Technische Analyse des Bohrens kleiner Löcher mittels EDM: Funktionsprinzipien, Prozessvergleich und Gerätebewertung

Beim Bohren mit Funkenentladung für kleine Bohrungen erfolgen gesteuerte elektrische Entladungen zwischen einer rotierenden hohlen Elektrode und einem elektrisch leitfähigen Werkstück. Das Arbeitsfluid wird durch die Elektrode zugeführt, um den Spalt zu kühlen und abgetragene Partikel zu entfernen. Dieses Verfahren wird häufig zur Herstellung von Startlöchern für Draht-EDM-Anlagen sowie für kleine oder tiefe Bohrungen in leitfähigen Materialien eingesetzt, wenn Härte, Zugänglichkeit oder mechanische Kräfte herkömmlicher Schneidwerkzeuge Probleme verursachen.

Der Prozessname garantiert weder einen bestimmten Bohrdurchmesser noch ein bestimmtes Tiefen-Verhältnis, keine vorgegebene Genauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit oder Gratbildung. Das Ergebnis hängt von der jeweiligen Maschine und dem Generator, der Elektrode und ihrer Führung, dem Werkstoff, der Bohrtiefe, dem Bohrwinkel, der Spülung, dem Elektrodenverschleiß, dem Übermaß, dem Durchbruch, der Aufspannung sowie der Prüfmethode ab. Für kritische Anwendungen ist eine Qualifizierung an repräsentativem Werkstoff und Geometrie erforderlich.

So funktioniert das Bohren kleiner Löcher mittels EDM

Ein Impulsgenerator erzeugt gesteuerte Entladungen über einen kleinen Arbeitsabstand. Jede Entladung entfernt eine geringe Menge leitfähigen Werkstückmaterials. Die hohle Elektrode dreht sich normalerweise, während Flüssigkeit, die durch ihre Mitte zugeführt wird, den Arbeitsabstand wiederherstellt, den Prozess kühlt und Abtragsprodukte entfernt. Ein Servoantrieb bewegt die Elektrode entsprechend der Steuerlogik der Maschine und dem Zustand des Arbeitsabstands vorwärts und rückwärts.

Die richtige Polarität, Impulsbedingung, Vorschubreaktion, Drehrichtung und Flüssigkeitseinstellungen sind nicht universell. Sie hängen von der genannten Maschine, dem Elektroden/Werkstück-Paar und dem Merkmal ab. Verwenden Sie die mitgelieferte Maschinentechnologie-Anleitung und validieren Sie Änderungen an einer kontrollierten Probe; übernehmen Sie keine festen Druck-, Entladungsspalt- oder elektrischen Rezepte von einer anderen Maschine.

EDM vermeidet eine konventionelle Schneidkante und erzeugt im Allgemeinen eine deutlich geringere durchschnittliche Schnittkraft als mechanisches Bohren; „keine Kraft“ ist jedoch keine sichere technische Zusicherung. Spannkräfte, Flüssigkeitsdruck, Elektrodenkontakt bei einer Störung sowie andere Aufbaulasten bestehen weiterhin. Das Verfahren ist zudem thermisch: Die Bohrungsinnenwand kann eine Wiederaufschmelz-/Weißschicht, wärmebeeinflusste Merkmale oder Mikrorisse enthalten, die bei funktionaler Relevanz einer gesonderten Prüfung bedürfen.

Elektrodendurchmesser ist nicht Durchmesser der fertigen Bohrung

HarsMarg's aktuelle D703/DD703-Information listet einen Elektrodendurchmesserbereich von φ0,3–φ3,0 mm dies ist ein Werkzeugbereich, keine Garantie dafür, dass jeder fertige Bohrungsdurchmesser über die gesamte Tiefe hinweg dem nominalen Elektrodendurchmesser entspricht.

Die Größe und Qualität der fertigen Bohrung können beeinflusst werden durch:

• den Funkenabstand (Overcut) und die gewählte Entladungsbedingung;
• das Elektrodenmaterial, den Außendurchmesser/Innendurchmesser, die Geradheit, die Länge und den Verschleiß;
• den Zustand der Führung, die Ausrichtung, den Laufumlauf (Runout) und den Abstand von der Werkstückoberfläche;
• das Werkstückmaterial, die Dicke/Tiefe, den Oberflächenwinkel und den Eintrittszustand;
• die Flüssigkeitszufuhr, die Späneabfuhr und die Stabilität beim Durchbruch;
• die Messmethode für Durchmesser, Lage, Rundheit, Konizität sowie Eintritts- und Austrittszustand.

