การเปรียบเทียบประสิทธิภาพการเจาะระหว่างเครื่องเจาะ EDM และเครื่องเจาะทั่วไป

หลักการทำงาน: การเจาะด้วย EDM เทียบกับการเจาะแบบทั่วไป

การกำจัดความร้อนด้วยไฟฟ้าในเครื่องเจาะ EDM

การเจาะด้วย EDM ทำงานโดยใช้การปล่อยประจุไฟฟ้าเพื่อทำให้วัสดุละลายออกไป โดยพื้นฐานแล้ว เครื่องมือที่ทำจากทองเหลืองหรือทองแดงจะปล่อยประกายไฟขนาดเล็กออกมา ซึ่งให้ความร้อนและขจัดวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ออกไปโดยไม่ต้องสัมผัสกันโดยตรง เมื่อประกายไฟเหล่านี้กระทบชิ้นงาน จะเกิดเป็นหลุมเล็ก ๆ ของพลาสมาที่ร้อนจัด ซึ่งค่อยๆ กัดเซาะผิววัสดุออกไป กระบวนการทั้งหมดจำเป็นต้องใช้สิ่งที่เรียกว่าของเหลวไดอิเล็กทริก ซึ่งโดยทั่วไปก็คือน้ำหรือน้ำมันพิเศษ ของเหลวนี้มีหน้าที่หลักสามอย่าง ได้แก่ ล้างเศษวัสดุที่เหลือจากการกลึงออก ช่วยระบายความร้อนระหว่างขั้วไฟฟ้า และทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้าเพื่อป้องกันไม่ให้ประกายไฟกระจายอย่างไม่ควบคุม เนื่องจากการเจาะแบบ EDM ไม่มีแรงตัดโดยตรง จึงไม่ทำให้ชิ้นส่วนบาง ๆ หรือละเอียดอ่อนเกิดการโค้งงอหรือบิดเบี้ยว สิ่งที่ทำให้วิธีนี้มีประโยชน์มากคือสามารถเจาะรูได้อย่างแม่นยำ แม้แต่ในโลหะที่แข็งมากถึงระดับความแข็งเกิน 60 HRC ซึ่งเครื่องมือตัดธรรมดาไม่สามารถทำได้

กลไกการตัดเชิงกลในการเจาะธรรมดา

วิธีการเจาะแบบดั้งเดิมทำงานโดยการหมุนเครื่องมือตัดที่ตัดผ่านวัสดุเมื่อขอบของเครื่องมือสัมผัสโดยตรง เมื่อเครื่องมือเหล่านี้สัมผัสกับวัสดุ จะเกิดความร้อนจากการเสียดสีจำนวนมาก บางครั้งอาจสูงถึงมากกว่า 600 องศาเซลเซียสเมื่อทำงานกับเหล็กกล้าไร้สนิม เนื่องจากความร้อนที่สูงมากนี้ ผู้ปฏิบัติงานจึงจำเป็นต้องเติมสารหล่อเย็นอย่างต่อเนื่องตลอดกระบวนการ สารเหล่านี้ช่วยควบคุมอุณหภูมิ ชะลอการสึกหรอของเครื่องมือ และขจัดเศษโลหะออกจากพื้นที่ทำงาน อย่างไรก็ตาม วิธีการเจาะแบบทั่วไปมีข้อจำกัดในด้านความสามารถในการจัดการ วัสดุเปราะหรือวัสดุที่มีความแข็งเกิน 45 HRC มักสร้างปัญหาโดยเฉพาะ เครื่องมือมีแนวโน้มจะแตกร้าวเร็วกว่าปกติ หักทั้งหมด หรือสึกหรออย่างรวดเร็วที่ขอบตัดเมื่อใช้กับวัสดุประเภทนี้

ความแตกต่างสำคัญในด้านการเกิดความร้อน การสัมผัสระหว่างเครื่องมือกับชิ้นงาน และการใช้พลังงาน

