"Prijatelj, kako reže kovino, ne da bi se je dotaknil?" me je vprašal.
In takrat sem ugotovil, da smo v tem poslu tako dolgo, da samo domnevamo, da vsi vedo, kaj je Wire EDM. Oni ne. Celo naše stranke so včasih zmedene in to so ljudje, ki naročajo natančne dele, ki zahtevajo tolerance, ki so strožje od ... no, ni važno, razumete.
Torej gremo. Wire EDM, ki ga je razložil nekdo, ki to počne že 18 let in ima težave s hrbtom, kar dokazuje.
Dejansko ime (in zakaj ga nihče ne uporablja)
Wire EDM je kratica za Wire Electrical Discharge Machining. Nekateri temu pravijo žična erozija ali iskričasta obdelava ali – če ste res stari-šola – iskričasta erozija. Yanki ga včasih imenujejo "rezalnik sira", kar se mi zdi smešno, a tudi nekako natančno.
Tukaj je nekaj: nihče v naši delavnici dejansko ne reče "Wire EDM" v celoti. To je samo "žični stroj" ali "Fanuc" (ker to znamko imamo tri) ali včasih "tisti prekleti temperamentni stroj v kotu", ko nas žalosti.
Kar je, naj vam povem, pogosteje, kot bi si želel.
Torej, kaj res JE?
Prav, predstavljajte si, da poskušate prerezati blok iz kaljenega jekla. Utrjen, kar pomeni, da ga ne morete vrtati, rezkati ali ničesar narediti z njim s tradicionalnimi metodami. Prekleto trd je – pravo orodno jeklo, 60 HRC, stvar, ki se smeji karbidnim rezkalom.
Wire EDM ne skrbi. Razrezalo ga bo kot po maslu. No, zelo počasno maslo. Zelo drago, zelo natančno maslo.
Takole deluje (in obljubim, da je to poenostavljena različica):
Imate super{0}}tanko žico – običajno govorimo o 0,25 mm, tanjšo od strune za kitaro –, ki je napeta med dve vodili. Ta žica deluje kot ena elektroda. Vaš obdelovanec je druga elektroda. Oba sta potopljena v deionizirano vodo (več o tej katastrofi čaka kasneje).
Nato skozi žico spustiš električni tok, kar ustvari na tisoče drobnih iskric na sekundo – kot miniaturne strele – med žico in tvojim delom. Vsaka iskra stopi majhen košček kovine in voda odplakne ostanke.
Žica se dejansko nikoli ne dotakne obdelovanca. Vedno obstaja majhna reža – morda 0,01 mm – kjer pride do iskrenja. To je kot čarovnija, le da je fizika in je veliko dražja od čarovnije.
Zakaj to sploh počnemo (če obstaja redna strojna obdelava)
Dobro vprašanje. Običajno CNC rezkanje je hitrejše, cenejše, lažje. Zakaj bi se torej ukvarjali z Wire EDM?
Ker včasih morate narediti stvari, ki jih običajna strojna obdelava preprosto ne zmore:
Utrjeni materiali– To sem že omenil, vendar je ogromno. Ves dan režemo dele orodnega jekla, ki bi uničili vsako običajno rezalno orodje.
Nemogoče oblike– Poskusite rezkati kvadratni notranji kot. Pojdi, počakal bom. Ni mogoče narediti, kajne? Rezalnik je okrogel. Toda z žično erozijo lahko imate pravilno ostre notranje vogale, saj lahko žica spremeni smer. Prejšnji mesec smo opravili delo za podjetje za medicinske pripomočke (NDA, ne morem povedati, kdo, vendar izdeluje kirurške instrumente) z notranjimi vogali, ki so bili popolnoma kritični. Žična EDM je bila edina možnost.
Majhne funkcije– Reže ožje od katerega koli čelnega rezkarja? Brez težav. Nedavno smo izrezali 0,3 mm široke reže skozi 50 mm kaljenega jekla. Poskusi to na mlinu, si upam.
Brez rezalnih sil– To je del, ki ljudem navduši misli. Ker se žica nikoli ne dotakne dela, je rezalna sila ničelna. Nič. Kar pomeni, da lahko izrežete neverjetno občutljive ali tanko{3}}dele brez popačenja. Lansko leto smo izrezali nekaj letalskih nosilcev z debelino stene 0,5 mm. Na mlinu bi samo vibrirali in se zlomili.
Različne vrste (ker seveda obstajajo)
Dejansko sta dva glavna okusa:
Dvo{0}}osni stroji– Osnovni tip. Žica gre naravnost gor in dol, reže navpične stene. Tega imamo največ v trgovini. Vsi naši trije stroji Fanuc so dvo-osni in opravijo verjetno 80 % našega dela.
