Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr.1145
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. . E. h. Leo Brandt
DK 621.9.018.5
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Herwart OpitZ
Dr.-Ing. Hans Wilhelm Obrig
Dr.-Ing. Kar/heinz Ganser
Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre
an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen
Funkenerosive Bearbeitung
Untersuchungen von Einflußgrößen bei der funkenerosiven Senkbearbeitung
WESTDEUTSCHER VERLAG· KÖLN UND OPLADEN 1963
ISBN 978-3-663-00554-4 ISBN 978-3-663-02467-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-02467-5
Verlags-Nr. 011145
© 1963 by Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen
Gesamtherstellung : Westdeutscher Verlag
Inhalt
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen 7
1. Einleitung ..................................................... 9
2. Die elektroerosive Bearbeitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3. Elektrische Arbeitskennwerte ..................................... 12
3.1 Mittlere Frequenz und Entladungsfolge ............ .... ..... ... 12
3.2 Die Entladedauer ........................................... 20
3.21 Änderung der Entladedauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20
3.22 Einfluß der Entladedauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22
3.3 Die Entladungsarbeit . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27
4. Auswirkungen der Zusatzspülung 32
4.1 Die dielektrische Flüssigkeit 32
4.11 Zweck des Arbeitsmediums .................................. 32.
4.12 Aufbereitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33
4.2 Aufgabe und Art der Spülung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34
4.21 Auswirkungen auf die Arbeitskennwerte ......... . . . . . . . . . . . . .. 35
4.22 Erklärung des Vorganges beim Spülen ........................ 37
4.3 Anwendungsmäglichkeiten der Spülung ....................... 47
5. Der Bearbeitungsspalt und seine Beeinflussung ...................... 51
5.1 Der Bearbeitungsspalt im Bereich niedriger Funkenarbeit ........ 51
5.11 Messung des Bearbeitungsspaltes beim funkenerosiven Gravieren.. 52
5.12 Messung des Bearbeitungsspaltes beim funkenerosiven Bohren . . .. 53
5.2 Einfluß der elektrischen Parameter .......... . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54
5.3 Einfluß der Bearbeitungsfläche ............................... 60
5.4 Einfluß der Werkstoffpaarung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.5 Einfluß der dielektrischen Flüssigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62
5.6 Temperaturen im Bearbeitungsspalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66
6. Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68
7. Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 69
5
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen
E Spannung der Energiequelle V
Rq Ohmscher Widerstand der Energiequelle n
Lq Induktivität der Energiequelle H
3q Scheinwiderstand der Energiequelle n
RI Ohms cher Widerstand des Ladekreises n
LI Induktivität des Ladekreises H
31 Ladescheinwiderstand n
S Energiespeicher
C Kapazität des Energiespeichers fLF
Rs Ohmscher Widerstand des
Speicherquerzweiges n
Ls Induktivität des Speicherquerzweiges H
3s Speicherscheinwiderstand n
Rr Widerstand der Entladestrecke n
Re Ohmscher Widerstand des Entladekreises n
Le Induktivität des Entladekreises H
Wirkungsgrad des Entladekreises
"l)e
3r Entladescheinwiderstand n
Uc Spannung am Energiespeicher V
Uo Überschlagspann ung V
Uferr mittlere Spannung am Entladewiderstand Rr V
Ur Spannung an der Entladestrecke V
Ur Anfangsfunkenbrennspannung V
Ub Mindestfunkenbrennspannung V
Us Sollwerteinstellung Funkenspannung
h Strom im Ladekreis A
ie Strom im Entladekreis A
le Spitzenstrom einer Entladehalbschwingung A
tl Ladedauer ms
tr Entladungsdauer fLS
Te Dauer einer Entladungsperiode fLS
Te/ Dauer einer Entladungshalbperiode fLS
2
n Anzahl der Entladehalbschwingungen
fr mittlere Frequenz der Entladungsfolge kHz
A Kondensatorarbeit Ws
k
Arges in einer Entladung in der Entladestrecke
umgesetzte elektrische Arbeit
(Gesamtfunkenarbei t) Ws
7
Nrn(Nr) mittlere Leistung der Einzelentladung W
Nrges gesamte Entladungsleistung W
W
o Entladungsdichte
mm2
Imp.
