"Druže, kako reže metal a da ga ne dodirne?" upita me.
I tada sam shvatio da smo u ovom poslu toliko dugo da jednostavno pretpostavljamo da svi znaju što je Wire EDM. Oni to ne čine. Čak se i naši kupci ponekad zbune, a to su ljudi koji naručuju precizne dijelove koji zahtijevaju tolerancije veće od... pa, nema veze, shvatili ste.
Pa idemo. Wire EDM objasnio je netko tko se ovim bavi 18 godina i ima problema s leđima što to dokazuje.
Pravo ime (i zašto ga nitko ne koristi)
Wire EDM je kratica za Wire Electrical Discharge Machining. Neki ljudi to zovu žičanom erozijom ili obradom iskrom, ili – ako ste stvarno stari-školski – iskrom erozijom. Jenkiji ga ponekad zovu "rezač sira", što je meni smiješno, ali i nekako točno.
Evo u čemu je stvar: nitko u našoj radionici zapravo ne kaže u potpunosti "Wire EDM". To je samo "žičani stroj" ili "Fanuc" (jer to je marka koju imamo tri) ili ponekad "onaj prokleti temperamentni stroj u kutu" kada nas žalosti.
Što je, da vam kažem, češće nego što bih želio.
Dakle, što je to, stvarno?
Dobro, zamislite da pokušavate prorezati blok od kaljenog čelika. Očvrsnuo, što znači da ga ne možete bušiti, glodati ili bilo što učiniti s njim tradicionalnim metodama. Jednostavno je prokleto pretvrd – pravi alatni čelik, 60 HRC, stvar koja se smije rezačima od tvrdog metala.
Wire EDM nije briga. Presjeći će ga kao puter. Pa, vrlo spori maslac. Vrlo skup, vrlo precizan maslac.
Evo kako to radi (i obećavam da je ovo pojednostavljena verzija):
Imate super{0}}tanku žicu – govorimo obično o 0,25 mm, tanju od žice za gitaru – koja je rastegnuta između dvije vodilice. Ova žica djeluje kao jedna elektroda. Vaš obradak je druga elektroda. Obje su uronjene u deioniziranu vodu (više o toj katastrofi čeka se kasnije).
Zatim propustite električnu struju kroz žicu, stvarajući tisuće sićušnih iskri u sekundi – poput minijaturnih munja – između žice i vašeg dijela. Svaka iskra topi maleni komadić metala, a voda ispire ostatke.
Žica zapravo nikada ne dodiruje obradak. Uvijek postoji mali razmak – možda 0,01 mm – gdje dolazi do iskrenja. To je kao magija, samo što je fizika, a mnogo je skuplja od magije.
Zašto to uopće radimo (kada postoji redovita strojna obrada)
Dobro pitanje. Redovno CNC glodanje je brže, jeftinije, lakše. Pa zašto se gnjaviti s Wire EDM?
Zato što ponekad trebate učiniti stvari koje obična strojna obrada jednostavno ne može:
Stvrdnuti materijali– Ovo sam već spomenuo, ali ogromno je. Cijeli dan režemo dijelove alatnog čelika koji bi uništili bilo koji uobičajeni rezni alat.
Nemogući oblici– Pokušajte izglodati kvadratni unutarnji kut. Hajde, ja ću čekati. Ne može se učiniti, zar ne? Rezač je okrugao. Ali uz Wire EDM možete imati odgovarajuće oštre unutarnje kutove jer žica može promijeniti smjer. Obavili smo posao prošli mjesec za tvrtku medicinskih uređaja (NDA, ne mogu reći tko, ali oni proizvode kirurške instrumente) s unutarnjim kutovima koji su bili apsolutno kritični. Žičana erozija bila je jedina opcija.
Sitne karakteristike– Utori uži od bilo kojeg glodala? Nema problema. Nedavno smo izrezali proreze širine 0,3 mm kroz 50 mm kaljenog čelika. Probajte to na mlinu, izazivam vas.
Bez sila rezanja– Ovo je komadić koji se ljudima oduševi. Budući da žica nikada ne dodiruje dio, sila rezanja je nula. Nula. Što znači da možete rezati nevjerojatno osjetljive dijelove ili dijelove tankih-stjenki bez izobličenja. Prošle smo godine izrezali neke zrakoplovne nosače koji su imali debljinu stijenke od 0,5 mm. Na mlinu bi samo vibrirali i slomili se.
Različite vrste (jer naravno postoje)
Zapravo postoje dva glavna okusa:
Dvo{0}}osni strojevi– Osnovni tip. Žica ide ravno gore-dolje, reže okomite zidove. Toga najviše imamo u dućanu. Naša tri Fanuc stroja imaju dvije-osovine i obavljaju vjerojatno 80% našeg posla.
