Drahtfunkenerosives Schneiden von Graphit und polykristallinem Diamant zur Werkzeugherstellung

An die Fertigungstechnik werden mittlerweile höchste Anforderungen in puncto effizienter Raumnutzung und Mobilität gestellt. Ziel ist es, Bauteile mit kleinsten Abmessungen, engsten Toleranzen und höchster Präzision zu produzieren. Die funkenerosive Bearbeitung, auch Electro Discharge Machining (EDM) genannt, stellt eine optimale Fertigungstechnologie zur Herstellung von Mikrobauteilen und -strukturen aus elektrisch leitenden Werkstoffen dar. Dieses flexible Verfahren wird industriell seit 60 Jahren eingesetzt und besitzt den Vorteil, Werkstoffe unabhängig von ihren mechanischen Eigenschaften nahezu kräftefrei bearbeiten zu können. Neben den typischen Werkstoffen wie Schnellarbeitsstahl und Hartmetall werden weitere werkzeugwerkstoffe durch funkenerosive Fertigungsverfahren bearbeitet. Dazu gehören Keramiken, Graphit für Elektroden für das funkenerosive Senken und polykristalliner Diamant zur Bearbeitung von Nichteisenmetallen. Diese Arbeit thematisiert die Mikrobearbeitung von Graphit und polykristallinem Diamant (PKD) zur Werkzeugherstellung durch funkenerosives Schneiden mit ablaufender Drahtelektrode. Dabei dienen als Werkzeugelektroden Drähte mit einem Durchmesser von 50 µm oder weniger, so dass das Erzeugen von Geometrien mit kleinen Innenradien oder schmalen Schlitzen mit relativ hohem Aspektverhältnis ermöglicht wird. Zunächst werden Grundlagenuntersuchungen durchgeführt, um die Phänomene des Materialabtrages zu verstehen. Am Beispiel von Graphit erfolgt anhand eines thermischen Modells die Berechnung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche und im Materialinneren. Der Einfluss des Drahtelektrodenmaterials und der Prozesseinstellparameter auf die kleinsten bearbeitbaren Geometrieelemente beim Schneiden mit dünnen Drähten wird ermittelt. Anschließend wird der Zusammenhang zwischen den prozessbestimmenden Einstellparametern und der resultierenden Abtraggeschwindigkeit untersucht. Daraus resultieren die Einstellparameter für optimale Wirtschaftlichkeit des Prozesses.