Präzisions-Stanzeinsatz

In dieser Fallstudie wird ein Projekt zur ultrapräzisen langsamen Drahterosion für einen High-End-Präzisionsstanzeinsatz beschrieben. Der Einsatz besteht aus KD20-Sinterhartmetall (Wolframkarbid) mit einer Materialhärte von HRA 90–92; Es stellt ein typisches Beispiel für ein ultrapräzises Formbauteil mit hoher Härte und hoher Sprödigkeit dar. Die Geometrie des Produkts umfasst komplizierte Mikroprofile, gerade Schneidkanten ohne Konizität und komplexe präzisionskonische Strukturen. Diese Einsätze werden häufig in den Bereichen Steckerformen, IC- und Halbleiterformen, Präzisionshardware für neue Energieanwendungen und hochwertige elektronische Stanzwerkzeuge eingesetzt.

Bearbeitungsparameter

Anforderungen an den Kernbearbeitungsprozess

Das Außenprofil wird mit einer kombinierten Schneid- und Schleifstrategie bearbeitet, um sicherzustellen, dass die Bezugsmaße in einem einzigen Arbeitsgang genau festgelegt werden, wodurch die Gesamtgenauigkeit der Montage und die Bezugskonsistenz verbessert werden.

Die Innenkavität weist eine einseitige Bearbeitungszugabe von +0,005 mm auf. Durch mehrere Endbearbeitungsdurchgänge werden die Abmessungen schrittweise angenähert, um thermische Effekte und Maßabweichungen zu minimieren.

Die innere gerade Schneidkante mit einer Höhe von 2 mm wird streng kontrolliert, um eine Verjüngung von 0° (Null) beizubehalten, wodurch eine hervorragende Qualität der Stanzschnittoberfläche und eine gleichbleibende Schnittkantenqualität gewährleistet werden.

Der untere Abschnitt der Schneidkante weist über den gesamten Umfang eine Verjüngung von 0,5° (Freiwinkel) auf, um die Stabilität des Schrottauswurfs bei kontinuierlichen Stanzvorgängen zu verbessern.

Jedes Werkstück wird mit einem vollautomatischen Bildmesssystem Keyence IM-1220 einer vollständigen Dimensionsprüfung unterzogen, wodurch ein geschlossenes Kontrollsystem zwischen Bearbeitung und Prüfung entsteht.

AP250L + 0,05 mm Draht + 1 Rohschnitt / 8 Fertigschnitt-Prozesskontrolle

Die Bearbeitung erfolgt mit ultrafeinem 0,05-mm-Kupferdraht, was äußerst hohe Anforderungen an die Stabilität der Ausrüstung, die Kontrolle elektrischer Entladungen und die Kontrolle der Drahtspannung stellt.

Während des Bearbeitungsprozesses wird eine Strategie zur schrittweisen Reduzierung der Entladungsenergie bei jedem Endbearbeitungsdurchgang angewendet. Dabei handelt es sich um einen Schruppdurchgang, gefolgt von acht Schlichtdurchgängen mit extrem niedriger Energie, um die innere Restspannung im KD20-Wolframkarbidmaterial schrittweise abzubauen.  Mehrere Endbearbeitungsdurchgänge reduzieren effektiv die Dicke der von der elektrischen Entladung betroffenen Schicht, verbessern die strukturelle Integrität der Schneidkante und verlängern die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer der Klinge.

Die energiearme Pfadkompensationssteuerung wird auf Mikrobereiche angewendet, um das Risiko eines Überschneidens an winzigen Ecken und einer thermischen Beschädigung feiner Strukturmerkmale zu minimieren.

Bei längeren Bearbeitungsvorgängen liegt die Priorität auf der Aufrechterhaltung der Stabilität der Drahtspannung und der Gleichmäßigkeit der elektrischen Entladung, um das Risiko von Drahtbrüchen, Absplitterungen an den Ecken und Maßabweichungen zu verringern.

