Hvordan fungerer EDM-bearbejdning? Gnistgap, dielektrisk og udladningsfysik

Et 0,3 mm indvendigt hjørne i bunden af en 58 HRC H13 skær er det punkt, hvor fræsning stopper med at være en mulighed. Hjørneradius er mindre end nogen praktisk fræser, materialet vil dræbe en hårdmetalspids i en enkelt omgang, og funktionen sidder for dybt til, at en værktøjsholder kan nå. Det er den opgave, elektrisk afladningsbearbejdning blev bygget til.

Det korte svar på, hvordan EDM-bearbejdning fungerer: den fjerner metal med kontrollerede elektriske gnister i stedet for skærekraft. En formet elektrode føres mod emnet gennem et bad af dielektrisk væske, en pulserende spænding bryder væsken ned over et mellemrum på et par hundrededele af en millimeter, og hver udladning smelter og fordamper et mikroskopisk krater af metal. Elektroden rører aldrig delen.

Fordi materiale fjernes termisk i stedet for mekanisk, holder arbejdsemnets hårdhed op med at have betydning, og elektrisk ledningsevne bliver kravet. Det følgende er mekanismen i detaljer, systemerne, der holder den stabil, og de praktiske tal, der afgør, om EDM er den rigtige proces for en given funktion.

Hvad der faktisk sker i gnistgabet

Gabet er hele processen. Ved efterbehandling er den typisk 0,01 til 0,05 mm på tværs; ved kraftig skrub kan den åbne sig til ca. 0,1 mm. Det rum er fyldt med dielektrisk væske, som isolerer elektroden fra emnet, indtil generatoren beslutter andet.

Når en puls påføres, stiger spændingen, indtil væsken ikke længere kan holde den. En plasmakanal dannes på tværs af det smalleste punkt i mellemrummet, strømmen flyder, og den lokale temperatur når omkring 8.000 til 12.000 grader Celsius, varmt nok til at smelte og delvist fordampe emnets overflade. Pulsen varer mikrosekunder. Når den er slukket, kollapser kanalen, den smeltede pool imploderer og kaster det meste af sit materiale ned i væsken, og dielektrikumet fører affaldet væk.

Så sker det igen. Afhængigt af generatoren kan en maskine producere alt fra nogle få tusinde til flere hundrede tusinde udladninger i sekundet, hver udskærer et krater på et par mikrometers dybde. Servosystemet fører elektroden frem for at holde mellemrummet konstant: for tæt og udladningen bliver til en skadelig bue, for langt, og der dannes ingen gnist overhovedet.

En detalje fanger folk. På en sænkemaskine er elektroden en formet blok af kobber eller grafit; på en trådmaskine er det en bevægelig messingtråd. Fysikken er delt, værktøjet og applikationerne er ikke, og det er værd at udligne forskellen, før du specificerer en maskine. En sammenligning af synke EDM vs wire EDM dækker, hvor hver enkelt tjener sit hold.

Systemerne, der holder en udledning stabil

Hver EDM-maskine, fra en manuel ZNC til en fuldt programmerbar synke, er samlet af de samme byggeklodser. Hvis en af ​​dem er udkonkurreret, kan de andre ikke kompensere for det.

En afladningscyklus, trin for trin

At følge en enkelt puls gør adfærden på kontrolskærmen lettere at læse.

1. Servoen fremfører elektroden, indtil mellemrummet er nogenlunde bredden af ​​et menneskehår.
2. Generatoren hæver spændingen over mellemrummet; dielektrikumet holder det tilbage indtil sammenbrud.
3. En plasmakanal dannes, og strømmen stiger i mikrosekunder til den programmerede spidsværdi.
4. Overfladen under kanalen smelter og fordamper delvist og efterlader et krater.
5. Impulsen slutter, kanalen kollapser, og krateret imploderer og støber smeltet metal ud i væsken.
6. Skylning fører affaldet ud, og frisk dielektrikum strømmer ind.
7. Trin to til seks gentages tusindvis af gange i sekundet, mens CNC'en kredser om elektroden for at feje hulrummet ud.

Hårdhed er irrelevant, ledningsevne er ikke

Uden skærekraft involveret bearbejder EDM et 62 HRC matricestål, cementeret hårdmetal og Inconel med den samme elektrode og den samme armatur. Der er ingen værktøjsudbøjning, ingen arbejdshærdning, ingen snask, og tynde ribber bøjer ikke væk fra snittet. Det ene hårde krav er, at emnet leder elektricitet.

Elektrodemateriale følger den modsatte logik. Kobber holder på fine detaljer og slides langsomt ved lave strømme, hvorfor det dominerer efterarbejde på detaljerede hulrum. Grafit fjerner mere materiale i minuttet ved høj strøm og er langt lettere at bearbejde til store, komplekse former, men det efterlader en grovere overflade og slides hurtigere ved de skarpe kanter, der definerer et hulrum.

Hjørnebeklædning er detaljen, der stille og roligt koster penge. En elektrode slides i hjørnerne flere gange hurtigere end på tværs af dens flade overflader, så et hulrum, der måler korrekt ved den første passage, går uden for tolerancen, når elektroden rundes af. Det er grunden til, at elektroderne er skåret i undermål for at tage højde for gnistgabet og slidgodet, og derfor er en anden efterbehandlingselektrode ofte billigere end en kasseret form.

