Typy EDM obrábania: Sprievodca elektroerozívnym obrábaním

V obrábacom priemysle sa výrobcovia často stretávajú s dielmi, ktoré sú príliš húževnaté, príliš tenké alebo jednoducho príliš zložité na konvenčné metódy obrábania. Presne v tomto smere dokazuje svoju hodnotu elektroerozívne obrábanie (EDM). Vďaka odoberaniu materiálu kontrolovanými elektrickými výbojmi namiesto sily si táto technika CNC obrábania zachováva prísne tolerancie v nástrojových oceliach, karbidoch, titáne a iných exotických zliatinách.

Tento proces elektroerozívneho obrábania možno rozdeliť do mnohých variantov v závislosti od metódy obrábania; najbežnejšie používané sú drôtové EDM, hĺbiace EDM a EDM na vŕtanie otvorov.

Drôtové EDM (WEDM)

Princíp fungovania a nastavenie

Drôtová EDM elektróda využíva ako pohyblivú elektródu kontinuálne podávaný elektricky nabitý drôt pod napätím, zvyčajne mosadzný alebo potiahnutý mosadzný drôt. Drôt sa nikdy nedotýka obrobku. Namiesto toho sa udržiava kontrolovaná medzera, zatiaľ čo CNC vedie drôt pozdĺž naprogramovanej dráhy. Obrobok je ponorený v deionizovanej vode, ktorá pôsobí ako dielektrikum a účinne odstraňuje nečistoty. Horné a dolné vedenie drôtu umožňujú nakláňanie alebo zužovanie drôtu na vytvorenie uhlových prvkov.

Generátor stroja moduluje energiu, trvanie a frekvenciu impulzov počas hrubovania a viacerých prechodov odhrubovaním. Hrubé rezy uprednostňujú rýchlosť a ponechávajú priestor pre následné odhrubovania, ktoré upravujú toleranciu a kvalitu povrchu. Upínací prípravok je dôležitý: pevné, tepelne stabilné nastavenie, presné vzťažné body a dobré dráhy preplachovania priamo ovplyvňujú presnosť a priepustnosť.

Typické aplikácie a materiály

Drôtové EDM stroje sa zvyčajne používajú na zložité profily: matrice, razníky, ozubené kolesá, drážkované tvary, lekárske komponenty a zložité 2,5D obrysy, ktoré je ťažké alebo nemožné frézovať. Vynikajú na kalených nástrojových oceliach (A2, D2, H13), karbide volfrámu, titáne, Inconeli a iných superzliatinách. Medzi bežné scenáre patrí rezanie. formy na tlakové liatie z bloku, výroba presných vložiek, rezanie krehkých alebo kalených dielov bez vyvolania napätia a vytváranie tenkých pásov alebo jemných prvkov bez deformácie.

Výhody a obmedzenia

• Presnosť a prevedenieUdržiavanie tolerancie ±0,0001–0,0002″ je bežné na stabilných nastaveniach a povrchové úpravy pod 1 μm Ra sú dosiahnuteľné viacerými prechodmi ľahkým obrábaním.
• Minimálne mechanické namáhanieŽiadne rezné sily znamenajú, že tenké steny a jemné detaily zostávajú neporušené. Zóny ovplyvnené teplom sú malé a vrstvy prelievania sú tenké.
• AutomatizovateľnéAutomatické navliekanie závitov, obnova po prerušení drôtu a integrované sondovanie podporujú spoľahlivé zváranie aj na dlhších profiloch.

ObmedzeniaDrôt musí fyzicky pristupovať ku kontúre, čo znamená, že podrezania alebo uzavreté dutiny nie sú dosiahnuteľné. Vstup vyžaduje počiatočný otvor, pokiaľ sa počiatočný bod nenachádza na hrane. Vysoké diely môžu vyžadovať starostlivé stratégie preplachovania, aby sa udržala stabilita a minimalizovala sa erózia a zlomenie drôtu.

EDM hĺbenie (zapustkové/konvenčné EDM)

Elektródy, nástroje a tvorba dutín

EDM hĺbenie, tiež známe ako hĺbenie v zápustke, používa tvarovanú elektródu, zvyčajne grafitovú alebo medenú, namontovanú na piest. Elektróda sa umiestni na negatív dutiny a potom sa „zapustí“ do obrobku pod servoriadením, zatiaľ čo iskrový výboj eroduje materiál. Olej na báze uhľovodíkov je bežným dielektrikom. Orbitácia (malé naprogramované pohyby, ako sú kruhové alebo vektorové dráhy) zlepšuje oplachovanie, zlepšuje povrchovú úpravu a zaručuje konečné rozmery bez prepálenia rohov.

