Jak funguje EDM obrábění? Jiskřiště, dielektrika a fyzika výboje

Vnitřní roh o tloušťce 0,3 mm ve spodní části destičky matrice 58 HRC H13 je bodem, kde frézování přestává být možností. Poloměr rohu je menší než u jakékoli praktické frézy, materiál usmrtí tvrdokovový hrot v jediném průchodu a prvek je příliš hluboko na to, aby na něj dosáhl držák nástroje. To je úkol, pro který bylo elektrické výbojové obrábění postaveno.

Krátká odpověď na to, jak EDM obrábění funguje: odstraňuje kov řízenými elektrickými jiskrami namísto řezné síly. Tvarovaná elektroda je přiváděna k obrobku lázní dielektrické tekutiny, pulzní napětí rozbíjí tekutinu přes mezeru několika setin milimetru a každý výboj roztaví a odpaří mikroskopický kráter kovu. Elektroda se nikdy nedotýká součásti.

Vzhledem k tomu, že materiál je odebírán tepelně místo mechanicky, přestává záležet na tvrdosti obrobku a požadavkem se stává elektrická vodivost. Následuje podrobný mechanismus, systémy, které jej udržují stabilní, a praktická čísla, která rozhodují o tom, zda je EDM pro danou funkci tím správným procesem.

Co se vlastně děje v jiskrové mezeře

Mezera je celý proces. Při konečné úpravě je typicky 0,01 až 0,05 mm napříč; při těžkém hrubování se může otevřít zhruba na 0,1 mm. Tento prostor je vyplněn dielektrickou kapalinou, která izoluje elektrodu od obrobku, dokud generátor nerozhodne jinak.

Když je aplikován puls, napětí stoupá, dokud jej kapalina již nemůže udržet. V nejužším místě mezery se vytvoří plazmový kanál, protéká proud a místní teplota dosahuje zhruba 8 000 až 12 000 stupňů Celsia, což je dostatečně horké, aby se roztavil a částečně odpařil povrch obrobku. Puls trvá mikrosekundy. Když je vypnutý, kanál se zhroutí, roztavená lázeň imploduje a odhodí většinu svého materiálu do tekutiny a dielektrikum odnese úlomky pryč.

Pak se to stane znovu. V závislosti na generátoru může stroj produkovat kdekoli od několika tisíc do několika set tisíc výbojů za sekundu, přičemž každý z nich vyryje kráter o hloubce několika mikronů. Servosystém posouvá elektrodu dopředu, aby udržel mezeru konstantní: příliš blízko a výboj se změní na škodlivý oblouk, příliš daleko a nevytvoří se vůbec žádná jiskra.

Jeden detail lidi upoutá. Na hloubicím stroji je elektroda tvarovaný blok mědi nebo grafitu; na drátěnce je to pohyblivý mosazný drát. Fyzika je sdílená, nástroje a aplikace nikoli, a stojí za to urovnat rozdíl před specifikací stroje. Srovnání EDM závaží vs drátové EDM pokrývá, kde si každý vydělává.

Systémy, které udržují vybíjení stabilní

Každý EDM stroj, od ručního ZNC až po plně programovatelnou hloubičku, je sestaven ze stejných stavebních bloků. Pokud je jeden z nich překonán, ostatní to nemohou kompenzovat.

Jeden vybíjecí cyklus, krok za krokem

Po jediném pulzu je chování na ovládací obrazovce snáze čitelné.

1. Servo posouvá elektrodu, dokud není mezera zhruba široká jako lidský vlas.
2. Generátor zvyšuje napětí přes mezeru; dielektrikum jej zadržuje až do poruchy.
3. Vytvoří se plazmový kanál a proud stoupá v mikrosekundách na naprogramovanou špičkovou hodnotu.
4. Povrch pod kanálem taje a částečně se odpařuje a zanechává kráter.
5. Puls skončí, kanál se zhroutí a kráter imploduje a vyvrhne roztavený kov do tekutiny.
6. Proplachování vynáší nečistoty ven a dovnitř proudí čerstvé dielektrikum.
7. Kroky dva až šest se opakují tisíckrát za sekundu, zatímco CNC obíhá elektrodu, aby vymetla dutinu.

Tvrdost je irelevantní, vodivost ne

Bez použití řezné síly EDM obrábí zápustkovou ocel 62 HRC, slinutý karbid a Inconel se stejnou elektrodou a stejným přípravkem. Nedochází k žádnému vychýlení nástroje, žádnému mechanickému zpevnění, žádnému chvění a tenká žebra se neohýbají od řezu. Jedním tvrdým požadavkem je, aby obrobek vedl elektřinu.

Materiál elektrody má opačnou logiku. Měď drží jemné detaily a pomalu se opotřebovává při malých proudech, proto dominuje dokončovacím pracím na detailních dutinách. Grafit odstraňuje více materiálu za minutu při vysokém proudu a je mnohem snazší ho obrábět do velkých, složitých tvarů, ale zanechává hrubší povrch a rychleji se opotřebovává na ostrých hranách, které vymezují dutinu.

Rohové opotřebení je detail, který tiše stojí peníze. Elektroda se opotřebovává ve svých rozích několikrát rychleji než přes její ploché plochy, takže dutina, která měří správně při prvním průchodu, se při zaoblování elektrody vychyluje z tolerance. To je důvod, proč jsou elektrody poddimenzované, aby se umožnila jiskřiště a přídavek na opotřebení, a proč je druhá dokončovací elektroda často levnější než vyřazená forma.

