Видове EDM обработка: Ръководство за електроерозионна обработка

В машиностроителната индустрия производителите често се сблъскват с части, които са твърде здрави, твърде тънки или просто твърде сложни за конвенционалните методи на обработка. Именно тук електроерозионната обработка (EDM) доказва своята стойност. Чрез отстраняване на материал с контролирани електрически разряди, а не със сила, тази CNC техника за обработка поддържа строги допуски в инструментални стомани, карбиди, титан и други екзотични сплави.

Този процес на електроерозионна обработка може да бъде категоризиран в много варианти в зависимост от метода на обработка; най-често използваните са нишкова ерозионна обработка, ерозионна обработка с пробивна струя и ерозионна обработка с пробиване на отвори.

Телно ерозионна обработка (WEDM)

Принцип на работа и настройка

При електроерозионната обработка с тел се използва непрекъснато подаван електрически зареден проводник под напрежение, обикновено месингов или месинг с покритие, като движещ се електрод. Проводникът никога не докосва детайла. Вместо това се поддържа контролиран процеп, докато CNC системата насочва проводника по програмирана траектория. Детайлът е потопен в дейонизирана вода, която действа като диелектрик и ефективно отмива отломките. Горните и долните водачи на проводника позволяват накланяне или скосяване на проводника, за да се създадат ъглови елементи.

Генераторът на машината модулира енергията, продължителността и честотата на импулсите при грубо рязане и множество проходи за гладко рязане. Грубото рязане дава приоритет на скоростта, оставяйки допустими отклонения за последователни гладки рязаня, които регулират толеранса и повърхностната обработка. Закрепването е от значение: солидната, термично стабилна настройка, точните опорни точки и добрите пътища за промиване влияят пряко върху точността и производителността.

Типични приложения и материали

Машините за нишкова ерозия обикновено се използват за сложни профили: матрици, щанци, зъбни колела, шлицови форми, медицински компоненти и сложни 2.5D контури, които са трудни или невъзможни за фрезоване. Те се отличават с отлични резултати при закалени инструментални стомани (A2, D2, H13), волфрамов карбид, титан, Inconel и други суперсплави. Често срещани сценарии включват рязане. щанци за леене под налягане от блок, производство на прецизни вложки, секциониране на крехки или закалени части без предизвикване на напрежение и създаване на тънки ребра или деликатни елементи без изкривяване.

Предимства и ограничения

• Точност и завършеностПоддържането на ±0,0001–0,0002″ е рутинно при стабилни настройки, а повърхностната обработка под 1 μm Ra е постижима с множество шлифовъчни минавания.
• Минимално механично напрежениеЛипсата на сили на рязане означава, че тънките стени и фините детайли остават непокътнати. Зоните, засегнати от топлина, са малки, а преработените слоеве са тънки.
• Подходящ за автоматизацияАвтоматичното нарязване на резба, възстановяването при скъсана тел и интегрираното сондиране поддържат надеждни изпълнения без прекъсване, особено при по-дълги профили.

ОграниченияТелта трябва физически да има достъп до контура, което означава, че подрязвания или затворени кухини не са постижими. Входът изисква начален отвор, освен ако началната точка не е разположена на ръб. Високите части може да се нуждаят от внимателни стратегии за промиване, за да се поддържа стабилност и да се сведат до минимум ерозията и скъсванията на телта.

Потъваща ерозионна обработка (EDM)

Електроди, инструментална екипировка и образуване на кухини

Ерозионната обработка с дупки, известна още като потапяне в матрица, използва оформен електрод, обикновено графит или мед, монтиран върху бутало. Електродът се поставя върху негатива на кухината, след което се „потапя“ в детайла под серво управление, докато искров разряд ерозира материала. Маслото на въглеводородна основа е често срещан диелектрик. Орбитирането (малки програмирани движения като кръгови или векторни орбити) подобрява промиването, подобрява повърхностната обработка и гарантира крайни размери без прегаряне на ъглите.

