EDM цэнэгийн элэгдэлт төхөөрөмж нь яаж өндөр нарийвчлалтай металл боловсруулалт хийдгийг мэдэх

EDM Цөмөгт Эрүүлдэгч Машиний Ажиллах Зарчим

Цахилгаан Искэрт Боловсруулалт (EDM) Гэж Юу Вэ?

EDM нь цахилгаан цэнэгийн боловсруулалт гэсэн утгатай бөгөөд цахилгаан дамжуулдаг хэсгүүдээс материалыг авч тавихын өөр нэг арга зам юм. Энгийн огтлогчийн төхөөрөмжүүдийн оронд EDM машинууд нь зэс, хүрээр эсвэл графитаар хийгдсэн электродуудыг ашигладаг. Эдгээр электродууд маш өндөр давтамжтай жижиг цэнэгийг үүсгэдэг бөгөөд эдлэлийг бодитоор түшиж байгаа нь биш юм. EDM-ийн үнэ цэнэ нь хэвийн боловсруулах аргуудад ихээхэн төвөгтэй байдаг хатуу ган, вольфрам карбид зэрэг маш хатуу материалыг огтлох чадвартай явдал юм. Эдгээр сорилтот материалыг ашиглан ажилладаг үйлдвэрүүд нь традицион аргууд зөвхөн ажлыг зөв хийхгүй үед EDM-ийг ашигладаг.

Цэнэгийн эрозийн процесс: EDM материалыг яаж нарийн боловсруулдаг вэ

ЭДМ искрээр хайлуулах төхөөрөмжүүд нь электрод ба ажлын хэсэг доторх онцгой диэлектрик шингэнд хүчдэлийн ялгааг үүсгэдэг. Тэдгээрийн хоорондох зай маш бага болох үед, 0.01-с 0.05 мм хүртэл, хүчирхэг цахилгаан искрүүд үүсдэг. Эдгээр нь тусгай халуун цэгүүдийг, заримдаа 10,000 градус Целсийн хэтээс хайлуулдаг. Энэ нь тэдгээрийн онцлог шинж чанар юм. Искрүүд диэлектрик шингэнд орж байгаа үед юу болох вэ? Шингэн нь температурыг хурдан бууруулж, чөлөөт орчноос бүх жижиг хэсгүүдийг зайлуулж, бүхэл хэсгийг халууныг нь хөнөөлөхгүйгээр урвалд ордог. Зарим орчин үеийн төхөөрөмжүүд нэг секундэд жинхэнэ хагас сая искрийг асааж чаддаг! Тэр зэрэг хурд нь хэрэглэгчдэд цаг тутамд хүрээгүй 10-с 20 куб мм хүртэлх материалыг цацрагийн нарийвчлалтайгаар авах боломжийг олгодог бөгөөд нарийвчлал нь дунджаар 5 мкм-ийн нарийвчлалтай байдаг.

Хүрэлцэхгүйгээр боловсруулах: Яагаад хэмжээний цахилгаан эрэгтэй боловсруулалт механик хүчлэг, деформацийг саатуулдаг вэ

Цахилгаан-эрэгтэй боловсруулалт (EDM) нь багаж, хэрэгсэл боловсруулж буй юмтай хүрэлцдэггүйгээс өөрөөр ажилладаг. Энэ нь зузаан ханыг муудмал болгох, дулааны эмчилгээ хийсэн металлтай ажиллахад гардаг хөдөлгөөн, хажуугийн чиглэлд үйлчлэх хүчний чичирхийлэл зэргээс урьдчилан сэргийлдэг. Онцлог нисдэг онгоцны хэсгүүд, турбины хөтөл боловсруулахад энэ чанар маш чухал. Өнгөрсөн жил хийсэн судалгаагаар EDM-г энгийн фрезерийн боловсруулалтын оронд ашиглавал боловсруулалтын дараа хэлбэр өөрчлөгдөх тохиолдол 10-аас 9 нь буурдаг байна. Мөн эмнэлгийн төхөөрөмжийн салбарт титаны нугын хэсэгт нарийн төвөгтэй хэлбэр үүсгэхэд энэ технологийг ашигладаг. Тэдгээгүүд 3 микрон хүртэл нарийвчлалтай хэмжээнд ажиллаж чаддаг тул эд ангиуд маш жижиг байх шаардлагатай байдаг.

