EDM oder Elektroerosionsbearbeitung ist ein Bearbeitungsverfahren, mit dem Teile ohne direkten Kontakt mit dem Werkstück hergestellt werden. Dabei wird die Oberfläche leitfähiger Materialien durch Elektrizität erodiert. EDM ermöglicht selbst bei komplexen und empfindlichen Teilen eine gute Oberflächengüte, da kein EDM-Werkzeug physischen Kontakt mit dem Werkstück hat.
Die Methode ist in Untertypen unterteilt für Bohrung, Draht und Matrize. EDM erleichtert die Herstellung verschiedener Teile und Komponenten, einschließlich Matrizen und medizinischer Geräte wie Herzschrittmacher sowie Hüft- und Knieimplantate.
In diesem Artikel besprechen wir die Funkenerosion, wie sie funktioniert, welche Materialien für den Prozess verwendet werden und wann sie zur Herstellung eingesetzt wird. Lesen Sie weiter.
WAS IST ALLES Bearbeitung elektrischer Entladungen (EDM)?
Was ist also EDM-Bearbeitung? Es handelt sich um eine alternative Bearbeitungstechnik zur Herstellung von Teilen, die mit herkömmlichen Bearbeitungsverfahren nur schwer herzustellen wären. Es ist wichtig zu beachten, dass es nur bei leitfähigen Metallen funktioniert. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche eines Werkstücks mithilfe von Elektrizität abgetragen. Normalerweise besteht zwischen dem während des Schneidvorgangs verwendeten Werkzeug und dem Werkstück kein Kontakt, wodurch garantiert wird, dass die mit diesem Verfahren hergestellten Teile die beste Oberflächengüte aufweisen.
In den 1960er Jahren wurde das Drahterodieren entwickelt und 1967 kam in der Sowjetunion die erste Drahterodierungsmaschine auf den Markt. Seitdem ist das Erodieren robuster und fortschrittlicher geworden.
Der Hauptzweck des EDM-Prozesses besteht darin, die Herstellung von Teilen mit empfindlichen oder dünnen Wänden zu erleichtern. Teile, bei denen die Gefahr einer Beschädigung besteht, wenn sie mit herkömmlichen Methoden bearbeitet werden. Es handelt sich um eine berührungslose Technik, die hohe Präzision und eine nahtlose Oberflächenbeschaffenheit garantiert.
Wie EDM-Bearbeitung - so funktioniert es:
Eine weitere häufig gestellte Frage ist: Wie funktioniert EDM? Um den Prozess zu starten, erzeugt eine weiche Elektrode aus Graphit einen Funken zwischen der Elektrode und dem Zielbereich. Der erzeugte Funke hat normalerweise eine Temperatur zwischen 14,500 und 21,500 ºF und verdampft oder schneidet einen Teil des Werkstücks. Nach dem Schnitt/der Verdampfung trägt eine dielektrische Flüssigkeit, die eine weitere Komponente des Systems ist, den verdampften Teil von dem bereits bearbeiteten Bereich des Werkstücks weg. Dies geschieht wiederholt, bis das Teil vollständig bearbeitet ist.
Mit der EDM-Technik lassen sich die meisten Materialien bearbeiten, die Strom einwandfrei leiten, mit Ausnahme von hochwertigem Nickel, das häufig im Flugzeugbau verwendet wird. Mithilfe spezieller Elektroden eignet sich die EDM-Technik jedoch hervorragend für die Bearbeitung von Teilen aus diesem Material.
Schlüsselkomponenten von EDM-Maschines
Eine Funkenerosionsmaschine besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die jeweils eine bestimmte Rolle bei der Gewährleistung der Herstellung präziser und genauer Teile spielen.
Labor-Stromversorgungen
Die Stromversorgung versorgt das gesamte System mit Strom. Sie liefert den Funken, der zum Erodieren des Werkstücks erforderlich ist. Diese Komponente hilft auch dabei, die Spannung, den Strom und die Frequenz der dem System zugeführten Elektrizität zu regulieren. Die Regulierung basiert auf den Eigenschaften des anstehenden Auftrags. Beim EDM muss die Stromversorgung optimal sein, da sie den gesamten Prozess steuert.
