Jak działa obróbka EDM? Iskiernik, dielektryk i fizyka wyładowań

Wewnętrzny narożnik o grubości 0,3 mm na dole płytki matrycowej 58 HRC H13 to punkt, w którym frezowanie przestaje być możliwe. Promień naroża jest mniejszy niż w przypadku jakiegokolwiek praktycznego frezu, materiał zabije końcówkę węglikową w jednym przejściu, a element jest osadzony zbyt głęboko, aby uchwyt narzędzia mógł dosięgnąć. Właśnie do tego zadania stworzono obróbkę elektroerozyjną.

Krótka odpowiedź na pytanie, jak działa obróbka EDM: usuwa metal za pomocą kontrolowanych iskier elektrycznych zamiast siły cięcia. Ukształtowana elektroda jest doprowadzana do przedmiotu obrabianego poprzez kąpiel płynu dielektrycznego, pulsacyjne napięcie rozbija płyn na szczelinę kilku setnych milimetra, a każde wyładowanie topi i odparowuje mikroskopijny krater metalu. Elektroda nigdy nie dotyka części.

Ponieważ materiał jest usuwany termicznie, a nie mechanicznie, twardość przedmiotu obrabianego przestaje mieć znaczenie, a wymaganiem staje się przewodność elektryczna. Poniżej znajduje się szczegółowy opis mechanizmu, systemy utrzymujące go w stabilności oraz praktyczne liczby, które decydują, czy EDM jest właściwym procesem dla danej funkcji.

Co właściwie dzieje się w iskierniku

Luka to cały proces. Podczas wykańczania ma zazwyczaj średnicę od 0,01 do 0,05 mm; przy ciężkiej obróbce zgrubnej może otworzyć się do około 0,1 mm. Przestrzeń ta wypełniona jest płynem dielektrycznym, który izoluje elektrodę od przedmiotu obrabianego do czasu, aż generator zdecyduje inaczej.

Po przyłożeniu impulsu napięcie rośnie, aż płyn nie będzie już w stanie go utrzymać. W najwęższym miejscu szczeliny tworzy się kanał plazmowy, przepływa prąd, a lokalna temperatura osiąga około 8 000–12 000 stopni Celsjusza i jest wystarczająco wysoka, aby stopić i częściowo odparować powierzchnię przedmiotu obrabianego. Impuls trwa mikrosekundy. Po wyłączeniu kanał zapada się, stopiony basen imploduje i wyrzuca większość materiału do płynu, a dielektryk usuwa zanieczyszczenia.

Potem to się powtarza. W zależności od generatora maszyna może wytworzyć od kilku tysięcy do kilkuset tysięcy wyładowań na sekundę, z których każdy tworzy krater o głębokości kilku mikronów. Serwosystem przesuwa elektrodę do przodu, aby utrzymać stałą szczelinę: zbyt blisko i wyładowanie zamienia się w niszczący łuk, za daleko i nie tworzy się żadna iskra.

Jeden szczegół przykuwa uwagę. W maszynie do wtapiania elektrodą jest kształtowany blok miedzi lub grafitu; na maszynie drutowej jest to ruchomy drut mosiężny. Fizyka jest wspólna, oprzyrządowanie i zastosowania nie, dlatego warto ustalić różnicę przed określeniem maszyny. Porównanie EDM wgłębny vs EDM drutowy obejmuje miejsca, w których każdy zarabia na utrzymanie.

Systemuy utrzymujące stabilny wyładowanie

Każda maszyna EDM, od ręcznej ZNC po w pełni programowalną wytaczarkę, jest złożona z tych samych elementów. Jeżeli któryś z nich przegrywa, pozostali nie są w stanie tego zrekompensować.

Jeden cykl rozładowania, krok po kroku

Podążanie za pojedynczym impulsem ułatwia odczytanie zachowania na ekranie sterowania.

1. Serwo przesuwa elektrodę, aż szczelina będzie miała mniej więcej szerokość ludzkiego włosa.
2. Generator podnosi napięcie w szczelinie; dielektryk zatrzymuje go aż do awarii.
3. Tworzy się kanał plazmowy i prąd wzrasta w ciągu mikrosekund do zaprogramowanej wartości szczytowej.
4. Powierzchnia pod kanałem topi się i częściowo odparowuje, pozostawiając krater.
5. Impuls kończy się, kanał zapada się, a krater imploduje, wyrzucając stopiony metal do cieczy.
6. Płukanie usuwa zanieczyszczenia i napływa świeży dielektryk.
7. Kroki od drugiego do szóstego powtarzają się tysiące razy na sekundę, podczas gdy system CNC krąży wokół elektrody w celu wymiatania wnęki.

