Врсте ЕДМ обраде: Водич за електроерозивну обраду

У машинској индустрији, произвођачи се често суочавају са деловима који су превише жилави, превише танки или једноставно превише сложени за конвенционалне методе обраде. Управо ту електроерозивна обрада (EDM) доказује своју вредност. Уклањањем материјала контролисаним електричним пражњењима уместо силом, ова CNC техника обраде одржава строге толеранције у алатним челицима, карбидима, титанијуму и другим егзотичним легурама.

Овај процес обраде електричним ерозијом може се категорисати у много варијација у зависности од методе обраде; најчешће коришћене су жична ерозивна обрада, ерозивна обрада удубљењем и ерозивна обрада бушењем рупа.

Жичана ерозивна обрада (WEDM)

Принцип рада и подешавање

Жична ерозивна ерозија користи континуирано доводјену електрично наелектрисану жицу под затезањем, обично месингану или обложену месингану, као покретну електроду. Жица никада не додирује радни предмет. Уместо тога, одржава се контролисани размак док ЦНЦ води жицу дуж програмиране путање. Радни предмет је потопљен у дејонизовану воду, која делује као диелектрик и ефикасно испира остатке. Горња и доња вођица жице омогућавају нагињање или сужавање жице како би се створили угаони елементи.

Генератор машине модулира енергију импулса, трајање и фреквенцију током грубе обраде и вишеструких пролаза глатког сечења. Грубо сечење даје приоритет брзини, остављајући додатак за узастопна глатка сечења која подешавају толеранцију и завршну обраду површине. Причвршћивање је важно: чврсто, термички стабилно подешавање, прецизне референтне тачке и добре путање испирања директно утичу на тачност и проток.

Типичне примене и материјали

Машине за жичану ерозију се обично користе за сложене профиле: матрице, бушилице, зупчанике, облике жлица, медицинске компоненте и сложене 2,5Д контуре које је тешко или немогуће глодати. Одличне су на каљеним алатним челицима (A2, D2, H13), волфрам карбиду, титанијуму, инконелу и другим суперлегурама. Уобичајени сценарији укључују сечење калупи за ливење под притиском из блока, производња прецизних уметака, сечење крхких или очврслих делова без изазивања напрезања и стварање танких мрежа или деликатних карактеристика без изобличења.

Предности и ограничења

• Прецизност и завршна обрадаОдржавање ±0,0001–0,0002″ је рутинска прашина на стабилним површинама, а завршна обрада површине испод 1 μm Ra је могућа са вишеструким глатким пролазима.
• Минимално механичко напрезањеНедостатак сила резања значи да танки зидови и фини детаљи остају нетакнути. Зоне под утицајем топлоте су мале, а слојеви преливених слојева су танки.
• Погодно за аутоматизацијуАутоматско увлачење навоја, опоравак од прекинуте жице и интегрисано мерење подржавају поуздане радове без престанка рада, посебно на дужим профилима.

ОграничењаЖица мора физички да приступи контури, што значи да подрези или затворене шупљине нису могући. Улаз захтева почетну рупу, осим ако се почетна тачка не налази на ивици. Високи делови могу захтевати пажљиве стратегије испирања како би се одржала стабилност и минимизирала ерозија и ломови жице.

Ерозија са удубљењем (конвенционална ерозија са удубљењем)

Електроде, алати и формирање шупљина

ЕРО, позната и као потапање у матрицу, користи обликовану електроду, обично графитну или бакарну, постављену на клип. Електрода се поставља на негатив шупљине, а затим се „урања“ у радни предмет под серво контролом док варнично пражњење еродира материјал. Уље на бази угљоводоника је уобичајени диелектрик. Орбитирање (мали програмирани покрети попут кружних или векторских орбита) побољшава испирање, побољшава завршну обраду површине и гарантује коначне димензије без прегоревања углова.