Elektrode
Die in dieses System integrierten Elektroden zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Leitfähigkeit aus. Wenn sie in der Nähe des Werkstücks positioniert werden, sind sie so konzipiert, dass sie effektiv einen Funken erzeugen. In einem EDM-System sind Graphit, Kupfer, Wolfram, Messing und verschiedene Metalllegierungen gängige Materialien für Elektroden. Die spezifische Wahl des Elektrodenmaterials hängt normalerweise von der EDM-Anwendung ab, sei es für Draht-, Matrizen- oder Rohrprozesse. Insbesondere während des EDM-Vorgangs hält die Elektrode einen Abstand zum Werkstück ein, um sicherzustellen, dass kein direkter Kontakt besteht.
Dielektrisches System
Das Dielektrikum dient als Flüssigkeitskomponente in einem EDM-Setup und besteht aus nichtleitendem Schmieröl oder deionisiertem Wasser. Diese Flüssigkeit spielt eine entscheidende Rolle, nicht nur weil sie das System kühlt, sondern auch weil sie erodiertes Material aus den Bearbeitungszonen entfernt. Ohne ein wirksames Dielektrikum könnten diese Partikel zur Elektrode wandern, sich möglicherweise mit ihr verbinden und das Werkzeug beschädigen. Daher ist es wichtig, eine konstante Zirkulation der Dielektrikumflüssigkeit aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus ist dieses System unerlässlich, um unvorhergesehene Funken während des Bearbeitungsprozesses zu verhindern.
Servo-Steuerungssystem
Die Hauptaufgabe des Servosteuerungssystems in einer EDM-Einrichtung besteht darin, den Abstand zwischen Elektrode und Werkstück zu steuern und so die Effizienz der Funkenerzeugung zu verbessern. Dieses System ist nicht nur für räumliche Anpassungen zuständig, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der tatsächlichen Funkenerzeugung während des EDM-Herstellungsprozesses.
Systemsteuerung
Diese Komponente ist einer der wichtigsten Teile eines EDM-Systems. Sie steuert die Bewegung der Teile sowie den Zeitpunkt der elektrischen Entladung. Das Bedienfeld sorgt außerdem dafür, dass EDM-Schnitte genauer und präziser sind.
Drei Arten von EDM
Es gibt drei Hauptarten von EDM. Diese verschiedenen Methoden eignen sich für eine breite Palette leitfähiger Materialien und umfassen:
Senkerodieren
Das Senkerodieren wird manchmal auch als „Ram-“ oder „Hohlraum-“EDM bezeichnet und funktioniert durch die Nutzung der Entladung einer im Wesentlichen zweidimensionalen Elektrode. Ein kompliziertes dreidimensionales Ende dieser zweidimensionalen Elektrode kann auf der Z-Achse ein kurzes Stück angehoben werden, um Schmutz zu entfernen, und wiederholt abgesenkt werden, um das Werkstück durch Lichtbogenerosion zu erodieren. Die betreffende Elektrode hat eine komplizierte Endform ohne Hinterschneidungen und kann jede beliebige Querschnittsform annehmen. Um die richtige Hohlraumform in harte Materialien zu erodieren, erfordert der Senkerodieren-Typ eine präzise EDM-Bearbeitung von Kupfer- und/oder Graphitelektroden.
Darüber hinaus mit Senkerodieren reduziert den Bedarf an Nachbearbeitung zur Verbesserung der Oberflächenqualität oder zum Härten. Es eignet sich perfekt für die Herstellung von Matrizen und Formen, da es tiefe Rippen und scharfe Innenecken erzeugen kann.
Drahterodieren
Bekannt als DrahterodierenBei diesem Verfahren wird Material durch Funkenbildung zwischen Draht und Werkstück abgetragen, wobei der Draht als Schneide dient. Drahterodieren ist eine Form der elektrischen Entladungsbearbeitung, bei der ein sehr dünner Draht mit einem Durchmesser von in der Regel 0.05 mm bis 0.35 mm verwendet wird. Diese Art des Erodierens findet Anwendung in der Herstellung von Automobil- und Luftfahrtteilen, Stanzstempeln und Extrusionswerkzeugen sowie in der Herstellung von medizinischen und zahnmedizinischen Geräten.
