiger entfernt werden. Mit einer geschickten Positionierung dieser Abluftkanäle an unkritischen Stellen am Werkstück kann der Aufwand für die Nachbearbeitung gut im Griff behalten werden. Die Voraussetzung ist jedoch, dass das Werkzeug bzw. die Gussform so präzise wie möglich hergestellt wurde.

Wie verhält es sich also mit den Maschinen, welche die Werkzeuge für hochpräzise Serienteile herstellen sollen? Bei diesen Maschinen ist die Qualität mittlerweile an den Grenzen der technischen Machbarkeit angekommen. Mit Fräsen und Schleifen kann man in diesen Bereichen nicht mehr viel erreichen. Höchstmögliche Präzision zur Fertigung hochwertiger Werkzeuge leisten nur noch die Erodiermaschinen.

Das Erodierverfahren ist ausserhalb der Spezialfertigungen kaum bekannt. Es erfordert einiges an Qualifikation und Erfahrung, bis auf einer Erodiermaschine ein hochwertiges Werkzeug hergestellt werden kann. Dabei arbeitet diese ebenfalls abtragend, ähnlich wie die Fräsmaschinen auch. Beim Erodieren wird aber nicht mechanisch mit einem zerspanenden Werkzeug gearbeitet, sondern mit hoher elektrischer Spannung. Der Vorgang des Erodierens wird sehr gut mit „umgekehrtem Schweissen“ erklärt. Anstatt Material auf ein anderes aufzutragen, werden beim Erodieren Metallpartikel mittels eines Funkens aus dem Grundwerkstoff herausgerissen.





Berührungslose Verfahren – hier ein Laserschneider – sind hinsichtlich der Fertigungstoleranzen besonders präzise. (Bild: Mikalai Bachkou / Fotolia.com)

Berührungslose Verfahren – hier ein Laserschneider – sind hinsichtlich der Fertigungstoleranzen besonders präzise. (Bild: Mikalai Bachkou / Fotolia.com)

Beim Erodierverfahren wird das zu bearbeitende Werkstück auf einem Sockel eingespannt. Da das Erodieren ein thermisches Verfahren ist, bei dem punktuell sehr hohe Temperaturen erreicht werden, besteht stets die Gefahr des Oxidierens. Darum wird vor dem Start des Erodiervorganges das Werkstück wenige Zentimeter unter eine Spülflüssigkeit gesetzt. Diese ist während der gesamten Bearbeitung in einer ständigen Bewegung. Die zu erodierende Stelle wird so fortwährend gespült, was das Eindringen unerwünschter Partikel ausschliesst.



Schliesslich wird eine Elektrode wenige Millimeter über das Werkstück geführt und der Erodiervorgang in Gang gesetzt. Elektrode und Werkstück werden unter eine so hohe Spannung gesetzt, dass schliesslich ein Funken überspringt. Dabei reisst dieser Material aus dem Werkstück heraus. Die Spülflüssigkeit transportiert das herausgerissene Material sofort weg, so dass der Prozess ungestört fortgesetzt werden kann.

Die Elektrode selbst ist bei einer Erodiermaschine eine der teuersten Komponenten. Sie hat beim Senkerodierverfahren die Negativform der gewünschten Kontur, muss diese aber um wenige Millimeter in jeder Dimension überschreiten. An der Elektrode selbst findet ebenfalls ein Abtrag von Material statt. Dieser muss bei der Gestaltung der Elektrode mit eingerechnet werden. Den richtigen Punkt zu finden, an dem die auserodierte Kontur genau den Vorgaben entspricht, ist die hohe Kunst des Handwerks an dieser Maschine.



Ausser dem Senkerodierverfahren gibt es noch das Drahterodierverfahren. Dieses arbeitet mit einem feinen Kupferdraht, der punktgenau Partikel aus dem Grundwerkstoff heraustrennt. Beide Erodierverfahren können bis auf zwei Mikrometer genau die gewünschten Toleranzen einhalten.

Ganz verzichten kann man im Werkzeugbau aber auf die herkömmliche Fräsmaschine nicht. Die Press-, Stanz- oder Giesswerkzeuge werden auf CNC-Fräsen vorbereitet, so dass für das Erodieren nur noch wenige Millimeter an Bearbeitungstiefe bleiben. Dies hält die Kosten für dieses aufwendige Verfahren im Rahmen.

Ein weiterer Vorteil des Erodierverfahrens ist, dass es berührungslos arbeitet. Das macht es zur Bearbeitung anspruchsvoller Werkstoffe ideal. Gerade Werkzeuge auf Produktionsmaschinen sind aus besonderen Hartmetalllegierungen hergestellt. Diese sind gegenüber Verschleiss besonders widerstandsfähig, was die Menge der auf ihnen herstellbaren Produkte maximiert. Je mehr Produkte auf einem Stanz-, Press- oder Gusswerkzeug gefertigt werden können, desto billiger wird das einzelne Werkstück bei voller Auslastung der Maschine. Aus diesem Grund sind die Hartmetalle für Produktionswerkzeuge ideal. Um sie in der geforderten Präzision bearbeiten zu können, ist das berührungslose Erodierverfahren ideal.

Die elektrische Leitfähigkeit ist jedoch für die Fertigung auf einer Erodiermaschine ein ausschliessendes Kriterium. Keramische Werkstoffe oder organische Materialien wie Holz oder Kunststoff können auf einer Erodiermaschine nicht bearbeitet werden.

Erodiermaschinen sind zwar ausschliesslich für Spezialbetriebe sinnvoll, welche auch die entsprechend qualifizierten Mitarbeiter haben. Die Produkte, welche auf diesen Maschinen gefertigt werden, haben jedoch im Business-to-Business eine hohe und weiterhin steigende Bedeutung. Für Lohnbetriebe kann eine Erodieranlage deshalb eine sinnvolle Ergänzung sein.



 

Oberstes Bild: © Kevin – Fotolia.com


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