Избор електроде прави огромну разлику: графит обезбеђује већу брзину, отпоран је на топлоту и погодан је за веће шупљине; бакар добро држи детаље и може дати финије завршне обраде. Искусни произвођачи често користе више електрода: грубљу за грубу обраду, полузавршну за стабилизацију зидова и завршну за уску толеранцију и Ra.

Примене, толеранције и површинска обрада

Синкер ЕДМ је опција за 3Д шупљине калупа, рељефе, ребра, дубоке џепове, логотипе и геометрије којима равна жица једноставно не може приступити. Толеранције од ±0,0002–0,001″ су реалне у зависности од величине и подешавања, са могућом завршном обрадом површине испод 1 μм Ra при завршној обради. Пошто електрода даје геометрију, сложени спојеви и облици слободног облика су типични у... калупи за бризгање и алати за ливење под притиском.

Предности и ограничења

• Права 3Д могућност: Његова главна снага је стварање слепих шупљина, подреза и сложених тродимензионалних облика које је немогуће произвести жичаном ерозивном обрадом.
• Врхунска површинска завршна обрада: Способан за израду изузетно финих површинских обрада на сложеним контурама, често елиминишући потребу за ручним полирањем.

ОграничењаОва константна ерозија захтева компензацију хабања у програмирању и често захтева израду више електрода за један посао. Волуметријска брзина уклањања је генерално спорија него код жичане ерозије, што је чини мање ефикасном за уклањање материјала великих размера. Поред тога, свака јединствена шупљина захтева посебну електроду, а дубоке, уске карактеристике често представљају потешкоће у диелектричном испирању што може угрозити и брзину и тачност.

ЕДМ бушење рупа (брзо бушење/бушење малих рупа)

Механика процеса

Језгро електричне електричне машине за бушење рупа је брза, ротирајућа цеваста електрода, обично направљена од месинга, бакра или бакра-волфрама отпорног на хабање. Ова шупља цев у већини случајева делује као катода, а радни предмет као анода. Генератор испоручује високофреквентне електричне импулсе преко размака између њих, стварајући низ контролисаних варница које испаравају и еродирају материјал.

Кључна за процес је диелектрична течност под притиском — обично дејонизована вода — која се пумпа кроз центар ротирајуће електроде. Ово служи двема виталним функцијама: снажно испира еродиране честице из уског зазора како би се спречио кратки спој и дејонизује канал како би се одржало стабилно стање варничења. Ротација електроде обезбеђује равномерно хабање и помаже у постизању равније рупе стабилизацијом цеви. Серво систем стално подешава положај електроде како би одржао прецизан зазор варничења како се рупа продубљује, омогућавајући стварање дубоких рупа малог пречника у каљеним материјалима без скретања алата које би представљало претњу код традиционалне обраде.

Случајеви употребе: Рупе за покретање и хлађење

Уобичајена је пракса да се произвођачи ослањају на ЕДМ бушење за почетне рупе пре жичане ЕДМ обраде када профил почиње даље од ивице. То је такође стандард за мале рупе за хлађење са високим односом ширине и висине у лопатицама и крилцима турбина, обрасце ефузионог и филмског хлађења и прецизне рупе у медицинским или микрофлуидним компонентама. Суперлегуре на бази никла, титанијум и каљени челици су сви одговарајући кандидати, под условом да су проводљиви.

Брзина, тачност и ограничења

• Брзина бушења рупа: ЕДМ бушење је изузетно брзо за стварање малих, дубоких рупа, посебно у жилавим, проводљивим материјалима где је конвенционално бушење споро или немогуће. Брзина је првенствено одређена диелектричним притиском, материјалом електроде и специфичном легуром која се буши, што омогућава брзо почетно бушење рупа и високопропусне обрасце рупа.
• Тачност у пречнику: Овај процес се истиче у позиционој тачности и производњи правих рупа са високим односом ширине и висине, пречника и до 0,015 инча.

