Cum funcționează prelucrarea EDM? Spark Gap, Dielectric și Fizica Descărcării

Un colț interior de 0,3 mm în partea de jos a unei inserții de matriță de 58 HRC H13 este punctul în care frezarea nu mai este o opțiune. Raza colțului este mai mică decât orice freză practică, materialul va ucide un vârf de carbură într-o singură trecere, iar caracteristica este prea adâncă pentru ca un suport de scule să poată ajunge. Acesta este jobul pentru care a fost construită prelucrarea cu descărcare electrică.

Răspunsul scurt la modul în care funcționează prelucrarea EDM: îndepărtează metalul cu scântei electrice controlate în loc de forța de tăiere. Un electrod în formă este alimentat către piesa de prelucrat printr-o baie de fluid dielectric, o tensiune pulsată descompune fluidul printr-un spațiu de câteva sutimi de milimetru și fiecare descărcare topește și vaporizează un crater microscopic de metal. Electrodul nu atinge niciodată piesa.

Deoarece materialul este îndepărtat termic și nu mecanic, duritatea piesei de prelucrat nu mai contează și conductivitatea electrică devine o cerință. Ceea ce urmează este mecanismul în detaliu, sistemele care îl mențin stabil și cifrele practice care decid dacă EDM este procesul potrivit pentru o anumită caracteristică.

Ce se întâmplă de fapt în Spark Gap

Decalajul este întregul proces. La finisare, este de obicei de 0,01 până la 0,05 mm; la degroșare grea se poate deschide la aproximativ 0,1 mm. Acel spațiu este umplut cu fluid dielectric, care izolează electrodul de piesa de prelucrat până când generatorul decide altfel.

Când se aplică un impuls, tensiunea crește până când fluidul nu îl mai poate ține. Un canal de plasmă se formează în cel mai îngust punct al golului, curentul curge, iar temperatura locală ajunge la aproximativ 8.000 până la 12.000 de grade Celsius, suficient de fierbinte pentru a se topi și a vaporiza parțial suprafața piesei de prelucrat. Pulsul durează microsecunde. Când este oprit, canalul se prăbușește, bazinul topit explodează și aruncă cea mai mare parte din materialul său în fluid, iar dielectricul duce resturile.

Apoi se întâmplă din nou. În funcție de generator, o mașină poate produce oriunde de la câteva mii la câteva sute de mii de descărcări pe secundă, fiecare sculptând un crater adânc de câțiva microni. Sistemul servo alimentează electrodul înainte pentru a menține intervalul constant: prea aproape și descărcarea se transformă într-un arc dăunător, prea departe și nu se formează nicio scânteie.

Un detaliu prinde oamenii. La o mașină de scufundare, electrodul este un bloc în formă de cupru sau grafit; pe o mașină de sârmă este un fir de alamă în mișcare. Fizica este partajată, sculele și aplicațiile nu și merită să stabiliți diferența înainte de a specifica o mașină. O comparație a Sinker EDM vs wire EDM acoperă unde fiecare își câștigă păstrarea.

Sistemele care mențin o descărcare stabilă

Fiecare mașină EDM, de la un ZNC manual până la un platinator complet programabil, este asamblată din aceleași blocuri de construcție. Dacă unul dintre ei este depășit, ceilalți nu pot compensa.

Un ciclu de descărcare, pas cu pas

Urmărirea unui singur impuls face comportamentul de pe ecranul de control mai ușor de citit.

1. Servoiul avansează electrodul până când decalajul este aproximativ de lățimea unui păr uman.
2. Generatorul crește tensiunea pe decalaj; dielectricul o retine pana la defectare.
3. Se formează un canal de plasmă și curentul crește în microsecunde până la valoarea de vârf programată.
4. Suprafața de sub canal se topește și se vaporizează parțial, lăsând un crater.
5. Pulsul se termină, canalul se prăbușește și craterul explodează, ejectând metal topit în fluid.
6. Spălarea duce resturile afară și curge dielectric proaspăt înăuntru.
7. Pașii doi până la șase se repetă de mii de ori pe secundă în timp ce CNC-ul orbitează electrodul pentru a mătura cavitatea.

