EDM Машинасы: Микроөңдеу қолданбаларында алдыңғы қатарда болу

EDM машиналарын түсіну және олардың микроөңдеудегі рөлі

EDM машинасы деген не? Электрразрядты өңдеудің негіздері

EDM машиналары, толық атауы Electrical Discharge Machining, электрод пен өткізгіш материал арасында бақыланатын электр жарқылдарын жіберу арқылы жұмыс істейді. Бұл материалды біртіндеп ұсақ-ұсақ бөлшектерге дейін жаншып шығарады. EDM-дің кәдімгі кесу әдістерінен айырмашылығы — құрал мен өңделетін бөлшек арасында тікелей контактің болмауы. Оның орнына, EDM қайталанатын электр разрядтары арқылы металлдың өте кішкентай бөлшектерін «жандырып» алады. Қазіргі уақытта EDM технологиясы өте жоғары дәлдікке ие – мысалы, титан немесе қатайтылған болат сияқты қиын материалдармен жұмыс істегенде ±0,001 мм дәлдікпен жасайды. Мұндай дәлдік ұшақ бөлшектерін немесе хирургиялық имплантаттар жасау сияқты ең кішкентай қате де апатқа әкелуі мүмкін болатын салаларда өте маңызды.

Дәлме-дәл өндіруде EDM технологиясының дамуы

EDM технологиясы 1960 жылдары коммерциялық түрде қолжетімді бола бастады, бірақ бұл біз күні бүгін көрген нәрсеге ұқсамайды. Сол кезде операторлар процестің барысында электродтарды қолмен реттеуі керек болған, бұл дәлдікті шамамен плюс-минус 0,1 мм-ге дейін ғана шектеп тұрды. Қазіргі уақытқа келсек, жағдай кардиналды өзгерді. Наносекундты импульс генераторларымен бірге жұмыс істейтін ықкымды басқару жүйелері қажетті жағдайда автоматты түрде сомын жолын түзетеді. Бұл орын ауыстыру қателері 2005 жылығына қарағанда 85% төмендегенді білдіреді. Бұл жетістіктер өндірісте кейбір бөлшектердің ұзындық пен диаметр қатынасы 20:1 асатындай күрделі 3D микроскопиялық құрылымдар жасау мүмкіндіктерін ашты. Ойланып қарасаң, бұл өте тамаша.

EDM машиналары микромасштабты өңдеуде неге үздік

EDM микрожасау кезінде механикалық әдістерден мына үш негізгі факторлар бойынша асып түседі:

• Сомын қысымының болмауы : Өңдеу кезінде өңделетін бөлшектің деформациялануын болдырмау
• Материалдық көшірме : Классикалық фрезерлеу арқылы өңдеуге мүмкін болмайтын өте қатты қорытпаларды (>60 HRC) өңдейді
• Жылулық дәлдік : Жергілікті разрядтар 5 мкм тереңдіктен төмен жылу әсерінен зиян көрген аймақтардың пайда болуын болдырмайды

Бұл комбинация EDM-ді отын бүрку форсункаларындағы микроскопиялық тесіктерді тесу және лаборатория-чип құрылғылары үшін микроканалдар жасау үшін ауыстыруға келмейтін әдіс етіп қалыптастырады.

Микро-EDM негізіндегі негізгі принциптер: Микроннан кіші дәлдікті қамтамасыз ету

Микро-EDM қалай жұмыс істейді: Микро масштабта материалды алу физикасы

Микро-ЭҚІ әдісі өте кішкентай электрод пен пішінделетін өткізгіш материал арасында шағын электр жарқылдарын туғызу арқылы жұмыс істейді. Энергия импульстері шамамен 10^-6 джоульдан төмен болып қалған кезде, бұл жарқылдар 0,1-ден 5 микрометрге дейінгі диаметрлі шағын кратерлер тудырады және бір уақытта жылу зақымдануын минимум деңгейде ұстайды. Бұл әдістің ерекшелігі — ол өңделетін материалға тікелей тимейді. Вольфрам карбиді немесе керамикалық композит сияқты қиын материалдармен жұмыс істегеніне қарамастан, операторлар позициялау дәлдігін плюс-минус 1 микрометр шеңберінде ұстай алады. Осындай бақылау деңгейі лаборатория-чипте қолданылатын күрделі микроағынды каналдарды немесе жоғары дәлдікті оптика үшін қажетті сезімтал беттерді өңдеу кезінде Micro-EDM-ге иемендер неге мүдделі екенін түсіндіреді.