Beim Funkenerosionsschneidverfahren wird die Drahtelektrode über die gesamte Schnittlänge geführt und entlädt sich entlang. Obwohl die Technologie komplexer geworden ist, wurde sie ursprünglich für 2D-Schnitte in harten Materialien entwickelt – also Schnitte, die nur entlang der X- und Y-Achse eines Werkstücks ausgeführt werden konnten, wobei die Materialdicke entlang der Z-Achse gemessen wurde.
Durch den Versatz der Drahtrollen kann beim Drahterodieren in kontrollierten Winkeln zur Z-Achse geschnitten werden. Die spätere Ergänzung einer Rotationsachse führte zu leistungsstarken 5-Achsen-Drahterodierzentren.
Drahterodieren bearbeitet ausschließlich Hohlräume – keine Blindräume. Obere und untere Drahtführungen gewährleisten Schnittgenauigkeit und passen sich vertikal der Werkstückhöhe an. Für den Prozess ist außerdem eine vorgefertigte Durchgangsbohrung für den Draht erforderlich, die als Gewindebohrung bezeichnet wird.
Drahterodieren ist ideal für die Herstellung von Automobil- und Luft-und Raumfahrt Teile, Rohlingsstempel und Extrusionsmatrizen.
Lochbohren EDM
Das Bohren von Löchern ist in vielen Branchen ein unverzichtbares Werkzeug, darunter in der Luft- und Raumfahrt, Medizin, Technologie und Wissenschaft. Dies liegt daran, dass es die einzige Methode zum Schneiden langer, gerader, winziger Bohrlöcher darstellt. Mithilfe einer geraden Elektrode wird ein Loch erodiert, das das Profil des Werkzeugs perfekt widerspiegelt. Ein Vorteil des Lochbohrens mit EDM besteht darin, dass die exakte Maßgenauigkeit über die gesamte Länge des Lochs erhalten bleibt. Diese Technik eignet sich ideal zum Bohren von Startlöchern beim Drahterodieren, zum Entfernen abgebrochener Gewindebohrer und Bohrer in Maschinen und zum Erstellen von Kühlkanälen in Turbinenschaufeln.
Mit dieser Technik können gerade Löcher beliebiger Tiefe und mit einem Durchmesser von 0.0015 Zoll oder mehr erzeugt werden, selbst bei kleinen Durchmessern und großen Aspektverhältnissen. Eine EDM-Bohrmaschine ermöglicht das Bohren von Sacklöchern und Durchgangslöchern mit glatten Wänden in Materialien, die sonst nicht bearbeitet werden könnten. Löcher, die mit EDM-Lochbohren hergestellt werden, haben direkt aus der Maschine eine ausreichend glatte Oberfläche, um ohne weitere Nachbearbeitung als Lagerflächen verwendet zu werden.
Geeignete EDM-Typen für komplexe Hohlräume
Die Senkerodierung ist die effektivste EDM-Methode zur Herstellung von Teilen mit komplexen oder komplizierten Hohlräumen. Dies liegt daran, dass sie sich besser zum Bohren, Entgraten, Veredeln, 3D-Konturieren und für andere Bearbeitungsprozesse eignet. Die Senkerodierung eignet sich besonders gut zur Herstellung von Teilen, die mit herkömmlichen Bearbeitungstechniken nicht hergestellt werden können, da die Fähigkeit, ein Material zu durchschneiden, nicht von der Härte des Materials beeinflusst wird. Aufgrund seiner Schneidfähigkeit ist die Senkerodierung die bevorzugte Methode zur Bearbeitung von Teilen mit komplexen inneren Merkmalen wie Hohlräumen und Taschen.
