วิธีการเลือกเครื่องตัด EDM แบบลวดที่เหมาะสมสำหรับการตัดวัสดุโลหะผสม

เหตุใดเครื่อง EDM แบบลวดความเร็วต่ำจึงเหมาะที่สุดสำหรับการตัดโลหะผสมอย่างแม่นยำ

เครื่องตัดด้วยกระแสไฟฟ้าความเร็วต่ำ (Low speed wire EDM) เป็นที่รู้จักกันดีในด้านความแม่นยำสูงเมื่อใช้งานกับโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง วิธีการกัดเซาะด้วยประกายไฟไม่ก่อให้เกิดแรงทางกลซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับวัสดุเช่นไทเทเนียมและอินโคเนล ที่มีแนวโน้มจะบิดงอระหว่างกระบวนการกลึงแบบปกติ ระบบเหล่านี้ทำงานด้วยแรงตัดที่แทบไม่มีเลย ทำให้สามารถควบคุมขนาดได้อย่างแม่นยำในช่วง ±0.005 มม. แม้แต่กับชิ้นส่วนที่ละเอียดบางหรือมีผนังบาง พื้นผิวของชิ้นงานสามารถเรียบได้ถึงประมาณ Ra 0.2 ไมครอน ซึ่งเป็นค่าที่วิธีการดั้งเดิมส่วนใหญ่ไม่สามารถทำได้ เนื่องจากเส้นลวดเคลื่อนที่ช้าลงผ่านวัสดุ ผู้ปฏิบัติงานจึงสามารถควบคุมการสะสมความร้อนได้ดีขึ้น สิ่งนี้ช่วยป้องกันรอยแตกเล็กๆ ที่อาจเกิดขึ้นในเหล็กเครื่องมือที่ผ่านการอบแข็ง และรักษาโครงสร้างของโลหะให้คงอยู่ตลอดกระบวนการกลึง

การใช้เทคนิคตัดแบบหลายรอบช่วยเพิ่มระดับความแม่นยำได้อย่างมาก ทำให้สามารถปรับแต่งรายละเอียดขนาดเล็กกว่าไมครอนในขั้นตอนการตัดผิวครั้งสุดท้ายได้อย่างแม่นยำ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมการบินและยานอวกาศ และการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ ซึ่งความเรียบเนียนของพื้นผิวสามารถกำหนดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนก่อนที่จะเกิดความเสียหาย การใช้ความเร็วต่ำในการตัดจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าการตัดด้วยความเร็วสูงเต็มที่ เพราะช่วยลดการสั่นสะเทือนของลวด และช่วยขจัดเศษวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากระบบไดอิเล็กทริกที่ดีขึ้น ผลในทางปฏิบัติคือ เราสามารถรักษาร่องการตัดที่สม่ำเสมอและได้มุมตัดที่คมชัด แม้จะเป็นรูปทรงที่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียม ซึ่งโดยทั่วไปแล้วมักดัดแปลงยาก การลดความเร็วลงจริงๆ แล้วช่วยลดโอกาสที่ลวดจะขาด และทำให้จัดการกากตะกอนได้ง่ายขึ้น บริษัทที่ให้ความสำคัญกับความถูกต้องของรายละเอียดทุกจุด แทนที่จะผลิตแค่ปริมาณมาก จะพบว่าเทคโนโลยี EDM แบบลวดความเร็วต่ำสามารถตอบโจทย์ทุกความต้องการได้อย่างครบถ้วน ไม่ว่าจะเป็นความแม่นยำ คุณภาพผิวงาน และความสามารถในการผลิตซ้ำได้อย่างสม่ำเสมอ

ส่วนประกอบเครื่องจักร EDM ที่สำคัญซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพการกลึงโลหะผสม

แหล่งจ่ายไฟแบบความมั่นคงสูงสำหรับควบคุมคลื่นพัลส์อย่างสม่ำเสมอในโลหะผสมที่ไวต่อความร้อน

