Grundlagenuntersuchung zur Mikrobahnerosion mit Werkzeugelektroden aus bordotierten Diamanten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521489341

Die Funkenerosion wird als abtragendes Fertigungsverfahren für die Bearbeitung elektrisch leitfähiger Werkstoffe, unabhängig von deren Härte H und Festigkeit E, eingesetzt. Funkenerosion mit feinststrukturierten Werkzeugelektroden wird Mikrosenkerosion genannt und findet hauptsächlich in der Fertigung von Mikrospritzguss- sowie Mikroabformwerkzeugen Anwendung. Jedoch unterliegt bei der Mikrosenkerosion die Werkzeugelektrode im Vergleich zur Makrosenkerosion einem deutlich höheren relativen Verschleiß Theta. Aufgrund der kleinen Arbeitspalte s resultieren zudem verschlechterte Spülbedingungen, die zu einer steigenden Zahl von Kurzschluss- und Lichtbogenentladungen führen. Darüber hinaus können die Feinststrukturen der Werkzeugelektroden die Prozesswärme Q nur schlecht abführen. Zur Gewährleistung der geforderten Formgenauigkeiten GF kommen daher während der Mikrosenkerosion mehrere Werkzeugelektroden für die Fertigung einer Kavität zum Einsatz. Eine Alternative stellt die Mikrofunkenerosion mit rotierender Werkzeugelektrode, Mikrobahnerosion genannt, dar. Bei der Mikrobahnerosion kann ähnlich dem Stirn-Umfangs-Fräsen eine nahezu beliebige dreidimensionale Struktur gefertigt werden. Die Mikrobahnerosion hat den Vorteil, dass es entgegen der Mikrosenkerosion keiner feinststrukturierten Werkzeugelektroden bedarf. Darüber hinaus herrschen durch die Relativbewegung der Werkzeugelektrode sowie durch eine "offene" Kontur deutlich bessere Spülbedingungen. Die Haupteinflussgröße auf die erreichbare Maßgenauigkeit GM und Formgenauigkeit GF stellt der relative Verschleiß Theta der Werkzeugelektroden dar. Hauptgegenstand der Forschung in diesem Gebiet ist daher die Entwicklung von geeigneten Verschleißkompensationsstrategien. In der verschleißintensiven Mikrofunkenerosion werden überwiegend Werkzeugelektrodenwerkstoffe eingesetzt, die eine hohe Schmelztemperatur TS besitzen. Dazu zählen hauptsächlich Wolfram-Kupfer-Werkstoffe und Hartmetalle aus Wolframcarbid-Kobalt. Auf Basis der Voruntersuchungen konnte darüber hinaus ein großes Potenzial von elektrisch leitfähigen, bordotierten Diamanten für den Einsatz als verschleißfeste Werkzeugelektroden bei der Mikrobahnerosion identifiziert werden. Bislang sind jedoch keine Veröffentlichungen oder wissenschaftliche Abhandlungen bekannt, die sich mit der Erforschung oder Anwendung von elektrisch leitfähigen, bordotierten Diamanten für die Mikrobahnerosion auseinandersetzen. Das beantragte Forschungsvorhaben soll daher maßgeblich dazu beitragen, das Grundlagenwissen zur Mikrobahnerosion mit Werkzeugelektroden aus bordotierten Diamanten zu erschließen, um somit einen erheblichen Beitrag zur Erweiterung des Standes der Technik zu leisten. Nach Abschluss des beantragten Forschungsvorhabens werden wissenschaftliche Grundlagenkenntnisse sowie industriell verwertbare Technologien vorliegen, die dem Wissenschafts- sowie Wirtschaftsstandort Deutschland einen Vorsprung im globalen Umfeld ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen