دستگاه اره‌ی الکتریکی (EDM) نوع غوطه‌وری: رفع مشکلات متداول در فرآیندهای قالب‌گیری

چگونه ماشین آلات غوطه ور سازی EDM باعث ساخت قالب پیچیده می شوند

دستگاه های غوطه ور شدن EDM واقعا در ساخت اشکال پیچیده در مواد سخت مانند فولاد سخت، تیتانیوم و کاربید وولفستم با استفاده از تکنیک فرسایش جرقه بسیار خوب هستند. چه چیزی باعث می شود آنها در مقایسه با آسیاب معمولی یا حفاری برجسته باشند؟ خب، آنها در واقع می توانند گوشه های تیز درونی را تولید کنند که فقط به شعاع 0.1 میلی متر می رسند، همراه با دنده های عمیق و ویژگی های کوچک مورد نیاز برای چیزهایی مانند دستگاه های پزشکی و تیغه های توربین در موتورهای هواپیما. بیشتر مغازه ها از الکترود های گرافیت یا مس برای کپی کردن این جزئیات کوچک در طول تولیدی خود استفاده می کنند، و دقت حدود ۵ میکرومن را از یک قطعه به قطعه بعدی حفظ می کنند.

مکانیسم اصلی کار فرزکاری با تخلیه الکتریکی

در این فرآیند، الکترود و قطعه کار در مایع دی‌الکتریک غوطه‌ور می‌شوند و ۱۰٬۰۰۰ تا ۵۰٬۰۰۰ جرقه در هر ثانیه تولید می‌شود که مواد را در دمای ۸٬۰۰۰ تا ۱۲٬۰۰۰ درجه سانتی‌گراد به بخار تبدیل می‌کند. ولتاژ (۵۰–۳۰۰ ولت) و مدت زمان تخلیه (۲–۲۰۰ میکروثانیه) به دقت تنظیم می‌شوند تا ۰٫۰۲ تا ۰٫۵ میلی‌متر مکعب ماده در هر جرقه برداشته شود، در حالی که زبری سطح (Ra) بین ۰٫۱ تا ۰٫۴ میکرومتر حفظ شود.

مطالعه موردی: کاربرد در تولید قالب خودرو

تحلیل CAM Resources در سال ۲۰۲۳ نشان داد که استفاده از ماشین فرز ته‌نشین (سینکر EDM) زمان تولید را به میزان ۳۴٪ برای قالب‌های ریخته‌گری تحت فشار آلومینیومی مورد استفاده در پوسته باتری وسایل نقلیه الکتریکی کاهش داده است. این فرآیند، ثبات ابعادی ۱۵ میکرون را در ابزارهای ۸ حفره‌ای به دست آورد، نیاز به صیقل‌کاری دستی را حذف کرد و ضایعات را از ۱۲٪ به ۰٫۸٪ کاهش داد.

چرا دقت در قالب‌گیری مدرن با استفاده از ماشین‌های ته‌نشینی EDM اهمیت دارد

تحملات تنگ تر از ± 0.01 میلی متر از تشکیل فلش در اتصال دهنده های تزریقی منع می کند و مهر و موم های هرمیتیک در دستگاه های مایکروفلویدی را تضمین می کند. برخلاف ماشینکاری CNC، EDM هیچ گونه فشاری باقیمانده ایجاد نمی کند که می تواند قالب های دیواری نازک را در طول درمان حرارتی منحرف کند.

پایان سطح ضعیف در قطعات EDM: علل و اقدامات اصلاحی

خشکی سطح بیش از 0.5 μRa در ماشین های غرق کننده EDM اغلب ناشی از پارامترهای الکتریکی نامناسب و استرس حرارتی است. در حالی که EDM به طور معمول در شرایط مطلوب بین 0.150.2 μRa به پایان می رسد، انحرافات متغیرهای فرآیند می تواند ناهنجاری های سطحی را چهار برابر کند. بیایید نقاط خطای بحرانی و راه حل های مبتنی بر داده را بررسی کنیم.

