Beim Mikroerodieren geht's rund

Die mechanische Bearbeitung kennt viele Wege zur Herstellung von Mikrobauteilen, und teils haben diese Verfahren einen sehr hohen Miniaturisierungsgrad erreicht. Gemein ist den Verfahren mit definierter Schneide (Drehen, Fräsen, Bohren) und undefinierter Schneide (Schleifen) allerdings der direkte Kontakt der Schneide mit dem Werkstück. Je kleiner und filigraner die Teile werden, desto negativer sind die Auswirkungen der entstehenden Schnittkräfte und Temperaturen auf die Bauteilgenauigkeit und die Effizienz der Verfahren.

Drahterodieren am rotierenden Werkstück

Prinzipiell nicht neu ist das funken erosive Drehen: Mithilfe einer zusätzlichen Drehachse beziehungsweise Rotierspindel wird das Drahterodieren für die Bearbeitung rotationssymmetrischer Teile nutzbar gemacht. Der Schneiddraht fährt dabei die Kontur des rotierenden Werkstücks ab und erzeugt funkenerosiv die gewünschte Form. Entscheidender Vorteil: Auf das Bauteil werden keine Schnittkräfte ausgeübt, sodass selbst sehr dünnwandige und komplexe, rotationssymmetische Bauteile produziert werden können. Die Oberflächengüte erreicht mit Ra = 0,1 μm Werte, die mit denen des Schleifens vergleichbar sind. Selbst kleinste Stifte mit einem extremen Länge-Durchmesser-Verhältnis von beispielsweise 20 zu 0,2 mm können freistehend ohne Gegenhalter produziert werden (Bild 1).

Kraftfrei in allen Richtungen

Für das Erodieren typisch ist dabei die vernachlässigbare Härte des zu bearbeitenden Bauteils. Erste Anwendungen fand das Verfahren unter anderem in der Herstellung filigraner Auswerferstifte für Spritzgießwerkzeuge, bei Mikronadeln für medizintechnische Instrumente oder in der Mikroaktorik. Der Sprung in die industrielle Praxis gelang dem Verfahren mit der Präsentation einer praxisgerechten Rotierspindel ›H80R.MAC‹ des Unternehmens Hirschmann aus Fluorn-Winzeln im Schwarzwald. Das Modell verfügt über eine Spitzenhöhe von 65 mm, bietet Drehzahlen bis 1500 min^-1und ist für Werkstückgewichte bis 20 kg geeignet. Auch das Konturieren von Schleifscheiben zählt zu den typischen Anwendungen der Rotierspindel. Bereits die erste Generation wurde nach kurzer Zeit zu einer Indexierspindel weiterentwickelt, sodass neben rotationsymmetrischen Bauteilen beliebig geformte kubische Konturen gefertigt werden können. Die Winkelauflösung des Drehgebers beträgt dazu 3 Winkelsekunden.

Gerüstet für geringe Nebenzeiten

Kombinierbar ist das System zudem mit dem Hirschmann-Spannsystem 4000, sodass das Aufspannen, Palettieren und Justieren mit hoher Wiederholgenauigkeit erfolgt. Zeitaufwendige Rüst- und Einrichtvorgänge lassen sich auf diesem Wege minimieren. Demselben Zweck dienen die Werkstückspannsysteme mit Wechselschnittstelle, sodass auch das Einrichten der Werkstücke außerhalb der Maschine erfolgen kann. Auf Basis umfassender Praxiserfahrungen hat Hirschmann nun ein besonders kompaktes Modell entwickelt, dessen Bauweise speziell für mikromechanische Bauteile ausgelegt worden ist. Die Mini-Rotierspindel ›H42R.MRS001‹ verfügt über eine besonders geringe Spitzenhöhe von 24 mm und damit einen geringeren Abstand zur Z₀-Ebene (Bild 2). Vorteile der kompakten Bauweise: Die freie Drahtlänge wird deutlich reduziert sowie die Spülung verbessert, was sich besonders günstig auf das Schwingungsverhalten und die Genauigkeit des Verfahrens auswirkt. Die höhere Drehzahl von bis zu 4000 min^-1 spiegelt zudem den vielfachen Wunsch der Anwender nach einem breiteren Prozessfenster und einer höheren Prozessstabilität bei kleinen Durchmessern wider. Auch die Mini-Rotierspindel ist mit dem Referenzsystem 4000 von Hirschmann kombinierbar (Bild 3). Der maximale Werkstückdurchmesser beträgt 10 mm. Integriert ist eine Hohlwelle mit Abmessungen von D = 8,2 x 45 mm, sodass Werkstücke mit einem Durchmesser von 8 mm bis zu 45 mm in die Mini-Rotierspindel eintauchen können. Die Einwechslung des Bauteils erfolgt manuell über das Justierspannelement ›H42JMRS‹. Mit den integrierten Stellschrauben können Taumel und Rundlauf μm-genau eingestellt werden. Während die Grundlagen des Prozesses gelegt sind und praktisch alle namhaften OEMs Rotierspindeln als Option anbieten, ist die Nennung einheitlicher Parameter gemäß einer Richtwerttabelle derzeit nicht möglich, zu unterschiedlich sind unter anderem die Generator-Spezifika der Maschinenhersteller. Für die Anwender ergibt sich daraus aber auch die Chance, mit Pioniergeist neue Anwendungen zu erschließen und diese für einen breiten Markt zugänglich zu machen. Dank etablierter Schnittstellen zu den Maschinensteuerungen sind die technischen Möglichkeiten jedenfalls beträchtlich und umfassen selbst die Simultanbearbeitung von 3D-Bauteilen, beispielsweise von spriralförmigen Strukturen oder Gewinden (Bild 4).

Hersteller:
Hirschmann GmbH
78737 Fluorn-Winzeln
Tel. +49 7402 1830
Fax +49 7402 18310
www.hirschmanngmbh.de