Grundlagenorientierte Optimierung der Mikrosenkerosion
Final Report Abstract
Das Projekt „Grundlagenorientierte Optimierung der Mikrosenkerosion“ wurde auf den drei Säulen anwendungsorientiertes Experiment, Grundlagenuntersuchung und Simulation aufgebaut. In den anwendungsorientierten Versuchsteilen wurden unter verschiedenen Randbedingungen bzgl. der eingesetzten Maschinentechnik die Einflüsse von verschiedenen Dielektrika (teilweise mit Additiven), Werkstoffen und Werkzeugen untersucht. Rückblickend muss summiert werden, dass der Versuch, die positiven Effekte pulverförmiger Additive aus der Makrosenkerosion auf die Mikroerosion zu übertragen, nicht vollständig gelungen ist. Zwar kann, wie im Ergebnis-Kapitel weiter gezeigt, für bestimmte Randbedingungen eine Verbesserung des Prozessergebnisses gezeigt werden, jedoch ist dies auf bestimmte, geringe Konzentrationen von Graphit beschränkt. Alle anderen Pulver wurden nach dem ersten Förderzeitraum als Additiv für die Mikroerosion wieder verworfen. Für die Mikroerosion ist niedrigviskoses, CH-basiertes Dielektrikum am besten geeignet. Die Verwendung von Wasser ist nicht geeignet, da es hier zu elektrochemischen Abtrag- Effekten kommt, die keine formgenaue Abbildung im Mikrobereich zulassen. Die gewonnen Erkenntnisse stützen die These, dass im Besonderen die Spülung ein großer Einflussfaktor für die Mikroerosion ist. Mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen konnte gezeigt werden, dass es eine prozessimmanente Spülung gibt, die je nach Eigenschaften und Zustand des Dielektrikums, sowie der elektrischen Prozesskenngrößen, unterschiedlich stark ausfällt. Die laterale Spülung bzw. als Besonderheit die Überflutungsspülung kann nur als bedingt geeignet angesehen werden, da hierdurch im Zusammenspiel mit einer Abhebebewegung besondere, ungewünschte Formabweichungen an den gefertigten Kavitäten auftreten können. Die Zwangsspülung durch eine Elektrode hindurch wurde ebenfalls untersucht. Bei kleinsten Rohrdurchmessern ist die Rohrreibung ein so großer Einflussfaktor, dass letztlich aufgrund der großen Abhängigkeit der Durchflussmenge von der Elektrodenlänge eine Überwachung des Drucks ohne Kenntnis der Elektrodenlänge keine zielführende Überwachung darstellt. Die Spülung durch die Abhebebewegung der Elektrode wurde an einem Analogieversuchsstand mittels PIV-Analyse untersucht. Diese Daten wurden als Eingangs- bzw. Vergleichsgröße für die Simulation der Strömungszustände im frontalen Arbeitsspalt bei Anwendung der Bewegungsspülung verwendet. Die Simulation der Spülung erfolgte mittels der neu eingeführten Software COMSOL Multiphysics. Neben der Simulation von Strömungszuständen durch eine lateral einwirkende Spülung, lag das Hauptaugenmerk auf der Simulation der Strömungsverhältnisse im frontalen Arbeitsspalt bei Spülung durch eine Abhebebewegung der Elektrode. Die Simulation wurde durch die PIV-Aufnahmen validiert. Die Ergebnisse der Simulation liegen sehr nah an denen der PIV-Aufnahmen und zeigen die Eignung dieser Methode zur Untersuchung der Strömungsverhältnisse im Arbeitsspalt. Hierdurch ist für zukünftige Forschungsvorhaben ein wichtiges Werkzeug bereitgestellt worden. Vor dem Hintergrund der grundlagenorientierten Ausrichtung ist es besonders erfreulich, dass die Industrie die Ergebnisse als anwendungsrelevant ansieht und auf Grundlage dieser technologiebasierten und anlagenunabhängigen Teilmodelle den Prozess insgesamt durch Änderungen an der Maschinentechnik bzw. -steuerung den Prozess der Mikrosenkerosion weiter verbessern wird. Auch der Anwender kann bereits jetzt durch das Anwenden einfacher Handlungsempfehlungen (bzgl. der Überflutungsspülung) eine mögliche Fehlerquelle bei der Mikrosenkerosion ausschalten.
Publications
- Continuation of Force Measurements during Sinking EDM. CIRP 59th GA, STC”E”, Technical Presentation in Part II, 2009
Klocke, F.; Klink, A.; Garzón, M.; Dieckmann, J.
- Investigation on Dynamic Gas Bubble Formation by Using a High-Speed-Camera System, 16th International Symposium on Electromachining (ISEM XVI), Shanghai, 2010
Klocke, F.; Dieckmann, J.; Garzón, M.; Klink, A.
- Micro Electro Discharge Machining (µ-EDM) with Additivated Dielectrics, Proceedings of the euspen International Conference, Delft, 2010
Klocke, F.; Dieckmann, J.; Garzón, M.
- Funkenerosive Bearbeitung hochharter Werkstoffe, Tagungsband zur 8. Fachtagung Funkenerosion, WZL der RWTH Aachen, Kap. 14, S. 1-21, Aachen, 2011
Dieckmann, J.
- Process force analysis on sinking-EDM electrodes for the precision manufacturing, Production Engineering - Research and Development, 5, S. 183-190, 2011
Klocke, F.; Garzón, M.; Dieckmann, J.; Klink, A.
- Geometrical Deviation in Micro-Sinking- EDM for Precision Manufacturing, Proceedings of the euspen International Conference, Stockholm, 2012
Klocke, F.; Dieckmann, J.; Garzón, M.
