— Prietene, cum taie metalul fără să-l atingă? m-a întrebat.
Și atunci mi-am dat seama că suntem în această afacere atât de mult încât presupunem că toată lumea știe ce este Wire EDM. Ei nu. Chiar și clienții noștri devin uneori confuzi, iar aceștia sunt oameni care comandă piese de precizie care necesită toleranțe mai strânse decât un... ei bine, nu contează, înțelegeți ideea.
Deci iată-ne. Wire EDM explicat de cineva care face asta de 18 ani și are probleme cu spatele să demonstreze asta.
Numele real (și de ce nimeni nu îl folosește)
Wire EDM înseamnă Wire Electrical Discharge Machining. Unii oameni o numesc eroziune prin sârmă sau prelucrare cu scântei sau, dacă ești cu adevărat vechi-școală, eroziune cu scântei. Yankeții îl numesc uneori „tăietor de brânză”, ceea ce mi se pare hilar, dar și cumva exact.
Iată însă treaba: nimeni de la magazinul nostru nu spune de fapt „EDM cu fir” în întregime. Este doar „mașina cu sârmă” sau „Fanucul” (pentru că asta este marca de care avem trei) sau uneori „mașina aia temperamentală sângeroasă din colț” când ne dă durere.
Ceea ce, să vă spun, este mai des decât mi-aș dori.
Deci ce este, cu adevărat?
Bine, imaginați-vă că încercați să tăiați un bloc de oțel întărit. Întărit, ceea ce înseamnă că nu îl puteți găuri, freza sau face nimic cu metode tradiționale. Este al naibii de greu – oțel de scule adecvat, 60 HRC, chestia care râde de frezele din carbură.
EDM nu-i pasă. Îl va tăia ca untul. Ei bine, unt foarte lent. Unt foarte scump, foarte precis.
Iată cum funcționează (și promit că aceasta este versiunea simplificată):
Aveți un fir super-subțire – vorbim de obicei de 0,25 mm, mai subțire decât o coardă de chitară – care este întins între două ghidaje. Acest fir acționează ca un singur electrod. Piesa ta de prelucrat este celălalt electrod. Ambele sunt scufundate în apă deionizată (mai multe despre acel dezastru așteaptă să se întâmple mai târziu).
Apoi treceți curent electric prin fir, creând mii de scântei minuscule pe secundă - ca niște fulgere în miniatură - între fir și piesa dvs. Fiecare scânteie topește o mică parte din metal, iar apa îndepărtează resturile.
Firul nu atinge niciodată piesa de prelucrat. Există întotdeauna un spațiu mic – poate 0,01 mm – unde se întâmplă toate scânteile. Este ca magia, cu excepția că este fizică și este mult mai scumpă decât magia.
De ce facem chiar acest lucru (când există o prelucrare obișnuită)
Bună întrebare. Frezarea CNC obișnuită este mai rapidă, mai ieftină, mai ușoară. Deci, de ce să vă deranjați cu Wire EDM?
Pentru că uneori trebuie să faceți lucruri pe care prelucrarea obișnuită pur și simplu nu le poate face:
Materiale călite– Am menționat deja asta, dar este uriaș. Tăiem piese din oțel pentru scule toată ziua, care ar distruge orice unealtă de tăiere obișnuită.
Forme imposibile– Încercați să frezați un colț interior pătrat. Haide, voi aștepta. Nu se poate face, nu? Cutterul este rotund. Dar cu Wire EDM, puteți avea colțuri interne ascuțite adecvate, deoarece firul poate schimba direcția. Am făcut o treabă luna trecută pentru o companie de dispozitive medicale (NDA, nu pot spune cine, dar fac instrumente chirurgicale) cu colțuri interne care au fost absolut critice. EDM cu sârmă a fost singura opțiune.
Caracteristici minuscule– Fante mai înguste decât orice freză? Nici o problemă. Am tăiat recent fante de 0,3 mm lățime prin 50 mm de oțel călit. Încearcă asta pe o moară, te îndrăznesc.
