Дәл өңдеу үшін EDM машинасының сырларын ашу

EDM машинасының технологиясы қалай жұмыс істейді: жаншынды эрозия принциптері

Электрразрядты өңдеу (EDM) негіздері мен принциптері

EDM, яғни электрразрядты өңдеу, дәстүрлі механикалық кесу әдістеріне сүйенбей, бақыланатын электр жарқылдары арқылы материалды алып тастайды. Бұл әдіс EDM тек электр өткізгіш материалдармен жұмыс істеуі мүмкін болғандықтан, қалыпты жағдайда өңдеуге қиын металлдар, мысалы, титан немесе карбид қорытпаларымен жұмыс істегенде ерекше пайдалы болып табылатын стандартты өңдеу әдістерінен ерекшеленеді. Нақты процестің өзінде өңделетін бөлшек пен құрал ретінде әрекет ететін электрод диэлектрикалық сұйықтық ішінде орналасады. Бұл арнайы сұйық әдетте изолятор ретінде қызмет етеді, бірақ екі компонент арасында жеткілікті кернеу жиналған кезде ыдырап, барлық кесу жұмысын орындайтын өте кішкентай жарқылдар туғызады.

EDM металды эрозиялау үшін электр жарқылдарын қалай пайдаланады

Электрод пен өңделетін бөлшек арасында кернеу пайда болған кезде, интенсивті электр өрістері диэлектрикалық сұйықты иондандырып, өткізгіш плазмалық канал жасайды. Осының нәтижесінде пайда болатын искралар 12 000°C-тан жоғары температура туғызып, микроскопиялық материал бөлшектерін будандырады. Бұл цикл секундына мыңдаған рет қайталанып, микрон деңгейіндегі дәлдікпен бөлшектің пішінін біртіндеп қалыптастырады.

Токтық Эрозия Құбылысы Толқынсыз Өңдеуде

EDM құрал мен кесілетін бөлек арасында нақты түрде жанасу болмайтындықтан, уақыт өте құралдарға механикалық кернеу немесе тозу әсер етпейді. Мұнда қолданылатын арнайы сұйықтық бір мезгілде екі негізгі қызмет атқарады: кесуді жасайтын искраларды бақылайды және процестің барысында бөлшектеліп шығатын өте кішкентай бөлшектерді жуып әкетеді. Өндірушілер осы сұйықтық ағынын дәлме-дәл реттегенде, қатайтылған болат сияқты өте қиын материалдармен жұмыс істегенде бетінің өңделу сапасын шамамен 40% жақсартуы мүмкін. EDM-нің ерекшелігі — инженерлердің дәстүрлі өңдеу әдістерімен шамамен мүмкін емес болатын өте күрделі пішіндерді жасауына мүмкіндік беруі. Мысалы, әдеттегі әдістермен мүлдем өңделе алмайтын, максималды тиімділік үшін дәлме-дәл орналасуы қажет реактивті қозғалтқыш жапалақтарының ішіндегі өте кішкентай суыту тесіктерін елестетіңіз.

EDM машиналарының түрлері: Сымды, Синкерлі және Тесік бұрғылаулы EDM

Қазіргі заманғы өндіріс негізгі үшеуіне сүйенеді ЭДМ машинасы сымдық EDM, шинкі EDM (рамалық EDM деп те аталады) және тесік бұрғылау EDM. Әрбір түрі өткізгіш материалдарды ыдырату үшін бақыланатын электр разрядтарын қолданады, бірақ олардың қолданылуы мен механикасы едәуір өзгеше.

EDM түрлері: Сымдық EDM, Шинкі EDM және Тесік бұрғылау EDM

• Сымды EDM қатайтылған металдарда күрделі 2D пішіндерді кесу үшін үздіксіз берілетін мырыш сымды (0,05–0,35 мм диаметрі) қолданады.
• Сүңгуір EDM графитті/мыс электроды мен өңделетін бөлшекті диэлектрикалық сұйықтыққа батырып, күрделі 3D қуыстар дайындайды.
• Тесік бұрғылау EDM аэрокосмостық турбина жапырақшаларындағы немесе медициналық имплантаттардағы суыту каналдары үшін микрон дәлдіктегі тесіктер жасау үшін түтікшелі электродтарды айналдырады.

Сымдық EDM принциптері мен процесс механикасы

Сымдық EDM дәлдікте жақсы жұмыс істейді. 2024 жылғы EDM процесін классификациялау хабарламасында айтылғандай, сым өңделетін бетпен тікелей контакттеспейді, бұл механикалық кернеуді жояды. Сым мен материал арасында пайда болған жұлдызша өте ұсақ бөлшектерді балқытады, ал диэлектрикалық сұйық ыдыраған бөлшектерді шайып жібереді және температураны тұрақтандырады.