Негізгі өнімділік көрсеткіштері: Материалды өңдеу жылдамдығы (MRR) және Беттің тегіс болмауы (Ra)

Микро ЭҚК-ның мүмкіндігін толық пайдалану — материалды алу жылдамдығы мен бетінің сапасы арасындағы оптимальды нүктені табудан тұрады. Ең жақсы жабдық медициналық имплантаттар сияқты өнімдерге қажет болатын өте тегіс 0,1 микрометр Ra беттерін сақтай отырып, минутына шамамен 0,05 куб миллиметр темірден материал ала алады, мұнда өңдеу жылдамдығы да, биологиялық үйлесімділік те маңызды. Өткен жылы Ponemon Institute жариялаған зерттеулерге сәйкес, үш микросекундтан кем импульстерді ақылды диэлектрик жуу әдістерімен үйлестіру жалпы тиімділік коэффициентін шамамен 23 пайызға арттырады. Жоғары дәлдікті өндірісте әрбір деталь маңызды болғандықтан, осындай оптимизацияның маңызы зор.

Импульс Генераторы Технологиясы: ЭҚК Машиналарында Наносекундтық Басқаруды Мүмкіндік Ету

Қазіргі заманғы ЭҚК машиналары транзисторлы басқарылатын импульс генераторларын пайдаланып, 2–5 нс разряд импульстерін береді, бұл дәстүрлі RC тізбектеріне қарағанда 50 есе жылдам. Наносекундтық дәлдік мыналарды мүмкіндік етеді:

Мұндай басқару закалкаланған құрал болаттарында 8:1 пішін қатынасы бар отын бүрку форсункаларын жасауға мүмкіндік береді, бұл микро-EDM-нің жоғары дәлдіктегі өндіруде ерекше мүмкіндігін көрсетеді.

Микро-EDM операцияларындағы маңызды процестік параметрлерді оптимизациялау

Кернеу, импульс ұзақтығы және сыйымдылық: Дәлдік үшін баптау

Қазіргі заманғы микроЭҚІ жұмыстарында 10 микроннан төменгі дәлдікке қол жеткізу үшін бірнеше негізгі параметрлерді мұқият баптау қажет. Разряд кернеуі әдетте 50-ден 120 вольтқа дейін, импульс ұзақтығы 2-ден 100 микросекундқа дейін, ал сыйымдылық мәндері әдетте 0,1-ден 10 нанофарадқа дейін ауытқиды. Гастелой C 276 микросаңылауларымен жұмыс істегенде, операторлар материалды өңдеу жылдамдығы минутына шамамен 0,12 куб миллиметр болып тұрақты қалпында қалған кезде, импульстық қосу уақытын шамамен 115 микросекунд деңгейінде орнату еңселік қателерді шамамен 28 пайызға қысқартатынын анықтады. Вольфрам карбидін өңдеу кезінде сыйымдылықты 5 нанофарадтан төмен ұстау маңызды рөл атқарады. Бұл әртүрлі зауыттарда өнеркәсіп саласында жүргізілген әртүрлі жауап беті әдісі зерттеулері арқылы расталған, термиялық трещиндердің 2 микрondan тереңірек пайда болуын алдын алуға көмектеседі.

Қазіргі заманғы ЭЭМ жабдықтарында нақты уақытта бақылау және бейімделушілік басқару

Қазіргі заманғы ЭЭМ жүйелері микросекунд деңгейіндегі искралық саңылауды бақылауды өзін-өзі реттейтін ақылды алгоритмдермен ұштастырады. Жүйеде плазмалық каналдардағы өзгерістерді жарты микросекундтай тез анықтайтын он екі сенсор бірлесіп жұмыс істейді, бұл разряд аяқталғанша қуат параметрлерін түзетуге мүмкіндік береді. Бұл практикада не дегенді білдіреді? Бұл жүйелер ұшақтың турбиналық жапырақшаларындағы өте кішкентай суыту тесіктерін тесу кезінде сегіз сағат бойы ±1,5 микрометр дәлдікті сақтай алады. Нақты цехта жүргізілген сынақтарға сәйкес, болжамды токты басқару жүйесі белгіленген параметрлерге сүйенумен салыстырғанда электродтарды ауыстыру қажеттілігі шамамен 40 пайызға азаяды. Өндіріс циклдары бойынша осындай жақсарулар жинақталып отырады.