Fără forțe de tăiere– Acesta este partea care sufla mintea oamenilor. Deoarece firul nu atinge niciodată piesa, nu există forță de tăiere. Zero. Ceea ce înseamnă că puteți tăia părți incredibil de delicate sau cu pereți-subțiri fără denaturare. Anul trecut am tăiat niște suporturi aerospațiale care aveau o grosime de perete de 0,5 mm. Pe o moară, doar vibrau și se spargeau.
Diferitele tipuri (pentru că desigur că există)
Există într-adevăr două arome principale:
Mașini cu două-axe– Tipul de bază. Sârma merge drept în sus și în jos, taie pereții verticali. Acesta este ceea ce avem cel mai mult în magazin. Cele trei mașini Fanuc sunt toate pe două-axe și se ocupă probabil de 80% din munca noastră.
Mașini cu patru-axe– Cele fanteziste unde ghidajele de sus și de jos se pot deplasa independent. Aceasta înseamnă că puteți tăia pereți conici, forme complexe 3D, pale de turbine, așa ceva. Avem o unitate Mitsubishi cu patru-axe care a costat mai mult decât casa mea (la propriu – am verificat factura când am cumpărat-o în 2019, apoi am căutat creditul meu și am plâns puțin).
Înainte existau distincții „sârmă de călătorie” și „sârmă staționară”, dar firul de călătorie a câștigat această bătălie cu zeci de ani în urmă. Ar trebui să mergi la un muzeu pentru a găsi o mașină de sârmă staționară acum.
Firul în sine (un lucru atât de simplu, un astfel de coșmar)
Ai crede că cablul ar fi simplu, nu? Este doar fir.
Oh, copil dulce de vară.
Folosim în mare parte sârmă de alamă – este de fapt alamă acoperită cu zinc-, care conduce bine electricitatea și nu se rupe la fel de ușor. Dimensiunea obișnuită este de 0,25 mm diametru, deși stocăm totul, de la 0,1 mm (pentru lucru cu adevărat fin) până la 0,3 mm (pentru tăiere brută).
Firul este scump. Nu este „mașină de lux” scumpă, dar o bobină de 5 kg costă aproximativ 80-120 de lire sterline, în funcție de grad, iar aceste mașini trec prin ea ca... ei bine, imaginați-vă că tricotați cu sârmă pe care o aruncați pe măsură ce mergeți. Cheltuim probabil 15.000 de lire sterline pe an doar pe sârmă. Jenny din conturi aduce asta în discuție Fiecare. Singur. Buget. Întâlnire.
Și iată partea distractivă: sârma este folosită o singură dată, apoi este depozitată. Trece prin zona tăiată exact o dată, se erodează electric și se slăbește, apoi merge direct la coșul de resturi. Avem un coș masiv de sârmă uzată în colțul magazinului. Colectarea de reciclare vine o dată la două zile de marți și chiar și ei par confuzi de cât de mult sârmă generăm.
Rupele de sârmă sunt nenorocirea existenței noastre. Mașina fredonează frumos, tăind o piesă, apoi SNAP. Sârma se rupe. Mașina se oprește. Trebuie să treceți un fir nou (care în unele părți poate dura 20 de minute), să găsiți unde ați fost în tăietură, să reporniți. Timp pierdut, bani pierduți și, dacă ești eu, ți-ai pierdut răbdarea pentru că aceasta este a TREIA pauză de astăzi.
De ce se rupe firul? Alegeți:
Setările scânteii prea agresive
Tensiunea firului este greșită
Fluid dielectric contaminat
Ghinion (acesta este un motiv legitim)
Mercur în retrograd (în glumă, dar doar doar)
Situația apei (sau: de ce facturile noastre de energie electrică sunt nebunești)
Îți amintești că am menționat apa deionizată? Da, asta e o chestie.
