Die Herstellung von Hochleistungs-Stanzformen ist unglaublich schwierig. Gehärteter Werkzeugstahl ist spröde, komplizierte Entwürfe sind schwer zu bearbeiten, und ein winziger Fehler bedeutet, dass man ganz von vorne anfangen muss.

Eine Drahterodiermaschine ist ideal, weil sie gehärteten Stahl berührungslos und ohne Spannung schneidet. Sie erreicht eine Präzision im Mikrometerbereich und schafft scharfe Ecken und komplexe Profile, die beim Hochgeschwindigkeitsfräsen nicht möglich sind.

Das Drahterodieren ermöglicht es uns, die starken, monolithischen "einteiligen" Formen herzustellen, die in der modernen Fertigung benötigt werden. Oft ist es die einzige Lösung. Lassen Sie uns genau aufschlüsseln, warum diese Technologie für den modernen Werkzeug- und Formenbau so wichtig ist.

Wie verhindert das Drahterodieren Spannungen und Risse in Formen aus gehärtetem Werkzeugstahl?

Sie haben schon Tage mit der Bearbeitung einer Form verbracht, nur um dann bei der Wärmebehandlung einen Riss zu bekommen oder beim ersten Durchlauf zu versagen. Dieser verheerende Rückschlag wird oft durch versteckte Spannungen bei der Bearbeitung verursacht.

Drahterodieren verhindert Spannungen, weil es ein berührungsloses Verfahren ist. Das Material wird mit einem kontrollierten Funken verdampft, so dass es nicht auf das Werkstück drückt oder zieht, wodurch die mechanische Belastung, die Mikrorisse verursacht, vermieden wird.

Dies ist der entscheidende Vorteil von Drahterodieren¹. Wir arbeiten mit Materialien wie SKD11, gehärtet auf HRC 60 oder höher. Dieser Stahl ist unglaublich hart, aber auch sehr spröde. Beim konventionellen Fräsen werden immense mechanische Kräfte eingesetzt, die Spannungspunkte erzeugen, die später zu Rissen führen können.

Drahterodieren ist ein thermo-elektrisches Verfahren. Der Draht berührt das Werkstück eigentlich nie. Stattdessen springt eine Reihe elektrischer Hochfrequenzfunken, die jeweils über 8.000 °C erreichen, über einen winzigen Spalt und verdampft ein mikroskopisch kleines Stahlteilchen. Die umgebende dielektrische Flüssigkeit löscht den Bereich sofort und spült die Ablagerungen weg. Da es keinen physischen Kontakt gibt, gibt es keine mechanische Belastung².

Bei diesem Verfahren entsteht eine sehr dünne, harte Oberfläche, die so genannte "Recast-Schicht". Ein hochenergetischer Schruppschnitt kann diese Schicht spröde machen. Aus diesem Grund führen wir mehrere Schlichtschnitte mit geringer Energie durch. Jeder Schlichtschnitt entfernt die vorhergehende beschädigte Schicht und hinterlässt eine saubere, metallurgisch einwandfreie Oberfläche, die frei von Zugspannungen und Mikrorissen ist, die zu Ermüdungsbrüchen in einem Werkzeug führen. Dieser sorgfältige, schichtweise Ansatz ist der Schlüssel zur Langlebigkeit einer Form.

Warum ist Drahterodieren die beste Lösung für komplizierte Profile und scharfe Ecken in Stanzformen?

Fräswerkzeuge sind rund, was bedeutet, dass sie physikalisch gesehen keine perfekt scharfen Innenecken erzeugen können. Diese Einschränkung erzwingt konstruktive Kompromisse und kann zu Schwachstellen in den fertigen Stanzteilen führen.

Das Drahterodieren eignet sich am besten für diese Merkmale, da das Schneidwerkzeug ein dünner Draht ist. Es kann jede komplexe, in die CNC programmierte Bahn nachzeichnen und so mit Leichtigkeit "praktisch scharfe" Innenecken und komplizierte Profile erzeugen.

Wenn ein Entwurf komplizierte Formen erfordert, ist das Drahterodieren die einzige Möglichkeit. Das "Werkzeug" ist ein Draht, der nur 0,1 mm dünn ist, und da er ständig von einer Spule zugeführt wird, ist die Schneide immer neu und perfekt. Dadurch wird der Werkzeugverschleiß, der beim Fräsen auftritt, vermieden.

Dieser winzige Draht ermöglicht es uns, so genannte "praktisch scharfe" Ecken zu erzeugen. Der minimale Eckenradius ist der Radius des Drahtes plus die Funkenstrecke. Mit einem 0,1-mm-Draht können wir einen inneren Eckenradius von nur 0,075 mm erreichen. Das ist für einen Fräser unmöglich.