اثرات حرارتی و ترکیدن به عنوان عوامل اصلی ایجاد سطح خشن

گرم شدن و خنک شدن سریع که در جریان فرسایش تخلیه اتفاق می افتد می تواند دمای محلی را بیش از ۱۲۰۰۰ درجه سانتیگراد افزایش دهد، که منجر به ایجاد این ترک های کوچک و لایه های تغییر شکل می شود. طبق برخی یافته های اخیر از سال گذشته، وقتی مایع دی الکتریک به درستی شسته نمی شود، در واقع باعث بدتر شدن شرایط می شود با افزایش استرس حرارتی. این اغلب منجر به ترک شدن بیش از 15 میکرو متر در عمق قطعات فولادی سخت شده می شود. وقتی آب را به طور نامناسب می شویند، گِل های رسانا در طول زمان جمع می شوند و باعث تخلیه های جانبی ناخواسته می شوند که در نهایت سطوح را سوراخ می کنند. داده های صنعت نشان می دهد که حدود دو سوم از تمام مسائل حرارتی دیده شده در قالب های خودرو به سادگی به عدم داشتن میزان جریان دی الکتریک کافی در طول فرآیند منجر می شود.

تاثیر تنظیمات نادرست قدرت و بهینه سازی پارامترهای الکتریکی

تجاوز از این آستانه ها باعث افزایش غلظت قوس می شود و باعث ایجاد دهانه های همپوشانی می شود که یکپارچگی سطح را تخریب می کند.

نقش تنظیمات پالس تخلیه در حفظ یکپارچگی سطح

تنظیم دقیق فاصله نبض ها مهم است افزایش زمان خاموشی 25٪ خشکی سطح را با 0.12 μRa کاهش می دهد و اجازه می دهد که دی ایونیزه شدن مناسب مایع دی الکتریک انجام شود. یک آزمایش در سال 2024 با قالب های کاربید ولفستم نشان داد که تعدیل پالس 3 مرحله ای تراکم ترک را 37٪ در مقایسه با تنظیمات تک پالس کاهش می دهد.

راه حل های جلوگیری از نقص های سطحی با استفاده از چرخه های نهایی

استفاده از فرعي هاي چند مرحله اي:

1. مرحله خشکی : 95 درصد مواد را با 10 آمپر خارج کنید
2. نیمه تکمیل : به 6A کاهش می یابد، Ra 0.8 μ
3. تمام‌سازی : 2 یک جریان با سرعت 0.5 mm/s، که Ra ≠ 0.2 μ را به دست می آورد

این رویکرد، همراه با نظارت بر فشار دی الکتریک در زمان واقعی، زمان پولیش را 60٪ در تولید قطعات هوافضا کاهش می دهد.

مشکلات مایع دی الکتریک و شستشو در عملیات ماشین فروپاشی EDM

شستشوی ضعیف منجر به رسوب مدفوع در طول فرآیند EDM می شود

جریان ضعیف مایع دی‌الکتریک یکی از دلایل اصلی تجمع لجن در عملیات ماشین‌کاری تخلیه الکتریکی (EDM) است. اگر فشار شست‌وشو پایین‌تر از حد مورد نیاز قرار گیرد (معمولاً بین ۰٫۵ تا ۲٫۰ بار بسته به کاربرد)، ذرات ریز فلز خورده شده در فاصله جرقه باقی می‌مانند و خارج نمی‌شوند. آنچه بعد از این اتفاق می‌افتد چیست؟ داده‌های صنعتی نشان می‌دهند هنگام وقوع این مشکل سه مشکل بزرگ رخ می‌دهد. اول، تخلیه‌های ثانویه ایجاد می‌شوند که بر دقت ماشین‌کاری تأثیر می‌گذارند. دوم، سطوح زبر به نظر می‌رسند، زیرا ذرات دوباره روی آنها رسوب می‌کنند. و سوم، الکترودها بسیار سریع‌تر از حد معمول فرسوده می‌شوند. به عنوان مثال در تولید قالب‌ها، طبق گزارش‌های اخیر در سال ۲۰۲۳ درباره کارایی ماشین‌کاری، حدود یک سوم تمام عیوب حفره‌ای سطحی ناشی از تجمع لجن به دلیل شست‌وشوی ناکافی است. خبر خوب این است که تجهیزات جدید با تنظیمات هوشمند فشار و الکترودهای متحرکی که خوشه‌های ذرات را قبل از ایجاد آسیب از هم جدا می‌کنند، این مشکلات را برطرف می‌کنند.

