EN
Toimintaperiaatteet: EDM-poraus vs. perinteinen poraus
Elektrotermalinen ablaatio EDM-porauskoneessa
Sähköerosioon perustuva poraus toimii käyttäen sähkön purkauksia materiaalin sulattamiseen pois. Periaatteessa messingistä tai kuparista työkalu lähettää pieniä kipinöitä, jotka kuumentuvat ja poistavat johtavia materiaaleja koskematta niihin itse asiassa. Kun nämä kipinät osuvat työkappaleeseen, ne luovat pieniä äärimmäisen kuumia plasmaposkeja, jotka syövät pintaan asteittain. Koko prosessi vaatii niin sanottua dielektristä nestettä, joka on yleensä vain erikoisvettä tai öljyä. Tämä neste tekee kolme pääasiallista asiaa: se poistaa koneistuksen jäljelle jääneet sirpaleet, pitää elektrodien välinen lämpötila hallinnassa ja varmistaa asianmukaisen eristyksen, jotta kipinät eivät eksy. Koska sähköerosiossa ei käytetä oikeaa leikkausvoimaa, se ei taivuta tai väännä ohutseinäisiä herkkiä osia. Tämän menetelmän erityinen hyöty on, että sillä voidaan porata tarkkoja reikiä jopa erittäin kovista metalleista, joiden kovuus ylittää 60 HRC:n, mikä tavallisilla leikkuutyökaluilla on mahdotonta.
Mekaaninen leikkausmekanismi tavallisessa porauksessa
Perinteiset porausmenetelmät toimivat pyörittämällä leikkuutyökaluja, joiden terät leikkaavat materiaalin läpi suoraan koskettaessaan sitä. Kun nämä työkalut koskettavat materiaalia, ne aiheuttavat paljon hankauslämpöä, joka voi joskus ylittää 600 astetta Celsius-asteikolla ruostumattomalla teräksellä työskenneltäessä. Tämän voimakkaan lämmön vuoksi käyttäjien on lisättävä leikkuunestettä koko prosessin ajan. Nesteet auttavat säätämään lämpötiloja, hidastamaan työkalujen kulumista ja poistamaan metallisirpaleita työskentelyalueelta. Kuitenkin perinteisellä porauksella on rajoituksia sen suhteen, mitä se pystyy käsittelemään. Hauraiden materiaalien tai niiden, joiden kovuus ylittää 45 HRC, kanssa työskentely aiheuttaa erityisiä haasteita. Työkalut särkyvät usein ennenaikaisesti, murtuvat kokonaan tai kuluvat nopeasti teräviä reunoja pitkin käytettäessä näin kovia materiaaleja.
Kehittyneet erot lämmöntuotannossa, työkalun ja työkappaleen kosketuksessa sekä energian käytössä
| Parametri | Edm puhdistuskone | Perinteinen poraus |
|---|---|---|
| LÄMPÖLÄHDE | Paikallinen kipinäplasma | Hankaus fyysisestä leikkauksesta |
| Työkappaleen kosketus | Ei-kosketus (0,5–1,0 mm väli) | Jatkuva fyysinen voima |
| Energiatehokkuus | 8–12 kW/h (tarkkuuskeskeinen) | 4–6 kW/h (nopeuskeskeinen) |
| Lämpövaikutusvyöhyke | 5–20 µm syvyys | 100–500 µm syvyys |
Sähköiskujuottaminen keskittää energian mikroskooppisiin purkausvyöhykkeisiin, ja jopa 95 % lämmöstä siirtyy pois dielektrisen nesteenvaihdon kautta. Perinteinen poraus puolestaan jakaa energian laajemmille leikkaustasoille, jolloin 30–40 % energiasta kuluu hukkaan ympäröivänä lämpönä. Vaikka sähköiskujuottaminen välttää työkalun taipumisen ja jännityksestä johtuvan vääristymisen, sen kierrosaika reikää kohti on tyypillisesti pidempi kuin mekaanisessa porauksessa.