Auftreffdichte der Entladungen
min' Krater
Durchmesserdifferenz mm
mm3
Abtragleistung am Werkstück
min
mm3
Abtragleistung an der Werkzeugelektrode
min
mm3
V Wn (V AlE; V WIE) Abtrag pro Entladung am Werkstück
Entl.
VEn(Vl(/E; VE/E) Abtrag pro Entladung an der mm3
Werkzeugelektrode Entl.
relativer Werkzeugelektrodenverschleiß 0/
/0
Vorschubweg der Werkzeugelektrode mm
Zeit min
oe
Temperatur in der Werkstückoberfläche
oe
Temperatur im Entladungskanal
oe
Schmelztemperatur
kcal
c spezifische Wärme
kg· grd
kcal
Wärmeleitzahl
m' h· grd
Durchschlagfeldstärke kVjcm
Funkenüberschlagstrecke cm
Bearbeitungsspalt ILm
Bearbeitungsspalt bei Mindestfunkenbrenn
spannung
optimaler Bearbeitungsspalt
aopt.
as Bearbeitungsspalt bei Speicherspannung
effektiver Bearbeitungsspalt
aeff
11. relativer \Verkzeugvorschub
hw Gesamtzustellung der Werkzeugelektrode bis
zum Durchbruch durch die Bearbeitungsform mm
s Stärke der Bearbeitungsform mm
F Bearbei tungsfläche mm2
8
1. Einleitung
Die stetig steigenden Festigkeitseigenschaften der Werkzeugstähle und der Sinter
hartmetalle stellen die Fertigung und den Werkzeugbau immer wieder vor neue
Probleme. Die unter dem Oberbegriff »Trennen« [1] zusammengefaßten Ferti
gungsverfahren haben darum in neuerer Zeit durch die abtragenden Verfahren
ihre notwendige Ergänzung und Erweiterung erfahren. Nach dem heutigen Stand
der Entwicklung hat die Elektroerosion vor den mechanischen, chemischen,
elektrochemischen und elektronischen Abtragungsverfahren die größte Be
deutung erlangt.
9
2. Die elektroerosive Bearbeitung
Unter dem Begriff »Elektroerosion« sollen hier
»alle durch elektrische Entladungsvorgänge zwischen zwei Elektroden unter
einem Arbeitsmedium hervorgerufenen Abtragungen von elektrisch leitenden
Werkstoffen zum Zwecke der Bearbeitung«
verstanden werden [2]. Die elektrische Energie wird in Form einer Entladung an
der Arbeitsstelle unmittelbar in die zum Abtrag erforderliche Arbeit umgesetzt.
Der Werkstückstoff wird mit der zeitlichen Aufeinanderfolge der Entladungen
punktweise abgetragen, und durch die Wahl einer geeigneten Entladungsart ist
es möglich, die durch das Werkzeug vorgegebene Form im Werkstück abzubilden.
Diese letzte Bedingung läßt sich nur mit der Bearbeitung nach dem Funken
verfahren erfüllen. Zum Unterschied gegenüber dem Lichtbogenverfahren ist die
Funkenerosion definiert als
»das Abtragen durch aufeinander folgende, zeitlich voneinander getrennte,
nichtstationäre oder quasistationäre Entladungen.
Die Entladungen erfolgen vorwiegend aus Energiespeichern mit Spannungen
von mehr als rund 20 V während des Entladungsvorganges in einem isolieren
den Arbeitsmedium.« [2]
Den prinzipiellen Aufbau eines elektroerosiven Arbeitskreises zeigt Abb. 1.
Energie Ladekreis Entladekreis
versorgung
L.
u. u.
Abb. 1 Schema des Arbeits reises einer Elektroerosionsmaschine
In früheren Berichten [9, 15, u. a.] wurden bereits die grundsätzlichen Zusammen
hänge aufgezeigt und Ergebnisse von Untersuchungen des Verfahrens dargestellt.
10
Die rasch fortschreitende Entwicklung des Verfahrens sowie die Erweiterung
des Anwendungsbereiches bringen eine Vielzahl neuer Probleme. Darum ist die
Aufgabe gestellt, alle beeinflussenden Größen im elektroerosiven Arbeitsprozeß
systematisch zu erfassen, zu untersuchen und ihre Auswirkungen im Hinblick
auf das Arbeitsergebnis abzugrenzen.