Četvero{0}}strojevi– One otmjene gdje se gornja i donja žica mogu pomicati neovisno. To znači da možete rezati sužene stijenke, složene 3D oblike, turbinske lopatice i takve stvari. Imamo jednu Mitsubishi jedinicu s četiri-osi koja košta više od moje kuće (doslovno – provjerio sam fakturu kad smo je kupili 2019., zatim sam potražio svoju hipoteku i malo zaplakao).
Prije su postojale razlike između "putujuće žice" i "stacionarne žice", ali putujuća žica je pobijedila u toj bici prije desetljeća. Sada biste morali otići u muzej da pronađete stacionarni stroj sa žicom.
Sama žica (tako jednostavna stvar, takva noćna mora)
Pomislili biste da je žica jednostavna, zar ne? To je samo žica.
Oh, ti slatko ljetno dijete.
Uglavnom koristimo mjedenu žicu – to je zapravo mjed obložen-cinkom, koja dobro provodi struju i ne puca tako lako. Uobičajena veličina je promjer 0,25 mm, iako imamo sve od 0,1 mm (za stvarno fini rad) do 0,3 mm (za grubo rezanje).
Žica je skupa. Nije "luksuzni auto" skup, ali kalem od 5 kg košta oko £80-120 ovisno o kvaliteti, a ovi strojevi prolaze kroz to kao... pa, zamislite da pletete žicom koju bacate usput. Vjerojatno trošimo 15.000 funti godišnje samo na žicu. Jenny iz računa iznosi ovo Svaki. Singl. Proračun. Sastanak.
A evo i zabavnog dijela: žica se jednom koristi, a zatim se sprema. Prolazi kroz zonu rezanja točno jednom, biva električno erodiran i oslabljen, a zatim ide ravno u kantu za otpad. Imamo ogromnu kantu iskorištene žice u kutu trgovine. Prikupljanje recikliranja dolazi svakog drugog utorka, a čak i oni izgledaju zbunjeno koliko žice proizvedemo.
Prekidi žice su prokletstvo našeg postojanja. Stroj lijepo zuji, reže dio, a zatim SNAP. Prekidi žice. Stroj se zaustavlja. Morate provući novu žicu (što na nekim dijelovima može potrajati 20 minuta), pronaći gdje ste bili u rezu, ponovno pokrenuti. Izgubljeno vrijeme, izgubljeni novac, a ako ste ja, izgubili ste strpljenje jer ovo je TREĆI prekid danas.
Zašto se žica lomi? Odaberite:
Postavke spark preagresivne
Pogrešna napetost žice
Onečišćena dielektrična tekućina
Loša sreća (ovo je opravdan razlog)
Merkur u retrogradnom hodu (šalim se, ali samo)
Situacija s vodom (ili zašto su nam računi za struju suludi)
Sjećate se da sam spomenuo deioniziranu vodu? Da, to je cijela stvar.
Voda u Wire EDM stroju ima višestruku namjenu:
Hladi zonu iskrenja
Ispire metalne ostatke
Djeluje kao dielektrik (električni izolator dok napon ne postane dovoljno visok da iskri)
Ali MORA biti deioniziran – što znači da su svi minerali i ioni uklonjeni. Obična voda iz slavine bi previše lako provodila struju i dobili biste samo kratki spoj umjesto kontroliranog iskrenja.
Dakle, imamo ovaj masivni deionizacijski sustav. To je u osnovi postrojenje za pročišćavanje vode u kutu naše radionice. Filteri, spremnici smole, pumpe, radovi. Samo održavanje ove stvari košta nas oko 3000 funti godišnje.
I protok vode! Kroz te strojeve pumpamo stotine litara u minuti. Mitsubishi troši oko 60 litara u minuti. To je kada svake 2-3 minute. Samo stalno cirkulira, filtrira, hladi, recirkulira.
Naša inspektorica zaštite okoliša posjetila nas je prošle godine (draga žena, vrlo temeljita, apsolutno nas je prestravila) i zapravo je bila impresionirana koliko je naše upravljanje vodama čisto. Navodno je većina trgovina puno gora. Osjećali smo se neobično ponosno, kao kad vaša-svekrva-pohvali vaše domaćinstvo.
Programiranje ovih zvijeri (ili: zašto plaćamo Jamesa previše)
Programiranje žičane elektroerozije je… posebno.