استفاده از مایع دی الکتریک نامناسب یا تصفیه‌نشده که عملکرد را تحت تأثیر قرار می‌دهد

هنگامی که از نوع نادرست مایع دی الکتریک استفاده می‌شود، زیرا سطح ویسکوزیته یا هدایت الکتریکی آن با مشخصات مورد نیاز همخوانی ندارد، فرآیند تخلیه الکتریکی به طور کلی دچار اختلال می‌شود. اکثر کارگاه‌ها همچنان از روغن‌های مبتنی بر هیدروکربن در فرآیند ماشین‌کاری غوطه‌وری (EDM) استفاده می‌کنند، زیرا این روغن‌ها جرقه‌ها را به خوبی تحمل می‌کنند و ذرات را در مایع معلق نگه می‌دارند. اما مشکل بزرگی زمانی پیش می‌آید که موادی مانند رسوب کربن یا روغن‌های آلاینده از سیستم‌های تصفیه ضعیف وارد مخلوط شوند. طبق تحقیقات منتشر شده در مجله دینامیک ماشین‌کاری در سال 2022، این ناخالصی‌ها می‌توانند مقاومت دی الکتریک را حدود 18 تا 22 درصد کاهش دهند. این موضوع در عمل چه معنایی دارد؟ فاصله جرقه‌ها غیرقابل پیش‌بینی می‌شود و در نتیجه علاوه بر قطعات در حال ماشین‌کاری، خود الکترودها نیز دچار آسیب‌های حرارتی می‌شوند.

تخلیه روغن و مدیریت مایع کار در دستیابی به نتایج یکنواخت

بهینه‌سازی عملکرد دی الکتریک نیازمند موارد زیر است:

• کالیبراسیون سرعت جریان : 1.5x میزان حذف مواد برای فولاد های سخت
• فیلتراسیون چند مرحله‌ای : 510 μm گرفتن ذرات برای حفظ یکپارچگی مایع
• کنترل دما : 25-35 درجه درجه حرارت برای جلوگیری از تغییر در لزگی

تخلیه ثانویه ناشی از شستشو ناکافی و تاثیر آن

بقيه بقايا رسانا مي توانند شکاف شراره را ببندند و باعث تخليه انگل ها شوند که به مناطقي که نباید لمس کنند، ضربه بزنند. این اتفاق اغلب رخ می دهد و منجر به مشکلات ابعاد در حدود 0.05 تا 0.15 میلی متر در حفره های قالب خودرو می شود. چیزی که بدتر می کند این است که این قوس های غیر منتظره نقاط گرم شدید ایجاد می کنند که گاهی اوقات به بیش از ۱۲۰۰۰ درجه سانتیگراد می رسند، که واقعاً به قدرت فولاد سخت شده ابزار آسیب می رساند. بررسی منظم نگهداری مایعات هر 250 تا 300 ساعت کار ماشین کمک می کند تا چنین مشکلاتی رخ ندهد. علاوه بر این، تمیز نگه داشتن مایعات طول طول عمر الکترودها را قبل از نیاز به تعویض افزایش می دهد، که به طور معمول 40 درصد عمر اضافی را از آنها بر اساس تجربه صنعت فراهم می کند.

عدم دقت ابعاد به دلیل شکاف جرقه و اشتباهات کالیبراسیون

بیش از حد برش، استفاده از ابزار و میزان حذف مواد پویایی که بر تحمل تاثیر می گذارد

دستگاه های غوطه ور شدن EDM از طریق فرسایش کنترل شده جرقه برای این تحملات تنگ کار می کنند، اگرچه همیشه مشکل بیش از حد قطع وجود دارد که جرقه ها فراتر از آنچه باید باشند، و باعث انواع مشکلات ابعاد می شوند. وقتی این ابزارها از دور دراز استفاده می شوند، فاصله جرقه به طور معمول بین 0.03 تا 0.08 میلی متر با توجه به اکثر استانداردهای صنعت گسترش می یابد، که به طور طبیعی حفره ها را بزرگتر از آنچه که در نظر گرفته شده است، می کند. در اینجا، رسیدن به تعادل مناسب با میزان حذف مواد بسیار مهم است. فشار برای برداشتن سریعتر، سرعت تولید را افزایش می دهد، اما همچنین ابزارها را سریع تر می پوشاند و تحریفات مربوط به گرما را ایجاد می کند. این واقعا می تواند با دقت مشکل ساز باشد، گاهی اوقات تا ۱۲ درصد کاهش می یابد وقتی که با اشکال و ویژگی های پیچیده ای برخورد می شود.