Od hrubého k zrcadlu: Jak každý průjezd změní konec

Žádná dutina není obrobena jedním průchodem. První elektroda provádí silné odstranění vysokým proudem a dlouhou dobou vybíjení, přičemž zanechává matný, důlkovaný povrch. Pozdější průchody používají stejnou elektrodu s progresivně nižším proudem a kratší dobou zapnutí, takže každá jiskra vyryje mělčí kráter nad předchozí a drsnost klesá krok za krokem.

Následují dva důsledky. Za prvé, se zlepšující se povrchovou úpravou klesá rychlost odstraňování, takže zrcadlová povrchová úprava u velké dutiny trvá spíše hodiny než minuty a je odpovídajícím způsobem oceněna. Zadruhé, finální průchody musí odstranit poškozenou vrstvu, která zůstala po průchodech před nimi: přetavená nebo bílá vrstva má obvykle tloušťku několik mikronů až několik desítek mikronů a na matrici, která bude leštěna, se musí spíše sundat, než aby se tlačila.

Sekvence, kterou většina nástrojáren používá, je tři až pět průchodů s klesajícím proudem a končí o jeden stupeň jemnější, než vyžaduje výkres, pokud bude dutina následně ručně leštěna.

Kde EDM vyhrává a kde prohrává

EDM je pomalé při hromadném odstraňování a nepřekonatelné v detailech. Výběr procesu obvykle spočívá v krátkém seznamu kritérií.

Pravidlo, které většina nástrojáren dodržuje, je jednoduché: frézujte vše, na co fréza dosáhne, a pak vypalujte to, co zbylo, rohy, hluboká žebra, ostré vnitřní hrany a jakékoli prvky z kalené oceli.

ZNC, PNC a CNC: Co vám koupí úroveň řízení

Cenový rozdíl mezi EDM stroji žije v řídicím systému, nikoli v nádrži. Stroj ZNC má servořízení pouze na ose Z: X a Y jsou polohovány ručně a každý průchod je jednoduchým posuvem dolů se zatažením. Je levná, robustní a přesto správná odpověď pro jednodutinovou práci s tvarovanou elektrodou.

Stroj PNC přidává programovatelné cykly osy Z, vícestupňové zatažení a uložené hloubky, což zkracuje nastavení a zlepšuje proplachování při hlubší práci. Full CNC přidává servořízení na X, Y a často C, takže elektroda může obíhat, rozmítat a spirálovat. Stejná elektroda řeže různé velikosti změnou poloměru oběžné dráhy, proplachování lze automaticky přemístit a několik dutin běží bez dozoru.

V celém rozsahu jsou tyto tři úrovně ovládání rozděleny podle velikosti pracovního stolu a také podle elektroniky a hloubicí EDM stroje jsou seskupeny přesně podle těchto linií.

Kompaktním příkladem plně programovatelného konce je CNC-450, malý stolní stroj, který stále nese orbitální a víceprůchodové dokončování, což normálně stačí pro práci s břitovými destičkami a malé vícedutinové formy.

CNC 450 EDM hloubicí stroj Kompaktní CNC řízené hloubicí EDM s volitelnou servoelektrickou skříní Panasonic, určené pro vkládání a malé vícedutinové formy. Zobrazit produkt →

Přizpůsobení stroje práci, ne naopak

Tři čísla rozhodují o tom, zda uvedená zakázka skutečně vyhovuje: zdvih pracovního stolu, rozměry pracovní nádoby a maximální hmotnost elektrody. Pojezd nastaví největší dutinu, kterou můžete umístit, nádrž nastaví největší obrobek, který můžete ponořit, a hmotnost elektrody nastaví, jak těžký grafitový polotovar hlava unese, aniž by ztratila kontrolu nad mezerou.

Drsný proud je druhou pastí. Velký generátor na malém stroji není výhodou. Těžké hrubování s velkou elektrodou vyžaduje proplachovací objem, který kompaktní nádrž nemůže dodat, takže stroj nakonec běží hluboko pod svým jmenovitým proudem, aby se zabránilo jiskření, což znamená, že jste zaplatili za schopnost, kterou nemůžete použít.

V praxi většinu prací s formovacími deskami pokrývá středně velký stroj: CNC-650 například spojuje větší stůl a nádrž s generátorem, který jim odpovídá velikosti, což je konfigurace, která udržuje hrubovací proud, proplachování a odezvu serva v rovnováze.

CNC 650 EDM hloubicí stroj Středně velké CNC hloubicí EDM s volitelnou servoelektrickou skříní Panasonic, vyrovnáváním hrubovacího proudu, proplachováním a odezvou servomotoru pro práci s formovací deskou. Zobrazit produkt →

Hluboké dutiny a velké formy: Skutečný limit

Hluboké dutiny odhalují skutečný limit EDM, kterým je evakuace úlomků. S rostoucí hloubkou se oblast proplachování zmenšuje vzhledem k objemu mezery, částice uhlíku zůstávají zachyceny a výboj se stává nestabilním bez ohledu na to, jak je generátor nastaven. Standardními protiopatřeními jsou proplachování elektrodou, periodické zatahování elektrody a provozování menšího proudu, než může stroj teoreticky dodat.

Na velkých dílech, jako jsou základny forem, bloky zápustek a hluboká žebra, je praktický strop nastaven spíše dráhou Z, velikostí nádrže a tuhostí stroje než špičkovým proudem, takže stroje v této třídě jsou specifikovány podle konstrukce a logistiky splachování. Přesně pro tuto třídu práce existuje model jako CNC-1260 s podstatně větším stolem a nádrží.

CNC 1260 EDM hloubicí stroj Velké CNC hloubicí EDM pro základny forem, bloky matric a hluboká žebra, kde zdvih Z, velikost nádrže a tuhost definují pracovní strop. Zobrazit produkt →

EDM obrábění: Často kladené otázky