Күрделі 2D пішіндер мен әрі қарай күрделі бөлшектерді кесудегі EDM мүмкіндіктері

Бұл әдіс титан қорытпаларын немесе карбидтерді ±0,005 мм дәлдікпен бөлшектерге кесуде үздік нәтиже береді. Жанаспайтын тәсілі аспаптың ығысуын болдырмауға мүмкіндік береді және сондықтан оны штамптау матрицалары, доңғалақтар және сүйір қырлары немесе әлсіз геометриясы бар бөлшектер үшін пайдалануға ыңғайлы.

Тесік бұрғылау EDM: Аэроғарыш және медициналық бөлшектердегі қолданылуы

Тесік бұрғылау EDM қатты Inconel сияқты материалдарға 0,1–3 мм диаметрлі тесіктер жасауға мүмкіндік береді. Әуежаңдар оны отын баспалдақтарының каналдары үшін қолданады, ал медициналық құрылғылар жасаушы компаниялар хирургиялық құралдардың саңылаулары үшін пайдаланады — лазерлік немесе механикалық бұрғылау жылулық деформация немесе аспаптың сынғанына әкелуі мүмкін қолданыстар.

EDM станогымен микрон деңгейіндегі дәлдікті қол жеткізу

Сымды EDM-ның допусы мен дәлдігі: Микрометр деңгейіндегі дәлдікті қол жеткізу

Бүгінгі сымдық EDM-машиналар дәлдік маңызды болатын, мысалы, әуежаңғы және медициналық имплантаттар сияқты бөлшектер үшін ±1 микрон немесе шамамен 0,001 мм дәлдікпен жұмыс істей алады. 2024 жылы шыққан «Precision Machining Report» мәліметтеріне сәйкес, осындай заманауи микро EDM жүйелері нано деңгейдегі серво-басқаруды және ұқыпты түрде реттелетін жанар энергиясы деңгейлерін қолданады. Бұл оларға жылулық бүлінулерді тудырмай күрделі пішіндерді жасауға мүмкіндік береді. TTH Manufacturing Insights зерттеулері осы тұжырымдарды растайды және қатайтылған құрал болаты мен карбид сияқты қиын материалдармен жұмыс істеген кезде де ұзақ уақытты механикалық өңдеу барысында өлшемдік дәлдік шамамен 0,002 мм шеңберінде қалады деп көрсетеді. Жоғары дәлдікті талап ететін өндірушілер үшін бұл электрразрядты өңдеу технологиясының мүмкіндіктерінде үлкен қадам болып табылады.

EDM Дәлдігіне Әсер Ететін Факторлар: Күш Баптаулары, Тазарту және Жылдамдық

Жалпы дәлдікті анықтайтын үш негізгі айнымалылар:

• Импульс ұзақтығы : Қысқаразрядтар (3 нс дейін) жылу таралуын азайтады және нақтырақ шеттер алады
• Диэлектрик сұйықтық қысымы : Оптимальды тазарту жұқа бөлшектерді ығыстырмай-ақ ластанды алып тастайды
• Сым керілуінің тұрақтылығы : 0,5 Н-нан асатын тербелістер 500 мм аралықта ±2 мкм қателік пайда болуына әкеледі

Жоғары дәлдікті сақтаудағы машина орнатуы мен параметрлердің рөлі

Тұрақты нәтижелер жылдамдық пен дәлдікті тепе-теңдікте ұстауды талап етеді. Мысалы, сым беру жылдамдығын 12 м/мин-тен 8 м/мин-ге дейін төмендету беткі қабат сапасын Ra 0,4 мкм-ге жақсартады, бірақ цикл уақыты 35%-ға ұлғаяды. Автоматтандырылған параметрлерді оптимизациялау жүйелері жинақталу жиілігін және өшіру уақытын динамикалық түрде реттей отырып, 500 мм жүріс ауқымында ±0,005 мм дәлдікке жетеді.

Электроэрозиялық кесу мен лазерлік кесуді салыстыру: Нақты элементтердің ажырату қабілеті мен дәлдігі

Таза жылдамдықтың тұрғысынан алғанда, талшықты лазерлер EDM-мен нақты сәйкес келеді, EDM-тің 10-50 мм/с құрайтын анағұрлым баяу ауқымына қарсы 200 мм/с шамасында жетеді. Бірақ олар сәйкес келмейтін бір сала бар: әсер етуші материалдарда микрон деңгейіндегі нәтижелерді сақтау. 2023 жылғы соңғы зерттеулерде лазерлік жүйелер аэрокосмостық компоненттердегі күрделі титан доңғалақтармен жұмыс істеген кезде плюс-минус 0,015 мм шамасында ауытқитыны анықталды. Ал EDM плюс-минус 0,003 мм нақтылырақ диапазонында тұрақты болып қалды. Сондай-ақ, лазерлердің жылулық өңдеу кезінде пайда болатын қайта құю қабаттарын да ұмытпау керек — бұл өте аз мөлшердегі дәлме-дәл жинақтауларды шынымен бұзады. Дәл осы себепті көптеген цехтар әлі де ең маңызды жұмыстары үшін EDM-ге сүйеніп отыр.