Twardość jest nieistotna, przewodność nie

Bez użycia siły skrawania, EDM obrabia stal matrycową o twardości 62 HRC, węglik spiekany i Inconel za pomocą tej samej elektrody i tego samego uchwytu. Nie ma ugięć narzędzia, nie utwardza ​​się przez zgniot, nie ma drgań, a cienkie żebra nie odginają się od miejsca cięcia. Jedynym twardym wymogiem jest to, że przedmiot obrabiany przewodzi prąd elektryczny.

Materiał elektrody kieruje się odwrotną logiką. Miedź zachowuje drobne szczegóły i zużywa się powoli przy niskim natężeniu prądu, dlatego dominuje w pracach wykańczających szczegółowe ubytki. Grafit usuwa więcej materiału na minutę przy dużym natężeniu prądu i znacznie łatwiej jest go obrabiać w duże, złożone kształty, ale pozostawia grubszą powierzchnię i szybciej zużywa się na ostrych krawędziach wyznaczających wgłębienie.

Zużycie narożników to szczegół, który po cichu kosztuje. Elektroda zużywa się w swoich rogach kilka razy szybciej niż na jej płaskich powierzchniach, więc wnęka, której pomiary są prawidłowe przy pierwszym przejściu, wykracza poza tolerancję w miarę zaokrąglania elektrody. Z tego powodu elektrody są przycinane pod wymiar, aby uwzględnić iskiernik i naddatek na zużycie, i dlatego druga elektroda wykańczająca jest często tańsza niż złomowana forma.

Od szorstkiego do lustrzanego: jak każde przejście zmienia wykończenie

Żadne wgłębienie nie jest obrabiane w jednym przejściu. Pierwsza elektroda wykonuje silne usuwanie przy dużym natężeniu prądu i długim czasie wyładowania, pozostawiając matową, wżerowaną powierzchnię. Późniejsze przejścia wykorzystują tę samą elektrodę przy coraz niższym prądzie i krótszym czasie włączenia, więc każda iskra rzeźbi płytszy krater na poprzedniej, a chropowatość zmniejsza się krok po kroku.

Następują dwie konsekwencje. Po pierwsze, szybkość usuwania maleje wraz z poprawą wykończenia, dlatego lustrzane wykończenie dużych ubytków zajmuje godziny, a nie minuty i jest odpowiednio wycenione. Po drugie, w końcowych przejściach należy usunąć uszkodzoną warstwę pozostawioną przez przejścia przed nimi: przetworzona lub biała warstwa ma zazwyczaj grubość od kilku mikronów do kilkudziesięciu mikronów, a na matrycy, która będzie polerowana, musi odpadnąć, a nie być przesuwana.

Sekwencja stosowana w większości narzędziowni to trzy do pięciu przejść ze zmniejszającym się prądem, kończących się o jeden stopień drobniej niż wymaga tego rysunek, jeśli wgłębienie będzie później ręcznie polerowane.

Gdzie EDM wygrywa, a gdzie przegrywa

EDM jest powolny w usuwaniu dużych ilości materiału i nie do pobicia w szczegółach. Wybór procesu zwykle sprowadza się do krótkiej listy kryteriów.

Zasada, którą kieruje się większość narzędziowni, jest prosta: frezować wszystko, do czego może dotrzeć frez, a następnie wypalać to, co zostało, narożniki, głębokie żebra, ostre krawędzie wewnętrzne i wszelkie elementy w hartowanej stali.

ZNC, PNC i CNC: co daje poziom kontroli

Różnica w cenie pomiędzy maszynami EDM tkwi w systemie sterowania, a nie w zbiorniku. Maszyna ZNC ma serwosterowanie tylko w osi Z: X i Y są ustawiane ręcznie, a każde przejście jest prostym posuwem w dół z wycofaniem. Jest niedroga, solidna i nadal stanowi właściwe rozwiązanie w przypadku pracy w jednej wnęce z elektrodą kształtową.

