Obróbka elektroerozyjne (EDM) to technika usuwania materiału lub produkcji. Po raz zastosowano daną technikę w 1770 roku. Jej twórcą jest Josepha Priestly. Trzeba jednak zaznaczyć, że w związku z modernizacją technologii i urządzeń, jest ona obecnie połączona z komputerowym sterowaniem numerycznym (CNC).
Nowoczesne maszyny EDM są zintegrowane ze zautomatyzowanymi operacjami CNC i służą do:
- cięcia metalu,
- usuwania materiału i nie tylko.
EDM jest popularny w operacjach obróbki CNC i innych czynnościach produkcyjnych. Jak przebiega ten proces? Jakie są zalety EDM? O tym piszemy poniżej!
Czym jest obróbka elektroerozyjna EDM?
Pomimo swojej popularności, wiele osób nie rozumie jeszcze tej technologii. Obróbka wyładowaniami elektrycznymi (EDM) to proces usuwania materiału poprzez ponowne poddanie go kontrolowanemu wyładowaniu elektrycznemu. Działa niczym zjawisko termoelektryczne. Energia cieplna jest generowana na przedmiocie obrabianym przez wyładowanie elektryczne między elektrodą/drutem, a przedmiotem obrabianym. Takie zachowanie powoduje usunięcie warstwy materiału. Ogólnie rzecz biorąc, maszyny EDM dzielą się na trzy typy:
- EDM wgłębne
- EDM drutowe,
- EDM do otworów.
Jednak w nowoczesnej produkcji linia EDM jest zintegrowana z CNC. Dlatego zautomatyzowane maszyny EDM znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle.
EDM zatapiający matrycę
EDM (znany również jako taran, obciążnik, tradycyjny, objętościowy lub wnękowy) to najlepszy proces EDM do wytwarzania części o złożonych wnękach. Jest to również idealna metoda na rozwiązanie problemu ostrych narożników wewnętrznych w obróbce CNC. Metoda wykorzystuje elektrodę grafitową lub miedzianą, płyn dielektryczny i iskrę elektryczną indukowaną między elektrodą, a przedmiotem obrabianym.
Jak przebiega proces?
W pierwszym etapie powstają elektrody o kształcie przeciwnym do pożądanej wnęki. To stworzy sześcian. Następnie, gdy forma jest zanurzona w płynie dielektrycznym, takim jak olej, pomiędzy formą, a przewodzącym przedmiotem obrabianym indukowane jest napięcie. Matryca jest powoli opuszczana w kierunku przedmiotu obrabianego, aż nastąpi „przebicie elektryczne” i iskra przejdzie przez „szczelinę iskrową”. To odparowuje i topi materiał na obrabianym przedmiocie, podczas gdy płyn dielektryczny usuwa wyrzucone cząstki. Podczas tego procesu często korodują również niewielkie ilości elektrod. Ponieważ seria iskier o wysokiej częstotliwości wielokrotnie usuwa niewielkie ilości materiału z przedmiotu obrabianego, pożądany kształt zacznie się pojawiać i być precyzyjnie cięty. Każda część procesu między serwerem, zasilaniem i pozycjonowaniem elektrod jest całkowicie kontrolowana przez precyzyjną obróbkę.
EDM drutowe
EDM drutowe, znane również jako korozja drutu. To proces szeroko stosowany w produkcji matryc do wytłaczania. Tne za pomocą tego samego mechanizmu, co wcinanie. Jednak matryca została zastąpiona bardzo cienkimi drutami pod napięciem używanymi jako elektrody. Zabieg ten jest odpowiednikiem krajalnicy do sera, przecinającej trójwymiarową część w dwóch wymiarach. Druty są zwykle bardzo cienkie, mają średnicę około 0,05 mm do 0,35 mm. Nowy drut jest automatycznie zwijany w całym procesie, unikając użycia drutu palącego się, dzięki czemu zapewnia dokładne cięcie. Co prawda, ten proces zapewnia niewiarygodnie precyzyjne cięcie, jeśli jednak chcesz wyciąć ostre narożniki wewnętrzne, pamiętaj, że samo cięcie drutu nie da prawdziwego kwadratowego narożnika. Drut i iskiernik utworzą mały promień około 0,13 mm do 0,15 mm, ale może on być mniejszy lub większy w zależności od średnicy drutu. Jeśli to nie wystarczy do Twojego projektu, możesz użyć małego narożnika w kształcie kości, aby stworzyć idealnie kwadratowe narożniki wewnętrzne. Czasami konieczne jest rozpoczęcie cięcia od środka części, a nie od jednej z krawędzi. Na przykład złożone kształty są obrabiane w środku matrycy do wytłaczania. W takim przypadku wiertło EDM może wykonać mały otwór na drut, przez który drut powinien wejść do drutu EDM.
Wiercenie EDM
Jak sama nazwa wskazuje, wiercenie EDM służy do wykonywania otworów. Jednak w porównaniu z tradycyjnymi metodami wiercenia ta technika umożliwia precyzyjną obróbkę bardzo małych i głębokich otworów bez gratowania. Wykorzystuje ona również te same podstawowe zasady, co maszyny EDM. Jednak cięcie odbywa się za pomocą pulsującej elektrody cylindrycznej, a obszar cięcia jest nakładany, gdy płyn dielektryczny wnika głęboko w obrabiany przedmiot. Metoda ta ma kluczowe znaczenie dla rozwoju łopatek turbin wysokotemperaturowych, ponieważ umożliwia tworzenie bardzo złożonych kanałów chłodzących wewnątrz łopatek turbiny.
Jakie są zalety EDM?