Geben Sie die erforderlichen Grenzwerte für die fertige Bohrung in der Zeichnung an und bestätigen Sie diese mittels eines repräsentativen Tests. Leiten Sie keine Akzeptanzanforderung direkt aus einem Elektrodenkatalogfeld ab.

EDM-Bohren im Vergleich zum mechanischen und zum Laserbohren

Kein Verfahren ist der universelle Gewinner. Der Vergleich muss das jeweilige Material, den Durchmesser, die Tiefe, den Winkel, den Zugang, die Losgröße sowie die thermische bzw. Oberflächen-Integritätsgrenze, die Toleranz und die Kosten berücksichtigen.

Ein veröffentlichtes Ergebnis einer anderen Maschine stellt keinen Akzeptanzwert für HarsMarg-Geräte dar. Falls das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser oder die Lochqualität entscheidend sind, sind Probe und Messverfahren anzugeben sowie ein modellspezifischer Test anzufordern.

Häufige Anwendungen auf Merkmalsebene

Geeignete Anwendungen für kleine Löcher mittels EDM umfassen:

• Startlöcher für Draht-EDM: öffnungen, die es ermöglichen, den Draht vor dem Schneiden eines inneren Profils einzufädeln;
• form- und Werkzeugmerkmale: ausgewählte Entlüftungs-, Auswerfer-, Kühl- oder lokalisierte Löcher in leitfähigen Werkzeugen, unter Berücksichtigung der Zeichnung und des Fertigungsablaufs;
• löcher in leitfähigen Hartmaterialien: merkmale, bei denen Werkzeugverschleiß, Schnittkraft oder Zugänglichkeit mechanisches Bohren erschweren;
• strukturierte Bohrungen: wiederholte Koordinaten, bei denen eine CNC-/Mehrachsenmaschine und verifizierte Werkstückhalterung den Positionierungsablauf verbessern;
• gewinkelte oder flächennormale Merkmale: nur dann, wenn die exakten Maschinenachsen, die Dreh-/Spannvorrichtungsanordnung und der Prozessversuch die erforderliche Orientierung unterstützen.

Kühl- oder Folienbohrungen, Düsen, Spinndüsen und regulierte Komponentenmerkmale sind branchenübliche Beispiele, dürfen jedoch nicht als abgeschlossene HarsMarg-Anwendung ohne Modell, Werkstoff, Zeichnung, Prüfung und Kunden-/Qualitätsdokumentation dargestellt werden.

Wählen Sie zwischen D703 und DD703

HarsMarg führt derzeit die D703 EDM-BOHRMASCHINE und der DD703 CNC-EDM-Bohrmaschine auf. Sie dürfen nicht als identische Steuerungsarchitektur beschrieben werden.

Verwenden Sie die EDM-Bohrkategorie um den aktuellen Bereich zu vergleichen. Die Auswahl muss außerdem den Arbeitsraum, die Tisch-/Werkstückkapazität, die Führungsbewegung, das Flüssigkeitssystem, den Generator, die Stromversorgung, die Spannvorrichtung und die erforderliche Prüfung umfassen – nicht nur die Anzahl der gesteuerten Achsen.

Qualität der Bohrungen vor der Serienfertigung prüfen

Ein repräsentativer Bohrversuch sollte folgende Daten erfassen:

• maschinenmodell/Konfiguration und Parameterrevision;
• werkstoff des Werkstücks, Güte/Zustand, Dicke und Oberflächenwinkel;
• elektrodenmaterial, Außendurchmesser/Innendurchmesser, Führungslänge und nutzbare Länge;
• bohrtiefe, Bohrwinkel, Eintritts-/Austrittsbedingung sowie Durchbruchsbedingung;
• arbeitsflüssigkeit, Filtration/Zustand und zugelassene Spülkonfiguration;
• durchmesser in angegebenen Tiefen, Lage, Rundheit, Konizität/Geradheit sowie visueller Kantenzustand;
• elektrodenverschleiß, Zyklusbeobachtungen sowie jegliche Unterbrechung oder unregelmäßige Entladung;
• oberflächenrauheit sowie Untersuchung auf Wiederaufschmelzschicht/Mikrorisse, falls dies in der Zeichnung gefordert ist.

