EDM электр erosиялық машинасы қалай жұмыс істейтіні: Жоғары дәл металдау технологиясы

EDM искралы өңдеу машиналарының жұмыс істеу принципі

Электрразрядты өңдеу (EDM) дегеніміз не?

EDM дегеніміз электр тогын өткізетін бөлшектерден материалды алу әдісінің баламасы болып табылады. Қалыпты кесу құралдарының орнына EDM машиналары мыс, қола немесе графит сияқты материалдардан жасалған электродтарға сүйенеді. Бұл электродтар өте жоғары жиілікпен шағын от жағып, өнімге тікелей жанаспай-ақ оның бетін жояды. EDM-нің құндылығы қатты болат пен вольфрам карбиді сияқты қиын өңделетін материалдар арқылы кесу мүмкіндігінде, ал бұл материалдар әдеттегі өңдеу әдістеріне қиындық туғызады. Осындай қиын материалдармен жұмыс істейтін цехтар EDM-ге келіп, дәстүрлі әдістер жарамайтын жағдайда сүйенеді.

Оттің эрозиясы процесі: EDM материалды қалай дәл өңдейді

EDM искралы ысыру станоктары электрод пен жұмыс бөлігінің арасындағы диэлектрик сұйықтық ішінде кернеу айырмашылығын туғызу арқылы жұмыс істейді. Олардың арақашықтығы 0,01-ден 0,05 миллиметрге дейін азайған сайын, күшті электр разрядтары пайда болады. Бұл 10 000 градус Цельсийден жоғары болатын өте ыстық аймақтар жасайды, олар дәл соққы берген жердегі материалдың кішігірім бөлшектерін балқытып жібереді. Қызықтысы, бұдан кейін диэлектрик сұйықтық қалай жұмыс істейтінінде. Ол тез температураны төмендетіп, соққыдан ұшып шыққан барлық кішігірім бөлшектерді жуып тастайды, сондықтан бүкіл бөлшек жылудан бұрмаланбайды. Кейбір заманауи станоктар шамамен секундына 500 мың искра шығара алады! Мұндай жылдамдық болатпен жұмыс істегенде минутына 10-20 куб миллиметр материалды алып тастауға мүмкіндік береді, сонымен қатар плюс немесе минус 5 микрометрге дейінгі өте дәл өлшемді сақтайды.

Байланыссыз өңдеу: Неліктен ЭЭҚ механикалық кернеуді және бұрмалауды болдырмаиды

ЭЭҚ басқаша жұмыс істейді, өйткені құрал мен өңделіп жатқан заттың арасында нақты байланыс болмайды. Бұл қалыңдығы аз қабырғаларды бұрмалайтын немесе термиялық өңделген металдармен жұмыс істейтін кедергі күштері мен тербелістердің болмауын білдіреді. Әсіресе ұшақ бөлшектері, соның ішінде турбина жапырақтары үшін бұл өте маңызды. Өткен жылы жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, фрезерлеуге қарағанда ЭЭҚ қолдану жасалған бұйымдардың пішінінің өзгеруін 10 жағдайдың 9-ында азайтты. Бұл медициналық құрылғылар саласында да пайдаланылады, мысалы, күрделі титан бел омыртқаларын имплантациялау кезінде. Олар өте кішігірім компоненттердің өлшемдерін 3 микроннан аспайтын дәлдікпен сақтай отырып, өте күрделі пішіндерді жасай алады.

ЭЭҚ металдарды өңдеуде микронды дәлдік

EDM искралы ысыру станоктары бақыланатын электр разрядтары арқылы микрон деңгейіндегі дәлдікке қол жеткізеді, ал алдыңғы орындар тұрақты түрде ±2мкм (±0,002мм) дәлдікпен ұстап тұрады. Бұл дәлдік үш түрлі факторлардың әсерінен туындайды: байланыссыз материал кетуі, шын уақытта электродтың орнын бақылау және диэлектрлік сұйықтық динамикасының тиімділігі.