Nach acht Schlichtdurchgängen erreicht die Schneidkante ein gratfreies, kollapsfreies und hochglanzpoliertes, spiegelähnliches Finish.

Herausforderungen bei der Bearbeitung von Mikrostrukturen

Der Precision Stamping Stanzeinsatz ist ein typisches Beispiel für eine ultrapräzise, ​​mikroskalige und komplexe Geometriestruktur. Das Werkstück zeichnet sich durch ultrakleine Innenecken, mikrofeine Schneidkanten, ultraschmale Schlitze und komplexe konische Schneidgeometrien aus, wobei feinste Strukturmerkmale etwa 0,1329 mm messen. Das aus KD20-Wolframkarbid gefertigte Werkstück – ein Material, das sich durch hohe Härte und inhärente Sprödigkeit auszeichnet – stellt äußerst strenge Anforderungen an die Kontrolle der Entladungsenergie, die thermische Stabilität, die Wegkompensation und die Steuerung des synchronisierten Kegelschnitts. Dies ist besonders wichtig, wenn ultrafeiner 0,05-mm-Kupferdraht verwendet wird, bei dem selbst die geringste Schwankung der Drahtspannung die Integrität der Schneidkante und die Dimensionsstabilität des Teils beeinträchtigen kann.

Kontrollierte Bearbeitungsumgebung mit konstanter Temperatur

Während des hochpräzisen Drahterodierprozesses mit langsamem Vorschub wird die Werkstattumgebung auf einer konstanten Temperatur gehalten. Durch die strenge Kontrolle der Umgebungstemperaturschwankungen werden Wärmeausdehnungsfehler und Maßabweichungen, die typischerweise bei längeren Bearbeitungsvorgängen auftreten, wirksam minimiert. Dies gewährleistet eine gleichbleibende Maßhaltigkeit über die mehreren Endbearbeitungsdurchgänge hinweg und erfüllt so die Anforderungen an die Ultrapräzisionsbearbeitung mit einer Toleranz von ±0,001 mm.

Qualitätskontrolle und Inspektion mit dem IM-1220

Ein vollautomatisches Bildmesssystem IM-1220 von Keyence wird eingesetzt, um automatisierte Scaninspektionen im Mikrometerbereich durchzuführen und so potenzielle Fehler im Zusammenhang mit manuellen Messungen effektiv zu eliminieren.

Zu den wichtigsten Prüfparametern gehören: die Abmessungen der Innen- und Außenkonturen, einseitige Bearbeitungszugaben, die Rechtwinkligkeit des 2-mm-Schneidkantenabschnitts, der 0,5°-Kegelwinkel und die Oberflächenbeschaffenheit der Schneidkante.

Das Inspektionssystem ist in der Lage, Toleranzen bis zu ±0,001 mm zuverlässig aufzulösen und generiert automatisch digitalisierte Qualitätsprüfberichte.

Durch die Nutzung der aus den Prüfdaten abgeleiteten Rückmeldungen können Bearbeitungsparameter und Kompensationswerte weiter optimiert werden, wodurch ein Regelsystem geschaffen wird, das die Bearbeitungs- und Prüfprozesse nahtlos integriert.

Modernste Qualitätskontrolle

Durch mehrere Stufen der Präzisionsbearbeitung mit extrem niedriger Energie bleibt die endgültige Schneidkante scharf, gratfrei, ohne Kantenkollaps und frei von Brandflecken. Gleichzeitig minimiert dieser Prozess effektiv das Risiko einer Ansammlung von Entladungstexturen und mikroskopischer Kantenrisse, wodurch die Qualität des geprägten Querschnitts verbessert und die kontinuierliche Lebensdauer des Präzisionsstanzeinsatzes verlängert wird.

Anwendbare Felder

• Präzisions-Stanzwerkzeuge

• Steckerformen

• IC-Halbleiterformen

• Präzise medizinische Komponenten

• Präzise elektronische Stanzwerkzeuge

• Präzisionshardware für neue Energieanwendungen