EDM металл боловсруулалтын микрон нарийвчлалтай нарийн төвөгтэй боловсруулалт

ЭДМ искрэн цохилтын машинууд нь хяналт дээрх цахилгаан цэнэглэлтийн тусламжтайгаар микрон масштабын нарийвчлалд хүрэх бөгөөд тэргүүлэгч системүүд нь нарийвчлалыг ±2 мкм (±0.002 мм) дотор байлгаж чаддаг. Энэ нарийвчлал нь гурван хамтын хүчин зүйлсээс бий болдог: хүрэлцэхгүйгээр материалыг авчлах, электродын байрлалыг бодит цагт хянах, диэлектрик шингэний динамикийг оновчтой болгох явдал юм.

Хүртэл нарийвчлалд хүрэх ±2 мкм

Орчин үеийн утасны ЭДМ системүүд нь 50 нм-ийн нарийвчлалтай шугаман масштабыг искрэн завсрын хяналттай хослуулан цохилтны түгээгүүр, эмнэлгийн эрхтэн оруулагчын зааж өгөгч зэрэг хэсгүүдийг машиндаж чаддаг. Даралтанд хазайх уламжит огтлогчийн хэрэгсэлтэй өөр ЭДМ-ийн механик бус процесс нь 60HRC хэрчилдэг гангуудад ч ±2 мкм байрлалын нарийвчлалыг хадгалж чаддаг.

ЭДМ-д нарийвчлал болон давтагдсан байдлыг нөлөөлдөг хүчин зүйлс

1. Электродын хөнөөлдөггүйгээр тооцоолох - Автоматжуулсан систем нь үйл ажиллагаа бүртээ 0.2-0.5% хүртэлх зэсэн электродын хөнөөлдөггүйгээр тохируулдаг
2. Термийн тогтвортой байдал - Машиний хүрээнүүд нь термал өргөжлийг саатуулахын тулд идэвхитэй хөргөлтийн замаар ±0.1°C байлгаж чаддаг
3. Диэлектрик хяналт - Олон шатны фильтраци усны эсэргүүцлийг 5–10 МΩ·см дээр байлгаж, цахилгаан искэрэлтийн энерги нэг төрөл байдалтай байна

Туршлагын жишээ: Агаарын тээврийн хэсгийн үйлдвэрлэлд ±3 мкм нарийвчлал

2023 оны агаарын турбиний төсөл нь никель хайлшны хөнгөлтийн хоолойнуудыг ±3 мкм нарийвчлалтайгаар үүсгэхийн тулд шүүрхийг цахилгаан-эрозийн аргаар боловсруулжээ. Энэ процесс нь лазерийн огтлолтын альтернатив аргаас 48% хурдан хурдны хамт 0.08 мм өнцгийн радиусыг хадгалж, 0.3 мм зузаан ханын хэсгүүдийг боловсруулжээ.

Нарийвчлалыг хадгалж байгаа диэлектрик шингэн ба электродын удирдлагын үүрэг

Хүчтэй даралттай диэлектрик урсгал (12–15 бар) нь секундын 0.3 мс дотор цахилгаан искэрэлтийн үлдэгдлийг зайлуулж, керфийн өргөнийг 5–8 мкм-аар нэмэгдүүлдэг давхар искэрэлтийг саатуулдаг. Мөн зэрэгцээгээр 0.05 мкм нарийвчлалтай шугаман моторууд температурын өргөтгөлтийг нөхөн тохируулахын тулд утасны таталтыг (±0.01 Н) ба тэжээлийн хурдыг (0.05–6 мм/мин) засварладаг.