Дәл ±2 мкм дейінгі дәлдікке қол жеткізу

Қазіргі заманғы сымдық EDM жүйелері 50 нм-дәлдікпен сызықтық шкалаларды және отын жібергіш форсункалар мен медициналық имплантаттар үшін жолбастылар сияқты бөлшектерді өңдеу үшін искралы саңылауды бақылауды қолданады. Қысым астында ауытқып кететін дәстүрлі кесу құралдарының айырмашылығы EDM-нің механикалық емес процесі 60HRC құрал-сайман болаттарында дәл ±2 мкм позициялық дәлдік сақталады.

EDM-де дәлдік пен қайталануға әсер ететін факторлар

1. Электродтың тозуын түзету - Автоматты жүйелер әрбір операцияда мыс электродының 0,2-0,5% тозуын түзейді
2. Термиялық тұрақтылық - Станиналар активті салқындату арқылы ±0,1°C температураны сақтап, жылулық ұлғаюды болдырмау
3. Диэлектрлік бақылау - Көпсатылы сүзу 5–10 МОм·см кедергіден жоғары сұйықты ұстап тұрады, ол отын жағудың тұрақты энергиясын қамтамасыз етеді

Зерттеу жағдайы: Авиациялық компоненттерді шығарудағы ±3 мкм дәлдік

2023 жылғы авиациялық турбина жобасы никельдің суперқорытпаларындағы суыту каналдарын жасау үшін шөгінді EDM әдісін пайдаланды, оның профилінің дәлдігі ±3 мкм құрады. Бұл әдіс лазерлі кесуге қарағанда 48% жылдамырақ жылдамдықпен 0,08 мм бұрыштық радиустарын және 0,3 мм қабырғалық бөліктерді сақтап тұрды.

Дәлдікті сақтауда диэлектрлік сұйық пен электродты басқарудың рөлі

Жоғары қысымды диэлектрлік жуу (12–15 бар) әрбір отыннан кейінгі 0,3 мс ішінде ластануды алып тастайды, бұл керініс енін 5–8 мкм-ге арттыратын қосымша разрядтарды болдырмау үшін қажет. Сонымен қатар, 0,05 мкм дәлдіктегі сызықтық қозғалтқыштар сым керілуін (±0,01 Н) және беріліс жылдамдығын (0,05–6 мм/мин) 80 сағаттан астам ұзақтықпен өңдеу кезінде термиялық кеңеюге түзету енгізеді.

Қосымша операцияларсыз жоғары сапалы бет алу

EDM бетінің өңдеу мүмкіндіктері: Ra 0,1 мкм-ден айна сияқты нәтижелерге дейін

Электроэрозиялық өңдеу кезінде қолданылатын жанартау ылдиылары Ra 0,1 микроннан бастап жарықты айна сияқты шағылдыратын беттерге дейінгі аралықта бет өңдеулерін жасауға қабілетті. Бұның дәстүрлі өңдеу әдістерінен айырмашылығы сол, әдеттегі тәсілдер құрал белгілерін қалдырса, ал ЭЭӨ ыстықтың әсерімен кішігірім, біркелкі кратерлер жасайды. Advanced Manufacturing-тің өткен жылы жариялаған есебіне сәйкес, ұшақ бөлшектерін жасайтын компаниялардың шамамен 40 пайызы ЭЭӨ әдісі Ra 3 микроннан төменгі қатаң талаптарға сай келетін маңызды бөлшектер үшін қосымша өңдеу жұмыстарын жасамайтын болған. Осындай мүмкіндіктерге байланысты, көптеген өндірушілер соңғы өнімнің жұмыс істеу сапасына әсер ететін ең кішігірім бет ақауларын болдырмау үшін хирургиялық имплантаттар мен линзалар үшін қалыптар жасаған кезде ЭЭӨ әдісін өте пайдалы деп табады.

Қосымша өңдеу мен лактауды қажетсіздік ету

Бастапқы өңдеу кезеңінде соңғы бет сапасын қамтамасыз етіп, ЭҚҚ жұмыс ағынын қысқартып, материалдық қалдықтарды азайтады. Мысалы:

• Қолжетімді түрде өңдеу жоқ қатты құрал-жабдық болатын қалыптардың 95% үшін қажет (өнеркәсіптің салыстыру көрсеткіштеріне сәйкес)
• Артық өңдеу қаупі жоқ жұқа қабырғалар немесе сүйір шеттер сияқты ұсақ бөліктер
  Бұл тиімділік вольфрам карбиді сияқты құнды материалдар үшін маңызды, онда қосымша операциялар шығындарды 240 АҚШ долларына дейін (Journal of Manufacturing Systems, 2022).