Изборът на електрод е от огромно значение: графитът осигурява по-висока скорост, устойчив е на топлина и е подходящ за по-големи кухини; медта държи добре детайлите и може да доведе до по-фини завършвания. Опитните производители често използват няколко електрода: по-груб за груба обработка, полу-финишен за стабилизиране на стените и финишен за по-строги толеранси и Ra.

Приложения, толеранси и повърхностна обработка

Sinker EDM е предпочитан вариант за 3D кухини на форми, релефи, ребра, дълбоки джобове, лога и геометрии, до които правият проводник просто не може да достигне. Толерансите от ±0,0002–0,001″ са реалистични в зависимост от размера и настройката, като е възможно покритие на повърхността под 1 μm Ra при довършителни изгаряния. Тъй като електродът придава геометрията, сложните смеси и свободните форми са типични. шприцформи и инструменти за леене под налягане.

Предимства и ограничения

• Истински 3D възможности: Основната му сила е създаването на слепи кухини, подрязвания и сложни триизмерни форми, които са невъзможни за производство чрез нишкова ерозия.
• Превъзходно повърхностно покритие: Способен е да произвежда изключително фини повърхностни покрития върху сложни контури, често елиминирайки необходимостта от ръчно полиране.

ОграниченияТази постоянна ерозия изисква компенсация на износването при програмирането и често изисква изработката на множество електроди за една задача. Обемната скорост на отстраняване обикновено е по-бавна от тази при телената ерозия, което я прави по-малко ефективна за отстраняване на материали в големи мащаби. Освен това, всяка уникална кухина изисква специален електрод, а дълбоките, тесни елементи често създават трудности при диелектричното промиване, което може да компрометира както скоростта, така и точността.

EDM пробиване на отвори (бърза/малка дупка EDM)

Механика на процесите

Ядрото на електроерозионната машина за пробиване на отвори е високоскоростен, въртящ се тръбен електрод, обикновено изработен от месинг, мед или износоустойчива медно-волфрамова сплав. Тази куха тръба в повечето случаи действа като катод, а детайлът - като анод. Генератор подава високочестотни електрически импулси през пространството между тях, създавайки серия от контролирани искри, които изпаряват и ерозират материала.

От решаващо значение за процеса е диелектричната течност под налягане – обикновено дейонизирана вода – която се изпомпва през центъра на въртящия се електрод. Това изпълнява две жизненоважни функции: принудително изхвърля ерозирали частици от тясната междина, за да предотврати късо съединение, и дейонизира канала, за да поддържа стабилни условия на искрене. Въртенето на електрода осигурява равномерно износване и спомага за постигане на по-прав отвор чрез стабилизиране на тръбата. Серво система постоянно регулира позицията на електрода, за да поддържа прецизната искрова междина с задълбочаването на отвора, което позволява създаването на дълбоки отвори с малък диаметър в закалени материали без отклонението на инструмента, което би представлявало заплаха при традиционната машинна обработка.

Случаи на употреба: Отвори за стартиране и охлаждане

Често срещана практика е производителите да разчитат на EDM пробиване за начални отвори преди нишково EDM, когато профилът започва далеч от ръб. Това е и стандартът за малки, с високо съотношение на страните охлаждащи отвори в лопатките и перките на турбините, модели на ефузионно и филмово охлаждане, както и прецизни отвори в медицински или микрофлуидни компоненти. Суперсплавите на основата на никел, титанът и закалените стомани са подходящи кандидати, при условие че са проводими.

Скорост, точност и ограничения

• Скорост за пробиване на отвори: EDM пробиването е изключително бързо за създаване на малки, дълбоки отвори, особено в твърди, проводими материали, където конвенционалното пробиване е бавно или невъзможно. Скоростта се определя главно от диелектричното налягане, материала на електрода и специфичната сплав, която се пробива, което позволява бързо стартиране на отвори и високопроизводителни модели на отвори.
• Точност в диаметъра: Този процес се отличава с точност на позициониране и създава прави отвори с високо съотношение на страните с диаметри до 0,015 инча.

