Ako funguje EDM obrábanie? Iskriská, dielektrika a fyzika výboja

Vnútorný roh s hrúbkou 0,3 mm v spodnej časti vložky matrice 58 HRC H13 je bodom, kde frézovanie prestáva byť možnosťou. Polomer rohu je menší ako pri akejkoľvek praktickej fréze, materiál zabije hrot z tvrdokovu v jedinom prechode a tento prvok je príliš hlboko na to, aby naň dosiahol držiak nástroja. To je úloha, na ktorú bolo elektrické výbojové obrábanie postavené.

Krátka odpoveď na to, ako EDM obrábanie funguje: odstraňuje kov riadenými elektrickými iskrami namiesto reznej sily. Tvarovaná elektróda sa privádza k obrobku cez kúpeľ s dielektrickou tekutinou, pulzné napätie rozbije tekutinu cez medzeru niekoľkých stotín milimetra a každý výboj roztopí a odparí mikroskopický kráter kovu. Elektróda sa nikdy nedotýka dielu.

Pretože materiál je odoberaný tepelne namiesto mechanického, na tvrdosti obrobku prestáva záležať a elektrická vodivosť sa stáva požiadavkou. Nasleduje podrobný mechanizmus, systémy, ktoré ho udržujú stabilný, a praktické čísla, ktoré rozhodujú o tom, či je EDM tým správnym procesom pre danú funkciu.

Čo sa vlastne deje v iskriskách

Medzera je celý proces. Pri dokončovaní je typicky 0,01 až 0,05 mm naprieč; pri silnom hrubovaní sa môže otvoriť približne na 0,1 mm. Tento priestor je vyplnený dielektrickou kvapalinou, ktorá izoluje elektródu od obrobku, kým generátor nerozhodne inak.

Keď sa aplikuje impulz, napätie stúpa, až kým ho tekutina už nedokáže udržať. V najužšom bode medzery sa vytvorí plazmový kanál, preteká prúd a miestna teplota dosahuje približne 8 000 až 12 000 stupňov Celzia, čo je dostatočne horúce na to, aby sa roztopil a čiastočne odparil povrch obrobku. Pulz trvá mikrosekundy. Keď je vypnutý, kanál sa zrúti, roztavený bazén imploduje a vrhne väčšinu svojho materiálu do tekutiny a dielektrikum odnesie úlomky preč.

Potom sa to stane znova. V závislosti od generátora môže stroj produkovať niekoľko tisíc až niekoľko stoviek tisíc výbojov za sekundu, pričom každý z nich vyryje kráter hlboký niekoľko mikrónov. Servosystém posúva elektródu dopredu, aby udržal medzeru konštantnú: príliš blízko a výboj sa zmení na škodlivý oblúk, príliš ďaleko a nevytvorí sa vôbec žiadna iskra.

Ľudí zaujme jeden detail. Na lisovacom stroji je elektródou tvarovaný blok medi alebo grafitu; na drôtenom stroji je to pohyblivý mosadzný drôt. Fyzika je zdieľaná, nástroje a aplikácie nie, a stojí za to urovnať rozdiel pred špecifikáciou stroja. Porovnanie hĺbkové EDM verzus drôtové EDM pokrýva, kde si každý zarába.

Systémy, ktoré udržujú vybíjanie stabilné

Každý EDM stroj, od ručného ZNC až po plne programovateľné hĺbiace zariadenie, je zostavený z rovnakých stavebných blokov. Ak jeden z nich prekoná, ostatní to nedokážu kompenzovať.

Jeden vybíjací cyklus, krok za krokom

Sledovanie jedného impulzu uľahčuje čítanie správania na ovládacej obrazovke.

1. Servo posúva elektródu, kým medzera nedosahuje šírku ľudského vlasu.
2. Generátor zvyšuje napätie cez medzeru; dielektrikum ho zadržiava až do poruchy.
3. Vytvorí sa plazmový kanál a prúd stúpa v mikrosekundách na naprogramovanú maximálnu hodnotu.
4. Povrch pod kanálom sa roztopí a čiastočne vyparí, pričom zanechá kráter.
5. Pulz sa skončí, kanál sa zrúti a kráter imploduje a vyvrhne roztavený kov do tekutiny.
6. Preplachovanie vynáša nečistoty von a dovnútra prúdi čerstvé dielektrikum.
7. Kroky dva až šesť sa opakujú tisíckrát za sekundu, kým CNC obieha elektródu, aby vymietla dutinu.