Porauksen nopeus ja tehokkuus kovissa ja eksotisissa materiaaleissa
Materiaalin kovuuden vaikutus sähköiskuporauskoneen suorituskykyyn
Materiaalien kovuus ei juurikaan vaikuta sähköerosioon perustuvan porauksen tehokkuuteen verrattuna perinteisiin menetelmiin, joissa työkalut kuluvat nopeasti ja muodonmuuttuvat, kun käsitellään materiaaleja, joiden kovuus on yli 45 HRC. Sähköerosio poistaa materiaalia kipinöillä höyrystämällä sitä mekaanisen leikkauksen sijaan, joten se etenee samalla nopeudella ja säilyttää tarkkuutensa jopa erittäin kovilla työkaluteräksillä (yli 60 HRC), keraameilla ja muilla vaikeasti koneistettavilla materiaaleilla. Tärkeintä tässä on lämmönjohtavuus. Materiaalit, jotka eivät johda lämpöä hyvin, kuten Inconel 718, pitävät itsestään lämpöä tietyllä alueella, missä eroosio tapahtuu, mikä omituisesti nopeuttaa materiaalin poistumista odotettua nopeammin.
Nopeusvertailu titaanissa, superseoksissa ja karbideissa
Sähköerosioporaus pärjää huomattavasti paremmin eksotiikan materiaalien kanssa verrattuna perinteisiin menetelmiin. SME:n vuoden 2023 tietojen mukaan sähköerosioporauksessa saavutetaan 2–4 tuumaa nopeampi poraus titaanilaadussa 5 verrattuna mekaanisiin prosesseihin:
| Materiaali | Perinteinen nopeus (mm/min) | Sähköerosioporauksen nopeus (mm/min) | Tehokkuuden lisääminen |
|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | 12–18 | 35–50 | 192% |
| Inconel 718 | 8–12 | 30–40 | 233% |
| Volframikarbidi | 3–5 | 15–22 | 340% |
Tämä etu johtuu siitä, että sähköerosioon ei vaikuta työkalun paine, värähtely tai työkappaleen kovuus – tekijät, joita ISO 5755-2022 käsittelee reikien toleranssien noudattamisessa. Mekaanisen kitkan puuttuessa jäähdytteen kulutus laskee 40 %, mikä edelleen parantaa toiminnallista tehokkuutta.
Tarkkuus, pinnankarkeus ja suuren pituussuhteella varustettujen reikien porausmahdollisuudet
Alle 10 µm toleranssien saavuttaminen ja kiiltojen vapaat reiät sähköerosiolla
Sähköeroosiohionnassa saavutetaan mikronitarkka tarkkuus, ja usein toleranssit pysyvät alle 10 mikronin välissä huolellisesti hallittujen lämpöeroosioprosessien avulla. Koska materiaali itse asiassa haihtuu kerros kerrallaan sen sijaan, että sitä leikattaisiin fyysisesti, ongelmia kuten virheet, pienet repeämät tai vääntyneet reunat ei yksinkertaisesti synny. Siksi valmistajat turvautuvat EDM-menetelmään erityisen tärkeissä osissa ilmailu- ja terveydenhuollon aloilla. Ajattele polttonesteen ruiskutuspäätyjä tai reikiä kirurgisissa välineissä, joissa jopa pienin mitallinen virhe voisi tarkoittaa toimintahäiriötä tai potilaille aiheutuvaa riskiä. Ilman kaikkia leikkauspaineita EDM toimii myös erinomaisesti erittäin kovilla materiaaleilla. Se kestää yli 60 HRC:n kovuutta olevat teräkset ja hauraat keraamiset aineet aiheuttamatta halkeamia tai kerrosten erottumista. Työstöt raportoivat noin 40 prosenttia vähemmän hylättyjä osia EDM:ää käytettäessä perinteisten porausmenetelmien kanssa vertailtaessa, mikä pitkällä aikavälillä lisää todellisia säästöjä.