EDM รวมพลังงานไว้ในโซนการปล่อยประจุขนาดเล็กมาก โดยมีการสลายความร้อนออกทางของเหลวฉนวนได้สูงถึง 95% ในทางตรงกันข้าม การเจาะแบบทั่วไปจะกระจายพลังงานไปยังระนาบเฉือนที่กว้างกว่า ทำให้สูญเสียพลังงาน 30–40% เป็นความร้อนรอบข้าง แม้ว่า EDM จะหลีกเลี่ยงการเบี่ยงเบนของเครื่องมือและการบิดตัวจากแรงเครียดได้ แต่เวลาในการทำงานต่อรูหนึ่ง ๆ มักจะนานกว่าการเจาะเชิงกล

ความเร็วและประสิทธิภาพในการเจาะวัสดุที่แข็งและวัสดุพิเศษ

ผลของความแข็งของวัสดุต่อสมรรถนะของเครื่องเจาะ EDM

ความแข็งของวัสดุไม่ได้มีผลต่อประสิทธิภาพของการเจาะด้วย EDM เท่ากับวิธีการแบบดั้งเดิม ซึ่งเครื่องมือจะสึกหรออย่างรวดเร็วและเกิดการเปลี่ยนรูปเมื่อทำงานกับวัสดุที่มีความแข็งเกิน 45 HRC การตัดวัสดุด้วย EDM ใช้ประกายไฟในการทำให้วัสดุระเหยแทนการตัดเชิงกล จึงสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องในอัตราที่คงที่และรักษาระดับความแม่นยำได้แม้กับเหล็กกล้าเครื่องมือที่มีความแข็งสูงมาก (เกิน 60 HRC) เซรามิก และวัสดุที่ทนทานยากต่อการแปรรูปซึ่งเครื่องจักรทั่วไปทำไม่ได้ สิ่งที่สำคัญที่สุดในกรณีนี้คือการนำความร้อน วัสดุที่นำความร้อนได้ไม่ดี เช่น Inconel 718 จะกักเก็บความร้อนไว้บริเวณที่เกิดการกัดเซาะ ซึ่งกลับช่วยให้การขจัดวัสดุออกทำได้เร็วกว่าที่คาดไว้

การเปรียบเทียบความเร็วในการเจาะไทเทเนียม ซูเปอร์อัลลอย และคาร์ไบด์

การเจาะด้วย EDM มีประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการแบบดั้งเดิมอย่างมากในวัสดุพิเศษ ตามข้อมูลจาก SME 2023 การเจาะด้วย EDM สามารถเจาะได้เร็วกว่ากระบวนการทางกล 2–4 นิ้ว ในไทเทเนียมเกรด 5 เมื่อเทียบกับกระบวนการทางกล:

ข้อได้เปรียบนี้เกิดจากความไม่ไวต่อแรงกดของเครื่องมือ การสั่นสะเทือน และความแข็งของชิ้นงานในกระบวนการ EDM — ซึ่งเป็นปัจจัยที่ระบุไว้โดยตรงในมาตรฐาน ISO 5755-2022 สำหรับการควบคุมความคลาดเคลื่อนของรู โดยไม่มีแรงเสียดทานเชิงกล อัตราการใช้น้ำหล่อเย็นลดลง 40% ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการดำเนินงานได้อีกทางหนึ่ง

ความแม่นยำ พื้นผิวเรียบ และความสามารถในการเจาะรูที่มีอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูง

การบรรลุค่าความคลาดเคลื่อนต่ำกว่า 10 ไมครอน และรูที่ปราศจากเศษโลหะลอย (Burr) ด้วยกระบวนการ EDM