Apa dintr-o mașină EDM cu sârmă are mai multe scopuri:
Răcește zona de scântei
Îndepărtează resturile metalice
Acționează ca un dielectric (izolator electric până când tensiunea devine suficient de mare pentru a produce scântei)
Dar TREBUIE să fie deionizat - ceea ce înseamnă că toate mineralele și ionii sunt îndepărtați. Apa obișnuită de la robinet ar conduce electricitatea prea ușor și ai avea doar un scurtcircuit în loc de scântei controlate.
Deci avem acest sistem masiv de deionizare. Practic este o stație de tratare a apei în colțul atelierului nostru. Filtre, rezervoare de rășină, pompe, lucrări. Numai întreținerea acestui lucru ne costă aproximativ 3.000 de lire sterline pe an.
Și debitul de apă! Pompăm sute de litri pe minut prin aceste mașini. Mitsubishi folosește aproximativ 60 de litri pe minut. Adică o cadă la fiecare 2-3 minute. Doar circulă constant, filtrează, răcesc, recirculare.
Inspectorul nostru de mediu a vizitat anul trecut (femeie drăguță, foarte minuțioasă, ne-a îngrozit absolut) și a fost de fapt impresionat de cât de curată este gestionarea apei. Se pare că majoritatea magazinelor sunt mult mai rele. Ne-am simțit ciudat de mândri, ca atunci când soacra ta-soacra-ți complimentează menajul.
Programarea acestor fiare (sau: de ce îl plătim prea mult pe James)
Programarea EDM cu fir este... specială.
Nu este ca o programare CNC obișnuită, în care poți doar să o faci cu aripi și să o ajustezi pe măsură ce mergi. Găsiți greșit și fie ați stricat un semifabricat foarte scump, fie stați acolo timp de 20 de ore tăind aer pentru că decalajele sunt greșite.
James este programatorul nostru principal Wire EDM. El este aici din 2007, cunoaște aceste mașini mai bine decât proprii copii (cuvintele lui, nu ale mele, deși soția lui a râs când a spus asta la petrecerea de Crăciun de anul trecut). Îl plătim foarte bine pentru că a găsi pe cineva care înțelege cu adevărat programarea Wire EDM este ca și cum ai găsi un unicorn. Un unicorn care se pricepe la matematică și nu se deranjează să se uite la modele CAD toată ziua.
Software-ul generează calea sculei, dar trebuie să luați în considerare:
Decalajul firului (distanța dintre fir și piesă)
Treceri multiple (tăieri brute, tăieturi strânse, tăiere de finisare)
Compensarea conicii (pentru lucru pe patru-axe)
Strategii de intrare/ieșire
Condiții de colț
Majoritatea pieselor au nevoie de cel puțin două treceri. Prima trecere – numită tăietură brută – îndepărtează rapid cea mai mare parte a materialului. Apoi faceți una sau mai multe treceri de skim la setări mult mai fine pentru a obține finisarea suprafeței și acuratețea dimensională.
Acea slujbă pe care am menționat-o mai devreme pentru compania de dispozitive medicale? În total cinci treceri. Tăiarea grosieră a durat aproximativ 6 ore. Fiecare trecere de skim a adăugat încă 3-4 ore. James a petrecut mai mult timp programând-o decât a petrecut mașina tăind-o.
Numerele pe care toată lumea le vrea (dar stați jos)
— Cât de precis este? – Fiecare client, vreodată.
În mod obișnuit ținem ±0,005 mm la majoritatea lucrărilor. Adică cinci miimi de milimetru. Cinci microni. Aproximativ 1/10 din grosimea unui păr uman.
Pe Mitsubishi pe patru-axe, când James are o zi bună și zeii mașinii zâmbesc, putem atinge ±0,002 mm. Acest lucru ajunge într-un teritoriu de incertitudine de măsurare, unde nu suntem pe deplin siguri că echipamentul nostru de măsurare este suficient de precis pentru a verifica ceea ce am realizat de fapt.