Výber elektródy má obrovský vplyv: grafit zaisťuje vyššiu rýchlosť, odoláva teplu a je vhodný pre väčšie dutiny; meď dobre drží detaily a umožňuje jemnejšie povrchové úpravy. Skúsení výrobcovia často používajú viacero elektród: hrubšiu na hrubé obrábanie, polodokončovaciu na stabilizáciu stien a dokončovaciu pre malú toleranciu a Ra.

Aplikácie, tolerancie a povrchová úprava

EDM hĺbenie je preferovanou voľbou pre 3D dutiny foriem, reliéfy, rebrá, hlboké vrecká, logá a geometrie, ku ktorým sa priamy drôt jednoducho nedostane. Tolerancie ±0,0002 – 0,001″ sú realistické v závislosti od veľkosti a nastavenia, pričom pri dokončovacích páleniach je možná povrchová úprava pod 1 μm Ra. Pretože elektróda prepožičiava geometriu, sú typické zložité prechody a voľné tvary. vstrekovacie formy a nástroje na tlakové liatie.

Výhody a obmedzenia

• Skutočné 3D možnosti: Jeho hlavnou silnou stránkou je vytváranie slepých dutín, podrezaní a zložitých trojrozmerných tvarov, ktoré nie je možné vyrobiť drôtovým EDM.
• Vynikajúca povrchová úprava: Dokáže vytvárať mimoriadne jemné povrchové úpravy na zložitých kontúrach, čo často eliminuje potrebu ručného leštenia.

ObmedzeniaTáto neustála erózia si vyžaduje kompenzáciu opotrebenia v programovaní a často si vyžaduje výrobu viacerých elektród pre jednu úlohu. Objemová rýchlosť odoberania je vo všeobecnosti nižšia ako pri drôtovom EDM, čo ho robí menej efektívnym pri odoberaní materiálu vo veľkom meradle. Okrem toho každá jedinečná dutina vyžaduje samostatnú elektródu a hlboké, úzke prvky často predstavujú ťažkosti s dielektrickým preplachovaním, čo môže ohroziť rýchlosť aj presnosť.

EDM vŕtanie otvorov (rýchle/malé otvory EDM)

Mechanika procesov

Jadrom elektroerozívneho vŕtania otvorov je vysokorýchlostná, rotujúca rúrková elektróda, zvyčajne vyrobená z mosadze, medi alebo opotrebovaniu odolného medeno-volfrámového zlúčenia. Táto dutá rúrka vo väčšine prípadov slúži ako katóda a obrobok ako anóda. Generátor dodáva vysokofrekvenčné elektrické impulzy cez medzeru medzi nimi, čím vytvára sériu kontrolovaných iskier, ktoré odparujú a erodujú materiál.

Pre proces je kriticky dôležitá tlaková dielektrická kvapalina – zvyčajne deionizovaná voda – ktorá sa čerpá stredom rotujúcej elektródy. Táto kvapalina plní dve dôležité funkcie: silno vyplachuje erodované častice z úzkej medzery, aby sa zabránilo skratu, a deionizuje kanál, aby sa udržiavali stabilné podmienky iskrenia. Rotácia elektródy zaisťuje rovnomerné opotrebovanie a pomáha dosiahnuť rovnejší otvor stabilizáciou trubice. Servosystém neustále upravuje polohu elektródy, aby sa udržala presná medzera iskrenia pri prehlbovaní otvoru, čo umožňuje vytváranie hlbokých otvorov s malým priemerom v kalených materiáloch bez vychýlenia nástroja, ktoré by predstavovalo hrozbu pri tradičnom obrábaní.

Prípady použitia: Štartovacie a chladiace otvory

Pre výrobcov je bežnou praxou spoliehať sa na EDM vŕtanie pre začiatočné otvory pred drôtovým EDM, keď profil začína od hrany. Je to tiež štandard pre malé chladiace otvory s vysokým pomerom strán v lopatkách a krídlach turbín, vzory efúzneho a filmového chladenia a presné otvory v medicínskych alebo mikrofluidných komponentoch. Superzliatiny na báze niklu, titán a kalené ocele sú všetky vhodnými kandidátmi, pokiaľ sú vodivé.

Rýchlosť, presnosť a obmedzenia

• Rýchlosť vŕtania otvorov: EDM vŕtanie je mimoriadne rýchle na vytváranie malých, hlbokých otvorov, najmä v húževnatých, vodivých materiáloch, kde je konvenčné vŕtanie pomalé alebo nemožné. Rýchlosť je primárne riadená dielektrickým tlakom, materiálom elektródy a konkrétnou vŕtanou zliatinou, čo umožňuje rýchle začatie vŕtania a vysokovýkonné vzory otvorov.
• Presnosť priemeru: Tento proces vyniká pozičnou presnosťou a vytvára rovné otvory s vysokým pomerom strán s priemerom už od 0,015 palca.

