Vrste EDM obrade: Vodič za elektroerozijsku obradu

U industriji strojne obrade, proizvođači se često suočavaju s dijelovima koji su pretvrdi, pretanki ili jednostavno previše složeni za konvencionalne metode obrade. Upravo tu elektroerozivna obrada (EDM) dokazuje svoju vrijednost. Uklanjanjem materijala kontroliranim električnim pražnjenjima umjesto silom, ova CNC tehnika obrade održava uske tolerancije u alatnim čelicima, karbidima, titanu i drugim egzotičnim legurama.

Ovaj postupak elektroerozivne obrade može se kategorizirati u mnogo varijacija ovisno o metodi obrade; najčešće korištene su žičana erozija, erozija udubljenjem i erozija bušenja rupa.

Žičana erozija (WEDM)

Princip rada i postavljanje

Žičana erozija koristi kontinuirano dovedenu električno nabijenu žicu pod napetošću, obično od mesinga ili mesinga s premazom, kao pokretnu elektrodu. Žica nikada ne dodiruje obradak. Umjesto toga, održava se kontrolirani razmak dok CNC vodi žicu programiranom putanjom. Obradak je uronjen u deioniziranu vodu, koja djeluje kao dielektrik i učinkovito ispire ostatke. Gornja i donja vodilica žice omogućuju naginjanje ili sužavanje žice kako bi se stvorili kutni elementi.

Generator stroja modulira energiju impulsa, trajanje i frekvenciju tijekom grube obrade i višestrukih prolazaka skimanjem. Grubi rezovi daju prioritet brzini, ostavljajući prostor za uzastopna skidanja koja određuju toleranciju i završnu obradu površine. Pričvršćivanje je važno: čvrsta, termički stabilna postavka, točne referentne točke i dobri putevi ispiranja izravno utječu na točnost i protok.

Tipične primjene i materijali

Strojevi za žičanu erozijsku obradu obično se koriste za složene profile: matrice, probijače, zupčanike, profile, medicinske komponente i složene 2,5D obrise koje je teško ili nemoguće glodati. Izvanredno se koriste na kaljenim alatnim čelicima (A2, D2, H13), volframovom karbidu, titanu, Inconelu i drugim superlegurama. Uobičajeni scenariji uključuju rezanje Kalupi za lijevanje pod pritiskom iz bloka, izrađujući precizne umetke, rezeći krhke ili otvrdnute dijelove bez izazivanja naprezanja i stvarajući tanke mreže ili delikatne elemente bez izobličenja.

Prednosti i ograničenja

• Točnost i završna obradaOdržavanje od ±0,0001–0,0002″ je rutinsko na stabilnim postavkama, a površinska obrada ispod 1 μm Ra može se postići višestrukim glatkim prolazima.
• Minimalno mehaničko naprezanjeNedostatak sila rezanja znači da tanke stijenke i fini detalji ostaju netaknuti. Zone utjecaja topline su male, a slojevi prelijevanja su tanki.
• Prilagođeno automatizacijiAutomatsko navojavanje, oporavak od prekinute žice i integrirano sondiranje podržavaju pouzdane prolaze bez prekida, posebno na duljim profilima.

OgraničenjaŽica mora fizički pristupiti konturi, što znači da podrezi ili zatvorene šupljine nisu mogući. Ulaz zahtijeva početnu rupu osim ako se početna točka ne nalazi na rubu. Visoki dijelovi mogu zahtijevati pažljive strategije ispiranja kako bi se održala stabilnost i smanjila erozija i lomljenje žice.

EDM s udubljenjem (konvencionalna EDM)

Elektrode, alati i formiranje šupljina

EDM obrada s udubljenjem, također poznata kao udubljivanje u kalup, koristi oblikovanu elektrodu, obično grafitu ili bakrenu, montiranu na klip. Elektroda se postavlja na negativ šupljine, a zatim se "utapa" u obratak pod servo kontrolom dok iskreće pražnjenje erodira materijal. Ulje na bazi ugljikovodika uobičajeni je dielektrik. Orbitiranje (mali programirani pokreti poput kružnih ili vektorskih orbita) poboljšava ispiranje, poboljšava završnu obradu površine i jamči konačne dimenzije bez prekomjernog sagorijevanja kutova.

