Drahterodieren offenbart: Die Rolle in der modernen Fertigung
Inhaltsübersicht
Was ist Drahterodieren?
Das Drahterodieren, auch Drahterodieren (Electrical Discharge Machining) genannt, ist eine Technik der Metallbearbeitung, die auch als Drahterodieren bezeichnet wird und ein Verfahren ist, bei dem lineare Elektroden für die elektrische Entladung verwendet werden. Es schneidet durch Impulsentladung zwischen dem Elektrodendraht und dem Werkstück und eignet sich für die Bearbeitung verschiedener leitfähiger Materialien, insbesondere im Bereich der Präzisionsbearbeitung.
Das Prinzip und die Prozesse des Drahterodierens
Das Prinzip
Drahterodieren ist eine Technologie, die elektrische Entladung zum Schneiden von Metall verwendet. Bei dieser Technologie wird der Abstand zwischen der Elektrode und dem zu schneidenden Material innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert, und es wird eine Hochfrequenzspannung angelegt, um eine elektrische Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Werkstück zu erzeugen, wodurch die Oberfläche des Werkstücks schmilzt und oxidiert wird und sich Blasen zwischen der Elektrode und dem Werkstück bilden. Die elektrische Funkenentladung, die abwechselnd zwischen der Elektrode und dem Werkstück gebildet wird, schält kontinuierlich das Oberflächenmaterial des Werkstücks ab, wodurch das Schneiden erreicht wird.
Die Prozesse
Der Drahterodierprozess kann in drei Stufen unterteilt werden.
- Lichtbogenbildung zwischen Elektrode und Werkstück: Beim Online-Schneiden wird ein dünner, leitfähiger Metalldraht als Elektrode verwendet. Der Abstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück ist sehr gering, aber es gibt keinen direkten physischen Kontakt. Durch Anlegen einer hohen Spannung entsteht eine Bogenentladung.
- Der Lichtbogen erzeugt Bereiche mit hoher Temperatur und hohem Druck: Die durch die Lichtbogenentladung erzeugte Energie ist sehr hoch, so dass das Metall auf der Oberfläche des Werkstücks sofort auf einen hohen Temperaturzustand erhitzt wird. Dieser Hochtemperatur- und Hochdruckbereich kann zu Verdampfung und Korrosion an der Metalloberfläche führen.
- Metallkorrosion und Entfernung: In Bereichen mit hohen Temperaturen und hohem Druck beginnen Metalle zu korrodieren und sich aufzulösen. Die korrosiven Metallpartikel werden durch Schockwellen weggespült, wodurch die Abtragung von Metallwerkstücken erreicht wird. Der Lichtbogen bewegt sich kontinuierlich zwischen der Elektrode und dem Werkstück, so dass der gesamte Schneidprozess die gewünschte Form auf der Metalloberfläche erzeugen kann.
Der Materialabtrag beim Drahterodieren erfolgt durch die Einwirkung von Funken auf die Oberfläche des Werkstücks. Bei diesen Funken handelt es sich nicht um Dauerströme, sondern um kurze Ströme, die Millionen Mal pro Sekunde auftreten.
Die Merkmale des Drahterodierens
- Drahterodieren kann leitende Materialien und Halbleitermaterialien mit hoher Härte, Festigkeit, Sprödigkeit und Zähigkeit schneiden, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer oder gar nicht zu bearbeiten sind.
- Aufgrund des extrem dünnen Elektrodendrahtes können kleine unregelmäßige Löcher, enge Spalten und komplex geformte Teile bearbeitet werden.
- Die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks wird nur geringfügig durch Wärme beeinflusst, so dass es sich für die Bearbeitung thermisch empfindlicher Materialien in Fabriken eignet. Aufgrund der Konzentration der Pulsenergie in einem sehr kleinen Bereich ist die Bearbeitungsgenauigkeit hoch.
- Während der Bearbeitung gibt es keinen direkten Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, und es treten keine nennenswerten Schnittkräfte auf.
- Aufgrund der dünnen Schnittnaht und der Tatsache, dass nur das Werkstück einer Konturbearbeitung unterzogen wird, ist der tatsächliche Metallabtrag sehr gering, was zu einem hohen Nutzungsgrad führt.
- Im Vergleich zur Funkenerosion entfallen bei der Verwendung von Drahtelektroden anstelle von Umformelektroden die Konstruktions- und Herstellungskosten von Umformwerkzeugen und die Produktionsvorbereitungszeit wird verkürzt.
Die Unterschiede zwischen Drahterodieren und konventioneller Funkenerosion
Unterschiedliche Prinzipien
Sowohl Drahterodieren als auch Funkenerosion（EDM）sind Zerspanungsmaschinen, die auf dem Prinzip der Funkenerosion beruhen, aber ihre Prinzipien haben gewisse Unterschiede.