Нэмэлт үйлдлээр гадаргуугийн чанарыг сайжруулахгүйгээр шилдэг гадаргууны төгсгөл

Цахилгаан-эрозийн гадаргуу төгсгөлийн чадавхи: Ra 0.1 мкм-ээс эхлэн толь маягийн үр дүнгээс хүртэл

ЭДМ-д ашигладаг искэр хайлуурын машиныг ашиглан Ra 0.1 микрон байх гадаргуугаас эхлээд гэрлийг толины адал явуулах чадвартай гадаргуу хүртэл үйлдвэрлэж болно. Энэ нь энгийн үйлдвэрлэлийн арга барилаас ялгаатай нь уламжлалт аргууд нь төмөр замаар үлдээсэн шинж тэмдэг үлдээдэг бол ЭДМ нь дулааныг ашиглан жижиг, нэгэн зэрэг цохорхой үүсгэдэг. Advanced Manufacturing-ийн өнгөрсөн жил хэвлүүлсэн тайлангаар онгоцны хэсгүүдийг үйлдвэрлэдэг компаниудын ойролцоогоор 40 хувь нь Ra гадаргуугийн шаардлага 3 микрон буюу түүнээс доош байх чухал хэсгүүдийг олохын тулд ЭДМ-д ямар ч нэмэлт гадаргуу гөхөлт хийдэггүй болсон гэнэ. Эдгээр чадваруудын төлөө олон үйлдвэрлэгчид хамгийн бага гадаргуугийн дутагдал ч эцсийн бүтээгдэхүүний ажиллагаанд нөлөөлж болох мэс заслын имплант эсвэл линзийн орцны хувьд ЭДМ маш ашигтай арга гэж үздэг.

Нэмэлт боловсруулалт, тэгшлэлтийг хэрэггүй болгох

Эхний машинчлалтын үе шатанд эцсийн гадаргын чанарыг хангах замаар ЭДМ ажилбарын алхамууд болон материал алдагдлыг бууруулдаг. Жишээ нь:

• Гар аргаар засварлахгүй хатуу төмөр хэрэгсэлийн орчин үеийн нарийн төмөр загварын 95% -д шаардагдах (салбарын стандарт үзүүлэлтэнд үндэслэн)
• Хэтрүүлэн засварлах эрсдэлгүй нимгэн ханатай эсвэл хурц ирмэгтэй зэрэг нарийн онцлог
  Энэ үр ашгийн өсөлт нь вольфрам карбид шиг өндөр үнэтэй материалд чухал ач холбогдолтой байдаг бөгөөд хоёрдогч үйл ажиллагаанууд нь хэсэгт нь зардлыг дараах хэмжээгээр нэмэгдүүлдэг $240 хэсэг тутамд (Үйлдвэрлэлийн системийн сэтгүүл, 2022 он).

Үйлдвэрлэлд огтлолтын хурд болон гадаргын чанарыг тэнцвэржүүлэх

Операторууд ЭДМ параметрүүдийг төслийн шаардлагад нийцүүлэн оновчтой болгодог:

Энэ уян хатан байдал нь үйлдвэрлэгчдэд анхны үед хурдны чиглэлээр ажиллах боломжийг олгох бөгөөд шаардлагатай гадаргуунуудын хувьд удаан, нарийн искренийг хадгалах боломжтой байдаг. Энэ стратегийн дүнд бүх циклийн хугацааг бууруулж болохыг харуулсан. 18–22% үйлдвэрлэлийн орчинд.

Ховилгүй, хүчдэлгүйгээр боловсруулах: ЭДМ-ийн чухал давуу тал

EDM цахилгаан искэрлийн төхөөрөмж нь цахилгаан цэнэгийн хяналттой цэнэгийг ашиглан механик даардлыг үлдээхгүйгээр нарийн металл боловсруулалтыг хийдэг. Энэ хүрээгүй арга нь хэсгийн бүрэн байдал нь хадгалагдах бөгөөд чухал хэсгүүдэд чухал ач холбогдолтой юм.