Wann wählen EDM-Bearbeitung
Mit EDM lassen sich zahlreiche Aufgaben erledigen, wie etwa das Bohren langer oder feiner Löcher in beliebige Metalle, das Extrahieren präziser 2D-Formen aus schwer zu bearbeitenden Materialien und das Erstellen komplexer Hohlraumformen, bei denen es sich im Wesentlichen um 3D-Reliefformen handelt, die in die Unterseite von 2D-Blindhohlräumen geschnitten werden.
Auch zum Schneiden von Extrusionen, Rotationsformen und scharfen Innenecken eignet sich die Funkenerosion (EDM). Möchten Sie hartes Material wie Wolfram gravieren? Auch EDM ist ideal. Wichtig ist, dass EDM nahezu spannungsfrei auf das Werkstück einstufige, makellose Bohrungen in jedem Querschnitt erzeugen kann.
Tipps: EDM vs. herkömmlicher Bearbeitungsprozess
Beim EDM werden Materialien berührungslos durch elektrische Funken geschnitten. Dies reduziert das Verformungsrisiko und gewährleistet eine hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte. Im Gegensatz dazu werden bei der herkömmlichen Bearbeitung berührungsbasierte Schneidwerkzeuge verwendet, die Hitze erzeugen und das Werkstück verformen können. EDM bietet zwar eine höhere Präzision, konventionelle Methoden sind jedoch in der Regel schneller, materialflexibler und kostengünstiger.
Vorteile und Grenzen von EDM
| Vorteile | Einschränkungen |
| Design-Flexibilität | Begrenzte Materialkompatibilität |
| Bearbeitet problemlos komplexe Formen und harte Materialien wie Wolfram und Nickel. | Funktioniert nur bei elektrisch leitfähigen Materialien; Hitze kann die Eigenschaften des Metalls verändern. |
| Keine mechanische Verformung | Langsamer Materialabtrag |
| Der kontaktlose Prozess verhindert Verformungen und Schäden an empfindlichen Teilen. | Aufgrund der geringeren Schnittgeschwindigkeit ist es für die Produktion im großen Maßstab ungeeignet. |
| Präzision und Genauigkeit | Hohe Elektrodenkosten |
| Ideal für Teile mit hohen Toleranzen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbereich. | Sonderelektroden für das Senkerodieren erhöhen die Kosten, insbesondere bei geringen Stückzahlen. |
| Hervorragende Oberflächenbeschaffenheit | Hoher Energieverbrauch |
| Hinterlässt glatte Oberflächen mit minimaler Nachbearbeitung. | Verbraucht viel Strom, was zu einem größeren CO2-Fußabdruck führt. |
Leitfähige Materialien für die EDM-Prozess
Fast jedes leitfähige Material kann ohne allzu große Schwierigkeiten mit der Funkenerosion bearbeitet werden. Materialien, die nicht leitfähig sind, wie Verbundwerkstoffe, Glas, Keramik, Kunststoff und Holz, können nicht mit der Funkenerosion bearbeitet werden. Das Material des Werkstücks muss Elektrizität leiten, da es Bestandteil des Funkenstromkreises ist. Zu den für die Funkenerosion geeigneten Materialien gehören:
| Material | EDM-Anwendungen |
| Messing | Hervorragende Leitfähigkeit und Bearbeitbarkeit, ideal für Drahterodieren, Senkerodieren und Bohren. Erzeugt glatte Oberflächen, präzise Schnitte und komplizierte Formen. |
| Aluminium | Leichtgewicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Wird beim Draht-EDM und Senkerodieren für eine effiziente Wärmeableitung und die Herstellung detaillierter, komplexer Teile verwendet. |
| Stahl | Hartes Material stellt eine Herausforderung für die herkömmliche Bearbeitung dar; durch EDM wird Stahl präzise zu langlebigen Formen, Matrizen und komplexen Teilen bearbeitet. |
| Kupfer | Hervorragende elektrische Leitfähigkeit und Duktilität. Ermöglicht präzise Draht-EDM-Schnitte, die beim Senkerodieren von Formen verwendet werden, und eine effektive Wärmeableitung beim Bohr-EDM. |