حرکت کالیبراسیون و خوردگی الکترود در ماشین آلات تخلیه

نگاه کردن به شیوه های کالیبراسیون در سال 2024 چیزی جالب نشان داد - حدود یک سوم از تمام اشتباهات ابعاد در واقع از مسائل محیطی مانند تغییرات در دمای یا لرزش هایی که تراز ماشین را خراب می کنند، ناشی می شود. مشکل در مورد خوردگی الکترود نیز بدتر می شود، به خصوص در هنگام کار با مواد سخت مانند فولاد سخت یا کاربید. وقتی این ابزارها شروع به خراب شدن می کنند، بدون هشدار، شکاف های بزرگ تری ایجاد می کنند، و همه چیز را حتی کمتر دقیق می کنند. برخی تحقیقات در مورد چگونگی حفظ دقت نشان می دهد که نگه داشتن دمای محیط کار پایدار می تواند مشکلات کالیبراسیون را حدود بیست و دو درصد برای عملیات EDM واقعا دقیق کاهش دهد. مغازه هايي که با تحملات سختي سروکار دارند شروع به توجه به اين یافته کرده اند.

استراتژی های جبران تغییرات شکاف جرقه در مواد رسانا

برای کاهش عدم سازگاری شکاف جرقه:

• استفاده از سیستم های کنترل سازگاری برای تنظیم پویا ولتاژ بر اساس بازخورد لباس ابزار در زمان واقعی
• استفاده از مقادیر تغییر جهت خاص مواد (به عنوان مثال +0.015 mm برای الکترود های گرافیت در مقابل +0.008 mm برای مس)
• برنامه‌ریزی اندازه‌گیری‌های درون‌فرآیندی هر ۱۵ تا ۲۰ چرخه ماشین‌کاری با استفاده از پروب‌های تماسی

پُرشدن شکاف بین ادعاهای دقت بالا و انحرافات واقعی

اگرچه ماشین‌های تراشکاری تخلیه‌ای (EDM) دقت ±0.005 میلی‌متر را ارائه می‌دهند، اما نتایج عملی اغلب به دلیل سایش تجمعی ابزار و آلودگی مایع دی الکتریک متفاوت است. سازندگان با روش‌های زیر به ثبات کمتر از 0.01 میلی‌متر دست می‌یابند:

1. مجدداً کالیبره کردن موقعیت‌یابی محور Z هر روز
2. تعویض الکترودها پس از ۱۵ تا ۲۰ ساعت استفاده مداوم
3. اجرای نظارت خودکار بر شکاف با سنسورهای مادون قرمز

چرخه های نگهداری منظم، معادلات ابعاد را 60 درصد کاهش می دهد و شکاف بین دقت نظری و واقعیت های تولید را برطرف می کند.

عدم ثبات الکتریکی: جلوگیری از مدار کوتاه و قوس در پردازش EDM

حفره سازی EDM و قوس DC از تخلیه های ناپایدار در تولید قالب

وقتی ماشین های غوطه ور شدن EDM دچار تخلیه های الکتریکی ناپایدار می شوند، تمایل دارند مشکلات مانند سوراخ شدن سطح یا قوس DC را پشت سر بگذارند، به خصوص در هنگام کار بر روی قالب های پیچیده خودرو که تولید کنندگان دوست دارند از آن متنفر باشند. اتفاقی که می افتد خیلی ساده است در واقع اگر سیستم کنترل سرو نتوانست این شکاف های جرقه را درست نگه دارد، پس از آن انواع تخلیه های وحشی شروع به اتفاق می افتد و در نهایت بخش هایی را که نباید لمس کنند، می خورند. طبق برخی تحقیقات منتشر شده در سال 2022 توسط مجله بین المللی فناوری تولید پیشرفته، حدود یک سوم از همه نقص های قالب در واقع از این نوع قوس های کنترل نشده در هنگام انجام کارهای دقیق ناشی می شود. این یک رقم جدی برای مغازه هایی است که سعی دارند بدون اینکه بودجه خود را برای بازسازی کارها خرج کنند، اهداف کیفیت خود را برآورده کنند.

تکنیک های حل مشکل رایج برای جلوگیری از قوس در طول EDM

اپراتورها نقص های مرتبط با قوس را از طریق سه استراتژی کلیدی کاهش می دهند:

1. حفظ رسانایی مایع دی الکتریک زیر 5 μS/cm برای جلوگیری از تخلیه ثانویه
2. تامین برق پالس با نوسان جریان < 5%
3. استفاده از زمان توقف سازگار بین چرخه های تخلیه

کالیبراسیون منظم سیستم های نظارت بر ولتاژ به حفظ شکاف های استقرار جرقه کمک می کند، زیرا مایعات دی الکتریک آلوده 72٪ از خرابی ابزار های آغاز شده توسط قوس را تشکیل می دهند (جامعه مهندسی دقیق، 2023).