EDM-ийн боловсруулалтын шаардлагыг багасгах эсвэл бүрэн арилгах нь

EDM-ийн хүрээгүй материал хасах процессын үед ирмэг үүсэхгүй бөгөөд металлыг огтлохын оронд ууршуулдаг. Диэлектрик шингэн нь элэгдсэн бөөмсийг зайлуулж, Ra 0.4µm-ийн чанартай гадаргуу үүсгэдэг бөгөөд ихэвчлэн гөхөлтийн шаардлагагүй байдаг. Энэ нь түгээмэл боловсруулалтын ажлын явцад 15–30% цаг нэмж зарцуулах шаардлагатай байсан үеүүдийг арилгаж чаддаг.

Ирмэггүй, муруйдаггүй, төхөөрөмжийн элэгдэлгүй – EDM-ийн давуу тал

Төхөөрөмж-хэсэг хоорондын хүрэлцэхгүйгээр EDM-ээр талархдаг:

• Төхөөрөмжийн элэгдэл : Хатуу материалын хувьд электродууд нь фрезерийн төхөөрөмжийн 10 дахин урт нас хадгалдаг
• Дулааны деформаци : 0.1J-ээс бага цахилгааны энерги нь дулааны нөлөө үзүүлэх бүсийг саатуулдаг
• Механик даардлыг : 0.2 мм зузаан хүртэлх нимгэн шинж чанарууд хэвээр хадгалагдана

Энэ нь EDM-ийг аэроүйлдвэрийн шатахууны савны хэсэг болон эмнэлгийн бодисын хувьд микротой бүрэн таарахгүй байхад тохиромжтой болгодог.

Материалыг удаан авч тавихад удаан боловч урт хугацааны үр ашиг

EDM нь фрезерлэхээс удаан (2–8 мм³/мин гэхдээ 30–100 мм³/мин) боловч дараахь замаар илүү сайн нийт үр ашигтай байдаг:

Эдгээр давуу талууд нь хатуу төмөр, вольфрам карбидыг ашиглах үед огтлох хурдыг удаашруулна.

Хатуу материалын болон нарийн геометр дүрсийн хувьд EDM

Хатуу төмөр, вольфрам, карбидыг хөнгөн цохилтгүйгээр боловсруулах

ЭДМ-д ашигладаг искэртэй огтлолтын машинууд нь HRC70-аас дээш хатуу материалыг ажиллуулахад маш сайн. Эдгээр нь хатуу хэмээн эмжсэн тул хэрэгсэл хэмээн мөн тунгстений хайлш, хэвийн хэрэгсэл нь огтлох чадваргүй байдаг хатуу карбид материалыг ажиллуулдаг. Ийм хэт хатуугийн түвшинд ажиллах үед хэвийн технологийн арга нь ихэвчлэн хэрэгслийн элэгдэл эсвэл боловсруулах явцад бүтээгдэхүүний хэлбэр өөрчлөгдөхтэй холбоотой асуудалд тулгардаг. ЭДМ-ийг онцлог нь физик даралт үзүүлэхгүйгээр ажилладагийг нь дулаан ашигладагт оршино. Машин нь материалыг шууд хүргэлгүйгээр хайлуулан авдаг. Шүргэлцэхгүйгээр ажилладаг тул үйлдвэрлэгчид нисэх онгоцны турбиний хөрөө, карбид оруулгын нарийн хэлбэрүүдийг материал бүтцийн шинж чанарыг алдагдуулахгүйгээр огтолж чаддаг. Энэ нь онцлог хэмжээнд нарийвчлал чухал болж буй салбарт маш чухал ач холбогдолтой болоод байна.

