Сымдық EDM машинасы: Жоғары беріктік материалдарын кесудегі ойынды өзгертетін технология

Сымдық EDM машиналары қалай жұмыс істейді: Түйіспейтін дәл кесу принциптері

Сымдық EDM дегеніміз не? Негізгі шолу

Сымды электроэрозиялық өңдеу (Wire EDM) жұқа сым мен кесіліп тұрған материал арасында пайда болатын кішігірім электр разрядтары арқылы жұмыс істейді. Әдетте қалайы немесе мыстан жасалған және 0,004-тен 0,012 дюйм қалыңдығы бар сым, бөлшектің қажетті бөліктерінен металдың ұсақ бөлшектерін ерітіп шығаратын электр тогының тез ымдауларын шығарады. Бұл әдістің дәстүрлі кесу әдістерінен айырмашылығы сонда, бұл жерде нақты жанасу болмайды, сондықтан құралдар уақыт өте құрғап кетпейді және материал процессте механикалық кернеуге ұшырамайды. Осындай артықшылықтары салдарынан Wire EDM әсіресе Inconel немесе қатты түрлендірілген аспаптық болаттар сияқты дәстүрлі өңдеу әдістеріне төзімді материалдармен жұмыс істеуге өте пайдалы болып табылады.

Материалды кесуде сым электрод пен диэлектрлік сұйықтың рөлі

Сымды электрод бұл жерде екі мақсатқа қызмет етеді - ток өткізеді және бір уақытта материалдар арқылы кесіп өтеді. Ол алдын ала бағдарламаланған бағыттармен жүріп, деиондалған су немесе кез келген майлы диэлектрлік сұйықтықта болып табылады. Бұл сұйықтың қызметі не? Біріншіден, ол жеткілікті иондау болғанша аймақты оқшаулау үшін қажет. Содан кейін процессте буланып кеткен затты салқындатуға көмектеседі, сондықтан қайта құрылған қабаттар пайда болмайды. Сонымен қатар, ол барлық қалдықтарды жуып түсіреді, бұл дәл кесулер жасауға мүмкіндік береді. Бәрі дұрыс жұмыс істесе, біз 0,8-ден 1,6 микродюймге дейінгі тозырлық мәндерімен бет өңдеуін алуға болады. Ал осы кесу ені қаншалықты? Әдетте олар 0,012 дюймнен аз болып келеді, бұл өте дәл жұмыс үшін қатты жақсы көрсеткіш.

CNC басқару жүйелері қалай дәлдік пен автоматтандыруды іске асырады

Бүгінгі EDM сым машиналарының дәлдік деңгейі шамамен ±0,0001 дюймге жетеді, себебі олардың барлығы сым жылдамдығынан бастап разряд жиілігі мен ось қозғалысына дейінгі процестерді басқаратын компьютерлік сандық басқару (CNC) жүйесі бар. Бұл машиналарда қандай материал кесіп жатқанына және қаншалықты қалың екеніне байланысты электр энергиясын реттейтін ақылды алгоритмдер бар. Сол сияқты, арнайы сызықтық қозғалтқыштар сымды субмикрон деңгейінде өте дәл орналастыруға көмектеседі. Мысалы, әуе-кеңістік өндірісін алыңыз. Турбиналық саңлауларды жасау кезінде операторлар өндірістің толық партиясы бойынша өлшемдерді 0,001 мм-ден аспайтын дәлдікпен ұстап тұру үшін нақты уақыт режиміндегі оталдыруды бақылайды. Қатты жағдайларда идеалды түйістірілуі қажет бөлшектерді жасауда осындай дәлдік айырмашылық жасайды.

Сымдық EDM машинасының негізгі компоненттері: инженерлік дәлдік пен өнімділік

Сымдық EDM компоненттері: сым электрод, диэлектрлік сұйықтық, электр желісі және CNC басқару жүйесі

Электр-эрозиялық өңдеу станогының жұмыс істеу сапасына келсек, негізінен төрт негізгі бөліктің дұрыс өзара әрекеттесуі әсер етеді. Біріншіден, мырышпен кейде қапталған қалайыдан жасалған өткізгіш сым электрод бар. Бұл зат өзінің бөліктерін біртіндеп ыдыратып отырып, материалды кесуге арналған бақыланатын электрлік отын құрайды. Содан кейін барлық процеске қатысатын, әдетте кәдімгі деиондалған су болып табылатын диэлектрлік сұйықтық ағып өтеді. Ол бір мезгілде үш маңызды қызмет атқарады: кесу кезінде салқындату, бөлшектеліп қиылған металдың қалдықтарын жуып тазалау және отын пайда болатын өте аз кеңістікті сақтауға көмектеседі. Бұл процесстің барлығын қамтамасыз ететін жоғары жиілікті қуат көзі импульстар түрінде үздіксіз отын құру үшін энергияны шығарып отырады. Сонымен қатар, CNC басқару жүйесі сол құрылыстарды CAD сызбаларынан дәл сымның қозғалысына айналдырып, 0,005 миллиметр дәлдікпен жұмысты орындайды. Барлығын осындай қосып қойсаңыз, қандай қорытынды шығады? 300 миллиметр қалыңдықтағы өткізгіш материалдарды тіпті жанаспай-ақ кесіп шығуға қабілетті машина.

Диэлектрик сұйықтық динамикасы және оның бетінің кедір-бұдырлығын (Ra) тиімділеуге әсері

Диэлектрик сұйығының жүйе бойынша ағу жылдамдығы және оның таза болуы соңғы бет сапасына үлкен әсер етеді. Сұйық динамикасы дұрыс теңгерілген кезде ысыраны тиімді шығаруға көмектеседі, яғни қайта құю қабаттары аз болады және соңғы өнімде шағын жарылымдар кем болады. Көптеген цехтар ағынды минутына шамамен 8-ден 12 литрге дейін ұстап тұрудың ең жақсы нәтиже беретінін байқаған, себебі бұл иондалу кедергісінің мәселелерін азайтады. Мұндай орнату әдетте қатты болатпен жұмыс істеген кезде де Ra 0,8 микроннан төменгі кедір-бұдыр өлшеулерін береді. Бүкіл процеске бойынша шынайы таза сұйықты ұстап тұру үшін көптеген өндірушілер 5 микрондық фильтрлері бар күшейтілген сүзу жабдығына инвестиция жасайды. Бұл жүйелер қоспаның ішіне ластануын болдырмауға көмектеседі, өйткені қоспалар көмекші разрядтардың пайда болуына әкеліп соғып, соңында өлшемдік дәлдік өлшеулеріне кедергі жасайды.

Электрмен жабдықтау және импульсті басқару: Өнімділікті алу қарқынын (MRR) және үстеме кесуді теңестіру

Бүгінгі электрмен жабдықтау жүйелері адаптивті импульсты басқару технологиясын қолданады, ол операторлардың ток деңгейлерін (0,5-32 А дейін) және импульс ұзақтығын (0,1-200 микросекунд аралығында) дәл баптауына мүмкіндік береді. Қорытпалармен жұмыс істеу кезінде токтың орнатылған мәнін арттыру материалды алу көрсеткішін 20-40 пайызға дейін көбейтетінін атап өту керек, бірақ бұл жағдайда өлшемнің ауытқуы 0,015-0,03 мм шамасына дейін артады. Екінші жағынан, өндірушілер 2 А төмен энергиялы импульстарды таңдаған кезде титан бөлшектерінің беті 0,4 микрометрден төменгі кедір-бұдырлық мәндерімен өте тегіс болып шығады, бірақ оның орнына кесу жылдамдығы баяу болады. Әсіресе, плюс-минус 0,01 мм дәлдікпен жасалатын турбина жапалақтарын жасау кезінде әуе қозғалтқыштарының сапасы мен қателіктерін анықтау аэроғарыш индустриясында ерекше маңызы бар болғандықтан, дұрыс тепе-теңдік нүктесін табу өте маңызды.