To nije kao obično CNC programiranje gdje možete samo okrenuti i prilagođavati se u hodu. Pogriješite, ili ste uništili vrlo skupo mjesto ili sjedite tamo 20 sati i režete zrak jer su vam odmaci pogrešni.
James je naš vodeći Wire EDM programer. On je ovdje od 2007., poznaje te strojeve bolje od vlastite djece (njegove riječi, ne moje, iako se njegova žena nasmijala kad je to rekao na božićnoj zabavi prošle godine). Plaćamo ga vrlo dobro jer pronaći nekoga tko zapravo razumije Wire EDM programiranje je kao pronaći jednoroga. Jednorog koji je dobar u matematici i ne smeta mu po cijele dane buljiti u CAD modele.
Softver generira putanju alata, ali morate uzeti u obzir sljedeće:
Pomak žice (razmak između žice i dijela)
Više prolaza (grubi rez, obrani rezovi, završni rez)
Kompenzacija konusa (za rad s četiri-osi)
Ulazne/izlazne strategije
Kutni uvjeti
Za većinu dijelova potrebna su najmanje dva prolaza. Prvi prolaz – koji se naziva grubi rez – brzo uklanja većinu materijala. Zatim napravite jedan ili više prijelaza s puno finijim postavkama kako biste dobili završnu obradu površine i točnost dimenzija.
Onaj posao koji sam ranije spomenuo za tvrtku medicinskih uređaja? Ukupno pet dodavanja. Grubi rez je trajao oko 6 sati. Svaki klizač dodavao je još 3-4 sata. James je proveo više vremena programirajući ga nego što je stroj potrošio režući ga.
Brojevi koje svi žele (ali sjedite)
"Koliko je točan?" – Svaki kupac, ikada.
Rutinski držimo ±0,005 mm na većini poslova. To je pet tisućinki milimetra. Pet mikrona. Otprilike 1/10 debljine ljudske vlasi.
Na našem Mitsubishiju s četiri{0}}osi, kad James ima dobar dan i bogovi strojeva se smiješe, možemo postići ±0,002 mm. To ulazi u područje mjerne nesigurnosti gdje nismo potpuno sigurni je li naša mjerna oprema dovoljno precizna da potvrdi ono što smo zapravo napravili.
Završna obrada površine? Obično oko 0,2-0,4 Ra (to je mjerenje hrapavosti) na obranim rezovima. Spustite se na 0,1 Ra ako se stvarno trudimo, iako u tom trenutku trošite godine na ciljne prolaze.
Ali evo prljave tajne koju vam nitko ne govori:Žičani EDM je SPOR.
Ta čelična ploča debljine 50 mm koju sam ranije spomenuo? Grubo rezanje na našim tipičnim postavkama? Oko 30-40 kvadratnih milimetara u minuti. Dakle, izrez od 100 mm x 100 mm traje 3-4 sata. ONDA radite svoje propusnice.
Prošlog smo tjedna citirali posao za koji je kupac bio šokiran da je potrebno 40 sati strojnog vremena. "Ne možete li samo... ubrzati?" pitali su. Pa da, tehnički, ali tada vaš dio izgleda kao smeće, a točnost dimenzija pada kroz prozor. U Wire EDM-u nema besplatnog ručka.
Brzina nasuprot završnici nasuprot točnosti – odaberite dva, ne možete imati sva tri.
Kada NE koristiti Wire EDM (iskren dio koji moj šef želi da ne pišem)
Gledajte, mi zarađujemo kada koristite naše usluge Wire EDM. Ali dopustite da vam uštedim vrijeme i novac:
Ako ga možete mljeti, meljite ga. Redovita CNC obrada vjerojatno je 10x brža i upola manja za većinu posla.
Ako su vaše tolerancije labavije od ±0,02 mm, vjerojatno vam ne treba žičana erozija.
Ako je vaš materijal mekan (aluminij, meki čelik, plastika), definitivno nemojte koristiti Wire EDM. Upalit će, ali je pretjerano.
Ako trebate samo vanjske oblike i oni nisu ludo složeni, rezanje vodenim mlazom vjerojatno je jeftinije.
Prošli smo mjesec odbili posao - tip je htio da žičanom erozijom izrežemo neke aluminijske nosače. Rekao sam mu otvoreno: "Druže, daj ovo samljeti. Svaka strojarska radionica to može napraviti za četvrtinu vremena za pola cijene." Cijenio je iskrenost i na kraju nam je poslao drugačiji posao za koji je zapravo trebao Wire EDM. Ponekad se isplati biti pošten.
Ali nemojte reći prodaji da poklanjam posao. Već su ljuti na mene zbog posta na blogu koji sam napisao u kolovozu o preskupim alatima. To je izazvalo neke... rasprave.