Ограничения: Специализацията в точността идва и с някои компромиси. Повърхностната обработка в отворите обикновено е по-груба от тази, постигната чрез телово ерозионно обработване или довършителни проходи при потъваща ерозионна обработка. Освен това, процесът е ограничен предимно до прави отвори и не може да създава огънати форми. И накрая, интензивната локализирана топлина може да остави слой от прелята форма и малки грапавини на входните и изходните точки, което може да изисква вторична довършителна обработка за критични приложения.

Специализирани EDM машини и хибридни процеси

Прахово-смесена EDM (PMEDM)

Чрез суспендиране на проводими или полупроводникови прахове в диелектрика, тази техника може да разшири канала на разряда, да намали енергийната плътност и да подобри повърхностното покритие, като същевременно намали износването на инструмента. PMEDM е ценен за довършителни проходи върху форми или компоненти, където целостта на повърхността е от значение. Той изисква филтрация и контрол на процеса, за да се поддържа постоянна концентрация.

EDM фрезоване/орбитално обработване за 3D форми

Нарича се още фрезоване с рамено ерозионно движение (EDM), този подход използва малък електрод, който следва 3D траектория на инструмента, въртяйки се в орбита, за да създава сложни форми, подобно на това, което би направила сферична фреза, но без сили на рязане. Той е ефективен за деликатни или труднодостъпни елементи и може да намали броя на специализираните електроди.

Сравняване на производителността между различните видове EDM машини

Скорости на рязане и фактори, влияещи върху времето на цикъла

• Телна ерозияВисока относителна скорост при периферни разрези, особено при дълги профили с постоянна височина. Времето на цикъла зависи от височината на детайла, дължината на контура, броя на шлифовките и промиването.
• Синкерна електроерозионна машинаСредни скорости на отстраняване: площ на електрода, орбитална стратегия и време за промиване. Производството на електрода добавя време за изпълнение.
• Пробиване на отвориБързо за малки, дълбоки отвори: производителността зависи от износването на електрода, диелектричното налягане и сплавта.

Точност, допустими отклонения и повърхностна обработка (Ra)

• Телна ерозияМного висока точност: ±0,0001–0,0002″ (обикновено), <1 μm Ra, постижимо с множество слоеве.
• Синкерна електроерозионна машинаВисока точност: ±0,0002–0,001″ типично: <1 μm Ra при довършителни изгаряния с настроена енергия и орбитиране.
• Пробиване на отвориВисока точност на позициониране за местоположението на отворите; обработката на повърхността е скромна в сравнение с телта/плочината.

Термични ефекти: Преработен слой, микропукнатини и зона на токсичност (HAZ)

Всички EDM процеси създават тънък слой от преработен материал с потенциални микропукнатини, въпреки че зоната, засегната от топлина (HAZ), обикновено е плитка. Това може да се смекчи с нискоенергийни довършителни проходи, оптимизирани параметри на импулса, правилно промиване и полиране или леко шлайфане след обработка, когато целостта на повърхността е критична (напр. аерокосмически компоненти, склонни към умора).

Избор за вашите нужди от електроерозионна обработка

След като вече сте научили различните видове EDM, е време да ги обобщим за бъдещи справки при избора на EDM процес на обработка. Критериите за избор могат да бъдат разделени на четири аспекта.

Геометрия и съображения за характеристики

• Отворени контури и проходни профилиИзберете нишкова ерозионна обработка. Идеална е, когато телта може да достигне целия път без подрязвания.
• Затворени кухини и истински 3D формиИзберете Sinker EDM. Той създава елементи, до които телта не може да достигне, и пренася сложна геометрия от електрод.
• Малки, дълбоки, прави дупкиИзберете EDM пробиване. Това е най-бързият път до начални отвори и функции за охлаждане с високо съотношение на страните.

Материал, твърдост и състояние на термична обработка

Всички видове електроерозийна обработка изискват проводимост, но твърдостта не е ограничаващ фактор, тъй като тя процъфтява върху термично обработени инструментални стомани, карбиди, титаниеви и никелови сплави. Ако размерната стабилност след термична обработка е от значение, електроерозийната обработка след закаляване елиминира риска от деформация от силите на обработка. За карбидни или деликатни материали, предпочитайте тел или внимателно настроени параметри на гравийната струя, за да се минимизират микропукнатините.