แหล่งจ่ายไฟที่มีเสถียรภาพเป็นสิ่งจำเป็นในการป้องกันการบิดตัวจากความร้อนขณะทำงานกับโลหะผสมที่ทนทาน เช่น Inconel 718 เนื่องจากช่วยรักษาพลังงานของประกายไฟให้คงที่ตลอดกระบวนการ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงระยะเวลาพัลส์เพียงเล็กน้อยเกินประมาณ ±2% ก็อาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กที่น่ารำคาญในวัสดุที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ อุปกรณุรุ่นใหม่สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าทุกครึ่งไมโครวินาที ซึ่งสร้างความแตกต่างอย่างมากเมื่อทำการตัดโลหะผสมไทเทเนียม ระดับการควบคุมนี้ช่วยให้สามารถตัดรายละเอียดได้อย่างแม่นยำในระดับต่ำกว่าไมครอน ขณะเดียวกันก็ทำให้ชั้นวัสดุที่เกิดจากการหลอมกลับ (recast layer) บางลงอย่างมากเมื่อเทียบกับระบบรุ่นเก่า การทดสอบบางอย่างแสดงให้เห็นว่าชั้นวัสดุมีความหนาน้อยลงประมาณ 40% ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมากสำหรับผู้ที่ต้องทำงานกับวัสดุเหล่านี้เป็นประจำ

ระบบกรองไดอิเล็กทริกขั้นสูงสำหรับการจัดการตะกอนอย่างมีประสิทธิภาพในโลหะผสมเหนียว

โลหะผสม เช่น อลูมิเนียมบรอนซ์ มักจะสร้างตะกอนหนาที่แทรกซึมเข้าไปในเส้นทางการตัดได้อย่างลึกซึ้ง หากไม่มีระบบกรองที่มีประสิทธิภาพ เมื่อโรงงานติดตั้งระบบที่มีหลายขั้นตอนพร้อมเครื่องแยกแบบเห็นหนีศูนย์กลาง เครื่องเหล่านี้โดยทั่วไปสามารถกำจัดอนุภาคได้ประมาณ 99 เปอร์เซ็นต์ ลงจนถึงขนาดประมาณ 25 ไมครอน การรักษาน้ำยาไดอิเล็กทริกให้ไหลเวียนอย่างต่อเนื่องระหว่าง 15 ถึง 20 ปอนด์ต่อนิ้วตารางนิ้ว (psi) จะทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากเมื่อทำงานกับวัสดุเหนียวประเภทนี้ สิ่งนี้ช่วยป้องกันปัญหาสายลาก (wire drag) ที่น่ารำคาญ ซึ่งเป็นสาเหตุของข้อผิดพลาดในการกลึงจำนวนมาก โรงงานรายงานว่าหลังจากการปรับเปลี่ยนนี้ ข้อผิดพลาดลดลงประมาณ 30% นอกจากนี้ อิเล็กโทรดลวดยังมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น เนื่องจากเกิดการอาร์กตัดระหว่างการทำงานน้อยลง ช่างกลึงส่วนใหญ่จะบอกคุณว่า การตั้งค่านี้ทำงานได้ดีกว่าอย่างต่อเนื่องสำหรับการจัดการกับโลหะผสมที่ยากเหล่านี้ทุกวัน

การเลือกอิเล็กโทรดลวดที่เหมาะสม: เส้นผ่านศูนย์กลาง ชั้นเคลือบ และความต้านทานแรงดึงสำหรับโลหะผสมแข็ง