Finisajul suprafeței? De obicei, în jur de 0,2-0,4 Ra (aceasta este o măsurătoare a rugozității) la tăieturile degresate. Coborâți la 0,1 Ra dacă încercăm cu adevărat, deși, în acel moment, vă petreceți o mulțime de ani pentru trecerea finală.
Dar iată secretul murdar pe care nimeni nu ți-l spune:EDM cu fir este LENT.
Placa aceea de oțel cu grosimea de 50 mm despre care am menționat-o mai devreme? Tăiere brută la setările noastre tipice? Aproximativ 30-40 de milimetri pătrați pe minut. Deci, o decupare de 100 mm x 100 mm durează 3-4 ore. APOI vă faceți permisele.
Am citat o lucrare săptămâna trecută în care clientul a fost șocat că va dura 40 de ore de mașină. "Nu poți pur și simplu... să accelerezi?" întrebau ei. Ei bine, da, din punct de vedere tehnic, dar apoi partea ta arată ca un gunoi și precizia dimensională iese pe fereastră. Nu există prânz gratuit în Wire EDM.
Viteză vs sfârșit vs precizie – alege două, nu le poți avea pe toate trei.
Când să NU folosesc Wire EDM (fragmentul sincer pe care și-l dorește șeful meu să nu scriu)
Uite, câștigăm bani atunci când folosești serviciile noastre EDM prin cablu. Dar permiteți-mi să vă economisesc ceva timp și bani:
Dacă o poți freza, măcina-l. Prelucrarea CNC obișnuită este probabil de 10 ori mai rapidă și jumătate din costul majorității lucrărilor.
Dacă toleranțele dvs. sunt mai slabe de ± 0,02 mm, probabil că nu aveți nevoie de EDM cu sârmă.
Dacă materialul dvs. este moale (aluminiu, oțel moale, plastic), cu siguranță nu utilizați Wire EDM. Va funcționa, dar este exagerat.
Dacă aveți nevoie doar de forme exterioare și nu sunt nebunești de complexe, tăierea cu jet de apă este probabil mai ieftină.
Am refuzat o slujbă luna trecută – tipul a vrut să tăiem prin EDM niște suporturi de aluminiu. I-am spus direct: "Coate, fă astea frezate. Orice atelier de mașini poate face asta într-un sfert din timp la jumătate din preț." A apreciat onestitatea și a ajuns să ne trimită o altă slujbă care avea nevoie de fapt de Wire EDM. Uneori, a fi sincer dă roade.
Deși nu spune vânzărilor, dau de lucru. Sunt deja enervați pe mine pentru postarea pe blog pe care am scris-o în august despre sculele prea scumpe. Asta a provocat niște... discuții.
Probleme obișnuite (sau: de ce am vise de stres despre ruperea firelor)
Sârma se rupe– Am menționat deja, dar serios, aceasta este 80% din problemele noastre. Am încercat diferite fire, tensiuni diferite, sacrificând un pui zeilor mașinii (în glumă... în cea mai mare parte). În unele zile, aparatul decide că te urăște.
Contaminare dielectrică– Resturile metalice se acumulează în apă, conductivitatea crește, scânteile devin inconsistente, piesele ies cu aspect aspru. Ne schimbăm filtrele religios în fiecare săptămână. Din punct de vedere religios. E în program, cu pix roșu, subliniat de două ori.
Stratul reformat– Procesul de aprindere topește metalul, iar cantități mici din acesta se resolidifică pe suprafața tăiată. Acest „strat reformat” are poate 0,001-0,01 mm grosime, dar este mai dur și mai fragil decât materialul de bază. Pentru unele aplicații acest lucru nu contează. Pentru altele (piese critice de oboseală, de exemplu), este o problemă majoră și trebuie îndepărtată prin lustruire manuală. Am făcut un lot de piese pentru o echipă de F1 anul trecut (din nou, NDA, dar sunt roșii) unde îndepărtarea stratului de turnare a adăugat 2 ore de lucru manual pe piesă.