Сымның тұрақты жұмыс істеуі үшін кернеу мен бағыттау жүйелері

Әдетте 8-ден 12 Ньютонға дейінгі сым кернеуі бағыттау жүйелерімен бірге операциялар барысында кесу жолын тұрақты ұстап тұрады. Машиналар ұзақ уақыт жұмыс істеген кезде, ыстық жиналу нәтижесінде пайда болатын табиғи ұзаруды түзету үшін автоматты кернеу компенсаторлары жұмыс істейді. Бұл күрделі материалдарды, мысалы, Inconel 718 сияқты қалыпты кесуге кедергі келтіретін материалдарды өңдеу кезінде үзілген сымдар санын шамамен 70% азайтады. Барлығын плюс немесе минус 2 микрометрге дейінгі дәлдікпен туралайтын арнайы алмазбен қапталған бағыттауыштар – күрделі пішіндер мен контурлар жасау үшін өте маңызды. Осындай дамыған жүйелердің болуы медициналық имплантаттарды дайындау сияқты өте дәлдікті талап ететін салада үздіксіз 200 сағат бойы өндірістік циклдарды жүргізуге мүмкіндік береді.

Жоғары беріктік материалдарды EDM сыммен кесу: Қатты қорытпалардағы қиыншылықтарды жеңу

Құралдық болат пен Инконель сияқты қатты және жоғары беріктік материалдарды кесу үшін EDM сымды пайдалану

EDM сымды машиналар қалыпты кесу әдістерімен ғана баса алмайтын материалдармен жұмыс істей алады, мысалы, D2 және H13 сияқты құралдық болаттар, Inconel 718, сондай-ақ қатты титан қорытпалары. Бұл процесстің барлығы электродтар арасындағы айырлар арқылы жүзеге асырылады, нәтижесінде материал тікелей жанаспай өңделіп тозады. Материалдың қаттылығы Роквелл шкаласы бойынша шамамен 65 HRC дейін болса да, өнімнің құрылымдық бүтіндігі сақталып қалады. Әсіресе, әуе-космостық немесе қалып жасау салаларындағы өндірушілер үшін, экстремалды жағдайларға төзімді бөлшектер дайындау маңызды болып табылады. Түбіртекті жапырақшаларды шығарушылар әсіресе осы мүмкіндікке тәуелді, өйткені дәстүрлі өңдеу әдістері қорытпа компоненттерінің жұқа микрқұрылымына зақым келтіруі немесе талапқа сай болмауы мүмкін.

Аз қалып өзгерісі мен тікелей жанаспайтын кесу: Құрылымдық бүтіндіктегі артықшылықтар

Басқа әдістерден ерекшелігі сол, бұл EDM сым құралдың қысымын тікелей түсірмейді немесе металдың құрылымын бұзатын жылу әсерінен пайда болған аймақтарды құрмайды. Мысалы, жұқа қабырғалы титан бөлшектерді алыңыз, біз EDM сым құралын қолданған кезде нақты жақсартуларды көрдік. Өткен жылы шыққан Precision Manufacturing Report хабарлауынша, бір зерттеу лазерлік кесуге қарағанда EDM сым құралын қолданған кезде бұрмалау 92 пайызға дейін төмендейтінін көрсетті. Дәл осындай дәлдік медициналық имплантаттар мен әуе-кеңістік инженериясы сияқты салаларда өте маңызды. Микроскопиялық деңгейде материалдар сақталып қалса, соңғы өнімдер кернеу кезінде жақсырақ жұмыс істейді және жұмыс істеу мерзімі ұзақ болады.

EDM сым құралындағы артық кесу және өлшемдік дәлдік: Қатты материалдардағы дәл шектерді басқару

Қатты материалдарда ±0,005 мм дәлдікпен өңдеу үшін айнымалы энергия мен сымды ауыстыру компенсациясын дәл басқару қажет. Дамып жатқан CNC жүйелері импульс ұзақтығы мен диэлектрлі тазалау сияқты параметрлерді автоматты түрде реттейді, бұл құрамдардың күрделі отын жанармай жүйесін немесе жіп бағыттаушы салындыларды өңдеу кезінде аса маңызды.