چالش های تطبیق پارامترهای الکتریکی با مواد رسانا

بدست آوردن تنظیمات صحیح تخلیه متناسب با اینکه مواد مختلف چقدر رسانا هستند هنوز برای بسیاری از مغازه ها یک چالش است. الکترود های مس معمولاً در قالب های فولادی حدود 0.8 تا 1.2 میکرونه را به دست می آورند، اما وقتی با ابزار گرافیتی روی آلیاژ های تیتانیوم کار می کنند، اپراتورها باید ولتاژ را حدود 15 تا 20 درصد افزایش دهند تا نتایج مشابهی به دست آورند. چون این تفاوت ها می توانند بسیار قابل توجه باشند، به خصوص وقتی که بیش از ۴۰ درصد تغییرات در رسانایی بر اساس اندازه گیری های استاندارد بین المللی مس گرم شده وجود دارد، اکثر تکنسین های با تجربه می دانند که هر بار که از یک ماده به ماده دیگر تغییر می کنند، باید آزمایشات مقاومت را در زمان واقعی انجام دهند. در غیر این صورت، کل فرآیند به همان شکلی که قرار بود کار نمی کند.

سیستم های کنترل سازگاری برای سرکوب قوس در زمان واقعی

سیستم های EDM امروزی مجهز به الگوریتم های یادگیری ماشین هستند که به شکل های موج تخلیه نمونه برداری شده در حدود 10 مگاهرتز نگاه می کنند. وقتی این سیستم های هوشمند نشانه های یک قوس قریب الوقوع را تشخیص می دهند، می توانند فاصله پالس را در عرض 50 میکرو ثانیه تغییر دهند. این واکنش سریع مشکلات قوس را تقریباً ۹۰ درصد در مقایسه با روش های قدیمی که تنها بر روی اندازه گیری ولتاژ تکیه می کردند کاهش می دهد. طبق مطالعه ای که در سال گذشته از Advanced Manufacturing Review منتشر شد. و ما ماژول های جبران حرارتی را فراموش نکنیم. این اجزای ضد مشکلات گسترش الکترود کار می کنند، و تقریباً همه چیز را با دقت 2 میکرومتر یا کمتر حتی پس از ساعات کار ماشینکاری بدون قطع کردن دقت در محل قرار می دهند.

بخش سوالات متداول

چیست ماشین سنکینگ الکترود؟

یک دستگاه غوطه ور شدن EDM از ماشین آلات تخلیه الکتریکی برای ایجاد اشکال پیچیده در مواد سخت مانند فولاد و تیتانیوم با فرسایش جرقه استفاده می کند، که آن را برای ساخت قطعات دقیق ایده آل می کند.

مزایای اصلی استفاده از ماشین های غوطه ور شدن EDM چیست؟

ماشین های غرق شدن EDM توانایی تولید اشکال پیچیده با تحملات تنگ، مانند دنده های عمیق و گوشه های تیز داخلی را بدون ایجاد استرس های باقیمانده که می تواند مواد را منحرف کند، ارائه می دهند.

چرا مایع دی الکتریک در ماشینکاری EDM مهم است؟

مایع دی الکتریک جرقه ها را عایق می کند و باقی مانده را در طول ماشینکاری EDM تمیز می کند. گردش و نگهداری مناسب آن به اطمینان از ماشینکاری دقیق و افزایش عمر ابزار کمک می کند.

چگونه می توان مشکلات خشکی سطح را در EDM اصلاح کرد؟

مشکلات خشکی سطح را می توان با بهینه سازی پارامترهای الکتریکی، بهبود شستشوی مایع دی الکتریک و اجرای چرخه های فرعی برای پایان دادن به ظریف حل کرد.

چگونه دستگاه های EDM در قالب گیری دقیق دقت را حفظ می کنند؟

ماشین های EDM با تنظیم مجدد ابزارها و حفظ شرایط مناسب مایع دی الکتریک، استفاده از سیستم های کنترل سازگار و انجام تعمیرات منظم ماشین دقت را حفظ می کنند.