Obmedzenia: Špecializácia na presnosť prináša aj určité kompromisy. Povrchová úprava v otvoroch je vo všeobecnosti drsnejšia ako pri drôtovom EDM obrábaní alebo dokončovacích vrstvách pri hĺbiacom EDM obrábaní. Okrem toho je proces obmedzený prevažne na rovné otvory a nemôže vytvárať ohnuté tvary. Intenzívne lokalizované teplo môže zanechať vrstvu prelievania a malé otrepy na vstupných a výstupných bodoch, čo môže vyžadovať sekundárnu úpravu pri kritických aplikáciách.

Špecializované EDM stroje a hybridné procesy

Práškovo-zmiešané EDM (PMEDM)

Suspendovaním vodivých alebo polovodivých práškov v dielektriku môže táto technika rozšíriť výbojový kanál, znížiť hustotu energie a zlepšiť povrchovú úpravu a zároveň znížiť opotrebenie nástroja. PMEDM je cenný pre dokončovacie prechody foriem alebo súčiastok, kde je dôležitá integrita povrchu. Vyžaduje si filtráciu a riadenie procesu, aby sa udržala konzistentná koncentrácia.

EDM frézovanie/orbitálne obrábanie 3D tvarov

Tento prístup, nazývaný aj ram EDM frézovanie, využíva malú elektródu, ktorá sleduje 3D dráhu nástroja a obieha tak, aby vytvárala zložité tvary podobne ako guľová fréza, ale bez rezných síl. Je účinný pre jemné alebo ťažko dostupné prvky a môže znížiť počet vyhradených elektród.

Porovnanie výkonu medzi typmi EDM strojov

Rýchlosti rezania a faktory ovplyvňujúce čas cyklu

• Drôtové EDMVysoká relatívna rýchlosť pri obvodových rezoch, najmä pri dlhých profiloch s konštantnou výškou. Čas cyklu závisí od výšky dielu, dĺžky obrysu, počtu skelov a začistenia.
• EDM strojček SinkerStredné rýchlosti odstraňovania: plocha elektródy, stratégia obežnej dráhy a čas preplachovania. Výroba elektródy predlžuje dodací čas.
• Vŕtanie dierRýchle obrábanie malých, hlbokých otvorov: priepustnosť závisí od opotrebenia elektródy, dielektrického tlaku a zliatiny.

Presnosť, tolerancie a povrchová úprava (Ra)

• Drôtové EDMVeľmi vysoká presnosť: ±0,0001–0,0002″ bežné, <1 μm Ra dosiahnuteľné s viacerými vrstvami.
• EDM strojček SinkerVysoká presnosť: ±0,0002–0,001″ typicky: <1 μm Ra pri dokončovacích popáleniach s ladenou energiou a obežnou dráhou.
• Vŕtanie dierVysoká presnosť polohovania otvorov; povrchová úprava je v porovnaní s drôtom/závitom mierna.

Tepelné účinky: Preliata vrstva, mikrotrhliny a tepelne ovplyvnená zóna (HAZ)

Všetky EDM procesy vytvárajú tenkú vrstvu preliatu s potenciálnymi mikrotrhlinami, hoci tepelne ovplyvnená zóna (HAZ) je vo všeobecnosti plytká. Toto sa dá zmierniť nízkoenergetickými dokončovacími prechodmi, optimalizovanými parametrami pulzov, správnym oplachovaním a leštením alebo ľahkým brúsením po spracovaní, keď je kritická integrita povrchu (napr. letecké komponenty náchylné na únavu).

Výber pre vaše potreby elektroerozívneho obrábania

Teraz, keď ste sa naučili rôzne typy EDM, je čas zhrnúť ich pre budúce použitie pri výbere procesu EDM obrábania. Kritériá výberu možno rozdeliť do štyroch aspektov.

Úvahy o geometrii a prvkoch

• Otvorené kontúry a priechodné profilyZvoľte drôtové EDM. Ideálne je, keď má drôt prístup po celej dráhe bez podrezania.
• Uzavreté dutiny a skutočné 3D tvaryZvoľte Sinker EDM. Vytvára prvky, ku ktorým drôt nedosiahne, a prenáša zložitú geometriu z elektródy.
• Malé, hlboké, rovné dieryZvoľte EDM vŕtanie. Je to najrýchlejšia cesta k počiatočným otvorom a funkciám chladenia s vysokým pomerom strán.

Materiál, tvrdosť a stav tepelného spracovania

Všetky typy EDM obrábania vyžadujú vodivosť, ale tvrdosť nie je obmedzujúcim faktorom, pretože EDM sa darí na tepelne spracovaných nástrojových oceliach, karbidoch, titánových a niklových zliatinách. Ak je dôležitá rozmerová stabilita po tepelnom spracovaní, EDM po kalení eliminuje riziko deformácie spôsobenej obrábacími silami. V prípade karbidov alebo jemných materiálov uprednostňujte drôt alebo starostlivo vyladené parametre hĺbidla, aby sa minimalizovalo mikrotrhlinky.