Ограничења: Специјализација у тачности такође долази са неким компромисима. Површинска обрада унутар рупа је генерално грубља од оне која се постиже жичаном ерозијом или завршном обрадом код удубљивања. Штавише, процес је ограничен углавном на праве рупе и не може створити закривљене облике. Коначно, интензивна локализована топлота може оставити слој преливеног лива и мале неравнине на улазним и излазним тачкама, што може захтевати секундарну завршну обраду за критичне примене.

Специјализоване ЕДМ машине и хибридни процеси

EDM са мешаним прахом (PMEDM)

Суспендовањем проводљивих или полупроводљивих прахова у диелектрику, ова техника може проширити канал пражњења, смањити густину енергије и побољшати завршну обраду површине, уз смањење хабања алата. PMEDM је вредан за завршну обраду калупа или компоненти где је интегритет површине важан. Захтева филтрацију и контролу процеса како би се концентрација одржала конзистентном.

EDM глодање/орбитирање за 3Д облике

Такође се назива и рам ЕДМ глодање, овај приступ користи малу електроду која прати 3Д путању алата, кружећи да би створила сложене облике слично као што би то учинила куглична глодалица, без сила резања. Ефикасан је за деликатни или тешко доступни облик и може смањити број наменских електрода.

Поређење перформанси различитих типова ЕДМ машина

Брзине резања и покретачи времена циклуса

• Жичана ерозијска обрадаВелика релативна брзина на периферним резовима, посебно на дугим профилима константне висине. Време циклуса зависи од висине дела, дужине контуре, броја скидања и испирања.
• Синкер ЕДМСредње брзине уклањања: површина електроде, стратегија орбите и време испирања. Израда електроде додаје време испоруке.
• Бушење рупаБрзо за мале, дубоке рупе: пропусност зависи од хабања електроде, диелектричног притиска и легуре.

Тачност, толеранције и површинска обрада (Ra)

• Жичана ерозијска обрадаВеома висока тачност: ±0,0001–0,0002″ уобичајено, <1 μm Ra постиживо са вишеструким облагањима.
• Синкер ЕДМВисока тачност: ±0,0002–0,001″ типично: <1 μm Ra при завршним сагоревањима са подешеном енергијом и орбитирањем.
• Бушење рупаВисока тачност позиционирања за локације рупа; обрада површине је скромнија у односу на жицу/удубљење.

Термички ефекти: преливени слој, микропукотине и збуњена зона (HAZ)

Сви EDM процеси производе танак слој рециклираног ливеног материјала са потенцијалним микропукотинама, мада је зона утицаја топлоте (HAZ) генерално плитка. Ово се може ублажити завршним пролазима са нижом енергијом, оптимизованим параметрима импулса, правилним испирањем и полирањем или лаким брушењем након обраде када је интегритет површине критичан (нпр. компоненте склоне замору ваздухопловства).

Избор за ваше потребе електроерозивне обраде

Сада када сте научили различите врсте ЕДМ-а, време је да их сумирате за будућу референцу при избору ЕДМ процеса обраде. Критеријуми за избор могу се поделити у четири аспекта.

Геометрија и разматрања карактеристика

• Отворене контуре и пролазни профилиИзаберите жичану ерозију. Идеално је када жица може да приступи целој путањи без подрезивања.
• Затворене шупљине и прави 3Д облициИзаберите Sinker EDM. Он ствара елементе које жица не може да досегне и преноси сложену геометрију са електроде.
• Мале, дубоке, равне рупеИзаберите EDM бушење. То је најбржи пут до почетних рупа и функција хлађења са високим односом ширине и висине.

Материјал, тврдоћа и стање термичке обраде

Све врсте ЕДМ обраде захтевају проводљивост, али тврдоћа није ограничавајући фактор, јер ЕДМ напредује на термички обрађеним алатним челицима, карбидима, титанијуму и легурама никла. Ако је димензионална стабилност након термичке обраде важна, ЕДМ након каљења елиминише ризик од деформације услед сила обраде. За карбидне или осетљиве материјале, преферирајте жицу или пажљиво подешене параметре удубљења како бисте минимизирали микропукотине.