Fra groft til spejl: Hvordan hvert gennemløb ændrer finishen

Intet hulrum bearbejdes i en enkelt omgang. Den første elektrode udfører den tunge fjernelse med høj strøm og lange afladningsvarigheder, hvilket efterlader en mat, hullet overflade. Senere gennemløb bruger den samme elektrode ved gradvist lavere strømstyrke og kortere on-tid, så hver gnist udskærer et mere lavvandet krater oven på det forrige, og ruheden falder trin for trin.

To konsekvenser følger. For det første kollapser fjernelseshastigheden, efterhånden som finishen forbedres, så en spejlfinish på et stort hulrum tager timer i stedet for minutter og er prissat i overensstemmelse hermed. For det andet skal de sidste gennemløb fjerne det beskadigede lag efter gennemløbene før dem: Det omstøbte eller hvide lag er typisk et par mikrometer til et par titusvis af mikrometer tykt, og på en matrice, der vil blive poleret, skal det komme af i stedet for at blive skubbet rundt.

Sekvensen, som de fleste værktøjsrum bruger, er tre til fem omgange med faldende strøm, der ender en grad finere end tegningen kræver, hvis hulrummet skal håndpoleres bagefter.

Hvor EDM vinder, og hvor det taber

EDM er langsom til bulkfjernelse og uovertruffen i detaljer. Procesvalg kommer normalt til en kort liste over kriterier.

Reglen, de fleste værktøjsrum følger, er enkel: fræs alt, hvad en fræser kan nå, og brænd derefter det tilbage, hjørner, dybe ribber, skarpe indvendige kanter og enhver funktion i hærdet stål.

ZNC, PNC og CNC: Hvad kontrolniveauet køber dig

Prisforskellen mellem EDM-maskiner bor i styresystemet, ikke i tanken. En ZNC-maskine har kun servostyring på Z-aksen: X og Y placeres i hånden, og hver passage er en simpel ned-tilførsel med tilbagetrækning. Det er billigt, robust og stadig det rigtige svar til arbejde med enkelt hulrum med en formet elektrode.

En PNC-maskine tilføjer programmerbare Z-akse-cyklusser, flertrins tilbagetrækning og lagrede dybder, hvilket forkorter opsætningen og forbedrer skylningen ved dybere arbejde. Fuld CNC tilføjer servokontrol på X, Y og ofte C, så elektroden kan kredse, feje og spiral. Den samme elektrode skærer forskellige størrelser ved at ændre kredsløbsradius, skylning kan omplaceres automatisk, og flere hulrum kører uden opsyn.

På tværs af området er disse tre kontrolniveauer opdelt efter arbejdsbordstørrelse lige så meget som efter elektronik, og dysynkende EDM-maskiner er grupperet efter præcis disse linjer.

Et kompakt eksempel på den fuldt programmerbare ende er CNC-450, en lille bordmaskine, der stadig bærer kredsløb og multi-pass efterbehandling, hvilket normalt er nok til indsatsarbejde og små multi-kavitet forme.

CNC 450 EDM synkemaskine Kompakt CNC-styret synke EDM med valgfri Panasonic servo el-boks, præsenteret til indsatsarbejde og små multi-kavitetsforme. Se produkt →

Matcher maskinen til arbejdet, ikke den anden vej

Tre tal afgør, om et tilbudt job faktisk passer: arbejdsbordsvandring, arbejdstankdimensioner og maksimal elektrodevægt. Travel indstiller det største hulrum, du kan placere, tanken indstiller det største emne, du kan nedsænke, og elektrodevægten bestemmer, hvor tungt et grafitemne hovedet kan bære uden at miste kontrollen over afstanden.

Skrubbestrøm er den anden fælde. En stor generator på en lille maskine er ikke en fordel. Kraftig skrubning med en stor elektrode kræver skyllevolumen, som en kompakt tank ikke kan levere, så maskinen ender med at køre et godt stykke under dens nominelle strøm for at undgå buedannelse, hvilket betyder, at du har betalt for kapacitet, du ikke kan bruge.

I praksis dækker en mellemstørrelsesmaskine det meste af støbepladearbejde: CNC-650, for eksempel, parrer et større bord og en tank med en generator, der passer til dem, hvilket er den konfiguration, der holder skrubstrøm, skylning og servorespons i balance.

CNC 650 EDM synkemaskine Mellemstørrelse CNC-dyskende EDM med valgfri Panasonic servo elektrisk boks, balancerende skrubstrøm, skylning og servorespons til støbepladearbejde. Se produkt →

Dybe hulrum og store skimmelsvampe: Den virkelige grænse

Dybe hulrum afslører den ægte grænse for EDM, som er evakuering af affald. Efterhånden som dybden øges, krymper skylleområdet i forhold til spaltevolumenet, kulstofpartikler forbliver fanget, og udledningen bliver ustabil, uanset hvordan generatoren er indstillet. Gennemskylning af elektrode, periodisk elektrodetilbagetrækning og mindre strøm, end maskinen teoretisk kan levere, er standard modforanstaltninger.

På store arbejder som formbunde, matriceblokke og dybe ribber er det praktiske loft sat af Z-vandring, tankstørrelse og maskinstivhed frem for af spidsstrøm, så maskiner i denne klasse er specificeret omkring struktur og skyllelogistik. En model som CNC-1260, med et væsentligt større bord og tank, findes til præcis den klasse arbejde.

CNC 1260 EDM synkemaskine Stor CNC-dyskende EDM til formbaser, matriceblokke og dybe ribber, hvor Z-vandring, tankstørrelse og stivhed definerer arbejdsloftet. Se produkt →

EDM-bearbejdning: Ofte stillede spørgsmål