Für eine Übersicht über praktische Anwendungen siehe EDM-Bohranwendungen, Grenzen und Auswahl von D703/DD703 .

Betriebs- und Sicherheitsgrenzen

Befolgen Sie die mitgelieferte Maschinen-, Impulsleistungs-, Elektroden-, Führungssystem- und Arbeitsflüssigkeitsdokumentation. Halten Sie Schutzeinrichtungen/Sicherheitsverriegelungen stets in Betrieb und verwenden Sie die zugelassene Flüssigkeit sowie die vorgeschriebenen Filterung, Füllstand- und Druckbereiche für die jeweilige Konfiguration. Für Hochdrucklecks, rotierende Komponenten, unter Spannung stehende Stromkreise und elektrische Schaltschränke ist das örtliche Isolierungsverfahren sowie qualifiziertes Servicepersonal erforderlich. Öffnen oder reparieren Sie den Impulsleistungs-/Steuerungsschrank nicht, umgehen Sie keine Sicherheitsverriegelung und stellen Sie keine Druckbegrenzung auf Grundlage eines allgemeinen Webartikels ein.

Häufig gestellte Fragen

Kann eine Kleinstloch-EDM-Maschine nichtleitfähiges Material bohren?

Das Standard-EDM-Verfahren setzt ein elektrisch leitfähiges Werkstück voraus. Keramik-, Verbund- oder beschichtetes Material erfordert eine gesonderte Verfahrensprüfung; leiten Sie die Eignung für EDM nicht allein aus der Härte ab.

Erzeugt eine φ0,5-mm-Elektrode ein fertiges Loch mit φ0,5 mm Durchmesser?

Nicht automatisch. Überschneidung des Funken­spalts, Elektrodenverschleiß/Unrundlauf, Führungszustand, Tiefe, Spülung, Werkstoff und Durchbruch beeinflussen das Ergebnis. Geben Sie die Toleranz für das fertige Bohrloch an und bestätigen Sie sie durch Messung.

Hinterlässt das EDM-Bohren keine Grate oder wärmebeeinflusste Oberfläche?

Gehen Sie nicht davon aus. Eintritts/Austrittskanten sowie der Durchbruch müssen geprüft werden; EDM ist ein thermischer Prozess, der eine Wiederaufschmelzschicht/Weißschicht oder andere Oberflächenintegritätseffekte hinterlassen kann. Wenden Sie die im Zeichnungs­maßstab festgelegte Annahmemethode an.

Ist D703 eine CNC-EDM-Bohrmaschine?

Nein. Die aktuelle HarsMarg-Ausführung ist eine nicht-CNC-Einachsmaschine mit gesteuerter Z-Achsen-Vorschubsteuerung. DD703 ist die CNC-/Mehra­chsen-Ausführung.

Wie lässt sich die maximale praktikable Bohrlochtiefe bestätigen?

Geben Sie Durchmesser von Elektrode/Bohrloch, Werkstoff, Tiefe, Oberflächenwinkel, Eintritts/Austrittsbedingungen, Toleranz und Prüfverfahren an. Bestätigen Sie die Anordnung von Maschine/Führung/Elektrode und fordern Sie einen repräsentativen Bohrtest an – statt ein universelles Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser zu verwenden.

Fordern Sie eine Überprüfung des Kleinstbohr-EDM-Verfahrens an

Senden Sie die Zeichnung, das Werkstückmaterial und dessen Abmessungen, den erforderlichen Bohrungsdurchmesser/Tiefe/Winkel, die Anzahl und das Koordinatenmuster, die Toleranzen, die Ein- und Austrittsbedingungen sowie die Anforderungen an die Oberflächenintegrität, die Produktionsmenge, die Stromversorgung und das Lieferziel. HarsMarg kann den D703- und den DD703-Arbeitsablauf vergleichen und ermitteln, welche Fähigkeiten bei der Angebotserstellung oder beim Muster-Test bestätigt werden müssen. Reichen Sie Ihre EDM-Bohr-Anwendung zur Prüfung ein .