Obróbka elektroerozyjna (EDM), znana również jako obróbka iskrowa, erozja iskrowa, matryca, wypalanie drutu lub erozja drutu, to proces wytwarzania metalu, w którym do uzyskania pożądanego kształtu stosuje się reakcji wytworzenia pola elektrycznego. Tego typu obróbka skrawaniem sprawia, że materiał jest usuwany z przedmiotu przez serię szybko powtarzających się wyładowań elektrycznych między dwiema elektrodami oddzielonymi cieczą dielektryczną i poddanymi działaniu napięcia. Jedna z elektrod nazywana jest elektrodą narzędziową lub po prostu narzędziem, lub elektrodą, podczas gdy druga nazywana jest elektrodą przedmiotu obrabianego lub przedmiotem obrabianym. Proces zależy od tego, czy narzędzie i przedmiot są w fizycznym kontakcie. Wraz ze wzrostem napięcia między dwiema elektrodami, natężenie pola elektrycznego w objętości między elektrodami staje się większe, powodując dielektryczny rozkład cieczy i wytworzenie łuku. W rezultacie materiał jest usuwany z elektrod. Gdy prąd zostanie zatrzymany, nowy ciekły dielektryk jest przenoszony do objętości międzyelektrodowej, usuwając w ten sposób cząstki stałe (odpady) i przywracając właściwości izolacyjne dielektryka. Dodanie nowego ciekłego dielektryka do objętości międzyelektrodowej jest powszechnie nazywane płukaniem. Po przepływie prądu przez węgliki spiekane, bądź inny element, napięcie między elektrodami powraca do stanu sprzed przebicia, tak że może nastąpić ponowne przebicie ciekłego dielektryka w celu powtórzenia cyklu.
Wycinarka drutowa EDM
Metoda obróbki elektroerozyjnej EDM (Electrical Discharge Machining), znana również jako Spark Machining lub Spark Erosion, to proces produkcyjny, który polega na wykorzystaniu wyładowania elektrycznego (iskry) do wytworzenia pożądanych części z blachy. Istnieją trzy rodzaje EDM:
- EDM,
- EDM wycinane drutem
- EDM do szybkiego wiercenia.
Drut EDM, znany również jako WEDM, polega na użyciu cienkiego jednożyłowego przewodzącego drutu metalowego (takiego jak mosiądz) i wody dejonizowanej, co pozwala na wykorzystanie drutu pochodzącego z EDM.
Jak działa elektrodrążenie drutowe?
W obróbce elektrodą drutową materiał jest usuwany z przedmiotu obrabianego przez serię szybko powtarzających się wyładowań elektrycznych między drutem lub elektrodą, a przedmiotem obrabianym, oddzielonych płynem dielektrycznym. Drutowe EDM mogą z łatwością ciąć twarde materiały przewodzące i wytwarzać złożone części z dużą precyzją. Dielektryki służą do zapobiegania zwarciom w procesach iskrowych i utylizacji odpadów.
Do czego służy elektrodrążenie drutowe?
Drut EDM to proces obróbki metali, który sprawdzi się jako doskonały wybór do produkcji małych precyzyjnych części. Może być również stosowany w wielu innych zastosowaniach, w tym w motoryzacji, lotnictwie, elektronice i innych branżach m.in:
– tworzenie form,
– skomplikowany sprzęt i narzędzia,
– szybkie prototypowanie i pełna produkcja,
– zastosowania wymagające niskiego poziomu naprężeń szczątkowych,
– małe i szczegółowe części,
– wywiercanie małych otworów,
– naprawa gnicia metalu,
– produkcja cyrkularna.