Izbor elektrode čini ogromnu razliku: grafit osigurava veću brzinu, otporan je na toplinu i prikladan je za veće šupljine; bakar dobro drži detalje i može dati finije završne obrade. Iskusni proizvođači često koriste više elektroda: grubu za grubu obradu, poluzavršnu za stabilizaciju stijenki i završnu za usku toleranciju i Ra.

Primjene, tolerancije i završna obrada površine

Sinker EDM je idealna opcija za 3D šupljine kalupa, reljefe, rebra, duboke džepove, logotipe i geometrije kojima ravna žica jednostavno ne može pristupiti. Tolerancije od ±0,0002–0,001″ su realne ovisno o veličini i postavkama, s površinskom završnom obradom ispod 1 μm Ra mogućom pri završnoj obradi opekotina. Budući da elektroda daje geometriju, složene mješavine i slobodni oblici su tipični. kalupi za injekcijsko ubrizgavanje i alati za lijevanje pod tlakom.

Prednosti i ograničenja

• Prava 3D mogućnost: Njegova primarna snaga je stvaranje slijepih šupljina, podreza i složenih trodimenzionalnih oblika koje je nemoguće proizvesti žičanom erozijskom obradom.
• Vrhunska površinska obrada: Sposoban za izradu iznimno finih površinskih obrada na zamršenim konturama, često eliminirajući potrebu za ručnim poliranjem.

OgraničenjaOva stalna erozija zahtijeva kompenzaciju trošenja u programiranju i često zahtijeva izradu više elektroda za jedan posao. Volumetrijska brzina uklanjanja općenito je sporija od one kod žičane erozije, što je čini manje učinkovitom za uklanjanje materijala velikih razmjera. Osim toga, svaka jedinstvena šupljina zahtijeva namjensku elektrodu, a duboki, uski elementi često predstavljaju poteškoće u dielektričnom ispiranju što može ugroziti i brzinu i točnost.

EDM bušenje rupa (brzo bušenje/bušenje malih rupa)

Mehanika procesa

Jezgra EDM-a za bušenje rupa je brza, rotirajuća cjevasta elektroda, obično izrađena od mesinga, bakra ili bakra i volframa otpornog na habanje. Ova šuplja cijev u većini slučajeva djeluje kao katoda, a obradak kao anoda. Generator isporučuje visokofrekventne električne impulse preko razmaka između njih, stvarajući niz kontroliranih iskri koje isparavaju i erodiraju materijal.

Ključna za proces je tlačna dielektrična tekućina - obično deionizirana voda - koja se pumpa kroz središte rotirajuće elektrode. To ima dvije vitalne funkcije: snažno ispire erodirane čestice iz uskog razmaka kako bi se spriječio kratki spoj i deionizira kanal kako bi se održali stabilni uvjeti iskrenja. Rotacija elektrode osigurava ravnomjerno trošenje i pomaže u postizanju ravnije rupe stabiliziranjem cijevi. Servo sustav stalno podešava položaj elektrode kako bi održao precizan razmak iskre kako se rupa produbljuje, omogućujući stvaranje dubokih rupa malog promjera u kaljenim materijalima bez otklona alata koji bi predstavljao prijetnju kod tradicionalne obrade.

Primjeri upotrebe: Početni i rashladni otvori

Uobičajena je praksa da se proizvođači oslanjaju na EDM bušenje za početne rupe prije žičane EDM obrade kada profil počinje dalje od ruba. To je također standard za male rupe za hlađenje s visokim omjerom stranica u lopaticama i krilcima turbina, uzorke efuzijskog i filmskog hlađenja te precizne rupe u medicinskim ili mikrofluidnim komponentama. Superlegure na bazi nikla, titan i kaljeni čelici su svi prikladni kandidati, pod uvjetom da su vodljivi.

Brzina, točnost i ograničenja

• Brzina bušenja rupe: EDM bušenje je izuzetno brzo za stvaranje malih, dubokih rupa, posebno u tvrdim, vodljivim materijalima gdje je konvencionalno bušenje sporo ili nemoguće. Brzinu prvenstveno određuju dielektrični tlak, materijal elektrode i specifična legura koja se buši, što omogućuje brzo početno bušenje rupa i visokopropusne uzorke rupa.
• Točnost promjera: Ovaj proces se ističe u pozicijskoj točnosti i stvara ravne rupe visokog omjera stranica s promjerom od samo 0,015 inča.