Štiri{0}}osni stroji– Elegantne, pri katerih se zgornja in spodnja žična vodila lahko premikajo neodvisno. To pomeni, da lahko režete stožčaste stene, kompleksne 3D oblike, turbinske lopatice in podobno. Imamo eno -osno enoto Mitsubishi, ki stane več kot moja hiša (dobesedno – preveril sem račun, ko smo ga kupili leta 2019, nato sem pogledal svojo hipoteko in se malo zjokal).
Včasih so obstajale razlike med "potujočo žico" in "nepremično žico", vendar je potujoča žica zmagala v tej bitki pred desetletji. Zdaj bi morali iti v muzej, da bi našli stacionarni žični stroj.
Sama žica (tako preprosta stvar, taka nočna mora)
Mislili bi, da je žica preprosta, kajne? To je samo žica.
Oh, ti sladki poletni otrok.
Večinoma uporabljamo medeninasto žico – to je pravzaprav pocinkana-medenina, ki dobro prevaja elektriko in se ne zlomi tako zlahka. Običajna velikost je premera 0,25 mm, čeprav imamo na zalogi vse od 0,1 mm (za zelo fino delo) do 0,3 mm (za grobo rezanje).
Žica je draga. Ni "luksuzni avto" drag, vendar 5 kg kolut stane približno £80-120, odvisno od razreda, in ti stroji gredo skozi to kot ... no, predstavljajte si, da pletete z žico, ki jo zavržete na poti. Verjetno porabimo 15.000 funtov na leto samo za žico. Jenny iz računov to omeni Vsak. Samski. Proračun. Srečanje.
In tukaj je zabavni del: žica se enkrat uporabi in nato zloži v zabojnik. Skozi območje reza gre natanko enkrat, se električno razjeda in oslabi, nato pa gre naravnost v zabojnik za odpadke. V kotu trgovine imamo ogromen zabojnik rabljene žice. Zbiranje recikliranja pride vsak drugi torek in celo oni se zdijo zmedeni, koliko žice proizvedemo.
Pretrganje žice je poguba našega obstoja. Stroj lepo brni, reže del, nato SNAP. Zlomi žice. Stroj se ustavi. Skozi morate napeljati novo žico (kar lahko na nekaterih delih traja 20 minut), ugotoviti, kje ste bili v rezu, znova zagnati. Izgubljen čas, izgubljeni denar in če ste jaz, ste izgubili potrpljenje, ker je danes že TRETJI odmor.
Zakaj se žica zlomi? Izberite:
Nastavitve Spark preveč agresivne
Napetost žice je napačna
Onesnažena dielektrična tekočina
Slaba sreča (to je upravičen razlog)
Merkur v retrogradnosti (šalo, a samo)
Stanje z vodo (ali: zakaj so naši računi za elektriko nori)
Se spomnite, da sem omenil deionizirano vodo? Ja, to je cela stvar.
Voda v stroju Wire EDM ima več namenov:
Hladi območje iskrenja
Odplakne kovinske ostanke
Deluje kot dielektrik (električni izolator, dokler napetost ne postane dovolj visoka, da se iskri)
Vendar MORA biti deioniziran – kar pomeni, da so odstranjeni vsi minerali in ioni. Običajna voda iz pipe bi prelahko prevajala elektriko in dobili bi samo kratek stik namesto nadzorovanega iskrenja.
Torej imamo ta ogromen deionizacijski sistem. To je v bistvu čistilna naprava v kotu naše delavnice. Filtri, rezervoarji za smolo, črpalke, dela. Samo vzdrževanje te stvari nas stane približno 3000 funtov na leto.
In pretoki vode! Skozi te stroje črpamo na stotine litrov na minuto. Mitsubishi porabi približno 60 litrov na minuto. To je kopalna kad vsake 2-3 minute. Samo nenehno kroženje, filtriranje, hlajenje, recirkulacija.
Naš okoljski inšpektor je bil lani na obisku (prijazna ženska, zelo natančna, popolnoma nas je prestrašila) in bil dejansko navdušen nad tem, kako čisto je naše upravljanje voda. Očitno je večina trgovin precej slabša. Počutili smo se nenavadno ponosni, kot ko tvoja-{3}}tašča pohvali tvoje gospodinjstvo.
Programiranje teh zveri (ali: zakaj Jamesu plačujemo preveč)
Programiranje žične elektroerozije je ... posebno.
To ni podobno običajnemu CNC programiranju, kjer lahko samo premikate in prilagajate sproti. Če se zmotite, ste bodisi uničili zelo drago prazno ali pa sedite tam 20 ur in režete zrak, ker so vaši odmiki napačni.