Өндірісте кесу жылдамдығы мен бет сапасын теңестіру

Операторлар EDM параметрлерін жобаның талаптарына сай тиімді қылып реттейді:

Бұл икемділік өндірушілердің кесу сатыларында жылдамдықты ұстануына және маңызды беттер үшін баяу, ұсақ разрядтарды сақтауға мүмкіндік береді – бұл стратегияның цикл бойынша уақытты азайтатыны дәлелденген 18–22% өндірістік ортада.

Қиындысыз және кернеусіз өңдеу: Электроэрозиялық өңдеудің негізгі артықшылықтары

EDM искралық үйкеліс машинасы бақыланатын электр разрядтары арқылы механикалық кернеу болмайтын дәл металдарды өңдеуге қол жеткізеді. Бұл байланыссыз тәсіл бөлшек бүтіндігін сақтап тұрып, деформацияны болдырмаумен қатар, маңызды компоненттер үшін қажетті болып табылады.

EDM Қалай Қосымша Өңдеуді Қажеттілігін Азайтады немесе Жояды

EDM-нің байланыссыз материал кетіру процесі металды кесу орнына буландыру арқылы кірпіш пайда болуын болдырмайды. Диэлектрлік сұйықтық еріген бөлшектерді шаю арқылы Ra 0.4µm-ге дейінгі тегіс бет өңдеуін қамтамасыз етеді – жиі қосымша өңдеу талап етпейді. Бұл қазіргі заманғы өңдеу процесстеріне 15–30% уақыт қосатын үрдістерді жояды.

Кірпіш жоқ, бұрмалану жоқ, құрал тозуы жоқ – EDM артықшылығы

Құрал-жабдық пен өңделетін бетпен байланыс болмауы EDM болдырады:

• Құрал тозуының : Электродтар қатты материалдарда фрезерлеу кескіштерінен 10 есе ұзақ қызмет етеді
• Жылулық деформация : 0,1 Дж төменгі разряд энергиясы жылу әсерінен зоналарды болдырмау үшін қажет
• Механикалық кернеу : Қалыңдығы 0,2 мм-ге дейінгі нәзік элементтер бүтіндігін сақтап қалады

Бұл EDM-ді микротексерулерге жол берілмейтін әуе-космостық отын саптап беру құралдары мен медициналық имплантаттар үшін идеалды етіп қалықтайды.

Материалды алу жылдамдығы баяу болғанымен ұзақ мерзімді тиімділік

EDM фрезерлеуге қарағанда (2–8 мм³/мин қарсы 30–100 мм³/мин) баяу материалды алады, бірақ төмендегілер арқылы жалпы тиімділікті қамтамасыз етеді:

Бұл артықшылықтар оттегімен қатты түрлендірілген құрал болаттары мен вольфрам карбиді қолданбаларында баяу кесу жылдамдықтарын компенсациялайды.

Қатты материалдар мен күрделі геометриялар үшін EDM

Қатты түрлендірілген болаттар, вольфрам және карбидті өңдеу жеңілдетілді

Электроэрозиялық өңдеу кезінде қолданылатын жанартау ылдиылдау машиналары HRC70 деңгейінен жоғары өте қатты материалдармен жұмыс істеуге өте қолайлы. Олар қатты металл, вольфрам қорытпалары және басқа да қатты карбидті материалдар сияқты заттармен жұмыс істей алады, оларды кәдімгі аспаптармен кесу мүмкін емес. Дәстүрлі өңдеу әдістері әдетте осындай өте қаттылық деңгейлерімен жұмыс істегенде қиындықтарға кезігеді, себебі аспаптар тез тозып, өңделінетін бет бұзылуы мүмкін. Электроэрозиялық өңдеудің ерекшелігі – қысым түсірмей, жылу арқылы жұмыс істеуінде. Машина материалды тікелей жанаспай-ақ балқытып жояды. Тікелей жанасу болмағандықтан, өндірушілер әуе-космостық турбина жапырақтары мен карбидті сақтандырмалар сияқты заттарда күрделі пішіндерді кесіп шығарып, материалдың құрылымдық қасиеттерін сақтап қалуға болады. Бұл әсіресе дәлдік ең маңызды болып табылатын салаларда өте маңызды болып отыр.

