Die Funkenerosion als Prozess mit thermischer Hauptwirkung

Forschungsstelle
RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor
Die Funkenerosion als Prozess mit thermischer Hauptwirkung
Teilprojekt Prozesse mit thermischer Hauptwirkung (F02)
Zielsetzung und Vorgehensweise
Ziel des Teilprojektes F02 ist eine umfassende Erforschung einer thermophysikalisch basierten Korrelation
zwischen
erzeugbarer
Oberflächenqualität
sowie
Randzonenausbildung
und
der
zeitlichen
Wärmeeinbringung und -verteilung für den Funkenerosionsprozess. Durch die umfassende Rückführung aller
Prozessstellgrößen auf allgemeingültige physikalische Parameter soll der Prozess eindeutig und
allgemeingültig beschrieben werden.
Aktueller Kenntnisstand (März 2016)
Im ersten Förderzeitraum des SFB/TRR 136 wurde die
auftretende Beanspruchung „Temperatur“ während des
Funkenerosionsprozesses quantifiziert. Aufgrund der
hohen Dynamik und Kleinskaligkeit des Prozesses war es
bisher nicht möglich, Temperaturen oberflächennah und
zeitaufgelöst zu erfassen. Daher wurden in einem ersten
Schritt Temperaturen weiter unterhalb der Werkstückoberfläche integral gemessen.
Weiterhin wurden die auftretenden Modifikationen, wie
Gefügeumwandlungen oder Eigenspannungen, analysiert
und für variierende Prozessenergien quantifiziert. Erste
Ansätze zur Korrelation der Beanspruchung mit der
Modifikation sind im Bild rechts zu sehen.
Es sind deutlich Abgrenzungen zwischen der
wiedererstarrten Schmelzschicht (WL), der Umwandlungszone (HAZ) und dem Grundgefüge (GG) zu erkennen, die
mit einem typischen Temperaturprofil einer Einzelentladung korreliert werden können.
Beanspruchung
Modifikation
2250
WL
1500
1500°C
HAZ
723
723°C
GG
Isothermen
10 µm
T / °C
Gegenüberstellung von Beanspruchung und
Modifikation durch den Funkenerosionsprozess mit
Isothermen der Schmelz- (1500°C) und
Austenitisierungstemperatur (723°C) des
betrachteten Werkstoffes 42CrMo4
Schlussfolgerungen und weiteres Vorgehen
Grundlegende Herausforderung in der Funkenerosion ist das Wissensdefizit über die Energiedissipation in
das Werkstück. Ein Lösungsansatz kann in der inversen Simulation des Temperaturfeldes liegen, um so auf
den Wärmestrom und damit auf die Temperaturen in der oberflächennahen Randschicht zu schließen. Zur
Validierung dieser Simulation sollen Gefügequerschliffe von Einzelentladungen Auskunft über die
auftretenden Temperaturfelder geben. Die Grenzen zwischen Grundgefüge und Umwandlungszone stellen
hier eine Isotherme da, welche Aufschluss über die Form der Wärmequelle geben kann.
Veröffentlichungen (u.a.)
• Energy-based Approaches for Multi-scale Modelling of Material Loadings During Electric Discharge
Machining (EDM). Procedia CIRP 15th Conference on Modelling Machining Operations (CMMO) 2015, 31,
pp. 191 – 196
• Potentials of the Phase Field Approach for Modeling Modifications in Material Microstructure during
Electrical Discharge Machining. Procedia CIRP 18th Conference on Electro Physical and Chemical
Machining (ISEM) 2016, 42, pp. 703 – 708
• Acoustic emission signatures of electrical discharge machining. CIRP Annals – Manufacturing Technology
(2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.cirp.2016.04.082