Duritatea este irelevantă, conductivitatea nu

Fără nicio forță de tăiere implicată, EDM prelucrează o matriță de oțel de 62 HRC, carbură cimentată și Inconel cu același electrod și același dispozitiv de fixare. Nu există nicio deviere a sculei, nicio întărire prin lucru, nicio zgomot, iar nervurile subțiri nu se îndoaie de la tăietură. Singura cerință grea este ca piesa de prelucrat să conducă electricitatea.

Materialul electrodului urmează logica opusă. Cuprul păstrează detaliile fine și se uzează lent la curenți scăzuti, motiv pentru care domină lucrările de finisare ale cavităților detaliate. Grafitul îndepărtează mai mult material pe minut la curent ridicat și este mult mai ușor de prelucrat în forme mari și complexe, dar lasă o suprafață mai grosieră și se uzează mai repede la marginile ascuțite care definesc o cavitate.

Uzura la colț este detaliul care costă în liniște bani. Un electrod se uzează la colțurile sale de câteva ori mai repede decât pe fețele sale plate, astfel încât o cavitate care măsoară corect la prima trecere iese din toleranță pe măsură ce electrodul se rotunjește. Acesta este motivul pentru care electrozii sunt tăiați sub dimensiune pentru a permite eclatorul și permisiunea de uzură și de ce un al doilea electrod de finisare este adesea mai ieftin decât o matriță casată.

De la brut la oglindă: cum fiecare trecere schimbă finisajul

Nicio cavitate nu este prelucrată într-o singură trecere. Primul electrod efectuează îndepărtarea grea cu curent ridicat și durate lungi de descărcare, lăsând o suprafață mată, cu sâmburi. Trecerile ulterioare folosesc același electrod la un curent progresiv mai mic și un timp de pornire mai scurt, astfel încât fiecare scânteie sculptează un crater mai puțin adânc deasupra celui precedent, iar rugozitatea scade pas cu pas.

Urmează două consecințe. În primul rând, rata de îndepărtare se prăbușește pe măsură ce finisajul se îmbunătățește, astfel încât un finisaj în oglindă pe o cavitate mare durează mai degrabă ore decât minute și are un preț corespunzător. În al doilea rând, trecerile finale trebuie să îndepărteze stratul deteriorat lăsat de trecerile înaintea lor: stratul turnat sau alb are de obicei o grosime de câțiva microni până la câteva zeci de microni, iar pe o matriță care va fi lustruită trebuie să se desprindă în loc să fie împins.

Secvența folosită de majoritatea camerelor de scule este de trei până la cinci treceri cu curent descrescător, terminând cu un grad mai fin decât necesită desenul dacă cavitatea va fi lustruită manual după aceea.

Unde câștigă EDM și unde pierde

EDM este lentă la îndepărtarea în vrac și imbatabilă la detalii. Selecția procesului se reduce de obicei la o listă scurtă de criterii.

Regula pe care o urmează majoritatea sălilor de scule este simplă: frezați tot ce poate ajunge un tăietor, apoi ardeți ce a mai rămas, colțuri, nervuri adânci, margini interioare ascuțite și orice caracteristică din oțel călit.

ZNC, PNC și CNC: Ce vă cumpără nivelul de control

Diferența de preț dintre mașinile EDM trăiește în sistemul de control, nu în rezervor. O mașină ZNC are servocomandă numai pe axa Z: X și Y sunt poziționate manual și fiecare trecere este o simplă alimentare în jos cu retragere. Este ieftin, robust și este încă răspunsul potrivit pentru lucrul cu o singură cavitate cu un electrod în formă.

