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Technische Erklärungen zum Funkenerodieren

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Was ist Funkenerodieren?

Was bedeutet Funkenerodieren und auf welchen Grundlagen beruht die Funktionsweise dieses thermischen Fertigungsverfahrens.

Grundlagen und Definition

Funkenerodieren (kurz EDM von engl. electrical discharge machining), ist ein abtragendes, thermisches Fertigungsverfahren, für leitfähige Materialien, das auf elektrischen Entladevorgängen (Funken) zwischen einer Elektrode (Werkzeug) und einem leitenden Werkstück beruht. Die komplette Bearbeitung des Werkstückes findet in einer nichtleitenden Flüssigkeit (Dielektrikum) statt. Für den Erodiervorgang wird das Elektrodenwerkzeug auf einen Abstand von ca. 0,5 mm an das Werkstück herangefahren. Pro Sekunde schlagen so mindestens 100.000 Funken über und schmelzen das Werkstück an der gewünschten Stelle auf. Anhand der Intensität, Frequenz, Dauer, Länge und Polung der Entladungen werden verschiedene Abtragergebnisse und Oberflächen erreicht. Unterschieden wird dabei zwischen dem Drahterodieren, Senkerodieren und dem Bohrerodieren, einer speziellen Form der Senkerosion.

Grafik zeigt den Aufbau und die Konstruktion einer Senkerodiermaschine

Anwendungen und Beispiele der Funkenerosion

Funkenerodieren kommt dort zur Anwendung, wo die mechanische Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe an ihre Grenzen stößt. So können extrem harte Werkstoffe mit hoher Maßgenauigkeit bearbeitet werden und auch komplexe Geometrien (zylindrisch oder konisch) lassen sich toleranzgenau fertigen. Gerade für sicherheitsrelevante Bauteile ist dieses Verfahren die optimale Fertigungslösung, da feinste Oberflächen mit Rauheitsgraden von Ra 0,5 – 0,8 µm und Genauigkeiten im Mikrobereich kein Problem sind.

Anwendungsbranchen:

  • Luft- und Raumfahrtindustrie
  • Prototypenbau, Maschinenbau
  • Werkzeug- und Formenbau

Fertigungsbeispiele:

  • Gesenke, Hinterschnitte
  • Startlochbohrungen
  • Matrizen, Stempel, Durchbrüche
Der Schneidprozess

Für optimale Ergebnisse werden verschiedene Elektroden eingesetzt, wahlweise Messing- oder Schichtkupferdraht teilweise auch beschichtet (Ø 0,05 – 0,3 mm). Neuere Erodiermaschinen verfügen über Abrichtvorrichtungen um die Elektrode mit einer Profilierung zu versehen. Jede Entladung beim Schneidprozess erzeugt einen kleinen Krater (Materialabtrag) und drahtseitig einen Abbrand (Verschleiss der Werkzeugelektrode). Durch Neigung des Drahtes werden Koniken und unterschiedliche Profile erreicht.

Auch bei großer Materialdicke sind extrem geringe Schnittbreiten möglich. Die Konturen sind scharfkantig mit einer perfekten Maßgenauigkeit, weshalb Funkenerodieren für alle leitenden Materialien, unabhängig von Härte und Beschaffenheit geeignet ist.

Grafische Darstellung der Funktionsweise des Funkenerodierens mit einem Draht

Vor- und Nachteile des Funkenerodierens

Vorteile:

  • Minimale Schnittbreiten auch großen Materialstärken
  • Höchste Geometriekomplexität, Linearität und Oberflächenqualität
  • Fertigung auch sehr schwieriger Innenformen mit kleinsten Eckradien
  • Senkungen, Durchbrüche oder Gewinde in den härtesten Werkstoffen herstellbar

Nachteile:

  • Nur geringe Abtragleistung
  • Hohe Maschinen- und Anlagenkosten
  • Thermische Beeinflussung der Randschichten durch hohe Temperaturen
  • Entsorgung der Erodierrückstände (Drahtreste/ Erodierwasser/ Erodierschlamm)

Fazit: Kurzfristig Teile bestellen und termingerecht fertigen lassen, auf dem Gebiet der Drahterosion ein Wunschgedanke. In der Realität sind Erodierprozesse sehr zeitaufwendig, da der Materialabtrag pro Schneidvorgang sehr gering ist. Doch garantiert diese Technik für optimale Maßgenauigkeiten und Oberflächengüten.

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