EDM-нің дәстүрлі механикалық өңдеу әдістеріне қарағандағы артықшылықтары

EDM-дегі контактілік емес өңдеудің артықшылықтары

EDM технологиясы құрал мен жұмыс істелінетін бөлшек арасында тікелей байланыс болмауы себебінен кәдімгі фрезерлеуден өзгеше жұмыс істейді. CIRP-тің 2022 жылғы зерттеулеріне сәйкес, бұл дәстүрлі әдістермен салыстырғанда механикалық кернеуді шамамен үштен бір бөлігіне дейін азайтады. Физикалық жанасу болмауы қалыңдығы аз қабырғалар немесе кішкентай қуыстар сияқты әдеттегі тербелістерге ұшырағанда пішіні бұзылатын өте сезімтал пішіндерді өңдеуге мүмкіндік береді. Мысалы, медициналық имплантаттар. Осы өнімдерді жасайтын компаниялар өндіру процесінің барлық кезеңінде құрылымдық беріктікті сақтай отырып, пораларының арақашықтығы 150 микрон болатын сүйек торларын жасай алады. Бұл табиғи сүйек құрылымдарын жақсырақ көшіруге мүмкіндік беретін имплантаттар жасауда жаңа мүмкіндіктер ашты.

EDM арқылы құралдың тозуын және материалдың деформациялануын жою

Қатайтылған болатпен жұмыс істеген кезде стандартты өңдеу әдістері сағатына шамамен 0,3 мм құралдық материал жоғалтады. Осыған ұқсас жағдайларда сағатына шамамен 0,02 мм ғана тозатын ЭҚД электродтарымен салыстырыңыз. Бұл құралдың қызмет ету мерзімінде шамамен 15:1 қатынасын құрайды және өндірушілерге толық өндіріс циклы бойы плюс-минус 2 микронға дейінгі дәл шектерді сақтауға мүмкіндік береді. Бұның шынымен маңызы зор себебі — бөлшекті қоршаған диэлектрик сұйықтық. Бұл арнайы орта жылу әсерінен бөлшектердің бұрмалануын тоқтатады, ал бұл әуежайда қолданылатын алюминий қорытпаларымен жұмыс істегенде өте маңызды. Дәстүрлі әдістер кесу процесі кезінде пайда болатын жылудың әсерінен 25 пен 50 микрометр арасында өлшемдік ығысуға әкеп соғады.

ЭҚД мен дәстүрлі өңдеуді салыстыру: тиімділік, дәлдік және материал икемділігі

Қарапайым геометриялар үшін әдеттегі әдістер жылдамдықтың артықшылықтарын сақтап отырса да, EDM-машиналар ISO 9013 стандарттары бойынша күрделі бөлшектерде бірінші өту сәттілігінің 98% құрайды. Материал икемділігі турбина компоненттерінің 78%-ында қолданылатын вольфрам карбидтері мен никель суперқорыттарына дейін кеңейеді.

EDM Машинасының материалдары, диэлектриктері және өнеркәсіптік қолданылуы

EDM үшін қолайлы материалдар: Титан, Карбид және басқа қиын өткізгіш қорытпалар

EDM материалдарға қолайсыз физикалық қысым көрсетпей, электрлік жарқылдарды пайдаланып оларды тозу арқылы өңдейтіндіктен, EDM дәстүрлі кесу құралдарына қиындық туғызатын материалдармен жұмыс істегенде ең жақсы нәтиже береді. Аэрокосмостық компоненттер мен медициналық имплантаттарда кеңінен қолданылатын титан қорытпалары, вольфрам карбиді және әртүрлі қатайтылған болаттар осындай мықты материалдарға жатады. Бұл материалдар EDM-мен жасалатын барлық жұмыстың шамамен екі үштен бірін құрайды. Аэрокосмостық сала EDM-ді Inconel сияқты экзотикалық қорытпалардан жасалған бөлшектер үшін ерекше қолданады, мұнда EDM стандартты механикалық өңдеудің сенімді түрде жетуге қиындық тудыратын 0,1 микроннан төменгі ең жылтыр беттерді алуға мүмкіндік береді. Бұл EDM-ді материал қасиеттері өндірістің мүмкіндіктерін шектейтін нақты өндірісте ауыстырылмайтын элементке айналдырады.