O mașină PNC adaugă cicluri programabile pe axa Z, retragere în mai multe etape și adâncimi stocate, ceea ce scurtează configurarea și îmbunătățește spălarea la lucrările mai adânci. CNC complet adaugă control servo pe X, Y și adesea C, astfel încât electrodul să poată orbita, mătura și spirală. Același electrod taie diferite dimensiuni prin schimbarea razei orbitei, spălarea poate fi repoziționată automat și mai multe cavități funcționează nesupravegheate.

În întreaga gamă, aceste trei niveluri de control sunt împărțite în funcție de dimensiunea mesei de lucru, cât și de electronice și mașini EDM cu scufundare sunt grupate exact de-a lungul acestor linii.

Un exemplu compact al capătului complet programabil este CNC-450, o mașină cu masă mică care încă mai poartă orbită și finisare cu mai multe treceri, care este în mod normal suficientă pentru lucrări de inserție și matrițe mici cu mai multe cavități.

Mașină de scufundare a matrițelor CNC 450 EDM EDM compact cu platine controlate CNC cu cutie electrică servo Panasonic opțională, prezentată pentru lucrări de inserție și matrițe mici cu mai multe cavități. Vizualizare produs →

Potrivirea mașinii cu lucrarea, nu invers

Trei numere decid dacă o lucrare citată se potrivește cu adevărat: deplasarea mesei de lucru, dimensiunile rezervorului de lucru și greutatea maximă a electrodului. Deplasarea stabilește cea mai mare cavitate pe care o puteți poziționa, rezervorul stabilește cea mai mare piesă de prelucrat pe care o puteți scufunda, iar greutatea electrodului stabilește cât de greu poate transporta un semifabricat de grafit capul fără a pierde controlul distanței.

Curentul brut este a doua capcană. Un generator mare pe o mașină mică nu este un avantaj. Degroșarea grea cu un electrod mare necesită un volum de spălare pe care un rezervor compact nu îl poate furniza, astfel încât mașina ajunge să funcționeze cu mult sub curentul nominal pentru a evita arcul, ceea ce înseamnă că ați plătit pentru capacitatea pe care nu o puteți utiliza.

În practică, o mașină de dimensiuni medii acoperă majoritatea lucrărilor cu plăci de matriță: CNC-650, de exemplu, împerechează o masă și un rezervor mai mari cu un generator dimensionat pentru a le potrivi, care este configurația care menține curentul de degroșare, spălarea și răspunsul servo în echilibru.

Mașină de scufundare a matrițelor CNC 650 EDM EDM cu matriță CNC de dimensiuni medii cu cutie electrică servo Panasonic opțională, echilibrând curentul de degroșare, spălarea și răspunsul servo pentru lucrul pe plăci de matriță. Vizualizare produs →

Cavități adânci și mucegaiuri mari: adevărata limită

Cavitățile adânci expun limita reală a EDM, care este evacuarea resturilor. Pe măsură ce adâncimea crește, zona de spălare se micșorează în raport cu volumul golului, particulele de carbon rămân prinse, iar descărcarea devine instabilă, indiferent de modul în care este setat generatorul. Spălarea prin electrozi, retragerea periodică a electrodului și funcționarea unui curent mai mic decât poate furniza teoretic mașina sunt contramăsurile standard.

Pe lucrări mari, cum ar fi bazele matriței, blocurile de matriță și nervurile adânci, plafonul practic este stabilit de cursa Z, dimensiunea rezervorului și rigiditatea mașinii, mai degrabă decât de curentul de vârf, astfel încât mașinile din această clasă sunt specificate în jurul structurii și logisticii de spălare. Un model precum CNC-1260, cu o masă și un rezervor substanțial mai mari, există exact pentru acea clasă de lucru.

Mașină de scufundare a matrițelor CNC 1260 EDM EDM cu matriță CNC mare pentru baze de matriță, blocuri de matriță și nervuri adânci, unde cursa Z, dimensiunea rezervorului și rigiditatea definesc plafonul de lucru. Vizualizare produs →

Prelucrare EDM: Întrebări frecvente