เมื่อทำงานกับเหล็กเครื่องมือที่ผ่านการอบแข็งซึ่งมีความแข็งเกิน 60 HRC ร้านงานหลายแห่งพบว่าลวดทองเหลืองเคลือบสังกะสีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 0.25 มม. ให้สมดุลที่เหมาะสมระหว่างการนำไฟฟ้าและความต้านทานแรงดึง โดยทั่วไปจะมีค่าความต้านทานแรงดึงอยู่ระหว่าง 900 ถึง 1,000 นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร การเคลือบผิวยังมีผลอย่างชัดเจนด้วย — การทดสอบแสดงให้เห็นว่าลวดชนิดนี้สามารถลดความลึกของหลุมอัด (crater depth) ลงได้ประมาณ 35% เมื่อเปรียบเทียบกับลวดที่ไม่มีการเคลือบปกติ ในการตัดวัสดุทังสเตนคาร์ไบด์ การใช้ลวดขนาดเล็กลง เช่น 0.1 มม. จะช่วยให้สามารถขึ้นรูปงานละเอียดซับซ้อนได้มากขึ้น แม้กระนั้นผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องลดอัตราการให้อาหาร (feed rate) ลงประมาณ 20% เพื่อป้องกันการขาดของลวดในระหว่างการทำงาน การเลือกลวดให้เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษากว้างของรอยตัด (kerf width) ให้คงที่ตลอดการตัดหลายๆ รอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตัดตกแต่งขั้นสุดท้าย ซึ่งควรควบคุมค่าความคลาดเคลื่อนไว้ภายใน ±0.005 มม.

การถ่วงดุลความเร็ว ความแม่นยำ และความสมบูรณ์ของพื้นผิวในการตัดโลหะผสมประสิทธิภาพสูง

การใช้เครื่องตัดด้วยกระแสไฟฟ้าให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดหมายถึงการหาจุดสมดุลที่เหมาะสมระหว่างสามปัจจัยซึ่งมักขัดแย้งกัน: ความเร็วในการตัด ความแม่นยำของมิติ และการคงโครงสร้างโลหะไว้อย่างสมบูรณ์ สำหรับวัสดุที่ใช้ในชิ้นส่วนอากาศยาน เช่น ไทเทเนียม และอินโคเนล การรักษาน้ำหนักนี้จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง หากเกิดความร้อนมากเกินไปขณะตัด หรือใช้แรงมากเกินไป อาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กหรือความเค้นตกค้างภายในวัสดุ ซึ่งไม่มีใครต้องการ พนักงานโรงงานจึงจำเป็นต้องปรับค่าต่าง ๆ ตามชนิดของโลหะที่กำลังใช้งาน ตัวอย่างเช่น ซูเปอร์อัลลอยที่มีส่วนผสมของนิกเกิล จะต้องใช้ความเร็วในการประมวลผลที่ช้ากว่าเหล็กเครื่องมือทั่วไปมาก เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเช่น การแข็งตัวจากการแปรรูป (work hardening) ซึ่งจะทำให้การกลึงขั้นตอนต่อไปเป็นไปได้ยาก

กลยุทธ์การตัดหลายรอบเพื่อให้ได้มิติที่มีความคลาดเคลื่อนต่ำกว่าหนึ่งไมครอนในโลหะผสมไทเทเนียม

สำหรับโลหะผสมไทเทเนียม เช่น Ti-6Al-4V การกัดหลายรอบเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้พื้นผิวเรียบภายใต้ค่า Ra 0.1 µm โดยทั่วไปจะใช้วิธีดังนี้

• รอบแรก : ตัดหยาบที่ความเร็ว 0.3 mm/นาที โดยใช้ลวดขนาด 0.25 mm เพื่อขจัดวัสดุส่วนเกินออก
• รอบที่สอง : ตัดกึ่งละเอียดที่ความเร็ว 0.1 mm/นาที โดยใช้ลวดขนาด 0.2 mm ซึ่งช่วยลดการตัดเกินลงได้ 40%
• รอบสุดท้าย : ตัดตกแต่งขั้นสุดท้ายที่ความเร็วต่ำกว่า 0.05 mm/นาที โดยใช้ลวดทองเหลืองเคลือบผิว เพื่อกำจัดชั้นวัสดุที่เกิดจากการหลอมคืน

วิธีการแบบขั้นตอนนี้ช่วยควบคุมการบิดรูปจากความร้อน ขณะเดียวกันก็รักษาความแม่นยำตำแหน่งอยู่ในระดับ ±2 µm ตลอดชิ้นงานขนาด 100 mm

การวัดความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วและการผิวเรียบใน Inconel 718 และเหล็กเครื่องมือ

ความเร็วในการประมวลผลมีผลโดยตรงต่อคุณภาพพื้นผิวของโลหะผสมที่ทนความร้อน:

• อินโคนел 718 : การตัดที่ความเร็ว 12 m/นาที จะได้ค่า Ra 2.5 µm; เมื่อลดความเร็วลงเหลือ 7 m/นาที จะปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวให้ดีขึ้นเป็น Ra 0.8 µm ซึ่งหมายถึงการลดความเร็วลง 40% เพื่อแลกกับการปรับปรุงความเรียบของพื้นผิวถึง 68%
• เหล็กเครื่องมือ (D2) : รักษาระดับ Ra 1.2 µm ได้ที่ความเร็ว 15 m/นาที แต่หากความเร็วเกิน 20 m/นาที จะทำให้เกิดรูเล็ก ๆ บนผิว เนื่องจากการขจัดเศษวัสดุไม่ทัน

คำถามที่พบบ่อย

ข้อดีของการใช้เครื่องตัดลวด EDM ความเร็วต่ำในการตัดโลหะผสมคืออะไร

เครื่องตัดลวด EDM ความเร็วต่ำให้ความแม่นยำสูงมาก ช่วยควบคุมขนาดได้อย่างแน่นหนาและให้ผิวเรียบละเอียดเหนือกว่า นอกจากนี้วิธีนี้ยังลดแรงทางกลและป้องกันการสะสมความร้อน ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อนและโลหะผสมที่แข็งแรง

การตัดหลายรอบช่วยเพิ่มความแม่นยำในการกัดด้วยไฟฟ้าอย่างไร

การตัดหลายรอบช่วยให้สามารถปรับแต่งได้ในระดับไมครอนย่อยและเพิ่มคุณภาพพื้นผิว โดยการใช้รอบการตัดที่แตกต่างกัน ผู้ปฏิบัติงานสามารถปรับปรุงรอยตัดให้เรียบเนียนขึ้นและลดการสั่นของลวด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเช่น การบินและอวกาศ และการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์

เหตุใดแหล่งจ่ายไฟที่เสถียรจึงมีความสำคัญในเครื่องตัดลวด EDM

แหล่งจ่ายไฟที่เสถียรช่วยป้องกันการบิดตัวจากความร้อนระหว่างกระบวนการกัด สำหรับโลหะผสมที่ไวต่อความร้อน เช่น Inconel 718 พลังงานประกายไฟที่สม่ำเสมอเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวในระดับจุลภาคและรักษาความแม่นยำในระดับไมครอนย่อย

ระบบกรองไดอิเล็กทริกมีผลต่อประสิทธิภาพอย่างไร

ระบบกรองไดอิเล็กตริกขั้นสูงช่วยลดข้อผิดพลาดในการตัดแต่งอย่างมีนัยสำคัญ โดยการจัดการตะกอนและอนุภาคอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยป้องกันการลากของลวด และยืดอายุการใช้งานของขดลวดไฟฟ้า ทำให้ประสิทธิภาพในการตัดแต่งโดยรวมดีขึ้น

ควรพิจารณาปัจจัยอะไรบ้างเมื่อเลือกลวดไฟฟ้า

การเลือกลวดไฟฟ้าที่เหมาะสมเกี่ยวข้องกับการพิจารณาเส้นผ่านศูนย์กลาง ชั้นเคลือบ และความแข็งแรงต่อแรงดึง สำหรับโลหะผสมที่มีความแข็ง การเลือกลวดที่เหมาะสมจะช่วยรักษารอยตัดให้มีความกว้างสม่ำเสมอ ลดความลึกของหลุมจากการกัดกร่อน และสามารถสร้างรูปร่างงานที่ละเอียดได้โดยไม่ทำให้ลวดขาดระหว่างการทำงาน