Conicitate– Chiar și la mașinile cu două-axe, dacă firul nu este perfect vertical, veți obține conicitate. De obicei mic – poate 0,01 mm peste 50 mm înălțime – dar există. În ceea ce privește părțile critice, James își petrece veacurile verificând și ajustând verticalitatea firului. El are tot acest ritual cu un indicator cu cadran care sunt destul de sigur că este cel puțin 50% superstiție, dar părțile ies drept, așa că cine sunt eu să judec?
Spălarea colțului– În colțurile interioare, spălarea nu este la fel de bună, așa că obții tăieturi inconsistente. Există strategii de compensare pentru acest lucru, dar înseamnă mai mult timp de programare și, de obicei, un skim pass suplimentar. Spălarea colțului este motivul pentru care James mormăie pentru sine în timpul programării.
Viitorul (sau: ce îi ține pe ingineri treji noaptea)
Încotro se îndreaptă tehnologia Wire EDM?
Tăiere mai rapidă– Fiecare nouă generație de mașini revendică viteze de tăiere cu 20-30% mai mari. În realitate, este mai mult ca 10-15% și de obicei vine cu compromisuri în finisarea suprafeței. Dar o vom lua. Cel mai nou Fanuc (livrat în martie a acestui an, încă plătind) este vizibil mai rapid decât modelul nostru din 2015.
Automatizare mai bună– Mitsubishi-ul nostru poate rula nesupravegheat peste noapte DACĂ totul merge perfect. Mare „dacă” acolo. Mașinile mai noi au sisteme mai bune de filetare a sârmei, reglare automată a tensiunii sârmei, toate acele lucruri bune. Visul este prelucrarea luminii-stinge. Realitatea este că Steve încă vine la 6 dimineața în majoritatea dimineților pentru a verifica cursele de noapte, pentru că am mai fost arși cu toții.
Măsurare integrată– Unele-mașini de vârf au acum sisteme de palpare care pot măsura piesa fără a o scoate din mașină. Nu avem încă acest lucru (40 GBP,000+ supliment-), dar l-am văzut demonstrat și este impresionant. L-ar economisi lui James aproximativ 30 de minute pe parte pentru lucrări complexe.
Tehnologie de aprindere mai bună– Generatoare noi cu mai mult control asupra caracteristicilor scânteii. Finisaje mai fine ale suprafețelor, mai puțină returnare, precizie mai bună a colțurilor. Aceste lucruri devin cu adevărat mai bune, nu doar pufurile de marketing.
Sfaturi practice (de la cineva care a făcut toate greșelile)
Deoarece probabil că vă gândiți la lucrul cu Wire EDM, iată câteva-înțelepciuni greu câștigate:
1. Proiectare pentru electroeroziune cu sârmă– Colțurile interne trebuie să aibă raze cel puțin egale cu diametrul firului + decalaj. Deci sârmă de 0,25 mm + 0.05mm offset=0.3mm rază minimă. Primim tot timpul desene cu colțuri ascuțite specificate și trebuie să explicăm fizica designerilor. Îmbătrânește repede.
2. Permiteți timp– Nu ne sunați vineri după-amiază pentru a avea nevoie de piese luni dimineața. Nu se întâmplă. EDM cu fir necesită TIMP. O parte mică tipică este de minim 8-12 ore. Piesele complexe pot dura zile.
3. Pregătirea materialului contează– Dacă golul dvs. nu este eliberat-de stres, acesta se poate deforma pe măsură ce îl tăiem din cauza eliberării tensiunilor interne. Atunci toleranțele tale sunt un gunoi. Nu omite stresul asupra părților critice.
4. Începeți găurile– Avem nevoie de o gaură prin care să trecem firul pentru a începe tăierea. Majoritatea pieselor au nevoie de o gaură de 2-3 mm. Includeți-le în designul dvs. sau vă vom taxa pentru a le găuri.