Česti problemi (ili: zašto imam stresne snove o puknuću žice)
Prekidi žice– Već spomenuto, ali ozbiljno, to je 80 posto naših problema. Probali smo različite žice, različite napetosti, žrtvovali smo kokoš bogovima strojeva (šalim se… uglavnom). Nekih dana stroj jednostavno odluči da vas mrzi.
Dielektrična kontaminacija– Metalni ostaci nakupljaju se u vodi, vodljivost raste, iskrenje postaje nedosljedno, dijelovi izlaze grubi. Mijenjamo filtere religiozno svaki tjedan. Religiozno. Na rasporedu je, crvenom olovkom, dvaput podvučeno.
Preoblikovati sloj– Proces iskrenja topi metal, a malene količine ponovno se skrućuju na površini reza. Ovaj "ponovni sloj" je možda debeo 0,001-0,01 mm, ali je tvrđi i lomljiviji od osnovnog materijala. Za neke aplikacije to nije važno. Za druge (dijelove koji su kritični za zamor, na primjer), to je veliki problem i potrebno ga je ukloniti ručnim poliranjem. Napravili smo seriju dijelova za F1 tim prošle godine (opet, NDA, ali oni su crveni) gdje je uklanjanje preinačenog sloja dodalo 2 sata ručnog rada po dijelu.
Konusni– Čak i na strojevima s dvije{0}}osi, ako vaša žica nije savršeno okomita, dobit ćete konus. Obično sitan – možda 0,01 mm preko 50 mm visine – ali tu je. Na kritičnim dijelovima, James provodi godine provjeravajući i podešavajući okomitost žice. Ima cijeli taj ritual s indikatorom na brojčaniku za koji sam prilično siguran da je barem 50% praznovjerja, ali dijelovi izlaze čisti pa tko sam ja da sudim?
Kutno pranje– U unutarnjim kutovima, ispiranje nije tako dobro, tako da dobivate nedosljedne rezove. Za to postoje strategije kompenzacije, ali to znači više vremena za programiranje i obično dodatni pregled. Pranje kuta je razlog zašto James mrmlja sebi u bradu dok programira.
Budućnost (ili: što inženjere drži budnima noću)
Kamo ide Wire EDM tehnologija?
Brže rezanje– Svaka nova generacija stroja zahtijeva 20-30% veće brzine rezanja. U stvarnosti, to je više od 10-15% i obično dolazi s kompromisima u završnoj obradi površine. Ali prihvatit ćemo ga. Naš najnoviji Fanuc (isporučen u ožujku ove godine, još uvijek se isplaćuje) osjetno je brži od našeg modela iz 2015.
Bolja automatizacija– Naš Mitsubishi može raditi bez nadzora preko noći AKO sve ide savršeno. Veliko "ako". Noviji strojevi imaju bolje sustave za uvlačenje žice, automatsko podešavanje napetosti žice, sve te dobre stvari. San je strojna-gašenje svjetla. Stvarnost je takva da Steve još uvijek dolazi u 6 sati ujutro kako bi provjerio noćne vožnje jer smo svi prije bili opečeni.
Integrirano mjerenje– Neki vrhunski-strojevi sada imaju sustave sondiranja koji mogu mjeriti dio bez uklanjanja iz stroja. Ovo još nemamo (£40,000+ dodatak-), ali vidio sam da je prikazano i zaista je impresivno. Uštedio bi Jamesu oko 30 minuta po dijelu na složenim poslovima.
Bolja tehnologija iskrenja– Novi generatori s većom kontrolom nad karakteristikama iskre. Finija završna obrada površine, manje prelivanja, bolja točnost kutova. Ove stvari postaju istinski bolje, a ne samo marketinška glupost.
Praktični savjeti (od nekoga tko je napravio sve pogreške)
Budući da vjerojatno razmišljate o Wire EDM radu, evo nekoliko teško stečenih-mudrosti:
1. Dizajn za žičanu eroziju– Unutarnji kutovi trebaju imati polumjere najmanje jednake promjeru žice + pomak. Dakle, minimalni radijus žice od 0,25 mm + 0.05mm pomaka=0.3mm. Cijelo vrijeme dobivamo crteže s naznačenim oštrim kutovima i moramo objašnjavati fiziku dizajnerima. Brzo stari.
2. Ostavite vremena– Nemojte nas zvati u petak poslijepodne ako trebate dijelove u ponedjeljak ujutro. Ne događa se. EDM žica zahtijeva VRIJEME. Tipičan mali dio je minimalno 8-12 sati. Složeni dijelovi mogu biti dani.