Veľkosť dávky, náklady a ekonomika nástrojov

• Prototypy a malé sérieDrôtové EDM minimalizuje počiatočné nástroje a vyžaduje málo elektród, takže je nákladovo efektívne pre jednorazové a krátkodobé výroby.
• Vysokoobjemové formy alebo opakované dutinyEDM hĺbiaca elektróda sa stáva ekonomickou, keď sa amortizuje návrh a výroba elektródy naprieč mnohými dielmi. Efektívne stratégie elektród (hrubovanie/dokončovanie, zdieľané geometrie) znižujú celkové náklady.
• Bunky na vŕtanie otvorovPre opakujúce sa vzory chladiacich otvorov poskytuje špecializované EDM vŕtanie s automatizáciou predvídateľný výkon.

Automatizácia, upínanie a monitorovanie procesov

Moderné EDM obrábanie podporuje bezproblémovú výrobu. Automatické závitovacie rezačky, meniče nástrojov, sondovanie počas procesu a monitorovanie stroja znižujú prestoje a odpad. Mali by ste uprednostniť:

• Čistý dielektrikum a stabilná filtrácia pre udržanie stability iskry.
• Pevný upínač so spoľahlivými referenčnými bodmi pre zabezpečenie opakovateľnosti naprieč povrchmi alebo elektródami.
• Adaptívne generátory a riadenie rohov na ochranu presnosti pri úzkom vnútornom polomere.
• SPC a protokolovanie súborov parametrov pre sledovateľnosť pri regulovanom presnom obrábaní pri výrobe zdravotníckych a leteckých dielov.

Záver

Elektroerozívne obrábanie umožňuje zložité návrhy vďaka presnému CNC obrábanie a prekonávanie tvrdosti materiálu prostredníctvom doplnkových metód: drôtové EDM pre profily, hĺbiace EDM pre dutiny a vŕtacie EDM pre hlboké otvory.

Vďaka vedomostiam z našich článkov budete môcť robiť informované rozhodnutia pri výbere EDM na zvýšenie kvality dielov a konkurencieschopnosti v pokročilej výrobe!

Často kladené otázky

Je EDM len na kov? Môžem ho použiť na mäkké, nekalené materiály?

Nie tak celkom. EDM je podľa definície výlučne pre elektricky vodivé materiály a izolanty ako plasty, sklo a bežná keramika alebo kompozitné materiály neprichádzajú do úvahy. Materiály ako grafit, karbidy kremíka, diborid titánu a niektoré polymérne kompozity sú však tiež elektricky vodivé. Napriek tomu, že sú špecializáciou EDM, dajú sa obrábať aj obrábaním.

Ak sú dané mäkké materiály mäkké kovy ako hliník alebo mäkká oceľ, potom je EDM úplne životaschopné, aj keď sa bežne používa na tvrdších materiáloch. Tradičné metódy obrábania sú však často rýchlejšie a nákladovo efektívnejšie, pokiaľ geometria nie je extrémne zložitá alebo jemná.

Ako obmedzuje veľkosť súčiastky EDM?

Každý typ EDM má inherentné obmedzenia týkajúce sa veľkosti. Drôtové EDM sú obmedzené rozsahom pohybu a veľkosťou nádrže. Hĺbkové EDM sú obmedzené pracovnou nádržou a nosnosťou elektródy. Pre veľmi veľké komponenty, ako je napríklad lodná vrtuľa, by boli potrebné špecializované, masívne EDM stroje.

Čo spôsobuje vrstvu prelievania a je to vždy problém?

Preliata vrstva je tenká, znovu stuhnutá vrstva materiálu, ktorá bola roztavená, ale nebola spláchnutá dielektrickou kvapalinou. Hoci ju vytvára každé elektroerozívne obrábanie, jej význam závisí od aplikácie. Pre mnohé formy a nástroje je buď bezvýznamná, alebo ju možno odstrániť... povrchová úpravaPre vysoko namáhané letecké komponenty vystavené únave je to kritický faktor, ktorý je potrebné minimalizovať alebo odstrániť.

Je EDM považované za pomalý proces?

EDM vo všeobecnosti nie je vysokorýchlostný proces na odoberanie objemového materiálu v porovnaní s konvenčným obrábaním. Jeho hodnota spočíva v jeho schopnosti presného obrábania, nie v jeho hrubej rýchlosti. „Efektívna“ rýchlosť je vysoká, keď vezmeme do úvahy, že dokáže eliminovať viacero krokov (napr. hrubovanie, tepelné spracovanie, dokončovacie obrábanie) a vyrobiť hotový diel z kaleného polotovaru v jednom nastavení.