Жоғары МҚК мен бет бүтіндігін тепе-теңдікте ұстау: Негізгі қатынастар арасындағы қарама-қайшылықтарды жеңу

Микро ЭЭҚ технологиясында жақсы нәтижелерге қол жеткізуде бір түрлі тұйық шеңбер бар. 0,2 микроннан төменгі бет сапасын құрса, минутына 0,15 мм³-ден астам материалды алу қарқынын арттырудың жолдарын табу – бұл қиындық туғызады. Зерттеушілер осы 1:3 пен 1:6 арақатынасындағы импульс интервалдарын реттеу үшін көпмақсатты генетикалық алгоритмдерге жүгінді. Әртүрлі титан қорытпаларында сынақтан өткізгенде, материалды алу қарқыны шамамен 15% төмендесе де, беттің сапасы шамамен 20% жақсарды. Бұл өте елеулі нәтиже. Соңғы жаңалықтарға назар аударсақ, инженерлер қазір секундына он мың импульс шығаратын наносекундты импульс серияларымен жұмыс істейді. Бұл жаңа әдістер қайта балқытылған қабаттарды төрттен үш бөлігіне дейін азайтады және кесу жылдамдығын әлі де секундына 200 микроннан астам ұстап, дәлдіктің ең маңызды болып табылатын өнеркәсіптік қолданыстар үшін өте тартымды болып қалады.

EDM машиналарының микросхема жасаудағы алдыңғы қатарлы қолданылуы

EDM машиналары қатты болаттарда, карбидтерде және суперқұймаларда 50 мкм-ден кіші элементтерді алу арқылы өндірістің әртүрлі салаларында инновациялық микросхема жасау мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Олардың контактсіз өңдеу процесі дәстүрлі әдістерде жиі кездесетін құралдың иілу проблемаларын болдырмақшы, сондықтан микрон деңгейіндегі дәлдікті талап ететін жоғары құнды бөлшектер үшін олардың маңызы зор.

Микро тесіктерді тесу: Қиын өңделетін материалдарда дәл өңдеу

Бүгінгі EDM машиналары турбина жапырақтарына диаметрі бар болғансы 0,1 мм, ал орнықтыру дәлдігі шамамен 2 микрометр шегінде болатындай суыту тесіктерін теседі. Аэроғарыш индустриясы осы технологияға ықтиярлы сүйенеді, өйткені олардың никель негізіндегі суперқұймалары 1500 градустан астам температурасы бар жанғыш камералардағы экстремалды жылуды шыдай алу үшін жапырақ басына шамамен 400 өте кішкентай тесік қажет етеді. Мұндай қиын материалдармен жұмыс істеу қиын болса да, бетінің өңделуі Ra мәні 0,4 микрометрден төмен болып, құрамдас бөлшектердің ұзақ мерзімділігі мен қатаң ұшу жағдайларындағы жұмыс істеуіне үлкен айырмашылық енгізеді.

Зерттеу жағдайы: Микро-EDM қолданып отын бүрку форсункаларын өндіру

Алдыңғы қатарлы автомобиль жеткізушісі EDM әдісімен жасалған, 72 дана дәл 80 мкм тесігі бар форсункаларды қолдану арқылы отын тамшыларының өлшемін 35% азайтты. Бұл дәлдік жану тиімділігінің 12% артуына және Euro 7 шығарынды стандарттарына сай болуына ықпал етті. Бұл үдеріс 10 000 өндірістік бірлік бойынша диаметрдің 1%-ден аспайтын ауытқуын сақтады.

Лабораториядағы чиптер мен микрожүйелер үшін Микроканалдарды жасау

Электр-эрозиялық кесу құрылғылары хирургиялық имплантаттар мен диагностикалық чиптерде 200 мкм еніндегі және 5 мкм қабырға түзулігі бар сұйықтық каналдарын жасайды. Бұл дәлдік ±0,5 мкл/мин шеңберінде ағын жылдамдығын реттеуге мүмкіндік береді — 99,9% дозалау дәлдігін талап ететін дәрі тарату жүйелері үшін маңызды. Соңғы жаңартулар 316L болат негізінде бір уақытта 64 параллель каналды өңдеуге мүмкіндік береді.

3D Микрофрезерлеу: Жоғары Пішін Қатынасы бар Күрделі Құрылымдарды Құру

Бұл технология 15:1 пішін қатынасы мен 2 мкм элементтік ажыратымдылықпен MEMS компоненттерін шығарады. Дәстүрлі фрезерлеуден өзгеше, EDM вольфрам карбид қалыптарында оптикалық линзаларды массалық өндіруде 3D микроойықтар жасаған кезде <0,1% аспайтын құрал тозуын сақтайды.