Drut EDM
Elektrodrążenie drutowe WEDM, znanym również jako Wire EDM, cienki jednożyłowy drut metalowy (zwykle mosiądz) jest podawany do kąpieli z artefaktem płynu dielektrycznego (zwykle wody dejonizowanej). Drut EDM sprawia, że proces elektrodrążenia wykorzystuje się do cięcia blach o grubości do 300 mm, a także do wykonywania stempli, narzędzi i matryc z twardego metalu, które w inny sposób trudno obrabiać. Drut, który jest stale podawany ze szpuli, jest utrzymywany pomiędzy górną i dolną prowadnicą diamentową, znajdującą się pośrodku głowicy dyszy wodnej. Prowadnica, zwykle sterowana CNC, porusza się wzdłuż osi x-y płaszczyzny. W większości maszyn górny suwak może również poruszać się niezależnie wzdłuż osi z-u-v, co pozwala na cięcie stożków i przejść (np. kółka na dole, kwadraty na górze). Suwak górny może sterować ruchem osi w standardzie G-Code, x-y-u-v-i-j-k-l. Pozwala to na zaprogramowanie przecinarek do drutu do wycinania bardzo skomplikowanych i delikatnych kształtów. Dokładność górnej i dolnej prowadnicy diamentowej wynosi zwykle 0,004 mm (0,16 milicali) i może mieć ścieżkę cięcia lub prześwit tak mały, jak 0,021 mm (0,83 milicali) przy użyciu drutu 0,02 mm (0,79 milicali), pomimo zapewnianego średniego nacięcia. Najlepszy koszt i czas obróbki przy użyciu drutu mosiężnego 0,25 mm to 0,335 mm.
Produkcja prototypów
Proces EDM jest najczęściej stosowany w przemyśle formowania, narzędzi i matryc, ale staje się powszechną metodą produkcji prototypów i produkcji części, zwłaszcza w stosunkowo mało seryjnym przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i elektronicznym. W pręcie EDM elektrody z grafitu, miedzi wolframowej lub czystej miedzi są obrabiane do pożądanego (negatywnego) kształtu i wprowadzane do przedmiotu obrabianego na końcu pionowego suwaka.
Produkcja matryc do monet
Do wykonywania wykrojników jubilerskich i znaczków lub do wybijania i perforowania (przy użyciu wykrojników naleśnikowych) podczas wybijania monet (stemplowania) wzór awersu może być wykonany ze srebra próby 925, gdyż (przy odpowiednich ustawieniach maszyny) wzór jest mocno zerodowany i jest używany tylko raz. Powstała negatywowa forma jest następnie hartowana i wykorzystywana w młotach spadowych do produkcji wytłaczanej płaskiej stali z kęsów brązu, srebra lub stopów złota o niskiej odporności. W przypadku odznak te płaskie powierzchnie można dalej formować w zakrzywione powierzchnie za pomocą innej formy. Ten typ EDM jest zwykle wykonywany w dielektrykach zanurzeniowych na bazie oleju. Gotowy produkt można dodatkowo uszlachetnić emalią twardą (szkło) lub miękką (farba), lub ocynkować czystym złotem, lub niklem. Bardziej miękkie materiały, takie jak srebro, mogą być ręcznie rzeźbione jako ulepszenie.
Wiercenie małych otworów
Wiercenie z wykorzystaniem elektrodrążenia wykorzystuje się do wielu rzeczy. W drutowej maszynie EDM, wiercenie z małymi otworami służy do wywiercenia otworu przelotowego w obrabianym przedmiocie, przez który musi przejść drut w celu wykonania operacji drutowej EDM. Oddzielna głowica EDM zaprojektowana specjalnie do wiercenia małych otworów jest zamontowana na drucianym EDM, umożliwiając wytrawianie gotowych części dużych utwardzonych płyt na żądanie bez konieczności wstępnego wiercenia. EDM do małych otworów służy do wiercenia krawędzi natarcia i spływu łopatek turbin stosowanych w silnikach odrzutowych. Przepływ powietrza przez te małe otwory umożliwia pracę silnika w wyższych temperaturach niż w innym przypadku. Zastosowane w tych ostrzach wysokotemperaturowe, bardzo twarde stopy monokrystaliczne sprawiają, że rutynowa obróbka tych otworów o wysokim współczynniku kształtu jest niezwykle trudna, czasami nawet niemożliwa. W zjawisku erozji elektrycznej z małymi otworami może być również używana do tworzenia mikrootworów dla elementów układu paliwowego, dysz przędzalniczych do włókien sztucznych, takich jak sztuczny jedwab oraz do wielu innych zastosowań.