การกัดกร่อนด้วยไฟฟ้า (Electrical Discharge Machining) สามารถทำได้ถึงระดับความแม่นยำไมครอน โดยมักรักษาระดับความคลาดเคลื่อนต่ำกว่า 10 ไมครอน ผ่านกระบวนการกัดกร่อนด้วยความร้อนที่ควบคุมอย่างแม่นยำ เนื่องจากวัสดุจะถูกทำให้กลายเป็นไอทีละชั้น แทนที่จะถูกตัดด้วยแรงกล จึงไม่เกิดปัญหาเช่น คมพับ รอยฉีกเล็กๆ หรือขอบบิดเบี้ยว นั่นคือเหตุผลที่ผู้ผลิตหันไปใช้ EDM สำหรับชิ้นส่วนสำคัญในอุตสาหกรรมการบินและการดูแลสุขภาพ เช่น หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง หรือรูเจาะในเครื่องมือผ่าตัด ซึ่งความผิดพลาดด้านขนาดเพียงเล็กน้อยอาจนำไปสู่ความล้มเหลวหรือความเสี่ยงต่อผู้ป่วย นอกจากนี้ เนื่องจากไม่มีแรงกดจากการตัด EDM จึงเหมาะกับวัสดุที่แข็งมาก โดยสามารถทำงานกับเหล็กที่มีความแข็งเกิน 60 HRC และเซรามิกเปราะบางโดยไม่ก่อให้เกิดรอยแตกหรือชั้นแยกออกจากกัน โรงงานหลายแห่งรายงานว่า ชิ้นงานที่ต้องทิ้งลดลงประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์เมื่อใช้ EDM เมื่อเทียบกับเทคนิคการเจาะแบบดั้งเดิม ซึ่งในระยะยาวช่วยประหยัดต้นทุนได้อย่างแท้จริง

ความหยาบของพื้นผิว (Ra): EDM (0.2–0.8 µm) เทียบกับ แบบทั่วไป (1.6–6.3 µm) ในเหล็กกล้าไร้สนิม 17-4PH

เมื่อทำงานกับเหล็กกล้าไร้สนิม 17-4PH การตัดด้วยกระแสไฟฟ้า (EDM) สามารถให้ผิวเรียบในช่วง 0.2 ถึง 0.8 ไมโครเมตร Ra ซึ่งเรียบกว่ากระบวนการเจาะแบบดั้งเดิมที่มักให้ค่าระหว่าง 1.6 ถึง 6.3 ไมโครเมตร ถึงประมาณแปดเท่า กระบวนการกัดด้วยการเกิดสปาร์กช่วยให้ได้ผิวที่เรียบสม่ำเสมอ โดยไม่มีร่องเครื่องมือ ไม่มีเศษชิปติดค้าง หรือปัญหาการบิดตัวจากความร้อน ชิ้นส่วนที่ต้องรับการสึกหรอหนัก เช่น วาล์วไฮดรอลิก และที่ยึดแบริ่ง ได้รับประโยชน์อย่างมากจากพื้นผิวแบบนี้ เนื่องจากช่วยลดแรงเสียดทาน และทำให้ชิ้นส่วนเหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นก่อนต้องเปลี่ยน ในการประยุกต์ใช้งานจริงในหลากหลายอุตสาหกรรม ผู้ผลิตหลายรายพบว่าไม่จำเป็นต้องมีขั้นตอนขัดเงาเพิ่มเติมหลังกระบวนการ EDM อีกต่อไป ซึ่งจากการรายงานการผลิตหลายฉบับระบุว่า ช่วยประหยัดเวลาการกลึงโดยรวมได้ถึง 25 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์

การสึกหรอของเครื่องมือ การบำรุงรักษา และประสิทธิภาพการดำเนินงานในระยะยาว

การสึกหรอทางกลเป็นศูนย์ในเครื่องเจาะ EDM เทียบกับการเสื่อมสภาพของเครื่องมืออย่างรวดเร็วในเครื่องเจาะแบบดั้งเดิม