Размер на партидата, цена и икономика на инструменталната екипировка

• Прототипи и малки партидиЕрозионната обработка с тел минимизира първоначалната инструментална екипировка и изисква малко електроди, така че е рентабилна за единични и кратки серии.
• Високообемни форми или повтарящи се кухиниЕрозионната обработка с пробивна струя става икономична, когато амортизирате проектирането и производството на електроди върху много части. Ефективните стратегии за електроди (груба/чистова обработка, споделени геометрии) намаляват общите разходи.
• Клетки за пробиване на отвориЗа повтарящи се модели на охлаждащи отвори, специализираното EDM пробиване с автоматизация осигурява предвидима производителност.

Автоматизация, закрепване и мониторинг на процесите

Съвременната електроерозионна обработка (EDM) поддържа безпроблемно производство. Автоматичните резбонарезни устройства, устройствата за смяна на инструменти, измерването на детайлите по време на процеса и наблюдението на машината намаляват времето на престой и брака. Трябва да дадете приоритет на:

• Чист диелектрик и стабилна филтрация за поддържане на стабилност на искрата.
• Твърдо закрепване с надеждни опорни точки, осигуряващо повторяемост на повърхности или електроди.
• Адаптивни генератори и контрол на ъглите за защита на точността при тесен вътрешен радиус.
• SPC и регистриране на набори от параметри за проследимост на регулирана прецизна обработка при производството на медицински и аерокосмически части.

Заключение

Електроерозионната обработка позволява сложни проекти чрез използване на прецизни... CNC обработка и преодоляване на твърдостта на материала чрез допълващи се методи: тел EDM за профили, пробивна EDM за кухини и пробивно EDM за дълбоки отвори.

Въоръжени със знанията от нашите статии, ще можете да вземате добре информирани решения при избора на EDM, за да подобрите качеството на детайлите и конкурентоспособността им в модерното производство!

Често задавани въпроси

EDM само за метал ли е? Мога ли да го използвам върху меки, незакалени материали?

Не точно. По дефиниция, EDM е изключително за електропроводими материали, а изолатори като пластмаси, стъкло и обикновена керамика или композитни материали са изключени. Материали като графит, силициеви карбиди, титанов диборид и някои полимерни композити обаче също са електропроводими. Въпреки факта, че са нишата на EDM, те могат да бъдат обработвани и чрез машинна обработка.

Също така, ако въпросните меки материали са меки метали като алуминий или мека стомана, тогава EDM е напълно приложим, въпреки че често се използва върху по-твърди материали. Просто традиционните методи за обработка често са по-бързи и по-рентабилни, освен ако геометрията не е изключително сложна или деликатна.

Как размерът на детайлите ограничава EDM?

Всеки тип ерозионна обработка има присъщи ограничения по отношение на размера. Нишковите ерозионни машини са ограничени от обхвата на движение и размера на резервоара. Пробивните ерозионни машини са ограничени от работния резервоар и капацитета на електрода. За много големи компоненти, като корабен витло, биха били необходими специализирани, масивни ерозионни машини.

Какво причинява преработения слой и винаги ли е проблем?

Рециклираният слой е тънък, повторно втвърден слой материал, който е разтопен, но не е отмит от диелектричната течност. Въпреки че всички EDM методи го създават, значението му зависи от приложението. За много форми и инструменти той е или незначителен, или може да бъде отстранен чрез... повърхностна обработкаЗа силно натоварените аерокосмически компоненти, подложени на умора, това е критичен фактор, който трябва да бъде сведен до минимум или премахнат.

EDM счита ли се за бавен процес?

EDM обикновено не е високоскоростен процес за отстраняване на обемен материал в сравнение с конвенционалната машинна обработка. Неговата стойност е в способността му за прецизна обработка, а не в суровата му скорост. „Ефективната“ скорост е висока, като се има предвид, че може да елиминира множество стъпки (напр. груба обработка, термична обработка, чиста обработка) и да произведе готов детайл от закалена заготовка с една настройка.