Istnieją również samodzielne maszyny EDM do wiercenia małych otworów w osi x-y, znane również jako superwiertła lub wiertła, które mogą obrabiać otwory ślepe lub przelotowe. EDM wykorzystuje długą mosiężną lub miedzianą elektrodę rurową, która obraca się w uchwycie ze stałym przepływem wody destylowanej lub dejonizowanej przez elektrodę jako środek płuczący i dielektryk. Rurka elektrody zachowuje się jak drut w drucianym EDM, z iskiernikiem i szybkością zużycia. Niektóre obrabiarki EDM z małymi otworami mogą wiercić 100 mm miękkiej lub hartowanej stali w czasie krótszym niż 10 sekund przy średnim stopniu zużycia wynoszącym od 50% do 80%. Dzięki tej operacji wiercenia można wykonać otwory od 0,3 mm do 6,1 mm. Elektrody mosiężne są łatwiejsze w obróbce, ale nie są zalecane do operacji cięcia drutu, ponieważ korozja spowodowana cząstkami mosiądzu może powodować pękanie przewodów typu „mosiądz na mosiądzu”, dlatego zaleca się stosowanie miedzi.
Zalety i wady EDM
EDM zapewnia zachowanie odpowiedniej precyzji wykonania obróbki oraz możliwość obróbki skomplikowanych fragmentów. Proces ten jest często porównywany do obróbki elektrochemicznej. Zalety EDM to:
- możliwość obróbki skomplikowanych kształtów, które w innym przypadku byłyby trudne do wytworzenia za pomocą konwencjonalnych narzędzi skrawających;
- zdolność do obrabiania bardzo twardych materiałów z bardzo wąskimi tolerancjami;
- możliwość obrabiania bardzo małych części, podczas gdy konwencjonalne narzędzia tnące mogą doprowadzić do uszkodzenia części z powodu nadmiernego nacisku narzędzia tnącego;
- brak bezpośredniego kontaktu między narzędziem, a przedmiotem obrabianym. W rezultacie delikatne części i delikatne materiały mogą być obsługiwane bez zauważalnych deformacji;
- zapewnia dobre wykończenie powierzchni, a można ją uzyskać, dzięki zbędnym ścieżkom wykańczania.
- zdolność do uzyskania bardzo drobnych otworów;
- wykonywanie otworów stożkowch;
- profil wewnętrzny i narożniki wewnętrzne rur lub naczyń do 0,001 cala.
Wady EDM obejmują:
- trudności w znalezieniu zawodowych operatorów,
- powolne usuwanie materiału;
- potencjalne zagrożenia pożarowe związane ze stosowaniem dielektryków na bazie oleju opałowego;
- dodatkowy czas i koszty związane z tworzeniem elektrod nurnikowych/sedymentacyjnych EDM;
- ze względu na zużycie elektrod, utrudnia odtworzenie ostrych narożników na obrabianym przedmiocie;
- specyficzny pobór mocy, który jest bardzo wysoki;
- wysokie zużycie energii;
- wykonanie „cięcia”;
- nadmierne zużycie narzędzia w trakcie obróbki;
- materiały nieprzewodzące mogą być przetwarzane tylko przy użyciu określonych konfiguracji procesu.
EDM sprawia, że konieczność obróbki elementów jest dużo bardziej precyzyjna. Możliwość zastosowania elektrodrążenia opiera się na posiadaniu odpowiedniego sprzętu i operatora.