Maszyna PNC dodaje programowalne cykle osi Z, wielostopniowe wycofywanie i zapisane głębokości, co skraca konfigurację i poprawia płukanie przy głębszych pracach. Pełna CNC dodaje sterowanie serwomechanizmem w osiach X, Y i często C, dzięki czemu elektroda może orbitować, odchylać się i skręcać. Ta sama elektroda tnie różne rozmiary poprzez zmianę promienia orbity, położenie płukania można automatycznie zmieniać, a kilka wgłębień pracuje bez nadzoru.

W całym zakresie te trzy poziomy sterowania są podzielone ze względu na wielkość stołu roboczego i elektronikę maszyny wgłębne EDM są pogrupowane dokładnie według tych linii.

Kompaktowym przykładem w pełni programowalnego końca jest CNC-450, maszyna o małym stole, która nadal obsługuje wykańczanie orbitalne i wieloprzebiegowe, co zwykle wystarcza do obróbki płytek i małych form wielogniazdowych.

Maszyna do topienia matrycowego CNC 450 EDM Kompaktowy drążek EDM sterowany CNC z opcjonalną skrzynką elektryczną serwo Panasonic, przeznaczony do obróbki płytek i małych form wielogniazdowych. Zobacz produkt →

Dopasuj maszynę do pracy, a nie odwrotnie

Trzy liczby decydują o tym, czy oferowana praca faktycznie pasuje: skok stołu roboczego, wymiary zbiornika roboczego i maksymalna masa elektrody. Podróż określa największą wnękę, jaką można ustawić, zbiornik określa największy przedmiot obrabiany, jaki można zanurzyć, a ciężar elektrody określa, jak ciężki grafitowy półfabrykat może unieść głowica bez utraty kontroli szczeliny.

Drugą pułapką jest prąd zgrubny. Duży generator na małej maszynie nie jest zaletą. Ciężka obróbka zgrubna przy użyciu dużej elektrody wymaga objętości płukania, której kompaktowy zbiornik nie jest w stanie zapewnić, więc maszyna pracuje znacznie poniżej prądu znamionowego, aby uniknąć wyładowania łukowego, co oznacza, że ​​płacisz za możliwości, których nie możesz wykorzystać.

W praktyce maszyna średniej wielkości radzi sobie z większością prac związanych z płytą formy: na przykład CNC-650 łączy większy stół i zbiornik z odpowiednio dobranym do nich generatorem, co stanowi konfigurację, która utrzymuje w równowadze prąd obróbki zgrubnej, płukanie i reakcję serwomechanizmu.

Maszyna do topienia matrycowego CNC 650 EDM Średniej wielkości wgłębnik EDM CNC z opcjonalną skrzynką elektryczną serwo firmy Panasonic, równoważący prąd obróbki zgrubnej, płukanie i reakcję serwomechanizmu podczas pracy z płytą formy. Zobacz produkt →

Głębokie ubytki i duże formy: prawdziwy limit

Głębokie ubytki odsłaniają prawdziwą granicę EDM, czyli usuwanie zanieczyszczeń. Wraz ze wzrostem głębokości obszar płukania kurczy się w stosunku do objętości szczeliny, cząstki węgla pozostają uwięzione, a wyładowanie staje się niestabilne niezależnie od ustawienia generatora. Płukanie elektrody przelotowej, okresowe wycofywanie elektrody i przepływ prądu mniejszego niż teoretycznie może dostarczyć maszyna, to standardowe środki zaradcze.

W przypadku dużych prac, takich jak podstawy form, bloki matryc i głębokie żebra, praktyczny pułap jest ustalany na podstawie przesuwu Z, rozmiaru zbiornika i sztywności maszyny, a nie prądu szczytowego, dlatego maszyny w tej klasie są wybierane ze względu na konstrukcję i logistykę płukania. Do dokładnie tej klasy prac istnieje model taki jak CNC-1260, ze znacznie większym stołem i zbiornikiem.

Maszyna do topienia matrycowego CNC 1260 EDM Duża wgłębna wycinarka CNC do podstaw form, bloków matryc i głębokich żeber, gdzie przesuw Z, rozmiar zbiornika i sztywność definiują sufit roboczy. Zobacz produkt →

Obróbka EDM: często zadawane pytania