Ograničenja: Specijalizacija u točnosti također dolazi s nekim kompromisima. Površinska obrada unutar rupa općenito je hrapavija od one postignute žičanom erozijom ili završnom obradom u dubinskoj eroziji. Nadalje, proces je ograničen uglavnom na ravne rupe i ne može stvoriti zakrivljene oblike. Konačno, intenzivna lokalizirana toplina može ostaviti sloj prelijevanja i male neravnine na ulaznim i izlaznim točkama, što može zahtijevati sekundarnu završnu obradu za kritične primjene.

Specijalizirani EDM strojevi i hibridni procesi

EDM s miješanim prahom (PMEDM)

Suspendiranjem vodljivih ili poluvodljivih prahova u dielektriku, ova tehnika može proširiti kanal pražnjenja, smanjiti gustoću energije i poboljšati završnu obradu površine uz smanjenje trošenja alata. PMEDM je vrijedan za završne prolaze na kalupima ili komponentama gdje je važan integritet površine. Zahtijeva filtraciju i kontrolu procesa kako bi se održala konzistentna koncentracija.

EDM glodanje/orbitalno glodanje za 3D oblike

Također se naziva i ram EDM glodanje, ovaj pristup koristi malu elektrodu koja prati 3D putanju alata, kružeći kako bi stvorila složene oblike slično kao što bi to učinila kuglasta glodalica, bez sila rezanja. Učinkovit je za osjetljive ili teško dostupne elemente i može smanjiti broj namjenskih elektroda.

Usporedba performansi različitih vrsta EDM strojeva

Brzine rezanja i pokretači vremena ciklusa

• Žičana erozijaVisoka relativna brzina na perifernim rezovima, posebno na dugim profilima konstantne visine. Vrijeme ciklusa ovisi o visini obratka, duljini konture, broju skimova i ispiranju.
• Sinker EDMSrednje brzine uklanjanja: površina elektrode, strategija orbite i vrijeme ispiranja. Izrada elektrode produžuje vrijeme isporuke.
• Bušenje rupaBrzo za male, duboke rupe: protok ovisi o trošenju elektrode, dielektričnom tlaku i leguri.

Točnost, tolerancije i površinska obrada (Ra)

• Žičana erozijaVrlo visoka točnost: ±0,0001–0,0002″ uobičajeno, <1 μm Ra ostvarivo s više slojeva.
• Sinker EDMVisoka točnost: ±0,0002–0,001″ tipično: <1 μm Ra pri završnim opekotinama s podešenom energijom i orbitom.
• Bušenje rupaVisoka točnost pozicioniranja za lokacije rupa; površinska obrada je umjerena u odnosu na žicu/utiskivač.

Toplinski učinci: Preliveni sloj, mikropukotine i ZUT

Svi EDM procesi proizvode tanki sloj prerađenog lijeva s potencijalnim mikropukotinama, iako je zona utjecaja topline (HAZ) općenito plitka. To se može ublažiti završnim prolazima niže energije, optimiziranim parametrima pulsiranja, pravilnim ispiranjem i poliranjem ili laganim brušenjem nakon obrade kada je integritet površine kritičan (npr. zrakoplovne komponente sklone zamoru).

Izbor za vaše potrebe elektroerozivne obrade

Sada kada ste naučili različite vrste EDM-a, vrijeme je da ih sažete za buduću referencu pri odabiru EDM procesa obrade. Kriteriji za odabir mogu se podijeliti u četiri aspekta.

Razmatranja geometrije i značajki

• Otvorene konture i prolazni profiliOdaberite žičanu erozijsku obradu. Idealno je kada žica može pristupiti cijelom putanjom bez podrezivanja.
• Zatvorene šupljine i pravi 3D obliciOdaberite Sinker EDM. Stvara značajke koje žica ne može dosegnuti i prenosi složenu geometriju s elektrode.
• Male, duboke, ravne rupeOdaberite EDM bušenje. To je najbrži put do početnih rupa i značajki hlađenja s visokim omjerom stranica.

Materijal, tvrdoća i stanje toplinske obrade

Sve vrste EDM obrade zahtijevaju vodljivost, ali tvrdoća nije ograničavajući faktor, jer EDM uspijeva na toplinski obrađenim alatnim čelicima, karbidima, titanu i legurama nikla. Ako je dimenzijska stabilnost nakon toplinske obrade važna, EDM nakon kaljenja eliminira rizik od izobličenja od sila obrade. Za karbidne ili osjetljive materijale, preferirajte žicu ili pažljivo podešene parametre udubljenja kako biste smanjili mikropukotine.

