Hvordan fungerer EDM-bearbeiding? Gnistgap, dielektrisk og utladningsfysikk

Et 0,3 mm innvendig hjørne i bunnen av en 58 HRC H13 dyseinnsats er punktet hvor fresing slutter å være et alternativ. Hjørneradiusen er mindre enn en hvilken som helst praktisk kutter, materialet vil drepe en karbidspiss i en enkelt omgang, og funksjonen sitter for dypt til at en verktøyholder kan nå. Det er jobben maskinering av elektrisk utladning ble bygget for.

Det korte svaret på hvordan EDM-maskinering fungerer: den fjerner metall med kontrollerte elektriske gnister i stedet for skjærekraft. En formet elektrode mates mot arbeidsstykket gjennom et bad av dielektrisk væske, en pulserende spenning bryter væsken ned over et gap på noen hundredeler av en millimeter, og hver utladning smelter og fordamper et mikroskopisk krater av metall. Elektroden berører aldri delen.

Fordi materialet fjernes termisk i stedet for mekanisk, slutter arbeidsstykkets hardhet å ha betydning og elektrisk ledningsevne blir kravet. Det som følger er mekanismen i detalj, systemene som holder den stabil, og de praktiske tallene som avgjør om EDM er den rette prosessen for en gitt funksjon.

Hva som faktisk skjer i gnistgapet

Gapet er hele prosessen. Ved etterbehandling er den typisk 0,01 til 0,05 mm på tvers; ved kraftig grovbearbeiding kan den åpne seg til omtrent 0,1 mm. Det rommet er fylt med dielektrisk væske, som isolerer elektroden fra arbeidsstykket til generatoren bestemmer noe annet.

Når en puls påføres, stiger spenningen til væsken ikke lenger kan holde den. En plasmakanal dannes over det smaleste punktet i gapet, strømmen flyter, og den lokale temperaturen når omtrent 8 000 til 12 000 grader Celsius, varm nok til å smelte og delvis fordampe arbeidsstykkets overflate. Pulsen varer i mikrosekunder. Når den slås av, kollapser kanalen, det smeltede bassenget imploderer og kaster det meste av materialet inn i væsken, og dielektrikumet frakter avfallet bort.

Så skjer det igjen. Avhengig av generatoren, kan en maskin produsere alt fra noen få tusen til flere hundre tusen utladninger per sekund, hver av dem skjærer ut et krater noen få mikron dypt. Servosystemet mater elektroden fremover for å holde gapet konstant: for nært og utladningen blir til en skadelig bue, for langt og det dannes ingen gnist i det hele tatt.

En detalj fanger folk ut. På en senkemaskin er elektroden en formet blokk av kobber eller grafitt; på en trådmaskin er det en bevegelig messingtråd. Fysikken er delt, verktøyet og applikasjonene er det ikke, og det er verdt å gjøre opp forskjellen før du spesifiserer en maskin. En sammenligning av søkke EDM vs wire EDM dekker hvor hver og en tjener sitt opphold.

Systemene som holder et utslipp stabilt

Hver EDM-maskin, fra en manuell ZNC til en fullt programmerbar søkke, er satt sammen av de samme byggeklossene. Hvis en av dem blir utkonkurrert, kan ikke de andre kompensere for det.

En utladningssyklus, trinn for trinn

Å følge en enkelt puls gjør atferden på kontrollskjermen lettere å lese.

1. Servoen fører frem elektroden til gapet er omtrent på bredden av et menneskehår.
2. Generatoren øker spenningen over gapet; dielektrikumet holder det tilbake til sammenbrudd.
3. En plasmakanal dannes og strømmen stiger i mikrosekunder til den programmerte toppverdien.
4. Overflaten under kanalen smelter og delvis fordamper, og etterlater et krater.
5. Pulsen slutter, kanalen kollapser, og krateret imploderer, og støter smeltet metall ut i væsken.
6. Spyling fører ruskene ut og friskt dielektrikum strømmer inn.
7. Trinn to til seks gjentas tusenvis av ganger per sekund mens CNC-en går i bane rundt elektroden for å feie ut hulrommet.

Hardhet er irrelevant, konduktivitet er ikke

Uten skjærekraft involvert, maskinerer EDM et 62 HRC formstål, sementert karbid og Inconel med samme elektrode og samme armatur. Det er ingen verktøyavbøyning, ingen arbeidsherding, ingen skravling, og tynne ribber bøyer seg ikke bort fra kuttet. Det ene harde kravet er at arbeidsstykket leder elektrisitet.

Elektrodemateriale følger motsatt logikk. Kobber holder på fine detaljer og slites sakte ved lave strømmer, som er grunnen til at det dominerer etterarbeid på detaljerte hulrom. Grafitt fjerner mer materiale per minutt ved høy strøm og er langt lettere å maskinere til store, komplekse former, men det etterlater en grovere overflate og slites raskere på de skarpe kantene som definerer et hulrom.

Hjørneklær er detaljen som stille koster penger. En elektrode slites i hjørnene flere ganger raskere enn over dens flate flater, så et hulrom som måler riktig ved den første passeringen går utenfor toleransen når elektroden rundes av. Det er grunnen til at elektrodene kuttes i understørrelse for å ta hensyn til gnistgapet og slitasjetilskuddet, og hvorfor en andre etterbehandlingselektrode ofte er billigere enn en kassert form.

