Abtragmechanismen beim drahtfunkenerosiven Bearbeiten elektrisch leitfähiger Keramiken im kohlenwasserstoffbasierten Dielektrikum

Diese Arbeit befasst sich mit der Klassifizierung der drahtfunkenerosiven Bearbeitbarkeit elektrisch leitfähiger Keramiken auf Basis der dominierenden Abtragmechanismen im CH-basierten Dielektrikum. Unter Verwendung von drei verschiedenen Keramiken konnten neue Erkenntnisse hinsichtlich der Abtragmechanismen von Keramiken und deren Einfluss auf die Prozessbedingungen sowie hinsichtlich der Nachschnittbearbeitung und der Beeinflussung der Biegefestigkeit erlangt werden.

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Durch das thermo-physikalische Wirkprinzip der Drahtfunkenerosion ist der Materialabtrag kraftfrei, wodurch die Fertigung von filigranen Strukturen in hochfesten Werkstoffen ermöglicht wird. Der thermische Eintrag infolge der elektrischen Entladungen verändert die Oberflächenintegrität des Werkstücks, was auch die Bauteilfunktionalität beeinträchtigt. Für Metalle sind diese Zusammenhänge umfangreich analysiert. Auch ist der Einfluss des Werkstoffs auf die Prozessbedingungen weitestgehend erforscht. Bei Keramiken, die aufgrund ihrer herausragenden mechanischen und thermischen Eigenschaften in diversen Bereichen Anwendung finden, ist lediglich bekannt, dass im wasserbasierten Dielektrikum verschiedene Abtragmechanismen in Abhängigkeit von der Keramiksorte existieren. Für die Bearbeitung im CH-basierten Dielektrikum ist bis dato nicht untersucht worden, welche Abtragmechanismen bei Keramiken vorliegen und wie der Einfluss sowohl auf die Oberflächenintegrität als auch auf die Prozessbedingungen ist. Zusätzlich existieren keine Erosionstechnologien, die eine Bearbeitung von verschiedenen Keramiken zulassen.Die vorliegende Arbeit widmet sich dieser Problemstellung, indem die zentrale Forschungshypothese aufgestellt wurde, dass die Klassifizierung elektrisch leitfähiger Keramiken auf Basis der dominierenden Abtragmechanismen eine wirtschaftliche Auslegung des Drahtfunkenerosionsprozesses im CH-basierten Dielektrikum ermöglicht. Dazu wurden drei verschiedene Keramiken in einer Parameterstudie bearbeitet und die resultierende Oberflächenintegrität analysiert. Für ein tieferes Verständnis über die Abtragmechanismen wurden Einzelentladungsversuche durchgeführt. Darüber hinaus wurden Abtragpartikel aus dem kontinuierlichen Prozess entnommen, um eine Partikelgrößenverteilung zu erstellen, die mit den ermittelten Prozessbedingungen korreliert wurde. Mithilfe von Biegebruchprüfungen wurde der Einfluss verschiedener Energieniveaus und Nachschnittbearbeitungen auf die Festigkeit untersucht. Zum einen dienten die Erkenntnisse zur Entwicklung eines Simulationsmodells, mit dem die Randzonenschädigung abgeschätzt werden soll. Zum anderen wurden die Ergebnisse zur Klassifizierung der drahtfunkenerosiven Bearbeitbarkeit elektrisch leitfähiger Keramiken verwendet. Diese Klassifizierung kann auch zur Auswahl einer Basistechnologie für eine automatisierte Optimierungssoftware genutzt werden, die im Rahmen dieser Arbeit auf Basis eines evolutionären Algorithmus entwickelt wurde.