EDM Машиналар Технологиясындағы Сапаны Қамтамасыз Ету және Болашақтағы Бағыттар

Процестің Қабілеттілік Талдауы: Қайталанғыштық, Дәлдік және Статистикалық Бақылау

Бүгінгі EDM машиналары процестің қабілеттілігін тексеру арқасында микрон деңгейіндегі дәлдікке жетеді. Ұшақ қозғалтқыштары немесе хирургиялық имплантаттар сияқты қатаң допусстарды қажет ететін заттар үшін бөлшектерді сақтау үшін көптеген алдыңғы қатарлы өндірушілер кемінде 1,67 Cp мәндері мен шамамен 1,33 CpK-ге сүйенеді. Шын мәніндегі сиқыр SPC жүйелерінде жүзеге асады, олар бет бедерінің сандық көрсеткіштері 0,1 микроннан төмен болатындай бақылайды, бірақ қиын қатайтылған болатта әлі де минутына 3 куб миллиметрден астам жақсы кесу жылдамдығын қамтамасыз етеді. Осы машиналар сонымен қатар қолданылу барысында пайда болатын құралдың тозуын компенсациялайтын, электрод жолдарын автоматты түрде реттейтін ақылды алгоритмдермен жабдықталған. Бұл өткен жылғы соңғы станоктар бойынша есеп берулерге сәйкес ескі, қолмен реттеуге қарағанда өлшемдік қателіктерді шамамен 80% -ға қысқартады.

EDM машиналарының болашағы: ЖИ, Интернет және болжамды техникалық қызмет көрсету

EDM технологиясы машиналардың баптауларын жасау үшін жасанды интеллектті және жұмыс көрсеткіштерін интернет арқылы бақылауды қолдану арқылы алға қарай үлкен қадам жасап отыр. Машиналық оқу алгоритмдері жұмыс істеу кезінде импульстердің кесуден кейінгі паузаларының ұзақтығы мен диэлектрик сұйықтықтағы өткізгіштік деңгейлері сияқты 120-нан астам әртүрлі факторларды талдайды. Барлық осы деректерге негізделе отырып, жүйе шамамен 94% дәлдікпен идеалды параметрлерді ұсына алады. Бұл өндірушілердің өздерінің машиналарын баптау кезінде ең жақсы нұсқаны іздеуге кететін уақытын әлдеқайда азайтады. Тіректік орамдар мен қуат қорек көздері сияқты маңызды компоненттерді бақылайтын болжаулы техникалық қызмет көрсетудің басқа да маңызды жақсартылуы пайда болды. Өткен жылы жарық көрген «Ақылды өндіріс хабарламасының» соңғы зерттеулеріне сәйкес, мұндай жүйелер жабдықтардың күтпеген жағдайда істен шығуын шамамен 37% азайтуға көмектеседі. Компаниялар бұл жаңа технологияларды қабылдаған сайын, біз әлемнің барлық жеріндегі өндіріс алаңдарында нақты өзгерістерді байқаймыз.

• 60% жылдам өңдеу циклдері адаптивті ұшқын саңылауын басқару арқылы
• 0,5 мкм дәл орындалуы жасанды нейрондық желілермен калибрленген сатылар арқылы
• 45% энергияны үнемдеу ақылды импульс генераторларын қолдану арқылы

Қосымша өндірісті микротереңдетумен біріктіретін гибридті жүйелер пайда болуда, бұл 5:1 аспектілі суыту каналдары бар күрделі инъекциялық қалыптарды тікелей жасауға мүмкіндік береді — бұл дәстүрлі әдістерге қарағанда 3 есе жақсартылған көрсеткіш.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Дәстүрлі өңдеу әдістеріне қарағанда EDM машиналарын қолданудың артықшылығы неде?

EDM машиналары құралдың тозуын және өңделетін бөлшектегі деформацияны болдырмау үшін контактсіз өңдеу мүмкіндігін ұсынады және микрон деңгейіндегі дәлдікпен дәл компоненттерді шығаруға идеалды тәсіл болып табылады.

Жылдар бойы EDM технологиясы қалай дамыды?

EDM технологиясы электродтың қолмен реттелуінен бапталатын басқару жүйелері мен наносекундты импульс генераторларына дейін дамыды, осылай дәлдікті арттырып, орын ауыстыру қателіктерін азайтты.

Микро-EDM неге микросұйықтық каналдарын жасауға сәйкес келеді?

Микро-EDM жоғары дәлдік пен нақтылықты қамтамасыз етеді және лаборатория-чипте қажет болатын күрделі микросұйықтық каналдарын жасауға мүмкіндік береді, себебі ол жылу зақымдануын минималдандыра алады.

EDM станоктарына қандай болашақ технологиялар енгізілуде?

EDM станоктарының болашақ технологияларына баптауларды жасау үшін жасанды интеллект және жұмыс өнімділігін және техникалық қызмет көрсетуді оптимизациялау үшін Интернет-байланыстағы бақылау жүйелері кіреді; алдын ала техникалық қызмет көрсету функциялары жабдықтардың істен шығуын қатты төмендетуде.