Хэвийн аргаар хийх боломжгүй нарийн хөндий ба хүрээ үүсгэх

Технологийн тусламжтайгаар фрезерлэлт эсвэл гантигны аргаар хийх боломжгүй геометрийг хэрэгжүүлж болно. Жишээ нь, хөргөлтийн каналд 50:1 гүн-өргөн харьцаа эсвэл микро урсгалын төхөөрөмжүүдийн ±3мкм нарийн радиусууд. 2023 онд Хөгжимт үйлдвэрлэлийн институтын хийсэн судалгаагаар EDM нь 0.05мм диаметртэй нүхтэй түлшний савны цацруулагчийг үйлдвэрлэхдээ хаягдлыг 18%-иар бууруулсан байна. Программчлагдсан электрод замууд нь дараах боломжуудыг олгодог:

• Пластмассын хөрөөгийн 3D спираль хөндий орон зай
• Эмнэлгийн багаж хэрэгслийн доод талын ирмэг ба нарийн дотоод өнцөг
• Цагны хэсэгт 50мкм-ээс доошхи микро онцлогууд

Хөрөө ба орхины үйлдвэрлэлийн салбарт өсөн нэмэгдэж буй хэрэглээ

Одоогоор нарийн хүрээ хийцийн хэсгүүд болон цохуурга системүүдийг боловсруулах үед ажилчдын хоёр гуравны нь EDM технологийг ашиглаж эхэлсэн. Энэ нь хөнгөн цагаан болон цуврал хатуу хайлштай хийцийн хэсгүүдийг 5 тэнхлэгт машинд хийх боломжтой болгож байгаа тул автомашинд энэ ихээр хэрэглэгддэг. Энэ нь өмнө нь долоо хоног шаардагддаг байсан гарын үрэлт хийх ажлыг бүрэн хасч байгаа юм. Производлагчид илүү жижиг, хөнгөн хийцийн хэсгүүдийг шинэ хайлшуудаас гаргаж авахыг хүсэж байгаа тул EDM ажиллагаа илүү чухал болж байна. Бид үүнийг мөн олон салбарт оптик хүрээ хийхэд шаардлагатай тусгай хөндийн хэсгүүд болон нарийн гадаргуугийн загваруудыг боловсруулахад ашиглаж байна.

Ихэнх асуултууд

• EDM машинд ямар материалыг ашиглах нь илүү тохиромжтой вэ?
  EDM нь хатуу ган, вольфрамын карбид болон цахилгаан дамжуулах чадвартай бүх материалд маш үр дүнтэй ажилладаг.
• EDM яаж нарийвчлалыг хангаж авдаг вэ?
  ЭДМ нь хүртэлгүй материал түрхэх, электродын байрлалыг бодит цагт удирдах, диэлектрик шингэний динамикийг оновчлох замаар микрон түвшний нарийвчлалд хүрэгддэг.
• ЭДМ нь боловсруулалтын дараах шаардлагыг арилгадаг уу?
  Тийм, ЭДМ нь ихэвчлэн боловсруулалт хийх үед эцсийн гадаргуугийн чанарыг олж авдаг тул гадаргуу гөлгөржүүлэх, зэврүүлэх, гэрэлтүүлэх гэх мэт нэмэлт ажлыг багасгах эсвэл бүрэн арилгах боломжтой.
• ЭДМ-ийн традицион боловсруулалтын аргаас давуу тал юу вэ?
  ЭДМ нь механик стресстэйгүй нарийн огтлолт хийдэг, ирмэхийг арилгадаг, боловсруулалтын дараах үйлдлийг багасгадаг тул нарийн болон өндөр үнэтэй хэсгүүдэд таарч байна.
• ЭДМ нь традицион аргаас удаан уу?
  ЭДМ нь материал түрхэх хурдны хувьд удаан байж болох ч урт хугацаанд хэрэглэх багажны амьдрал, хаягдлын түвшний бууралт, гадаргуу боловсруулалтын үр дүн нь өндөр нарийвчлал шаардсан хэрэглээнд илүү үр ашигтай байдаг.