| Nickel | Hitze- und korrosionsbeständig; konventionell schwer zu bearbeiten. EDM schneidet Nickel problemlos für detaillierte, langlebige Teile im Draht- und Senkerodierverfahren. |
| Wolfram | Hoher Schmelzpunkt und hohe Härte. EDM bearbeitet Wolfram für verschleißfeste Formen und Teile, insbesondere mit Senkerodierverfahren. |
Spezifische Branchen und Beispiele für EDM in der Fertigung
| Branche | Beschreibung | Beispiele |
| Medizintechnik | EDM ist eine wichtige Technologie im medizinischen Bereich und bekannt für ihre hohe Präzision und Genauigkeit – unerlässlich für die Herstellung medizinischer Geräte, bei denen selbst geringfügige Abweichungen schwerwiegende Folgen haben können. | Cochlea-Implantate, Herzschrittmacher, Neurostimulatoren, Zahnteile wie Abutments, Kronen, Brücken |
| Luft-und Raumfahrtindustrie | EDM ist in der Luft- und Raumfahrt von unschätzbarem Wert für die Herstellung komplexer Teile mit präzisen Abmessungen, die für die Leistung und Sicherheit von Flugzeugen von entscheidender Bedeutung sind. | Leitschaufeln, Turbinenscheiben, Kompressorscheiben, Fahrwerkskomponenten, Kraftstoffsystemteile, Matrizen, Aeroschaufeln, Metallformen |
| Fertigungsindustrie | Präzision ist der Schlüssel, daher wird EDM häufig zur Herstellung von Kunststoff-Spritzgussformen, Extrusionswerkzeugen, Senkerodierwerkzeugen, Zahnrädern, Gewinden und komplexen Maschinenteilen eingesetzt. | Kunststoff-Formwerkzeuge, Extrusionswerkzeuge, Senkerodierwerkzeuge, Zahnräder, Gewinde |
| Elektronik-Industrie | EDM bietet der Elektronikindustrie Vorteile, da nur mit leitfähigen Metallen gearbeitet wird und Teile hergestellt werden, die für eine optimale Funktion perfekt passen müssen. | Steckverbinder, Sensoren, Schalter, Elektroden, Matrizen, Masken |
Kostenüberlegungen bei der Wahl der Funkenerosion
Bei der Entscheidung für oder gegen das EDM-Verfahren für Ihre Bearbeitung sollten Sie die folgenden Kostenaspekte berücksichtigen:
Maschineninvestition
Die Anfangsinvestition in eine Maschine ist bei EDM-Maschinen relativ hoch. Dies gilt insbesondere für fortgeschrittenere Modelle. Bedenken Sie dies also, wenn Sie EDM-Maschinen zur Herstellung Ihrer Teile in Betracht ziehen. Die Kosten der Maschine machen EDM für kleine Produktionsläufe unpraktisch, da es die Produktionskosten stark beeinflussen würde.
Betriebskosten
Die Betriebskosten bestimmen maßgeblich die Gesamtproduktionskosten und damit auch die Rentabilität des Produkts. Die Betriebskosten von EDM sind recht hoch, da bei dieser Technik verschiedene Komponenten wie Elektroden, Drähte und Dielektrikum verwendet werden. Außerdem wird der Prozess ausschließlich mit Strom betrieben, und der Energieverbrauch erhöht die Gesamtbetriebskosten.
Materialkosten
Die Materialkosten haben einen großen Einfluss auf die Produktionskosten. Je mehr Material verbraucht wird, desto höher sind die Produktionskosten. Da beim Bearbeiten mit EDM nur minimaler Materialabfall entsteht, sind die Materialkosten niedriger als bei herkömmlicher Bearbeitung. Die niedrigeren Materialkosten führen auch zu niedrigeren Betriebskosten.
Maschinenwartung und -wartung
Wie bei jeder Maschine ist auch beim EDM eine regelmäßige Wartung wichtig. Bedenken Sie auch, dass die Produktionskosten umso höher sind, je häufiger die Wartung durchgeführt wird. Dennoch ist es wichtig, an der EDM-Maschine eine regelmäßige Wartung durchzuführen, um ihre optimale Genauigkeit und Wirksamkeit sicherzustellen.