Величина серије, трошкови и економија алата

• Прототипови и мале серијеЖична ерозивна обрада минимизира почетну израду алата и захтева мало електрода, тако да је исплатива за појединачне производе и кратке серије.
• Калупи велике запремине или понављајуће шупљинеЕРО постаје економична када се амортизују трошкови дизајна и израде електрода на више делова. Ефикасне стратегије електрода (груба/финишна обрада, заједничке геометрије) смањују укупне трошкове.
• Ћелије за бушење рупаЗа понављајуће обрасце рупа за хлађење, наменско ЕДМ бушење са аутоматизацијом обезбеђује предвидљив проток.

Аутоматизација, причвршћивање и праћење процеса

Модерна електрична ерозија (EDM) подржава производњу без прекида. Аутоматски навојници, мењачи алата, мерење током процеса и праћење машине смањују време застоја и отпад. Требало би да дате приоритет:

• Чисти диелектрик и стабилна филтрација за одржавање стабилности варнице.
• Круто причвршћивање са поузданим референтним тачкама ради обезбеђивања поновљивости преко скимова или електрода.
• Адаптивни генератори и контрола углова за заштиту тачности на малом унутрашњем радијусу.
• SPC и евидентирање скупова параметара за праћење регулисане прецизне обраде у производњи медицинских и ваздухопловних делова.

Закључак

Електроерозивна обрада омогућава компликоване дизајне коришћењем прецизних ЦНЦ обрада и превазилажење тврдоће материјала кроз комплементарне методе: жична ерозивна обрада профила, удубљивање ерозивом за шупљине и бушење ерозивом за дубоке рупе.

Опремљени знањем из наших чланака, моћи ћете да доносите информисане одлуке о избору ЕДМ-а како бисте побољшали квалитет делова и конкурентност у напредној производњи!

Често постављана питања

Да ли је ЕДМ само за метал? Могу ли га користити на меким, некаљеним материјалима?

Не баш. По дефиницији, ЕДМ је искључиво за електрично проводљиве материјале, а изолатори попут пластике, стакла и обичне керамике или композитних материјала не долазе у обзир. Међутим, материјали попут графита, силицијум карбида, титанијум диборида и одређених полимерних композита су такође електрично проводљиви. Упркос чињеници да су ниша ЕДМ-а, могу се обрађивати и машинском обрадом.

Такође, ако су у питању меки материјали попут алуминијума или меког челика, онда је ЕДМ потпуно одржива упркос томе што се често користи на тврђим материјалима. Само што су традиционалне методе обраде често брже и исплативије, осим ако геометрија није изузетно сложена или деликатна.

Како величина дела ограничава електричну ерозију (EDM)?

Сваки тип ерозионих машина има својствена ограничења величине. Жичане ерозионе машине су ограничене својим опсегом хода и величином резервоара. Ерозионе машине са удубљењем су ограничене радним резервоаром и носивошћу електроде. За веома велике компоненте попут бродског пропелера, биле би потребне наменске, масивне ерозионе машине.

Шта узрокује преливени слој и да ли је то увек проблем?

Рециклирани слој је танак, поново очврснути слој материјала који је истопљен, али га није испрала диелектрична течност. Иако га свака електрична ерозија ствара, његов значај зависи од примене. За многе калупе и алате, он је или неважан или се може уклонити... површинска обрадаЗа ваздухопловне компоненте које су под великим оптерећењем и подложне замору, то је критични фактор који се мора минимизирати или уклонити.

Да ли се EDM сматра спорим процесом?

ЕДМ генерално није процес велике брзине за уклањање материјала у расутом стању у поређењу са конвенционалном машинском обрадом. Његова вредност је у могућности прецизне обраде, а не у брзини. „Ефективна“ брзина је висока када се узме у обзир да може елиминисати више корака (нпр. грубу обраду, термичку обраду, завршну обраду) и произвести готов део од каљеног бланка у једном подешавању.