3. Priprema materijala je važna– Ako vaš uzorak nije-oslobođen, može se iskriviti dok ga režemo zbog oslobađanja unutarnjih naprezanja. Onda su tvoje tolerancije smeće. Nemojte preskočiti ublažavanje stresa na kritičnim dijelovima.
4. Početne rupe– Trebamo rupu kroz koju ćemo provući žicu da bismo počeli rezati. Za većinu dijelova prvo je potrebno izbušiti rupu od 2-3 mm. Uključite ih u svoj dizajn ili ćemo vam naplatiti njihovo bušenje.
5. Trošak nije linearan– Dodavanje drugog prolaza udvostručuje vrijeme stroja. Strože tolerancije znače više prolaza. 0.01tolerancija mm košta možda 20% više od 0,02 mm. Ali tolerancija od 0,002 mm? To je dvostruko ili trostruko jer trebamo više dodatnih završnih prolaza i sve mora biti savršeno.
6. Površinska obrada u odnosu na toleranciju– Srodni su, ali nisu isti. Možete imati usku toleranciju s grubom završnom obradom ili labavu toleranciju s zrcalnom završnom obradom. Budite jasni što je važnije za vašu prijavu.
Stvarno realne aplikacije
Gdje najčešće vidimo Wire EDM?
Izrada alata i matrica– Ovo je posao od kruha. Matrice za bušenje, matrice za oblikovanje, umetci za injekcijske kalupe. Sve što treba složene oblike od kaljenog čelika. Vjerojatno radimo 40% svog posla za proizvođače alata.
Zrakoplovne komponente– Nazubljenja lopatica turbine, strukturni priključci s preciznim izrezima-za uštedu težine, bilo što od titana (što je užasno za konvencionalnu obradu). Napravio sam seriju titanskih nosača prošli mjesec, što bi bilo stvarno nemoguće na bilo koji drugi način.
Medicinski uređaji– Kirurški instrumenti, komponente implantata, sve što zahtijeva preciznost i dobru površinsku obradu. Iako nas je regulatorna dokumentacija za medicinski rad skoro ubila. Jenny je provela TRI TJEDNA na dokumentaciji za našu certifikaciju ISO 13485. Još uvijek je ogorčena zbog toga.
Precizna mjerila– Mjerne igle, mjerni blokovi, kontrolni uređaji. Kalibracijski laboratorij niz ulicu jedan je od naših stalnih kupaca.
Automobilizam– Uglavnom rad na prototipovima i motosportu. Obujmi proizvodnje obično su previsoki za ekonomiju Wire EDM. Ali za taj F1 tim? Novac zapravo nije problem kada su vam potrebni dijelovi koji rade.
Zaključak-(jer ovo postaje dugo)
Dakle, što je Wire EDM?
To je precizan proces rezanja metala koji koristi električne iskre za erodiranje metala, sposoban za nevjerojatnu točnost i sposoban za rezanje materijala i oblika koji bi bili nemogući s uobičajenom strojnom obradom. Spor je, donekle skup, povremeno temperamentan i apsolutno neophodan za određene vrste posla.
Vrijedi li o tome učiti? Ako se bavite proizvodnjom, apsolutno. Ako vam ikada zatrebaju složeni dijelovi napravljeni od tvrdih materijala, vjerojatno ćete na kraju razgovarati s nekim poput mene.
Jesmo li pristrani jer posjedujemo četiri Wire EDM stroja i moramo ih zauzeti kako bismo opravdali svoje postojanje pred Jenny u računovodstvu? Možda. Ali oni su uistinu izvanredni strojevi kada trebate ono što oni mogu.
Ako ih želite vidjeti na djelu, organiziramo obilaske trgovina svakog prvog četvrtka u mjesecu (sljedeći je 1. prosinca, pošaljite e-poruku Sandri da rezervira mjesto). Pošteno upozorenje: nije ih uzbudljivo gledati – samo tanka žica koja se polako kreće kroz metal i ne događa se ništa dramatično. Ali rezultati su prilično spektakularni.
I ponesite čepiće za uši. Dielektrične pumpe su GLASNE.
P.S.– Oh, a ako vas Wire EDM zanima, trebali biste znati o njegovom rođaku:Sinker EDM(također se naziva Ram EDM). Koristi oblikovanu elektrodu koja se spušta kako bi spalila šupljine u metalu – sjajno za izradu kalupa. Isti princip iskre, potpuno različite primjene. Nemamo ga, što me spašava od objašnjavanja još jednog golemog računa za struju Jenny.