Veličina serije, trošak i ekonomija alata

• Prototipovi i male serijeŽičana erozija minimizira početni alat i zahtijeva malo elektroda, pa je isplativa za pojedinačne i kratke serije.
• Kalupi velikog volumena ili ponovljene šupljineEDM s udubljenjem postaje ekonomičan kada se amortiziraju troškovi dizajna i izrade elektroda na više dijelova. Učinkovite strategije elektroda (gruba/završna obrada, zajedničke geometrije) smanjuju ukupne troškove.
• Ćelije za bušenje rupaZa ponavljajuće uzorke rupa za hlađenje, namjensko EDM bušenje s automatizacijom osigurava predvidljiv protok.

Automatizacija, učvršćivanje i nadzor procesa

Moderna EDM obrada podržava proizvodnju bez ikakvih problema. Automatski navojnici, mjenjači alata, sondiranje tijekom procesa i praćenje stroja smanjuju vrijeme neaktivnosti i otpad. Trebali biste dati prioritet:

• Čist dielektrik i stabilna filtracija za održavanje stabilnosti iskre.
• Kruto pričvršćivanje s pouzdanim referentnim točkama za osiguranje ponovljivosti preko površina ili elektroda.
• Adaptivni generatori i kontrola kutova za zaštitu točnosti na uskom unutarnjem radijusu.
• SPC i zapisivanje skupova parametara za sljedivost regulirane precizne obrade u proizvodnji medicinskih i zrakoplovnih dijelova.

Zaključak

Elektroerozivna obrada omogućuje složene dizajne korištenjem preciznih CNC obrada i prevladavanje tvrdoće materijala komplementarnim metodama: žičana erozija za profile, udubljena erozija za šupljine i bušaća erozija za duboke rupe.

Opremljeni znanjem iz naših članaka, moći ćete donositi informirane odluke o odabiru EDM-a za poboljšanje kvalitete dijelova i konkurentnosti u naprednoj proizvodnji!

Često postavljana pitanja

Je li EDM samo za metal? Mogu li ga koristiti na mekim, nekaljenim materijalima?

Ne baš. Po definiciji, EDM je isključivo za električno vodljive materijale, a izolatori poput plastike, stakla i normalne keramike ili kompozitnih materijala ne dolaze u obzir. Međutim, materijali poput grafita, silicijevih karbida, titanijevog diborida i određenih polimernih kompozita također su električno vodljivi. Unatoč činjenici da su niša EDM-a, mogu se obrađivati i metodom strojne obrade.

Također, ako su dotični meki materijali meki metali poput aluminija ili mekog čelika, tada je EDM potpuno održiv unatoč tome što se često koristi na tvrđim materijalima. Samo što su tradicionalne metode obrade često brže i isplativije, osim ako geometrija nije izuzetno složena ili delikatna.

Kako veličina obratka ograničava EDM?

Svaka vrsta EDM-a ima inherentna ograničenja veličine. Žičane EDM-ove ograničava raspon kretanja i veličina spremnika. Udubljene EDM-ove ograničava radni spremnik i nosivost elektrode. Za vrlo velike komponente poput brodskog propelera potrebni su namjenski, masivni EDM strojevi.

Što uzrokuje preoblikovani sloj i je li to uvijek problem?

Preliveni sloj je tanki, ponovno stvrdnuti sloj materijala koji je rastopljen, ali nije ispran dielektričnom tekućinom. Iako ga stvaraju svi EDM postupci, njegov značaj ovisi o primjeni. Za mnoge kalupe i alate, on je ili beznačajan ili se može ukloniti... površinska obradaZa visoko opterećene zrakoplovne komponente podložne umoru, to je kritičan faktor koji se mora svesti na najmanju moguću mjeru ili ukloniti.

Smatra li se EDM sporim procesom?

EDM općenito nije brzi proces za uklanjanje rasutog materijala u usporedbi s konvencionalnom strojnom obradom. Njegova vrijednost leži u sposobnosti precizne obrade, a ne u sirovoj brzini. "Efektivna" brzina je visoka kada se uzme u obzir da se mogu eliminirati višestruki koraci (npr. gruba obrada, toplinska obrada, završna obrada) i proizvesti gotovi dio od kaljenog blanka u jednom postavljanju.