ด้วยการเจาะแบบ EDM ไม่มีการสึกหรอของเครื่องมือเชิงกลเลย เนื่องจากขั้วไฟฟ้าไม่ได้สัมผัสกับชิ้นงานโดยตรง แต่ขั้วไฟฟ้าจะสึกหรออย่างช้าๆ และคาดเดาได้ผ่านกระบวนการกัดกร่อนเมื่อมีประกายไฟเกิดขึ้น ซึ่งหมายความว่าขั้วไฟฟ้า EDM จะคงความมั่นคงทางมิติไว้ได้ตลอดหลายร้อยครั้งของการทำงาน ตัวอย่างที่ดีคือ ขั้วไฟฟ้า EDM หนึ่งตัวสามารถเจาะรูได้ประมาณ 500 รูในวัสดุที่ทนทานอย่าง Inconel ก่อนที่จะต้องเปลี่ยน ส่วนสว่านคาร์ไบด์มาตรฐานนั้นมีเรื่องราวที่ต่างออกไป โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องเปลี่ยนหลังจากเจาะได้เพียง 30 ถึง 50 รูในวัสดุประเภทเดียวกัน เนื่องจากเกิดปัญหาต่างๆ เช่น การสึกหรอบนผิวด้านข้าง (flank wear) การเกิดหลุมอุกกาบาต (crater formation) และการแตกร้าวที่ขอบตัด เมื่อพิจารณาเรื่องการบำรุงรักษา ระบบ EDM ส่วนใหญ่ต้องการดูแลเฉพาะของเหลวไดอิเล็กทริกและการปรับตำแหน่งขั้วไฟฟ้าเป็นครั้งคราวเท่านั้น แนวทางนี้ช่วยลดเวลาหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดลงประมาณ 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวิธีการดั้งเดิม ที่ผู้ปฏิบัติงานต้องเปลี่ยนเครื่องมืออยู่ตลอด ลับดอกสว่านใหม่ จัดการสารหล่อเย็น และปรับเทียบแกนหมุนใหม่ หากมองในภาพรวม ตามการศึกษาประสิทธิภาพการกลึงต่างๆ ในอุตสาหกรรม ผู้ผลิตจะเห็นการประหยัดต้นทุนการผลิตได้ประมาณ 30% ในระยะยาว

คำถามที่พบบ่อย

ข้อดีหลักของการเจาะ EDM เมื่อเทียบกับวิธีการเจาะแบบทั่วไปคืออะไร

ข้อได้เปรียบหลักของการเจาะ EDM คือความสามารถในการเจาะวัสดุแข็ง (มากกว่า 60 HRC) ได้อย่างแม่นยำ โดยไม่ก่อให้เกิดแรงทางกลหรือการเสียรูปของชิ้นงาน ซึ่งต่างจากวิธีการแบบทั่วไป

ทำไมการเจาะ EDM จึงต้องใช้ของเหลวไดอิเล็กทริก

ของเหลวไดอิเล็กทริกในการเจาะ EDM มีความจำเป็นเพื่อล้างเศษวัสดุที่ถูกกัดกร่อนออก ระบายความร้อนของขั้วไฟฟ้า และให้ฉนวนที่จำเป็นเพื่อควบคุมการปล่อยประจุไฟฟ้า

การเจาะ EDM ส่งผลต่อผิวเรียบอย่างไรเมื่อเทียบกับการเจาะแบบทั่วไป

การเจาะ EDM สามารถให้ผิวเรียบที่เรียบเนียนกว่ามาก โดยมักมีค่า Ra ระหว่าง 0.2 ถึง 0.8 ไมครอน ในขณะที่การเจาะแบบทั่วไปมักมีค่าผิวเรียบระหว่าง 1.6 ถึง 6.3 ไมครอน

มีการสึกหรอทางกลเกิดขึ้นในการเจาะ EDM หรือไม่

ไม่ใช่ การเจาะ EDM ไม่เกี่ยวข้องกับการสึกหรอทางกล เนื่องจากอิเล็กโทรดไม่สัมผัสชิ้นงานโดยตรง ซึ่งทำให้เครื่องมือมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าการเจาะแบบทั่วไปที่ประสบปัญหาการเสื่อมสภาพของเครื่องมืออย่างรวดเร็ว