Зерттеу жағдайы: Аэроғарыш компоненттерін титаннан сымды электроэрозиялық өңдеу

Соңғы аэроғарыш жобасы титаннан жасалған отын жүйесінің бөлшектерін Ra бетінің тегістігімен 0,4 µm және орналасу дәлдігі ±0,008 мм . Бұл процесстердің нәтижесінде қосымша өңдеу кезеңдері болдырмау арқылы әкелу уақытын қысқартты 34% сонымен қатар AS9100 аэроғарыш сапасының стандарттарына сай келді.

Электроэрозиялық сымды кесуде дәлдікті және бетінің сапасын арттыру

Субмикронды қайталанымды қатты материалдарды дәл кесу

Бүгінгі таңда сымдық электроэрозиялық өңдеу станогы қатты материалдармен жұмыс істегенде, мысалы, вольфрам карбиді немесе Inconel, шамамен ±0,002 мм (шамамен 0,00008 дюйм) дәлдікке жетеді, бұл көптеген дәстүрлі өңдеу әдістерінен асып түседі. Осындай дәлдікке жету неге байланысты? Бұл станоктар жылу әсерін нақты уақытта түзететін жүйелерге негізделген күрделі компьютерлік бақылау арқылы сымды қозғалтады, сонымен қатар кесу процесінде пайда болатын табиғи ұлғаюға қарсы күреседі. Мысалы, әуе-космостық қосымшаларды қарастырайық. Турбина жаппайларындағы кішігірім саңылауларды жасаған кезде, өндірушілерге ауаның двигатель арқылы дұрыс ағып шығуы үшін микроскопиялық дәлдік қажет. Сымдық электроэрозиялық өңдеу осы жұмысты өте жақсы орындайды, сонымен қатар қосымша полировка қажетсілігінсіз машина шыққан кезде Ra 0,8 микрон шамасында беттік өңдеу жасайды.

Параметрлерді реттеу арқылы беттік кедір-бұдырлығын (Ra) оптимизациялау

Операторлар үш негізгі параметрді реттеу арқылы беттің сапасын жақсартады:

Бұл параметрлерді реттеу титан бөлшектердің орташа бетінің қаттылығын 42%-ға азайтады, сонымен қатар 18 мм³/мин өңдеу жылдамдығын сақтайды.

Даму бағыты: Нақты уақыттағы дәлдікпен басқарудың жетілдірілуі

Бүгінгі күні бейімделуші басқару жүйелері бөлшектерді кесу кезінде өлшемдік ақауларды анықтау мен жою үшін машиналық оқыту қолдана отырып, ойынды өзгертіп жатыр. Бұл технология электродтар арасындағы электр тогындағы айырмашылықтар, кесу сымының иілу орындары және процеске қолданылатын арнайы сұйықтың күйі сияқты жағдайларды бақылайды, содан кейін ток күшін өз бетінше реттейді. Жанармай форсункалары үшін осындай ақылды басқаруды енгізгеннен кейін ұшақ бөлшектерін жасайтын компанияның қателер саны шамамен үштен бірге дейін төмендеді. Бұның ерекшелігі – 0,01 мм ауытқуға рұқсат етілетін жылдам қарбыз кесу мен 0,002 мм дәлдікті қажет ететін дәл соңғы өңдеуді байланыстыруында. Бұл өндірушілерге күрделі пішіндерді бірден жасауға, бірнеше рет қондырғыларды ауыстырудың орнына уақыт пен ақшаны үнемдеуге мүмкіндік береді.

Әртүрлі салаларда қолдану: Әуе қатынасы, медицина және автомобиль өнеркәсібіндегі пайдалану мысалдары

Қатты материалдарда дәл өңдеу қажет болатын өндірістік салаларда EDM (электроэрозиялық өңдеу) станоктары маңызы зор болып табылады. Температура әсерінсіз кесу процесі мен субмикронды дәлдік арқылы үш негізгі салада маңызды шешімдер ұсынылды:

Әуе қозғалтқыштары: Жоғары беріктікті қажет ететін отын шүмектері мен турбина жапырақшалары

