Grundlagenuntersuchung zum Einsatz einer inversen Druckspülung beim funkenerosiven Bohren mit wasserbasierten Dielektrika

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541367366

Das Hauptziel des Forschungsvorhabens ist die Ableitung von Grundlagenerkenntnissen über den Einsatz einer neuartigen Spülmethode, der inversen Druckspülung, beim funkenerosiven Bohren mit wasserbasierten Dielektrika im ersten Förderzeitraum sowie mit Kohlenwasserstoffdielektrika im zweiten Förderzeitraum. Die Funkenerosion ist ein industriell etabliertes Fertigungsverfahren auf Basis eines thermischen Abtrags mittels elektrischer Funkenentladungen. Dem untergeordnet ist das funkenerosive Bohren. Dessen Anwendungsfelder reichen über Startlochbohrungen für die Drahterosion bis hin zu Bohrungen für Farbmittel-, Textil- und Kunstfaser-Ziehdüsen, optische Blenden sowie Angussbohrungen im Formenbau. Mit steigender Bohrtiefe verschlechtern sich jedoch beim funkenerosiven Bohren die Prozessbedingungen im Arbeitsspalt zwischen Werkzeug- und Werkstückelektrode, da anfallende Werkstoffpartikel nicht mehr effizient abtransportiert werden können. Infolge dessen kommt es zu Lichtbogenentladungen sowie Kurzschlüssen und dementsprechend zu einer erheblichen Erhöhung der Erosionsdauer. In den eigenen Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass strömungsmechanische Einflussgrößen, wie die Spülrichtung, der Spüldruck und die Spülvolumenströme einen signifikanten Einfluss auf das Prozessergebnis beim funkenerosiven Bohren haben. Auf Grund dieser Erkenntnisse ergibt sich der Ansatz limitierten Bohrtiefen durch den Einsatz einer inversen Druckspülung entgegenzuwirken. Bei dieser werden das Dielektrikum sowie die abgetragenen Werkstoffpartikel mit einem am lateralen Arbeitsspalt anliegenden Spüldruck p ≥ 1 bar durch die erheblich größere Mittelbohrung der Werkzeugelektrode herausgedrückt. Die vollumfängliche Untersuchung einer Lösung wie der inversen Druckspülung, bei der das Dielektrikum mit einem am lateralen Arbeitsspalt sL anliegenden Spüldruck p ≥ 1 bar durch die Mittelbohrung der Werkzeugelektrode herausgedrückt wird, steht bisher jedoch aus und bildet daher das Ziel dieses Forschungsvorhabens. Auf Basis der Resultate aus den eigenen Vorarbeiten werden im Ergebnis des Projektes die Reduzierung der Erosionsdauer um ≥ 50 % sowie die der Längenabnutzung der Werkzeugelektrode um ≥ 10 % erwartet. Weiterhin liegen im Gesamtergebnis dieses Forschungsprojektes sowohl detaillierte Kenntnisse über eine mögliche Beeinflussung der Spülbedingungen im Arbeitsspalt durch den gezielten Abtransport der Abtragpartikel, als auch das notwendige technologische und strategische Wissen für den prozesssicheren Einsatz der inversen Druckspülung im industriellen Maßstab vor.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen