Produktivitätssteigerung für die Drahtfunkenerosion durch Optimierung von Drahtdurchmesser und Generatoreinstellungen (WEDM++)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566464972

Die Funkenerosion (EDM) ist ein unkonventionelles, berührungsloses Fertigungsverfahren zum Materialabtrag, das häufig zur Bearbeitung von Bauteilen mit komplizierten Geometrien aus elektrisch leitenden Werkstoffen eingesetzt wird, die sich häufig durch eine geringe konventionelle Bearbeitbarkeit auszeichnen. Das Verfahren nutzt die Wärme, die durch kontrollierte, elektrische Entladungen erzeugt wird, und umfasst ein Werkzeug und ein Werkstück, die durch einen mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllten Spalt getrennt sind, über den die Entladungen erfolgen. Die Bearbeitung erfolgt unter servogesteuertem Vorschub, um wiederholt kleine Materialmengen durch Schmelzen und Verdampfen zu entfernen. Das Verfahren umfasst primär Senk- (SEDM) und Drahterodierverfahren (WEDM). Durch Forschungsaktivitäten konnte die Leistung der Drahterosion bereits auf ein hohes Niveau gehoben werden, indem auf die Optimierung existierender Elektroden und die Prozesssteuerung fokussiert wurde: Die Abtragraten haben sich beispielsweise um ein Vielfaches erhöht. Trotz dieser bedeutenden Fortschritte ist die Drahterosion im Vergleich zur konventionellen Bearbeitung nach wie vor durch den geringen Materialabtrag begrenzt. Große Produktivitätsfortschritte erfordern jedoch radikal neue Optimierungsansätze. Eine höhere Produktivität kann durch eine Erhöhung der Entladeenergie oder der Einschaltdauer erreicht werden. Dieser Ansatz führt jedoch zu einer höheren Belastung, was das Drahtbruchrisiko erhöht. Dies würde zu einem Stillstand des Prozesses führen, so dass genau das Gegenteil erreicht wird. Die im Stand der Technik beschriebenen Zusammenhänge zeigen das deutliche Potenzial der Verwendung dickerer Drahtelektroden in Kombination mit optimierten Generatoreinstellungen, das in der Vergangenheit weitgehend übersehen wurde. Dies schützt die Elektrode vor einem vorzeitigen Ausfall durch Verschleiß, so dass die in das System eingebrachte Energie erhöht werden kann. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, den idealen Drahtdurchmesser in Kombination mit geeigneten Generatoreistellungen allein auf der Grundlage energetischer Überlegungen zu bestimmen. Dies wird durch einen simulativen und mathematischen Modellansatz geschehen, der unabhängig vom etablierten Durchmesserbereich arbeitet. Experimentelle Validierungen sowohl an SEDM- als auch an WEDM-Werkzeugmaschinen werden dies flankieren. Insbesondere wird der Einfluss unterschiedlicher Durchmesser auf die dissipierte Energie und den Materialabtrag erforscht. Die Versuchsaufbauten erlauben den Einsatz unterschiedlicher Generatortechnologien. Zunächst werden die Einflüsse der Prozessparameter auf die Schnittspurbreite und den Abtrag untersucht, so dass Modelle zur Bestimmung der Schnittgeschwindigkeit erstellt werden können. Die gefundenen Korrelationen werden durch Daten aus SEDM-Versuchen mit dickeren Drahtelektroden zur WEDM-Imitierung validiert. Die Übertragbarkeit wird durch die energetische Prozessanalyse realisiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen