Armin Weiß

Werkstück- und Werkzeugwerkstoffe

Zur Ermittlung der Verfahrenskennwerte wurden Versuchsreihen mit verschiedenen Werkstuckwerkstoffen, Werkzeugwerkstoffen und Arbeitsmedien durchgefuhrt, da ahnlich wie beim funkenerosiven Senken /1/ Abhangigkeiten der Leistungskennwerte von den verwendeten Materialien zu erwarten sind.

Bearbeitung von Stahlwerkstoffen

Je nach Werkzeug-Werkstuck-Paarung sowie je nach Werkstuckhohe ist die Grenze der Drahtbelastbarkeit unterschiedlich. Am Beispiel des Kaltarbeitsstahls X 210 Cr 12, der im Schnittwerkzeugbau vielfach Verwendung findet, sind unter der Bedingung, das die Drahtbelastbarkeit gerade nicht uberschritten wird, die technologischen Kenngrosen Schnittrate, Oberflachengute und Schnittspur in Abhangigkeit von der Werkstuckhohe und von der Speicherenergie des Kondensators ermittelt worden. In Bild 11 ist zu erkennen, das mit steigender Werkstuckhohe bei allen Speicherenergien ein Anstieg der Schnittrate auftritt, der auf eine Erhohung der Entladefrequenz zuruckzufuhren ist. Diese Erhohung der Entladefrequenz wird moglich, weil die bei dickeren Werkstucken entstehende, breitere Schnittspur die Spulverhaltnisse und somit die Kuhlwirkeng des Arbeitsmediums auf den Draht verbessert. Gleichzeitig erhoht sich mit steigender Werkstuckhohe auch die Warmeableitung durch das Werkstuck, da sich die im Eingriff befindliche Arbeitsflache vergrosert.

Form- und Massfehler beim Funkenerosiven Schneiden

Die Leistungsfahigkeit des Verfahrens wird, auser durch die bereits diskutierten hauptzeitbestimmenden Faktoren und die Oberflachenausbildung, wesentlich durch die erzielbare Genauigkeit charakterisiert. Dabei last sich die Genauigkeit durch die Abweichungen der funkenerosiv geschnittenen Werkstuckkontur von der programmierten Sollkontur bestimmen. In Bild 26 wird versucht einen Uberblick uber die beim funkenerosiven Schneiden auftretenden Fehler zu geben, die in prozesunabhangige und prozeBabhangige unterteilt worden sind. Im folgenden sollen die daruber hinaus im Bild angegebenen Ursachen fur die Fehler sowie die Moglichkeiten zu ihrer Vermeidung oder Verminderung aufgezeigt und erlautert werden.

Abtragverhalten bei Verwendung Verschiedener Drahtwerkstoffe

Aus Untersuchungen beim funkenerosiven Senken ist ebenfalls bekannt, das verschiedene Elektrodenwerkstoffe bei gleichen Werkstuckwerkstoffen und Einstellparametern aufgrund eines unterschiedlichen Abtrags pro Entladung verschiedene Abtragraten erbringen und sich vor allem in ihrem Verschleisverhalten unterscheiden /9,22,23,26,27/.

Verfahrenskenngrössen und ihre Messung

Fur die Untersuchungen standen statische Impulsgeneratoren zur Verfugung. Diese Generatortypen liefern rechteckige Spannungsimpulse bei einer in weiten Bereichen frei wahlbaren Impulsfrequenz fp. Die im Spannungs-Zeit-Diagramm (Bild 1) eingezeichneten Grosen U1 und Uz stellen die Impulsleerlaufspannung bzw. die uberlagerte Zundspannung dar, die bei Leerlauf und auch wahrend einer Zundverzogerungszeit anliegen.

Versuchsdurchführung und Auswertung

Da das funkenerosive Schneiden sowohl an verschiedenen Werkstuckwerkstoffen als auch mit verschiedenen Drahtwerkstoffen untersucht wurde, muste im Hinblick auf vergleichbare Versuchsbedingungen sinnvollerweise die Zahl der variablen Parameter eingeschrankt werden. Zu den konstanten Einstellbedingungen gehort die Polung; ublicherweise wird beim funkenerosiven Schneiden die Drahtelektrode kathodisch gepolt. Eine kathodische Werkzeugpolung hat sich im Schlichtbereich auch beim funkenerosiven Senken als gunstig erwiesen /1,9,10,11/.

Ausbildung des Stirn- und Seitenspaltes bei der Bearbeitung von G 20

Bei der Bearbeitung von G 20 wurde zunachst der Einflus der Impulsdauer ti auf die Ausbildung der Stirnspalte sEK, sEB und sEB 10 untersucht, indem bei konstantem Impulsstrom \({{{\rm{\bar i}}}_{\rm{f}}} = 19{\rm{A}}\), konstanter Leerlaufspannung U1 = 60 V und konstantem Tastverhaltnis τ = 0,5 die Impulsdauer ti von 10 /us bis 1000 /us variiert wurde. Bild 32 vergleicht die Spaltanderung bei der Bearbeitung mit Kupfer- und Graphitelektroden. Bei kleinem ti sind die Spaltgrosen zunachst gering, bei der Impulsdauer ti≈ 200 /us (Graphitelektrode) bzw. bei ti ≈ 500 /us (Kupferelektrode) erreichen sie ein Maximum und fallen anschliesend wieder ab. Eine mogliche Erklarung fur den Verlauf der Spaltgrose ergibt sich aus dem Verschmutzungsgrad ξ des Dielektrikums. In den Bildern 10 und 27 ist die Abtragrate bei G 20 Uber der Impulsdauer ti bei konstantem Spuldruck aufgenommen, wobei sich der Verlauf der Abtragrate und damit die Verschmutzung ahnlich wie der des Stirnspaltes verhalt. Aus der verringerten Abtragrate bei der Bearbeitung des Hartmetalls mit Kupferelektroden erklart sich auch, das hier die Stirnspalte bis ti ≤ 500 /us kleiner sind als bei der Bearbeitung mit Graphitelektroden. Es bestatigt sich auch, das das Verschleisverhalten bei Cu wesentlich hoher liegt als bei Graphit, denn die kleinen Spaltgrosen fordern das haufigere Auftreten des Anodenbogens (vgl. Kap. 8.3). Bei Impulsdauern ti > 500 /us sind die Stirnspalte mit Kupferelektroden leicht groser als die bei Graphit gemessenen, worin evtl. ein Grund fur die Neigung der Graphitelektroden zur Lichtbogenbildung bei langen Impulsdauern sowie fur die sich verringernde Differenz zwischen Cu- und C-Verschleis mit steigender Impulsdauer zu sehen sein konnte. Bild 33 zeigt den bekannten Einflus einer erhohten Leerlaufspannung U1 auf die Stirnspalte.

Energieverteilung bei der Hartmetallbearbeitung

Ausgehend von der thermodynamischen Theorie von Zolotych [15, 16] haben Kurr, Obaciu, Wertheim [8, 37] ein Modell zur mathematischen Erfassung der Energieumwandlungsvorgange entwickelt.

Eigenschaften und Gefügeaufbau der Hartmetalle

Als Werkstucke standen Hartmetallplattchen der Anwendungsgruppen G und P in ungeschliffenem Zustand zur Verfugung, die einen Durchmesser von 17 bzw. 45 mm und eine Dicke von 5 mm aufwiesen.