Tvrdosť je irelevantná, vodivosť nie

Bez zapojenia reznej sily EDM obrába zápustkovú oceľ 62 HRC, slinutý karbid a Inconel s rovnakou elektródou a rovnakým prípravkom. Nedochádza k žiadnemu vychýleniu nástroja, žiadnemu spevneniu, chveniu a tenké rebrá sa neohýbajú preč od rezu. Jednou tvrdou požiadavkou je, aby obrobok viedol elektrinu.

Materiál elektród sa riadi opačnou logikou. Meď drží jemné detaily a pomaly sa opotrebováva pri nízkych prúdoch, preto dominuje pri dokončovacích prácach na detailných dutinách. Grafit odoberá viac materiálu za minútu pri vysokom prúde a je oveľa jednoduchšie ho obrábať do veľkých, zložitých tvarov, ale zanecháva hrubší povrch a rýchlejšie sa opotrebováva na ostrých hranách, ktoré vymedzujú dutinu.

Rohové opotrebovanie je detail, ktorý potichu stojí peniaze. Elektróda sa opotrebováva vo svojich rohoch niekoľkokrát rýchlejšie ako na jej plochých plochách, takže dutina, ktorá meria správne pri prvom prechode, sa pri zaobľovaní elektródy vychýli z tolerancie. To je dôvod, prečo sú elektródy narezané na nižšiu veľkosť, aby sa umožnila iskriská a tolerancia opotrebenia, a prečo je druhá dokončovacia elektróda často lacnejšia ako vyradená forma.

Od drsného k zrkadlovému: Ako každý prechod zmení záver

Žiadna dutina nie je obrobená pri jednom prechode. Prvá elektróda vykonáva silné odstraňovanie vysokým prúdom a dlhým vybíjaním, pričom zanecháva matný, jamkovitý povrch. Neskoršie prechody používajú rovnakú elektródu pri postupne nižšom prúde a kratšom čase zapnutia, takže každá iskra vytvorí plytší kráter na vrchu predchádzajúcej a drsnosť postupne klesá.

Z toho vyplývajú dva dôsledky. Po prvé, rýchlosť odstraňovania klesá so zlepšovaním povrchovej úpravy, takže zrkadlová povrchová úprava na veľkej dutine trvá skôr hodiny ako minúty a podľa toho je aj cena. Po druhé, finálne priechody musia odstrániť poškodenú vrstvu, ktorá zostala po priechodoch pred nimi: pretavená alebo biela vrstva má zvyčajne hrúbku niekoľko mikrónov až niekoľko desiatok mikrónov a na matrici, ktorá bude leštená, sa musí skôr odlepiť, než aby sa otlačila.

Sekvencia, ktorú väčšina nástrojární používa, je tri až päť prechodov s klesajúcim prúdom, pričom končí o jeden stupeň jemnejšie, než vyžaduje výkres, ak sa dutina bude následne ručne leštiť.

Kde EDM vyhráva a kde prehráva

EDM je pomalé pri hromadnom odstraňovaní a neprekonateľné v detailoch. Výber procesu zvyčajne závisí od krátkeho zoznamu kritérií.

Pravidlo, ktorým sa väčšina nástrojární riadi, je jednoduché: frézujte všetko, čo fréza dosiahne, a potom vypáľte to, čo zostalo, rohy, hlboké rebrá, ostré vnútorné hrany a akékoľvek prvky v kalenej oceli.

ZNC, PNC a CNC: Čo vám kúpi úroveň kontroly

Cenový rozdiel medzi EDM strojmi žije v riadiacom systéme, nie v nádrži. Stroj ZNC má servo ovládanie iba na osi Z: X a Y sa umiestňujú ručne a každý prechod je jednoduchým posuvom dole so zatiahnutím. Je to lacné, robustné a stále správna odpoveď pre jednodutinovú prácu s tvarovanou elektródou.