Beim Drahtschneiden werden Elektrodendrähte als Schneidwerkzeuge verwendet, um Werkstücke unter Wasser zu schneiden. Durch kontinuierliches Abwärtsbewegen der Elektrodendrähte werden verschiedene Formen und Größen des Werkstücks geschnitten. Die Drahterodiermaschine erzeugt eine elektrische Funkenentladung auf der Oberfläche des Werkstücks und entfernt das Metallmaterial auf der Oberfläche des Werkstücks durch Entladungsablation, wodurch das Schneiden erreicht wird.
Verschiedene geeignete Materialien
Auch im Anwendungsbereich gibt es gewisse Unterschiede zwischen dem Drahtschneiden und dem konventionellen Erodieren.
Das Drahterodieren eignet sich zum Schneiden verschiedener metallischer Werkstoffe, insbesondere für Werkstücke mit hoher Härte. Mit dem Drahtschneiden lassen sich hochpräzise und schnelle Schnitteffekte erzielen. Die EDM-Schneiden Maschine eignet sich zum Schneiden aller Arten von leitenden Materialien, einschließlich Metallen, Legierungen, Keramik und anderen Materialien, und kann einen hochpräzisen Schneideffekt erzielen.
Unterschiedliche Verarbeitungseffekte
Auch bei den Bearbeitungseffekten gibt es Unterschiede zwischen Drahtschneiden und Funkenerosion.
Mit dem Drahterodieren lassen sich hochpräzise Bearbeitungsergebnisse erzielen, insbesondere bei der Herstellung kleiner und komplexer Teile. Der Bearbeitungseffekt von funkenerosive Bearbeitung ist ebenfalls sehr genau, kann aber keine kleinen Innenlöcher und komplexen Formen schneiden.
Unterschiedliche Nutzungsumgebungen
Es gibt auch Unterschiede in der Einsatzumgebung zwischen Drahtschneiden und Funkenerosion.
Das Schneiden von Drähten muss in der Regel in einer Stickstoff- oder einer anderen Inertgasumgebung durchgeführt werden, um zu verhindern, dass die durch die Entladung erzeugte Oxidation die Schneidoberfläche verunreinigt. Die Funkenerosion erfordert das Schneiden in Öl oder anderen isolierenden Medien, um Kurzschlüsse zwischen Elektrodendrähten und Werkstücken zu vermeiden.
Die Anwendungen des Drahterodierens
Das Drahterodieren ist in verschiedenen Bereichen der Fertigung weit verbreitet. Zum Beispiel in Bereichen wie Automobilbau, Luft- und Raumfahrt, Elektronik, Formenbau, medizinische Geräte, Präzisionsinstrumente usw.
- Formenbau: Drahtschneiden kann im Formenbau zum schnellen und präzisen Schneiden komplex geformter metallischer und nicht-metallischer Werkstoffe eingesetzt werden.
- Mechanische Fertigung: Das Drahtschneiden eignet sich für verschiedene mechanische Fertigungsindustrien und kann verschiedene Werkstücke und Teile effizient und genau herstellen.
- Schmuck: Drahtschneideverfahren können für die Herstellung von Schmuck verwendet werden, der verschiedene Edelsteine und Metallmaterialien genau schneiden und polieren kann.
- Elektronische Geräte: Das Schneiden von Drähten kann in der Industrie für elektronische Geräte verwendet werden, z. B. zum Schneiden von Chips, elektronischen Leiterplatten usw.
Der Entwicklungsstand von Drahterodiermaschinen in China
Drahtschneidemaschinen sind in zwei Typen unterteilt, die auf der unterschiedlichen Drahtgeschwindigkeit und dem Bewegungsmodus basieren: Hochgeschwindigkeits-Elektroerosionsmaschinen mit hin- und hergehendem Draht (im Folgenden als "schnelle Drahtschneidemaschinen" bezeichnet) und unidirektionale Elektroerosionsmaschinen mit niedriger Geschwindigkeit (im Folgenden als "langsame Drahtschneidemaschinen" bezeichnet).
Die Entwicklung der Hochgeschwindigkeits-Drahterodiermaschine
Die schnelle Drahtschneidemaschine ist eine einzigartige elektrische Bearbeitungsmaschine in China. Nach vierzig- bis fünfzigjähriger Entwicklung ist die Technologie inzwischen recht ausgereift und nimmt eine wichtige Stellung in der chinesischen Maschinenbauindustrie ein. Es ist auch das wichtigste Modell, das derzeit in China hergestellt wird. Seine größten Vorteile sind der einfache Aufbau, die einfache Bedienung, die niedrigen Betriebskosten und die hohe Verarbeitungseffizienz mit einem guten Kosten-Nutzen-Verhältnis.