James je naš vodilni programer Wire EDM. Tukaj je od leta 2007, te stroje pozna bolje kot lastni otroci (njegove besede, ne moje, čeprav se je njegova žena nasmejala, ko je to rekel na lanski božični zabavi). Plačamo ga zelo dobro, ker je najti nekoga, ki dejansko razume programiranje Wire EDM, kot najti samoroga. Samorog, ki je dober v matematiki in ga ne moti ves dan strmeti v modele CAD.
Programska oprema ustvari pot orodja, vendar morate upoštevati:
Odmik žice (razmak med žico in delom)
Več prehodov (grobi rez, posneti rezi, končni rez)
Kompenzacija stožca (za štiri{0}}osno delo)
Vstopne/izstopne strategije
Kotni pogoji
Večina delov potrebuje vsaj dva prehoda. Prvi prehod – imenovan grobi rez – hitro odstrani večino materiala. Nato naredite enega ali več posnetkov pri veliko bolj finih nastavitvah, da dosežete končno obdelavo površine in dimenzijsko natančnost.
Tisto delo, ki sem ga prej omenil, za podjetje za medicinske pripomočke? Skupaj pet prehodov. Grobi rez je trajal približno 6 ur. Vsak posnetek je dodal dodatne 3-4 ure. James je porabil več časa za programiranje, kot pa je stroj porabil za rezanje.
Številke, ki si jih vsi želijo (vendar sedite)
"Kako natančno je?" – Vsaka stranka, kdaj.
Pri večini del rutinsko držimo ±0,005 mm. To je pet tisočink milimetra. Pet mikronov. Približno 1/10 debeline človeškega lasu.
Na našem štiri-osnem Mitsubishiju, ko ima James dober dan in se bogovi strojev smehljajo, lahko dosežemo ±0,002 mm. To je vstop na območje merilne negotovosti, kjer nismo povsem prepričani, da je naša merilna oprema dovolj natančna, da bi preverili, kaj smo dejansko naredili.
Površinska obdelava? Običajno okoli 0,2-0,4 Ra (to je meritev hrapavosti) na posnetih kosih. Spustite se na 0,1 Ra, če se res trudimo, čeprav na tej točki porabite več let za ciljne prehode.
Toda tu je umazana skrivnost, ki vam je nihče ne pove:Žična EDM je POČASNA.
Tista 50 mm debela jeklena plošča, ki sem jo omenil prej? Grobo rezanje pri naših tipičnih nastavitvah? Približno 30-40 kvadratnih milimetrov na minuto. Torej izrez 100 mm x 100 mm traja 3-4 ure. POTEM naredite svoje posnetke.
Prejšnji teden smo citirali delo, kjer je bila stranka šokirana, da bo zahtevalo 40 ur strojnega časa. "Ali ne moreš samo … pospešiti?" so vprašali. No ja, tehnično, ampak potem je vaš del videti kot smeti in dimenzijska natančnost gre skozi okno. V Wire EDM ni brezplačnega kosila.
Hitrost proti cilju proti natančnosti – izberite dva, ne morete imeti vseh treh.
Kdaj NE uporabljati Wire EDM (iskren del, ki si ga moj šef želi, da ne bi napisal)
Poglejte, zaslužimo denar, ko uporabljate naše storitve Wire EDM. Vendar naj vam prihranim nekaj časa in denarja:
Če ga lahko melješ, meli. Običajna CNC obdelava je verjetno 10x hitrejša in za polovico cenejša za večino dela.
Če so vaše tolerance ohlapnejše od ±0,02 mm, verjetno ne potrebujete žične elektroerozije.
Če je vaš material mehak (aluminij, mehko jeklo, plastika), vsekakor ne uporabljajte žične erozije. Delovalo bo, vendar je veliko pretirano.
Če potrebujete samo zunanje oblike in niso noro zapletene, je rezanje z vodnim curkom verjetno cenejše.
Prejšnji mesec smo zavrnili delo – tip je želel, da žično erozijo odrežemo nekaj aluminijastih nosilcev. Povedal sem mu naravnost: "Mate, daj to zmleti. Vsaka strojna delavnica lahko to naredi v četrtini časa za polovično ceno." Cenil je poštenost in na koncu nam je poslal drugo delo, ki je dejansko potrebovalo žično erozijo. Včasih se iskrenost splača.
Čeprav ne povejte prodajalcem, da podarjam delo. Jezijo me že zaradi objave na blogu, ki sem jo napisal avgusta o predragem orodju. To je povzročilo nekaj ... razprav.
Pogoste težave (ali: zakaj imam stresne sanje o pretrganju žice)
Zlomi žice– Že omenjeno, ampak resno, to je 80% naših težav. Poskusili smo različne žice, različne napetosti, žrtvovanje piščanca strojnim bogovom (v šali … večinoma). Nekaj dni se stroj enostavno odloči, da te sovraži.