Poniżej przedstawiamy zalety jakie niesie za sobą stosowanie obróbki elektroerozyjnej:
- Większa swoboda projektowania – jedną z głównych zalet EDM jest możliwość wycinania kształtów i głębokości, których nie można osiągnąć tradycyjnymi metodami obróbki. Należą do nich podcięcia i idealnie kwadratowe narożniki wewnętrzne. Proces obróbki nie wytwarza zadziorów, co jest dodatkową korzyścią.
- Przetwarzanie bez deformacji – w przeciwieństwie do konwencjonalnych metod obróbki, narzędzie nigdy nie wchodzi w bezpośredni kontakt z obrabianym przedmiotem podczas tego procesu. Jeśli do części nie zostanie przyłożona żadna siła, nie nastąpi odkształcenie. Umożliwia to manipulowanie bardzo cienkimi elementami bez ich łamania. Ponadto, ponieważ nie ma odkształceń, można osiągnąć bardzo wąskie tolerancje +/- 0,012 mm.
- Wysoka jakość obróbki – tradycyjne procesy usuwania materiału, takie jak frezowanie CNC, pozostawiają ślady obróbki na przedmiocie obrabianym, które należy usunąć po wykończeniu. EDM ma zerową kierunkowość wykończenia powierzchni, co daje jednolitą gładką powierzchnię bez dodatkowej obróbki. Pamiętajmy o tym, że EDM o dużej prędkości pozostawiła lekką piaskowaną teksturę.
- Precyzja – ograniczona pod względem wydajności produkcji przy dużych zamówieniach, elektrodrążarka doskonale nadaje się do produkcji małych części i prototypów ze względu na swoją wysoką precyzję. Na przykład technologia ta jest często wykorzystywana w przemyśle motoryzacyjnym, który wymaga wytwarzania skomplikowanych elementów silnika z dużą precyzją.
- Nie ma to wpływu na twardość materiału – główną cechą EDM jest to, że może przetwarzać dowolny materiał, o ile jest przewodzący. Oznacza to, że można obrabiać twarde materiały, takie jak np. węglik wolframu.
Wady EDM
Jak każda metoda, tak i niniejsza posiada wady i zalety. Do wad stosowania technologii EDM należą:
- Niski wskaźnik usuwania materiału – usuwanie materiału jest powolne w porównaniu z tradycyjnymi metodami obróbki. Ponieważ proces produkcyjny jest bardzo energochłonny, wzrost czasu produkcji wpływa na całkowity koszt. W związku z tym EDM nie jest skuteczną metodą w przypadku większych projektów i dlatego często jest pomijana.
- Rodzaj materiału – aby przetworzyć materiał za pomocą EDM, musi być on przewodzący. Należy również wziąć pod uwagę, że chociaż proces jest technicznie bezproblemowy, to obróbka nadal jest procesem zmiany cieplnej, który może zmienić metalurgię przedmiotu obrabianego.
- Koszt elektrody – w przypadku EDM wymagane są elektrody niestandardowe, a nie funkcjonalne. Obróbka elektrod może wydawać się kosztowna przy produkcji małoseryjnej, ale przy produkcji wielkoseryjnej ten dodatkowy koszt może zostać pochłonięty przez wiele komponentów.
- Ślad węglowy – ze względu na ilość energii elektrycznej potrzebnej do wykonania EDM nie jest to metoda obróbki przyjazna środowisku. Obecnie wiele firm na całym świecie chce podjąć kroki w celu zmniejszenia swojego śladu węglowego, preferowane są inne metody przetwarzania, które wymagają mniej energii elektrycznej, a zatem są mniej szkodliwe dla środowiska.
Jakie wykończenie powierzchni można uzyskać za pomocą EDM?
Jak we wszystkich procesach obróbki, istnieje równowaga między prędkością skrawania, a jakością wykończenia powierzchni. Początkowe cięcie jest zwykle szybsze i bardziej chropowate, a kolejne są wykonywane z mniejszą prędkością, aby uzyskać czyste wykończenie powierzchni. Narzędzie można dalej ciąć przy niższej prędkości, aby uzyskać doskonałe wykończenie powierzchni, ale wydłuża to czas obróbki, a tym samym koszty.
Czy metoda EDM jest dokładna?
EDM może pracować z bardzo wąskimi tolerancjami +/- 0,012 mm. Dlatego branża lotnicza i medyczna korzysta z tego procesu. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie materiały przewodzące mogą być galwaniczne. Niektóre materiały, takie jak wysokoniklowe stopy klasy lotniczej, mogą stwarzać pewne wyzwania w obróbce. Jednak rozwiązaniem jest zwykle zmiana materiału elektrody lub szybkości przetwarzania. Głównymi czynnikami wpływającymi na wybór materiału elektrody są jej przewodnictwo elektryczne i odporność na korozję. Jest to doskonała metoda do stosowania w połączeniu z tradycyjnymi technikami obróbki, takimi jak obróbka CNC części o określonych wymaganiach geometrycznych. Jednak proces obróbki jest stosunkowo powolny, więc prace wysokonakładowe nie są najlepszą koncepcją dla tej metody.
Podsumowanie
To koncepcja, która jest precyzyjna, nie pozostawia śladów, swobodna i nie wpływa na twardość materiału. Niemniej jednak posiada ona pewne wady, które mogą wykluczać ten proces z potencjalnego użytku. Są to powolność oraz koszty i ograniczenia w materiałach do obrabiania. Mimo wszystko uważamy, że jest to proces godny uwagi dla mniejszych przedsiębiorstw, które nie produkują hurtowych ilości części.