Erodieren von PKD-Werkzeugen

Andrea Gillhuber,

Erodieren mit Scheibe oder Draht

PKD-Werkzeuge werden häufig zum Bearbeiten von Hochleistungswerkstoffen verwendet und zeichnen sich durch hohe Standzeiten und präzise Zerspanung aus. Ihre Herstellung birgt allerdings einige Herausforderungen. 

Der Draht der Vollmer Drahterodiermaschine VPulse 500 wird dicht an das Werkstück geführt, bis ein Funke überspringt und das PKD-Material abträgt. © Vollmer

Flugzeuge, Windkraftanlagen, Autos, Fahrräder oder Möbel kommen nicht mehr ohne sie aus – leichte und belastbare Verbundwerkstoffe. Materialien wie Kohlenstofffaser, Glasfaser, Titan oder Aluminium werden heute zu Hochleistungswerkstoffen kombiniert, die eine Fertigung von energieeffizienten und robusten Produkten ermöglichen. Um diese Werkstoffe präzise zu bearbeiten, setzt die Fertigungsindustrie verstärkt PKD-Werkzeuge (polykristalliner Diamant) ein. Sie bestechen durch hohe Standzeiten und präzise Zerspanungen. Jedoch ist die Herstellung von PKD-Werkzeugen alles andere als trivial.

Im PKD-Umfeld besitzt Vollmer seit 30 Jahren Erfahrung und ist internationaler Vorreiter bei der Entwicklung von innovativen Technologien, um PKD-bestückte Werkzeuge wie Fräser oder Bohrer präzise zu schärfen. Egal ob das PKD über Sandwichplatten oder Sintertechnik integriert wurde, mit Vollmer Erodiermaschinen lassen sich Werkzeuge mit unterschiedlichen Geometrien präzise bearbeiten. In einem Kombiprozess wird das Messen, Erodieren, Schleifen und Polieren in nur einer Aufspannung erledigt.

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Der Fertigungsprozess von PKD-Rotationswerkzeugen

Innerhalb des Fertigungsprozesses von Werkzeugen spielt die Bearbeitung der Geometrie eine zentrale Rolle. Denn hier entscheiden sich Güte und Qualität des PKD-Rotationswerkzeuges. Erster Schritt innerhalb des Fertigungsprozesses sind Konstruktion und Auslegung entsprechend den Anforderungen, welche das Werkzeug in der Applikation unter Beweis stellen muss. Nach erfolgter Fertigung des Grundkörpers wird mittels der Bearbeitungsverfahren Erodieren, Polieren und Schleifen die Geometrie bearbeitet. Abschließend folgen die Prozessschritte Qualität, Sicherung, Wuchten und Beschriften, um schließlich das fertige Produkt für die Auslieferung vorzubereiten.

Unterschiedliche Bearbeitung von Schneidstoffen

Das Erodieren ist nur ein mögliches Verfahren, wenn es um die Bearbeitung von ultraharten Schneidstoffen wie PKD, CBN oder CVD-Diamant geht. Darüber hinaus existieren weitere Verfahren wie das Schleifen und die Bearbeitung mittels Laser. Beim Erodieren wird generell zwischen zwei Verfahren wie dem Scheiben- und Drahterodieren unterschieden. Bei Scheibenerodiermaschinen besteht die Elektrode aus einer rotierenden Kupferscheibe, beim Drahterodieren hingegen kommt ein aufgespulter Erodierdraht zum Einsatz. Je nach Geometrie und zu bearbeitendem Schneidstoff wird das passende Verfahren ausgewählt: der Draht etwa für Werkzeuge mit innenliegenden Schneiden oder komplexen Stufenwerkzeugen, welche geringe Fertigungstoleranzen aufweisen; die Scheibe hingegen für gerade Schneiden oder weniger komplexe Profilwerkzeuge oder Bohrwerkzeuge. Um die unterschiedlichen abtragenden Verfahren besser vergleichen zu können, werden jeweils das mögliche Abtragsvolumen und die erreichbare Oberflächengüte gegenübergestellt. Schleifverfahren sorgen generell für eine feinere Oberfläche, tragen jedoch innerhalb gleicher Zeiteinheiten weniger Volumen ab.