Arbeitskosten
Die Inanspruchnahme der Dienste von Facharbeitern kostet mehr, je nach Qualifikation des Arbeiters. Die Bedienung von EDM-Maschinen ist komplex und erfordert häufig die Dienste eines erfahrenen EDM-Bedieners, was sich auf die Betriebskosten auswirken würde. Es ist auch wichtig zu beachten, dass die genauen Arbeitskosten häufig von der Komplexität der EDM-Technologie abhängen.
Produktivität und Bearbeitungszeit
Mit EDM ist es möglich, komplexe und komplizierte Teile in einer einzigen Aufspannung herzustellen, im Gegensatz zur herkömmlichen Bearbeitung, bei der mehrere Aufspannungen erforderlich sind. Dies erhöht die Produktivität und die Durchlaufzeit erheblich, reduziert den Zeitaufwand für die Herstellung von Teilen und verkürzt somit die Markteinführungszeit. Man sollte jedoch bedenken, dass EDM-Maschinen langsamer sind als ihre CNC-Gegenstücke.
Werkzeugaustausch und -design
Der Austausch abgenutzter Werkzeuge kostet Geld und wirkt sich bei häufiger Anwendung auf die Betriebs- und Gesamtproduktionskosten aus. EDM-Schneidwerkzeuge verschleißen wesentlich weniger als herkömmliche Zerspanungswerkzeuge. Dies spart Geld bei Werkzeugaustausch und Reparaturen und verbessert zudem die Genauigkeit der Teile.
Auswahl der richtigen EDM-Dienste
Bei der Auswahl des richtigen EDM-Dienstleisters ist es am besten, nach Anbietern mit Branchenerfahrung zu suchen. Entscheiden Sie sich für einen Dienst, der verschiedene EDM-Techniken anbietet, wie Senker, Draht und Lochbohreng. Am besten überprüfen Sie auch ihre Bearbeitungskapazitäten, indem Sie ihre EDM-Ausrüstung mit der Größe und Komplexität Ihres Projekts vergleichen.
Wenn Sie einen EDM-Dienst für Ihre Anforderungen auswählen, sollten Sie auch auf die Kommunikation achten, da diese entscheidend dafür ist, dass Ihre Teile rechtzeitig bei Ihnen eintreffen. Vergleichen Sie dann die Preise anderer Dienstanbieter und die Bearbeitungszeit.
Fazit
EDM ist eine produktive Bearbeitungstechnik, die die Herstellung hochpräziser Produkte erleichtert. Auch bekannt als FunkenerosionEs bietet Vorteile wie hohe Präzision und hochwertige Oberflächengüte, hat aber auch Nachteile wie Materialvielfalt, Geschwindigkeit und Fertigungskosten. Dieser Artikel geht auch auf die verschiedenen EDM-Technologien ein, darunter Bohren, Senkerodieren und Drahterodieren, und geht auf die Debatte Senkerodieren vs. Drahterodieren ein, um Ihnen eine fundierte Entscheidung bei der Auswahl der für Ihre Anforderungen geeigneten Technologie zu ermöglichen.
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Häufig gestellte Fragen
Beide Verfahren erleichtern zwar die Teileproduktion, basieren jedoch auf unterschiedlichen Prinzipien. Beim EDM wird beispielsweise ein Werkstück mit einem elektrischen Funken durchtrennt, während bei der CNC-Bearbeitung hierfür ein Schneidwerkzeug verwendet wird.
Der Zweck der EDM-Bearbeitung besteht darin, Materialien zu bearbeiten, die mit herkömmlichen Verfahren nicht bearbeitet werden könnten. Bei diesem Verfahren werden Materialien geschnitten, indem die Oberfläche des Werkstücks mithilfe von Elektrizität erodiert wird.
Obwohl gelegentlich Genauigkeiten beim Drahterodieren von +/- 0.00004 Zoll (0.001 mm) angegeben werden, ist +/- 0.0002 Zoll (0.005 mm) der üblichere Wert. Tatsächlich wird die Genauigkeit beim Drahterodieren von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter die gewünschte Oberflächenglätte, die Eigenschaften des Werkstücks und die verfügbare Bearbeitungszeit.