Der Elektrodendraht der schnellen Drahtschneidemaschine führt eine Hochgeschwindigkeits-Hubbewegung mit einer Drahtgeschwindigkeit von 8-10 m/s aus. Der Elektrodendraht kann während des Bearbeitungsprozesses wiederverwendet werden, und der Durchmesserbereich des Elektrodendrahts beträgt 0,12-0,25 mm, wobei ein Durchmesser von 0,18 mm am häufigsten verwendet wird; Die Oberflächenrauhigkeit des bearbeiteten Materials kann R α erreichen: 3,2-1,6 μ m, wobei der optimale Wert bei nur 1 μ m liegt; Kontrollierbare Bearbeitungsgenauigkeit von 0,01-0,02 mm.
Aufgrund von Faktoren wie dem schnellen Verlust des Elektrodendrahts, der geringen Steifigkeit der Host-Struktur, dem großen Einfluss von Temperaturschwankungen in der Bearbeitungsumgebung, der instabilen Genauigkeit, dem Vorschubsystem mit offenem Regelkreis und den Veränderungen der Leitfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit im Laufe der Zeit ist die Bearbeitungsgenauigkeit der Drahtschneidemaschine begrenzt.
In den letzten Jahren haben die einheimischen Hersteller von Hochgeschwindigkeits-Drahtschneidemaschinen erhebliche Fortschritte bei der Verbesserung der Genauigkeit von reziproken Drahtschneidemaschinen (vor allem Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit) und der Oberflächenqualität der bearbeiteten Teile als zwei bahnbrechende Richtungen für die Produktentwicklung gemacht. Erhebliche Fortschritte wurden unter anderem in den Bereichen Fertigungstechnologie, Impulsleistungstechnologie, Steuerungstechnologie und Verarbeitungstechnologie erzielt.
Entwicklung einer unidirektionalen Niedergeschwindigkeits-Drahterodiermaschine
Die Elektrodendrähte von Elektroerosionsmaschinen zum Schneiden von Drähten mit niedriger Geschwindigkeit (unidirektionales langsames Drahtschneiden) führen eine unidirektionale Bewegung mit niedriger Geschwindigkeit aus, und die Drahtschneidegeschwindigkeit ist im Allgemeinen nicht höher als 0,2 m/s; Bei der Verarbeitung wird der Elektrodendraht nach einmaligem Gebrauch entsorgt, und die Anforderungen an die Zugfestigkeit sind nicht hoch. Das Material für den Elektrodendraht ist im Allgemeinen verzinkter Kupferdraht oder Messingdraht mit einem Durchmesser von 0,03-0,35 mm. Wenn die Produktivität hoch ist, kann verzinkter Messingdraht mit einem Durchmesser von weniger als 0,3 mm für die Verarbeitung verwendet werden. Die Oberflächenrauheit des bearbeiteten Materials kann im Allgemeinen R α erreichen: 1,6-0,2 μ m, und die kontrollierbare Bearbeitungsgenauigkeit beträgt 0,005-0,002 mm.
Die wichtigsten Merkmale sind: aufgrund der unidirektionalen Bewegung des Elektrodendrahtes, der einmaligen Verwendung, der gleichmäßigen Spannung und der geringen Vibration sind die Bearbeitungsstabilität, die Oberflächenrauheit und die Genauigkeitsindikatoren denen der schnellen Drahtschneidemaschinen überlegen.Das unidirektionale langsame Drahtschneiden war ursprünglich das Hauptmodell, das im Ausland hergestellt und verwendet wurde. China begann relativ spät mit der Erforschung von Werkzeugmaschinen für das langsame Drahtschneiden.
Die wichtigsten Merkmale sind: aufgrund der unidirektionalen Bewegung des Elektrodendrahtes, der einmaligen Verwendung, der gleichmäßigen Spannung und der geringen Vibration sind die Bearbeitungsstabilität, die Oberflächenrauheit und die Genauigkeitsindikatoren denen der schnellen Drahtschneidemaschinen überlegen.Das unidirektionale langsame Drahtschneiden war ursprünglich das Hauptmodell, das im Ausland hergestellt und verwendet wurde. China begann relativ spät mit der Erforschung von Werkzeugmaschinen für das langsame Drahtschneiden.
In den letzten Jahren haben chinesische Forscher und Unternehmen jedoch mit Unterstützung nationaler Sonderfonds umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen unternommen und die Erforschung und Entwicklung einer neuen Generation von Werkzeugmaschinen zum Schneiden von langsamem Draht abgeschlossen.
Schlussfolgerung
Als wichtige Bearbeitungsmethode in der modernen Fertigung zeichnet sich das Drahterodieren durch hohe Präzision, schnelle Bearbeitungsgeschwindigkeit und große Bearbeitungsdicke aus und ist ein unverzichtbarer Bestandteil der modernen Fertigung. Im zukünftigen Entwicklungsprozess wird das Drahterodieren schrittweise eine höhere Effizienz und eine höhere Bearbeitungsqualität erreichen und eine wichtige Rolle im Produktionsprozess spielen.
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