Fra grov til speil: Hvordan hvert pass endrer finishen

Ingen hulrom er maskinert i en enkelt omgang. Den første elektroden tar den tunge fjerningen med høy strøm og lang utladningstid, og etterlater en matt, groper overflate. Senere pass bruker den samme elektroden med gradvis lavere strøm og kortere på-tid, så hver gnist skjærer ut et grunnere krater på toppen av det forrige og ruheten faller trinnvis.

To konsekvenser følger. For det første kollapser fjerningshastigheten ettersom finishen forbedres, så en speilfinish på et stort hulrom tar timer i stedet for minutter og prises deretter. For det andre må de siste passeringene fjerne det skadede laget som er igjen av passeringene før dem: det omstøpte eller hvite laget er vanligvis noen få mikron til noen titalls mikron tykt, og på en dyse som skal poleres, må den løsne i stedet for å skyves rundt.

Sekvensen de fleste verktøyrom bruker er tre til fem passeringer med avtagende strøm, og ender en grad finere enn tegningen krever hvis hulrommet skal håndpoleres etterpå.

Hvor EDM vinner, og hvor den taper

EDM er treg til bulkfjerning og uslåelig i detalj. Prosessvalg kommer vanligvis ned til en kort liste med kriterier.

Regelen de fleste verktøyrom følger er enkel: fres alt en kutter kan nå, og brenn deretter det som er igjen, hjørner, dype ribber, skarpe innvendige kanter og alle funksjoner i herdet stål.

ZNC, PNC og CNC: Hva kontrollnivået kjøper deg

Prisforskjellen mellom EDM-maskiner bor i kontrollsystemet, ikke i tanken. En ZNC-maskin har servokontroll kun på Z-aksen: X og Y plasseres for hånd, og hver passering er en enkel nedmating med tilbaketrekking. Det er billig, robust og fortsatt det rette svaret for arbeid med enkelt hulrom med en formet elektrode.

En PNC-maskin legger til programmerbare Z-akse-sykluser, flertrinns tilbaketrekking og lagrede dybder, noe som forkorter oppsettet og forbedrer spylingen ved dypere arbeid. Full CNC legger til servokontroll på X, Y og ofte C, slik at elektroden kan gå i bane, sveipe og spiral. Den samme elektroden kutter forskjellige størrelser ved å endre baneradius, spyling kan omplasseres automatisk, og flere hulrom kjører uten tilsyn.

På tvers av området er disse tre kontrollnivåene delt etter arbeidsbordstørrelse like mye som etter elektronikk, og synkende EDM-maskiner er gruppert langs akkurat de linjene.

Et kompakt eksempel på den fullt programmerbare enden er CNC-450, en småbordsmaskin som fortsatt bærer bane og multi-pass etterbehandling, som normalt er nok for innsatsarbeid og små multi-kavitetsformer.

CNC 450 EDM synkemaskin Kompakt CNC-styrt søkke EDM med valgfri Panasonic servo elektrisk boks, presentert for innsatsarbeid og små multi-hulromsformer. Se produkt →

Matcher maskinen til arbeidet, ikke omvendt

Tre tall avgjør om en tilbudt jobb faktisk passer: arbeidsbordvandring, arbeidstankdimensjoner og maksimal elektrodevekt. Travel setter det største hulrommet du kan plassere, tanken setter det største arbeidsstykket du kan senke, og elektrodevekten bestemmer hvor tungt et grafittemne hodet kan bære uten å miste gapkontrollen.

Grovstrøm er den andre fellen. En stor generator på en liten maskin er ikke en fordel. Kraftig grovarbeid med en stor elektrode trenger spylevolum som en kompakt tank ikke kan levere, så maskinen ender opp med å kjøre godt under merkestrømmen for å unngå buedannelse, noe som betyr at du har betalt for kapasitet du ikke kan bruke.

I praksis dekker en mellomstor maskin det meste av formplatearbeid: CNC-650, for eksempel, parer et større bord og en tank med en generator dimensjonert for å matche dem, som er konfigurasjonen som holder grovstrøm, spyling og servorespons i balanse.

CNC 650 EDM synkemaskin Mellomstor CNC-senkende EDM med valgfri Panasonic servo elektrisk boks, balansering av grovstrøm, spyling og servorespons for støpeplatearbeid. Se produkt →

Dype hulrom og store muggsopp: Den virkelige grensen

Dype hulrom avslører den ekte grensen for EDM, som er evakuering av rusk. Når dybden øker, krymper spyleområdet i forhold til gapvolumet, karbonpartikler forblir fanget, og utslippet blir ustabilt uansett hvordan generatoren er innstilt. Gjennom-elektrodespyling, periodisk elektrodeinntrekking og kjøring av mindre strøm enn maskinen teoretisk kan levere er standard mottiltak.

På store arbeider som formbunner, dyseblokker og dype ribber, er det praktiske taket satt av Z-vandring, tankstørrelse og maskinstivhet i stedet for av toppstrøm, så maskiner i denne klassen er spesifisert rundt struktur og spylelogistikk. En modell som CNC-1260, med et betydelig større bord og tank, finnes for akkurat den klassen av arbeid.

CNC 1260 EDM synkemaskin Stor CNC-synkende EDM for formbaser, dyseblokker og dype ribber, der Z-vandring, tankstørrelse og stivhet definerer arbeidstaket. Se produkt →

EDM-bearbeiding: Ofte stilte spørsmål