Das Arbeitsergebnis wird durch die Werte der Abtragleistung, des relativen
Werkzeugelektrodenverschleißes und der Oberflächenrauheit bestimmt. Im fol
genden sollen nun die Auswirkungen einer Variation der elektrischen Kennwerte,
der Einfluß einer Zusatzspülung sowie die Größe des Bearbeitungsspaltes in
Zusammenhang mit dem Arbeitsergebnis untersucht werden.
Für die Versuche standen zwei im Laboratorium für Werkzeugmaschinen und
Betriebslehre entwickelte und gebaute Funkenerosionsmaschinen mit 13,5 bzw.
0,5 kVA Anschlußleistung zur Verfügung. Beide Maschinen arbeiten elektrisch
mit Schwingkreisaufladung und ungesteuerter Entladungsfolge. Die allgemeine
Versuchsanordnung zur Bestimmung der elektrischen Arbeitskennwerte zeigt
Abb.2.
D c
M
tI- -b~~~~~-.J E = Eingangsspannung
RA = Widetstand im Aufladekreis
LA = Induktivität im Aufladekreis
C = Kond~nsator
A = Anode
K = Kathode
D = Dielektdkumsbchälter
o = Oszillograph
F = Frequenzmeßgerät
I = Impulszählgerät
1 ... 1.1010 M = Meßwiderstand
Abb. 2 Allgemeine Versuchsanordnung
Im Interesse einer allgemeinen Übertragbarkeit der Ergebnisse werden alle An
gaben auf die elektrischen Daten der Einzelentladung bezogen [11].
11
3. Elektrische Arbeitskennwerte
Nach Angaben im Schrifttum [7, 8, 11] läßt sich bei einer vorgegebenen Elek
trodenpaarung der im Abtragsversuch mit Zeit- oder Impulsvorgabe ermittelte
Abtrag pro Entladung einer bestimmten elektrischen Arbeit zuordnen.
V Wn = K1 W (Ar ges - K2 w)
und
VEn = K1E (Arges- K2E)
Demnach ergibt sich die Abtragleistung proportional der Funkenleistung zu
VWt = fr · VWn
und
VEt = fr · VEn
STUTE [11] schränkt diese Aussage schon ein, indem er darauf hinweist, daß man
wegen der unterschiedlichen Verhältnisse im Bearbeitungsspalt nicht ohne weite
res von Versuchen mit Einzelentladungen auf das Ergebnis beim Arbeiten mit
einer Entladungsfolge schließen kann. Darüber hinaus stellt er im untersuchten
Bereich jedoch keinen Einfluß der Entladungsfolge oder Entladungsform auf das
Arbeitsergebnis fest.
3.1 Mittlere Frequenz der Entladungsfolge
Für verschiedene jeweils konstante Entladungsarbeiten wurde die Entladungs
folge in einem möglichst großen Bereich variiert. Die geringste Frequenz ergibt
sich aus den Kennwerten der Regelung sowie der Stabilität des Ladekreises und
wurde so gewählt, daß die Maschine gerade noch gleichmäßig arbeitete.
Die obere Grenze der Entladungsfolge ist von der Maschine her durch die Aus
legung des Aufladekreises, d. h. durch die Spannung der Energiequelle, die
Impedanz des Kreises und die Kapazität des Arbeitskondensators festgelegt.
Vom Verfahren ist die zweite Bedingung gesetzt durch die Wiederkehr der
Spannungsfestigkeit in der Entladestrecke, indem der maximal zulässige Span
nungsanstieg der Aufladung einen bestimmten Wert nicht übersteigen darf.
Steigt nämlich die Spannung nach der Entladung schneller an als die Entionisie
rung der Elltladestrecke fortschreitet, so geht die Folge der Einzelentladungen
in eine stationäre Lichtbogenentladung über. Der Mittelwert des Spannungs
anstieges an der Entladestrecke errechnet sich als Quotient aus der Überschlag
spannung und der Aufladezeit zu
~: (~)
f =
12