Аэроғарыш саласында Inconel 718 сияқты қиын материалдардан турбина жапырақтары мен отын саптартқыштарын жасау үшін сымдық электроэрозиялық өңдеу (wire EDM) маңызды әдіс болып табылады. Бұл никель негізіндегі суперқорытпалар өте жоғары температураға төзімді, температура 1400 градус Фаренгейт (760 Цельсийге жуық) асқан кезде де беріктігін сақтайды. Wire EDM әдісінің құндылығы оның кесу кезінде физикалық қысым түсірмейтіндігінде. Бұл әуездердің жұқа қанат бөліктерінде жиі пайда болатын микроскопиялық трещинкаларды болдырмауға көмектеседі және ауа ағынының каналдарын 0,0005 дюйм дәлдікпен сақтауға мүмкіндік береді. Әуелгі деректерге қарағанда, турбина жапырақтарындағы суыту тесіктерін дайындау үшін wire EDM әдісіне ауыстырған кезде қосымша өңдеу жұмыстарының көлемі лазерлік бұралау әдісімен салыстырғанда шамамен үштен екі бөлікке дейін азаяды.

Медицина: Дәлдік пен қатаң допускті талап ететін имплантаттар мен жасалғы аспаптар

Дәл қайталану үшін 5 микрондық сымдық электроэрозиялық өңдеу технологиясын пайдаланып, медициналық құрылғылар өндірушілері остеокондуктивті бетінің мәтіні бар титан жұлын имплантаттары мен 10 мкм төменгі шет радиустары бар хирургиялық қайшылар жасайды. Бұл мүмкіндік нәтижесінде 12-15% шығын әкелетін аустыру қадамдары жойылады.

Автокөлік: күрделі контурлармен прототиптеу және қалып жасау

Автокөлік инженерлері күрделі фаралардың рефлекторлары мен трансмиссия бөлшектері үшін қатты түрлендірілген аспаптық болат қалыптарды кесу үшін сымдық электроэрозиялық өңдеу станоктарын қолданады. Бұл процессте карбидті кесу қалыптарында 45° дейінгі бұрыштар алынады және Ra 0,4 мкм-ден төменгі бет өңдеулері сақталады, бұл постпроцессингсіз жоғары көлемді инъекциялық құю үшін маңызды.

Жиі қойылатын сұрақтар

Сымдық электроэрозиялық өңдеуді пайдаланудың негізгі артықшылығы қандай?

Wire EDM қолданудың негізгі артықшылығы - құралдардың тозуын азайтып, қиылып тұрған материалдарға механикалық кернеуді азайтатын физикалық байланыс болмауы. Бұл дәстүрлі әдістермен өңдеу қиын болатын қатты материалдармен жұмыс істеу кезінде ерекше пайдалы.

Wire EDM дәлдікті қалай қамтамасыз етеді?

Wire EDM компьютерлік сандық бақылау (CNC) жүйелері арқылы дәлдікке жетеді, онда сымның жылдамдығы, разряд жиілігі және ось қозғалысы сияқты айнымалылар басқарылады. Ақылды алгоритмдер материалдың түрі мен қалыңдығына байланысты қуаттың баптауларын реттейді, дәл қиылыстар жасауға мүмкіндік береді.

Wire EDM әдісінде сым электрод пен диэлектрлік сұйықтық қандай рөл атқарады?

Сым электрод ток өткізеді және материалды ыдыратады, ал диэлектрлік сұйықтық изолятор ретінде қызмет етіп, ластануын жояды және аймақты салқындатып, қосымша қабаттардың пайда болуына кедергі жасайды.

Wire EDM жоғары беріктік материалдармен жұмыс істей ала ма?

Иә, құралдық болат пен Инконель сияқты жоғары беріктік материалдармен жұмыс істеуге электрод-лақтыру қондырғысының үлкен мүмкіндіктері бар, себебі кесу процесі материалдың құрылымдық бүтіндігін сақтап, электр разрядтары арқылы және физикалық әсер етпей орындалады.

Электрод-лақтыру қондырғысынан қай салалар көбірек пайда көреді?

Әуежай, медициналық және автомобиль өнеркәсібі электролиттік лақтыру қондырғысынан өте дәл және ұзақ мерзімді пайдалануға болатын бөлшектер жасау үшін пайдаланады, мысалы турбина жапырақшалары, хирургиялық құралдар мен күрделі қалыптар.