Pinnankarheus (Ra): EDM (0,2–0,8 µm) vs. perinteinen (1,6–6,3 µm) 17-4PH ruostumattomassa teräksessä
Kun käsitellään 17-4PH -ruostumatonta terästä, sähköerottaminen (EDM) voi saavuttaa pinnankarheuden, joka vaihtelee 0,2–0,8 mikrometrin Ra välillä. Tämä on noin kahdeksan kertaa sileämpää kuin mitä tavallisilla porausmenetelmillä yleensä saadaan, sillä ne ovat tyypillisesti 1,6–6,3 mikrometrin välillä. Kipinäeroosioprosessi luo tasaisesti sileitä pintoja ilman työkalujälkiä, kiinnittyneitä puristuksia tai lämmön aiheuttaman vääristymisen ongelmia. Komponentit, joita rasittaa voimakas kulumisaalto, kuten hydrauliventtiilit ja laakerikotelot, hyötyvät erityisesti tästä pinnoitteesta, koska se vähentää kitkaa ja tekee osista kestävämpiä ennen kuin niiden vaihtoa tarvitaan. Katsottaessa todellisia sovelluksia eri teollisuudenaloilla, monet valmistajat ovat huomanneet, ettei EDM-käsittelyn jälkeen tarvita enää ylimääräisiä hiontavaiheita. Tämä yksin säästää 25–35 prosenttia koko koneenpuristusaikasta useiden tuotantoraporttien mukaan.
Työkalun kulumisaatto, huolto ja pitkän aikavälin toimintatehokkuus
Nollamekaaninen kulumaton EDM-porauskoneessa verrattuna nopeaan työkalujen kulumiseen perinteisissä porissa
Sähköerosioon perustuvassa porauksessa ei ole ollenkaan mekaanista työkalun kulumista, koska elektrodi ei kosketa työkappaletta. Sen sijaan elektrodi kuluu hitaasti ja ennustettavasti eroosiosta johtuen, kun kipinät loihottavat. Tämä tarkoittaa, että EDM-elektrodit pysyvät ulottuvuudeltaan stabiileina satoja toimintoja. Hyvä esimerkki on, että yhdellä EDM-elektrodilla voidaan tavallisesti porata noin 500 reikää vaativissa materiaaleissa, kuten Inconelissa, ennen kuin se täytyy vaihtaa. Vakiomalliset karbidiporat kertovat toisen tarinan. Näitä joudutaan yleensä vaihtamaan noin 30–50 reiän jälkeen samankaltaisissa materiaaleissa, koska niihin ilmenee ongelmia, kuten sivun kulumista, kraatterien muodostumista ja reunamurtumia. Kun kyseessä on huolto, EDM-järjestelmille riittää pääasiassa huomiota kiinteistöaineeseen (dielektriseen nesteeseen) ja silloin tällöin tehtäviin elektrodin asennon säätöihin. Tämä lähestymistapa vähentää odottamattoman käyttökatkon aiheuttamaa ajanhukkaa noin 40–60 prosenttia verrattuna perinteisiin menetelmiin, joissa operaattorit jatkuvasti vaihtavat työkaluja, hiontavat teriä uudelleen, hoitavat jäähdytysnesteitä ja kalibroivat uudelleen poranteriä. Laajemmassa kuvassa teollisuuden koneistustehokkuutta koskevien tutkimusten mukaan valmistajat saavat aikaan noin 30 prosentin säästöt tuotantokustannuksissa pitkällä aikavälillä.
UKK
Mikä on EDM-poraamisen pääetulyönti perinteisiin poraamismenetelmiin verrattuna?
EDM-poraamisen ensisijainen etu on sen kyky porata tarkasti kovia materiaaleja (yli 60 HRC) ilman, että työkappaleeseen syntyy fyysistä jännitettä tai muodonmuutosta, toisin kuin perinteisissä menetelmissä.
Miksi EDM-poraaminen vaatii dielektristä nestettä?
Dielektrinen neste on olennainen osa EDM-poraamista, koska se poistaa porauksen aikana syntyneen roskan, jäähdyttää elektrodeja ja tarjoaa tarvittavan eristyksen sähköiskun ohjaamiseksi.
Miten EDM-poraaminen vaikuttaa pintalaatuun verrattuna perinteiseen poraamiseen?
EDM-poraamisella voidaan saavuttaa huomattavasti sileämpi pintalaatu, usein Ra-arvoilla välillä 0,2–0,8 µm, kun taas perinteisen poraamisen pintalaadut ovat yleensä välillä 1,6–6,3 µm.
Onko EDM-poraamisessa mukana mekaanista kulumista?
Ei, EDM-porausta ei liity mekaaniseen kulumiseen, koska elektrodi ei kosketa työkappaletta fyysisesti, mikä johtaa kestävämpiin työkaluihin verrattuna perinteiseen poraukseen, jossa työkalujen heikkeneminen tapahtuu nopeasti.