Stroj PNC pridáva programovateľné cykly osi Z, viacstupňové zaťahovanie a uložené hĺbky, čo skracuje nastavenie a zlepšuje preplachovanie pri hlbšej práci. Full CNC pridáva servo riadenie na X, Y a často C, takže elektróda môže obiehať, prechádzať a špirálovať. Tá istá elektróda reže rôzne veľkosti zmenou polomeru obežnej dráhy, preplachovanie môže byť premiestnené automaticky a niekoľko dutín beží bez dozoru.

V celom rozsahu sú tieto tri úrovne ovládania rozdelené podľa veľkosti pracovného stola, ako aj podľa elektroniky a hĺbiace EDM stroje sú zoskupené presne podľa týchto línií.

Kompaktným príkladom plne programovateľného konca je CNC-450, malý stolový stroj, ktorý stále nesie orbitálne a viacprechodové dokončovanie, čo normálne stačí na prácu s vkladaním a malé viacdutinové formy.

CNC 450 EDM hĺbiaci stroj Kompaktný CNC riadený hĺbiaci stroj EDM s voliteľným servoelektrickým boxom Panasonic, určený pre prácu s vkladaním a malé viacdutinové formy. Zobraziť produkt →

Prispôsobenie stroja dielu, nie naopak

Tri čísla rozhodujú o tom, či uvedená práca skutočne vyhovuje: dráha pracovného stola, rozmery pracovnej nádoby a maximálna hmotnosť elektródy. Posun nastaví najväčšiu dutinu, ktorú môžete umiestniť, nádrž nastaví najväčší obrobok, ktorý môžete ponoriť, a hmotnosť elektródy nastaví, aký ťažký grafitový polotovar hlava unesie bez straty kontroly nad medzerou.

Drsný prúd je druhou pascou. Veľký generátor na malom stroji nie je výhodou. Ťažké hrubovanie s veľkou elektródou si vyžaduje preplachovací objem, ktorý kompaktná nádrž nedokáže dodať, takže stroj nakoniec beží výrazne pod menovitým prúdom, aby sa predišlo iskreniu, čo znamená, že ste zaplatili za schopnosť, ktorú nemôžete použiť.

V praxi stroj strednej veľkosti pokrýva väčšinu prác na formovacích doskách: CNC-650 napríklad spája väčší stôl a nádrž s generátorom, ktorý im zodpovedá veľkosti, čo je konfigurácia, ktorá udržuje hrubovací prúd, preplachovanie a odozvu serva v rovnováhe.

CNC 650 EDM hĺbiaci stroj Stredne veľké CNC hĺbiace EDM s voliteľnou servoelektrickou skriňou Panasonic, vyrovnávacím hrubovacím prúdom, preplachovaním a odozvou serva pre prácu s formovacím plechom. Zobraziť produkt →

Hlboké dutiny a veľké formy: skutočný limit

Hlboké dutiny odhaľujú skutočný limit EDM, ktorým je evakuácia odpadu. Ako sa hĺbka zväčšuje, oblasť splachovania sa zmenšuje vzhľadom na objem medzery, častice uhlíka zostávajú zachytené a výboj sa stáva nestabilným bez ohľadu na to, ako je generátor nastavený. Štandardné protiopatrenia sú preplachovanie elektródou, periodické zaťahovanie elektródy a spustenie menšieho prúdu, ako môže stroj teoreticky dodať.

Pri veľkých prácach, ako sú základne foriem, bloky lisovníc a hlboké rebrá, je praktický strop nastavený skôr dráhou Z, veľkosťou nádrže a tuhosťou stroja než špičkovým prúdom, takže stroje v tejto triede sú špecifikované podľa konštrukcie a logistiky splachovania. Presne pre túto triedu práce existuje model ako CNC-1260 s podstatne väčším stolom a nádržou.

CNC 1260 EDM hĺbiaci stroj Veľký CNC hĺbiaci EDM pre základne foriem, bloky foriem a hlboké rebrá, kde dráha Z, veľkosť nádrže a tuhosť definujú pracovný strop. Zobraziť produkt →

EDM obrábanie: často kladené otázky