Drahterodieren von Werkzeugstahl: Wiedererstarrte Schicht, Spannungsarmglühen und Feinschnitte

Was das Erodieren hinterlässt

Beim Drahterodieren wird Metall mit Funken abgetragen, und jeder Funke schmilzt einen mikroskopischen Krater. Die wiedererstarrte Oberfläche — die wiedererstarrte Schicht, oft als weiße Schicht bezeichnet, weil sie sich merkmalslos weiß ätzt — ist je nach Energie des Schnitts typischerweise in der Größenordnung von wenigen Mikrometern bis zu wenigen zehn Mikrometern dick. Ihre Eigenschaften unterscheiden sich deutlich vom Grundstahl:

• Sie ist unangelassener, spröder Martensit, oft härter als das Grundmaterial und häufig mit Mikrorissen durchsetzt.
• Darunter liegt eine flache Wärmeeinflusszone, deren Anlasszustand verändert wurde.

An einer Stempel- oder Matrizenkante ist die wiedererstarrte Schicht der Ort, an dem Ausbrüche und vorzeitige Ermüdungsrisse beginnen. An gering beanspruchten Teilen mag sie im geschnittenen Zustand akzeptabel sein; an arbeitenden Werkzeugkanten wird sie gezielt beherrscht.

Feinschnitte: die Standardabhilfe

In der Serienfertigung von Schneidwerkzeugen wird selten mit einem einzigen Schnitt gearbeitet. Die übliche Reihenfolge ist:

1. Ein Schruppschnitt mit hoher Energie für Geschwindigkeit — dicke wiedererstarrte Schicht, raue Oberfläche (oft Ra 1.6 µm oder gröber).
2. Zwei bis vier Fein- (Trim-) Schnitte mit fortschreitend niedrigerer Entladungsenergie, bei denen jeder einige Hundertstel Millimeter oder weniger abträgt. Jeder Feinschnitt entfernt die Schäden der vorherigen Schicht und hinterlässt eine eigene, dünnere und weniger rissige Schicht.

Mit mehreren Feinschnitten lässt sich die endgültige wiedererstarrte Schicht auf etwa 1–2 µm oder weniger reduzieren, die Oberflächengüte verbessert sich in Richtung Ra 0.2–0.4 µm, und die Maßgenauigkeit wird enger, weil Schnitte mit niedriger Energie den Draht weniger ablenken. Die Kosten sind Maschinenzeit, weshalb die Anzahl der Feinschnitte je Bauteilklasse festgelegt wird — Schneidmatrizen und Feinschneidwerkzeuge am großzügigen Ende, Arbeiten mit großem Spiel am schlanken Ende.

Nach dem Schneiden entfernt Abziehen oder leichtes Polieren kritischer Kanten die letzte wiedererstarrte Schicht mechanisch; bei ermüdungskritischen Stempeln ist dieser Schritt nicht kosmetisch.

Spannungsarmglühen und Verzug

Gehärteter Werkzeugstahl trägt Eigenspannungen aus dem Abschrecken, und Drahterodieren trägt Material ab, ohne mechanische Spannung einzubringen — aber das Auftrennen eines Blocks lässt die vorhandene Spannung sich neu verteilen, und das Teil bewegt sich. Klassische Symptome: Eine geschlitzte Platte schließt sich auf den Draht zu oder federt von ihm weg, und lange Teile verziehen sich, nachdem ein Mittelabschnitt entfernt wurde.

Standard-Gegenmaßnahmen:

• Vor dem Erodieren spannungsarm glühen, wo es der Anlasszustand des Stahls zulässt — ein Anlassen etwa 25–30 °C unter der endgültigen Anlasstemperatur nach der Grobzerspanung stabilisiert Rohlinge für die Fertigbearbeitung.
• Schnittstrategie: Lassen Sie Stege/Brücken stehen, damit Butzen und Rahmen bis zum Ende verbunden bleiben; öffnen Sie große Öffnungen zuerst grob und schlichten Sie dann; vermeiden Sie es, einen gehärteten Rohling in einem Durchgang in lange, dünne, ungestützte Abschnitte zu schneiden.
• Übermaß grob zerspanen, spannungsarm glühen, dann auf Maß fertig erodieren — die Reihenfolge, die für Präzisionsmatrizenplatten verwendet wird.

Hinweise zu Draht und Prozess

Messingdraht ist der allgemeine Standard; beschichtete und feine Drähte dienen engen Radien und Konusarbeiten. Weil das Erodieren gegenüber der Härte gleichgültig ist, ist es gleichermaßen das Verfahren zum Reparieren und Ändern fertiger Schneidwerkzeuge — mit derselben Disziplin hinsichtlich der wiedererstarrten Schicht an der reparierten Kante wie an einer neuen.