Da es sich um ein berührungsloses Verfahren handelt, können wir außerdem extrem empfindliche Merkmale wie dünne Wände und feine Rippen bearbeiten, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich das Teil unter dem Druck des Werkzeugs verbiegt oder bricht. Der beste Beweis dafür ist das Schneiden eines passenden Stempels und einer Matrize aus einem einzigen Stahlblock. Durch die Programmierung eines einzigen Schnitts mit einer leichten Verjüngung produziert die Maschine ein inneres "Stück" (den Stempel) und ein äußeres Stück (die Matrize), die mit einem perfekt gleichmäßigen Spiel zusammenpassen.

Welche Präzision und Toleranzen können durch Drahterodieren von Stempeln und Matrizen erreicht werden?

Der Abstand zwischen einem Stempel und einer Matrize ist von entscheidender Bedeutung. Schon wenige Mikrometer Abweichung können zu Gratbildung, übermäßigem Werkzeugverschleiß und einem misslungenen Produktionslauf führen.

Beim Drahterodieren kann eine Maßgenauigkeit von bis zu ±0,002 mm und eine Oberflächengüte von weniger als Ra 0,4 μm erreicht werden. Diese Präzision im Mikrometerbereich wird durch mehrere Schlichtdurchgänge erreicht, die eine perfekte Passform gewährleisten.

Das Maß an Präzision, das wir erreichen können, ist phänomenal, aber das ist eine direkte Folge unserer Bearbeitungsstrategie³. Ein einziger "Schruppschnitt" erreicht vielleicht nur eine Toleranz von ±0,025 mm. Um die für Gussformen erforderliche hohe Präzision zu erreichen, verwenden wir mehrere Schlichtdurchgänge. Bei jedem Durchgang wird mit geringerer Energie eine winzige Menge Material abgetragen, um die Abmessungen zu verfeinern und die Oberflächengüte zu verbessern. Das Ergebnis ist eine ungerichtete, matte Oberfläche, die hervorragend geeignet ist, um das Schmiermittel auf einer Stanzform zu halten. Ein Bauteil, das eine Standardtoleranz von ±0,01 mm erfordert, braucht vielleicht zwei Durchgänge, während für einen kritischen Einsatz, der ±0,002 mm benötigt, fünf oder mehr erforderlich sind. Es ist ein Kompromiss zwischen Zeit und Präzision.

Wann sollte ein Hersteller das Drahterodieren dem Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsen für Formteile vorziehen?

Sie haben zwei fortschrittliche Technologien in Ihrer Werkstatt: eine Drahterodiermaschine und eine Hochgeschwindigkeitsfräse. Um effizient und rentabel zu sein, müssen Sie wissen, wann Sie beide einsetzen müssen.

Wählen Sie das Drahterodieren für vollständig gehärtete Materialien, scharfe Innenecken und Mikrostrukturen. Wählen Sie das Hochgeschwindigkeitsfräsen für weichere Materialien, 3D-Oberflächen und das schnelle Entfernen großer Materialmengen.

Es ist selten eine "entweder/oder"-Entscheidung. Die besten Geschäfte verwenden einen hybriden Ansatz, der die Stärken beider Ansätze nutzt.

Materialhärte: Das erste Tor

Dies ist das wichtigste Kriterium. Wenn der Stahl bereits über 58 HRC gehärtet ist, ist Drahterodieren die einzige praktische Option. Das Fräsen von gehärtetem Stahl zerstört teure Werkzeuge und ist unglaublich langsam. Wir verwenden das Fräsen bei Stahl vor es ist gehärtet.

Geometrische Komplexität

Hochgeschwindigkeitsfräsen ist für 3D-Konturflächen und Blindtaschen geeignet. Drahterodieren ist ein "Durchschneideverfahren", d. h. es kann keine Tasche herstellen, die nicht ganz durchgeht. Für scharfe Innenecken (< 0,5 mm Radius) und tiefe, schmale Schlitze ist das Drahterodieren jedoch besser geeignet.

Die effizienteste Strategie besteht oft darin, die Grundform und die 3D-Merkmale in weichem Stahl mit dem Fräser schnell auszuarbeiten. Nach der Wärmebehandlung bringen wir das Teil dann zum Drahterodieren, um die endgültigen, hochpräzisen Profile, Löcher und scharfen Ecken zu schneiden. So erhalten wir das Beste aus beiden Welten: die Geschwindigkeit des Fräsens und die Präzision des Erodierens.

Schlussfolgerung

Drahterodieren ist der Schlüssel zum modernen Formenbau. Sein spannungsfreies Schneiden von hartem Stahl und seine unglaubliche Präzision bei komplexen Formen machen es zur idealen Wahl für die Herstellung langlebiger, leistungsstarker Stanzformen.