5. Costul nu este liniar– Adăugarea unei a doua treceri dublează timpul mașinii. Toleranțe mai strânse înseamnă mai multe treceri de skim. 0.01mm costuri de toleranță poate cu 20% mai mult decât 0,02 mm. Dar toleranță de 0,002 mm? Este dublu sau triplu deoarece avem nevoie de mai multe treceri suplimentare de finisare și totul trebuie să fie perfect.
6. Finisarea suprafeței vs toleranță– Sunt înrudiți, dar nu la fel. Puteți avea toleranță strânsă cu finisaj aspru sau toleranță slabă cu finisaj în oglindă. Fiți clar care contează mai mult pentru aplicația dvs.
Aplicațiile de fapt realiste
Unde vedem cel mai mult Wire EDM?
Fabricarea de scule și matrițe– Aceasta este o muncă cu pâine și unt. Matrice de perforare, matrițe de formare, inserții de matriță de injecție. Orice care are nevoie de forme complexe din oțel călit. Probabil că facem 40% din munca noastră pentru producătorii de scule.
Componente aerospațiale– Dintări ale lamei turbinei, fitinguri structurale cu decupaje precise{0}} pentru economisirea greutății, orice titan (care este oribil de prelucrat convențional). Am făcut un lot de suporturi de titan luna trecută, care ar fi fost cu adevărat imposibil în alt mod.
Dispozitive medicale– Instrumente chirurgicale, componente pentru implanturi, orice are nevoie atât de precizie, cât și de o finisare bună a suprafeței. Deși documentele de reglementare pentru munca medicală aproape ne-au ucis. Jenny a petrecut TREI SĂPTĂMÂNI cu documentația pentru certificarea noastră ISO 13485. Ea este încă amară pentru asta.
Calibre de precizie– Manometre, blocuri de măsurare, dispozitive de inspecție. Laboratorul de calibrare de mai jos este unul dintre clienții noștri obișnuiți.
Automobile– Mai ales lucrări de prototip și sport cu motor. Volumul de producție este de obicei prea mare pentru economia Wire EDM. Dar pentru acea echipă de F1? Banii nu sunt cu adevărat o problemă atunci când aveți nevoie de piese performante.
Încheiere-(pentru că aceasta devine lungă)
Deci, ce este Wire EDM?
Este un proces de tăiere de precizie a metalului care utilizează scântei electrice pentru a eroda metalul, capabil de o acuratețe incredibilă și capabil să taie materiale și forme care ar fi imposibile cu prelucrarea obișnuită. Este lent, oarecum costisitor, uneori temperamental și absolut esențial pentru anumite tipuri de muncă.
Merită să înveți despre? Dacă sunteți în producție, absolut. Dacă ai nevoie vreodată de piese complexe din materiale dure, probabil vei ajunge să vorbești cu cineva ca mine în cele din urmă.
Suntem părtinitori pentru că deținem patru mașini Wire EDM și trebuie să le ținem ocupate pentru a-și justifica existența lui Jenny în contabilitate? Poate. Dar sunt mașini cu adevărat remarcabile atunci când aveți nevoie de ceea ce pot face.
Dacă doriți să-i vedeți în acțiune, facem tururi de magazine în prima zi de joi a fiecărei luni (următoarea este 1 decembrie, trimiteți un e-mail Sandrei pentru a rezerva un slot). Avertisment corect: nu sunt interesanți de urmărit – doar un fir subțire care se mișcă încet prin metal, fără să se întâmple nimic dramatic. Dar rezultatele sunt destul de spectaculoase.
Și aduceți dopuri pentru urechi. Pompele dielectrice sunt tare.
P.S.– A, și dacă Wire EDM te interesează, ar trebui să știi despre vărul său:Sinker EDM(numit și Ram EDM). Utilizează un electrod în formă care se cufundă în jos pentru a arde cavitățile în metal - genial pentru fabricarea mucegaiului. Același principiu de scânteie, aplicații complet diferite. Nu avem unul, ceea ce mă scutește de a-i explica încă o factură masivă de electricitate lui Jenny.