Кәдімгі әдістермен жасау мүмкін емес күрделі және пішінделген беттерді жасау

Бұл технология фрезерлеу немесе өңдеуді қолданумен жасау мүмкін емес геометрияны жүзеге асырады, мысалы, суытқыш каналдарындағы 50:1 тереңдік-ені қатынасы немесе микрожүйелер құрылғыларындағы ±3 мкм дәл радиустар. Advanced Manufacturing Institute-тің 2023 жылғы зерттеуі EDM-нің 0,05 мм диаметрлі көлденең саңылаулары бар отын шашыратқыштарды шығарған кезде қалдықтар мөлшерін 18%-ға азайтатынын көрсетті. Оның бағдарламаланатын электрод жолдары мынаны қамтамасыз етеді:

• Пластмасса құю үшін үш өлшемді спираль тесіктер
• Медициналық имплантаттардағы кіріңкілер мен үшкір ішкі бұрыштар
• Сағат бөлшектеріндегі 50 мкм төменгі микротүзілімдер

Калып және өңдеу өндіріс салаларында қолданудың өсуі

Бүгінгі таңда дәл модель жасау саласында жұмыс істейтіндердің екі үштен астамы күрделі өзекшелер мен шегергіш жүйелермен жұмыс істегенде ЭЭҚ технологиясын пайдаланып жүр. Бұл технология автокөлік өнеркәсібіне де үлкен пайда әкеліп жатыр, себебі ЭЭҚ қатты металл құйма үшін 5 осьті өңдеу арқылы қатты қалыптармен жұмыс істей алады. Бұл әдіс бұрын аптасына созылып келетін қолмен тазалау жұмыстарын түгелдей қысқартып жібереді. Өндірушілер жаңа қорытпалардан жасалған әрі кішірек, әрі жеңіл бөлшектерді талап еткен сайын ЭЭҚ соғұрлым маңызды болып келеді. Ол әртүрлі секторларда қолданылатын оптикалық қалыптар үшін арнайы суыту каналдары мен күрделі бет өрнектерін жасауға пайдаланылып жатыр.

Жиі қойылатын сұрақтар

• ЭЭҚ өңдеу үшін қандай материалдар ең қолайлы?
  ЭЭҚ өте қатты материалдар, мысалы, қатты болат, вольфрам карбиді және электр тогын өткізетін кез келген материалдар үшін өте тиімді.
• ЭЭҚ жоғары дәлдікті қалай қамтамасыз етеді?
  EDM микрон деңгейдегі дәлдікті жетістікке жетеді, материалды алу әдісін қолданбай, электродтың нақты орналасуын басқару және диэлектрлік сұйықтық динамикасын тиімді пайдалану арқылы.
• EDM қосымша өңдеуді қажет етпейді ме?
  Иә, EDM әдетте өңдеу кезінде соңғы бет сапасын қамтамасыз етеді, сондықтан қосымша аяқтау, ұнтақтау немесе жылтыртудың қажеті болмайды.
• Дәстүрлі өңдеуге қарағанда EDM-нің артықшылықтары қандай?
  EDM механикалық кернеуді болдырмастан дәл кесу мүмкіндігін береді, зақымдарды жояды және қосымша өңдеу операцияларын азайтады, сондықтан күрделі және құнды бөлшектер үшін ең тиімді таңдау болып табылады.
• EDM дәстүрлі әдістерге қарағанда баяу ма?
  EDM материалды алу жылдамдығы баяу болуы мүмкін болса да, құралдың ұзақ қызмет етуі, қалдықтардың азаюы және бетті өңдеу тиімділігі жоғары дәлдікті қолданулар үшін артықшылық береді.