Egal ob Bohrer, Fräswerkzeuge oder komplexes Profilwerkzeug – für die Hersteller von PKD-Werkzeugen hat Vollmer ein vielseitiges Maschinenportfolio im Programm. Dazu zählen Draht- und Scheibenerodiermaschinen wie die VPulse 500 und QXD 250, die leicht und einfach zu bedienen sind. Dank des Vollmer-Bedienkonzepts gelingen komplexe Bearbeitungsaufgaben schon nach kurzer Einschulung schnell, sicher und zuverlässig. Die prägnanten Vollmer-Symbole ermöglichen eine intuitive Programmierung.

Drahterodieren am Puls der Zeit

Die Drahterodiermaschine VPulse 500 tritt nicht nur die Nachfolge der bewährten QWD-Reihe an, sondern ist auch mit neuem Erodiergenerator und fortschrittlichster Technik ausgestattet. PKD-bestückte Werkzeuge lassen sich mit der Maschine in großen Stückzahlen schnell und präzise fertigen. Eine moderne Maschinenkinematik ist verantwortlich für hohe Profilgenauigkeit in der Produktion und Instandhaltung. Beim Bedienkonzept der VPulse 500 setzt Vollmer auf Intuition: Der Touchscreen ermöglicht als weiterentwickelte Mensch-Maschinen-Schnittstelle eine einfache Programmierung und Steuerung, die ein zügiges und fehlerfreies Arbeiten gewährleistet.

Herzstück und Pulsgeber der VPulse 500 ist die Generatortechnologie Vpulse EDM. Der Hochleistungsgenerator sorgt für eine höhere Abtragsleistung oder eine verbesserte Oberflächenqualität. Wie bei den bisherigen QWD-Maschinen fungiert auch bei der VPulse 500 der Erodierdraht als Elektrode. Der Draht wird so dicht an das Werkstück geführt, dass ein Funke zwischen Elektrode und Werkstück entsteht, der das Material an der PKD-bestückten Schneidkante abträgt. Dank des feinen Erodierdrahts lassen sich komplexe Geometrien und kleinste Innenradien präzise bearbeiten – also Strukturen, wie sie für Stufen- oder Glockenwerkzeuge typisch sind.

PKD-Werkzeuge schneller bearbeiten

Mit der QXD 250 lassen sich unterschiedliche PKD-Werkzeuge präzise in einer Aufspannung schärfen. Zusätzlich zur umfangreich vorhandenen Software für plattenbestückte PKD-Werkzeuge ermöglicht die Software ExLevel Pro das hybride Schärfen – Erodieren und Schleifen – von zylindrischen Rohlingen mit gesintertem oder eingelötetem PKD zu Bohrern, Fräsern oder Reibahlen. Mit den Palettenumlaufmagazinen HC 5 und HC 11 kann die Maschine um bis zu 28 beziehungsweise 64 Werkstückplätze erweitert werden. Zudem hat Vollmer bei der QXD 250 an der Prozessoptimierung gearbeitet: Das Unternehmen bietet nun ein neues Performance-Paket bestehend aus Soft- und Hardware an, mit dem die Maschinenleistung hinsichtlich der Effizienz deutlich verbessert werden kann. Dies gelingt durch ein Zusammenspiel von Generatortechnologie, Prozessparameter, Spaltauswertung sowie Antriebstechnik. Das Performance-Paket ist eines der ersten Produkte der neuen Digitalinitiative V@dison von Vollmer. Mit ihr soll Werkzeugherstellern ein sukzessiver und praktikabler Einstieg in die Themen IoT (Internet of Things) und Industrie 4.0 ermöglicht werden.

Es ist zu erwarten, dass sich PKD-bestückte Rotationswerkzeuge nicht nur als Spezialanfertigungen, sondern auch in der Breite zunehmend durchsetzen werden. Dank wirtschaftlicher und präziser Bearbeitungsverfahren wird sich PKD innerhalb der Hochleistungszerspanung weiterhin etablieren. Eine Entwicklung, auf die sich Werkzeughersteller jetzt mit entsprechenden PKD-Bearbeitungsverfahren vorbereiten sollten.

Dr. Stefan Brand, Geschäftsführer der Vollmer Gruppe / ag

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