Тұрақты жарқылдың жұмыс істеуі үшін диэлектрик сұйықтық функциялары мен таңдау

Диэлектрик сұйықтық электрлік разрядты кесу процесінде екі негізгі мақсатқа ие болады. Ол түзілетін жерлерге тыйым салу үшін изолятор ретінде қызмет етеді және сонымен қатар кесу кезінде пайда болатын өте ұсақ металл бөлшектерін жуып шығаратын суытқыш ретінде жұмыс істейді. Көбінесе гидрокөмірсутек майларын EDM-ды батыру кезінде қолданады, себебі бұл майлар доғаның пайда болуын өте жақсы басуға мүмкіндік береді. Сымдық EDM операциялары керісінше, ластанған материалдарды тезірек тазарту үшін деиондалған суды таңдайды. Өткен жылы жарияланған зерттеу қызықты нәрсе көрсетті — тұтқырлықтың нақты маңызы туралы. 2023 жылғы зерттеулер нәтижесінде сұйықтықтың қоюлығын өзгерту жиынтық аралық тұрақтылығына ондық үш пайызға дейін әсер ете алатыны анықталды. Бұл дегеніміз, дәлме-дәл өңдеу жұмыстарынан тұрақты дәл нәтижелер алу үшін өндірушілер диэлектриктің тұтқырлық деңгейін ұқыпты түрде сәйкестендіруі керек деген сөз.

Аэроғарыш, медициналық және қалып жасау салаларындағы EDM

1. Аэрокосмос санаты : Сымдық EDM машиналары никель суперқорыттарындағы турбина жапырақшаларының суыту тесіктерін ±2 мкм дәлдікпен жасайды.
2. Медицина : Литьевый EDM ортопедиялық имплантаттардың бетін өңдеп, сүйек ұлпасының жабысуын ынталандырады.
3. Престік қалып жасау : Күрделі инъекциялық қалып геометриясы қатайтылған құрал болаттарына кесіледі, бұл полирлеуден кейінгі жұмысты 50%-ға дейін азайтады.

EDM жүйелерінің 45%-дан астамы қазір миниатюризацияланған, жылуға төзімді компоненттерге деген сұраныс арқасында осы салаларға қызмет көрсетеді.

Зерттеу мысалы: Ұшақ қозғалтқыштары үшін турбина жапырақшаларын шығаруда сымдық EDM қолданылуы

Бір турбина жапырағын жасаушы компания адаптивті сымды ЭҚК басқаруына ауысқаннан кейін қайта өңдеу көлемін төрттен бір бөлігіне дейін төмендетті. Олар ауадағы қанатшалардың шеттерін 10 микроннан төмен, нақтырақ айтсақ, Inconel 718 қолданып жұмыс істегеніне қарамастан, өте сүйір етіп жасай алды, бұл құрама материал әдеттегі әуе-кеңістік материалдарынан шамамен 30 пайызға берік болып келеді. Детальдар деңгейі маңызды, себебі реактивті қозғалтқыштардың уақыт өте келе трещинаның қалай таралатыны туралы FAA сынақтарынан өтуге көмектеседі. Шынында да, мұндай дәлдік талаптарын қанағаттандыратын және мұнда бұзылуға жол берілмейтін бөлшектерді өңдеуге арналған басқа технологиялар жоқ.

Жиі қойылатын сұрақтар

ЭҚК өңдеу дегеніміз не?

ЭҚК өңдеу — титан мен карбид қоспалары сияқты электр тогын өткізетін материалдарды бақыланатын электрлік жарқылдар арқылы өңдеуді білдіреді.

ЭҚК станоктарының негізгі түрлері қандай?

Негізгі түрлеріне сымды ЭҚК, лептік ЭҚК және тесіктерді бұрғылау үшін арналған ЭҚК жатады, олардың әрқайсысы материалдың бүлінуіне арналған өзіндік қолданылуы мен әдістері бар.

ЭЭҚ жоғары дәлдікті қалай қамтамасыз етеді?

EDM ±1 микронға дейінгі дәлдікті жеткізу үшін контактсіз өңдеуді, бақыланатын искралық энергияны және диэлектрик сұйықтықтың оптималды пайдалануын қолданады.

EDM үшін қандай материалдар тиімді?

Титан, карбид және қатайтылған металдар сияқты материалдар электр өткізгіштігіне байланысты EDM үшін идеалды, оларды физикалық контактсіз өңдеу оңайырақ.

Неліктен дәстүрлі механикалық өңдеуге қарағанда EDM-ді таңдау керек?

EDM тозуға төзімді құрал-жабдықтар, материалдың деформациясының азаюы және күрделі немесе сезімтал бөлшектерді жоғары дәлдікпен өңдеу мүмкіндігі сияқты артықшылықтарды ұсынады.