Dielektrična kontaminacija– Kovinski ostanki se nabirajo v vodi, prevodnost se poveča, iskrenje postane nedosledno, deli izstopijo videti grobo. Vsak teden redno menjamo naše filtre. Religiozno. Na razporedu je, z rdečim svinčnikom, dvakrat podčrtano.
Preoblikovati plast– Proces iskrenja stopi kovino in majhne količine se ponovno strdijo na površini reza. Ta "prenovljena plast" je morda debela 0,001-0,01 mm, vendar je trša in bolj krhka od osnovnega materiala. Za nekatere aplikacije to ni pomembno. Za druge (na primer dele, ki so kritični zaradi utrujenosti), je to velik problem in ga je treba odstraniti z ročnim poliranjem. Lani smo naredili serijo delov za ekipo F1 (spet NDA, vendar so rdeči), kjer je odstranitev prenovljene plasti dodala 2 uri ročnega dela na del.
Zožitev– Tudi pri dvo{0}}osnih strojih, če vaša žica ni popolnoma navpična, se zoži. Običajno majhen – morda 0,01 mm nad 50 mm višine – vendar je tam. Na kritičnih delih James porabi več let za preverjanje in prilagajanje navpičnosti žice. Ima celoten ritual z indikatorjem na številčnici, za katerega sem skoraj prepričan, da je vsaj 50% vraževerje, vendar se deli jasno pokažejo, tako da kdo sem jaz, da sodim?
Kotno pranje– V notranjih kotih splakovanje ni tako dobro, zato dobite neskladne reze. Za to obstajajo kompenzacijske strategije, vendar to pomeni več časa za programiranje in običajno dodaten posnetek. Pranje vogalov je razlog, da James mrmra sam pri sebi med programiranjem.
Prihodnost (ali: kaj daje inženirjem budne ponoči)
Kam gre tehnologija Wire EDM?
Hitrejše rezanje– Vsaka nova generacija strojev zahteva 20-30% višje hitrosti rezanja. V resnici je približno 10-15 % in običajno vključuje kompromise pri površinski obdelavi. Ampak vzeli ga bomo. Naš najnovejši Fanuc (dostavljen marca letos, še vedno se odplačuje) je opazno hitrejši od našega modela iz leta 2015.
Boljša avtomatizacija– Naš Mitsubishi lahko čez noč deluje brez nadzora, ČE gre vse brezhibno. Velik "če" tam. Novejši stroji imajo boljše sisteme za napenjanje žice, samodejno prilagajanje napetosti žice, vse te dobre stvari. Sanje so strojna-ugasnitev luči. Resničnost je taka, da Steve večinoma zjutraj še vedno prihaja ob 6. uri, da preveri nočne teke, ker smo bili že vsi opečeni.
Integrirano merjenje– Nekateri-stroji višjega cenovnega razreda imajo zdaj tipalne sisteme, ki lahko izmerijo del, ne da bi ga odstranili iz stroja. Tega še nimamo (40 GBP,000+ dodatek-), vendar sem videl demonstracijo in je prav impresivno. Jamesu bi pri zapletenih opravilih prihranil približno 30 minut na del.
Boljša tehnologija iskrenja– Novi generatorji z večjim nadzorom nad karakteristikami iskre. Finejša površinska obdelava, manj predelave, boljša natančnost kotov. Te stvari se resnično izboljšujejo, ne le trženje.
Praktični nasveti (od nekoga, ki je naredil vse napake)
Ker verjetno razmišljate o delu z žično erozijo, je tukaj nekaj težko{0}}osvojenih modrosti:
1. Oblikovanje za žično erozijo– Notranji vogali morajo imeti polmere, ki so vsaj enaki premeru žice + odmik. Torej 0,25 mm žice + 0.05 mm odmika=0.3 mm minimalnega polmera. Ves čas dobivamo risbe z določenimi ostrimi vogali in moramo oblikovalcem razlagati fiziko. Hitro se postara.
2. Pustite si čas– Ne kličite nas v petek popoldne, če potrebujete dele v ponedeljek zjutraj. Ne dogaja se. Žična EDM traja ČAS. Tipičen majhen del je najmanj 8-12 ur. Kompleksni deli so lahko dnevi.
3. Priprava materiala je pomembna– Če vaš surovec ni-razbremenjen, se lahko zvije, ko ga režemo zaradi sprostitve notranjih napetosti. Potem so tvoje tolerance smeti. Ne preskočite razbremenitve kritičnih delov.
4. Začetne luknje– Za začetek rezanja potrebujemo luknjo, skozi katero napeljemo žico. Za večino delov je treba najprej izvrtati 2-3 mm luknjo. Vključite jih v svoj dizajn ali pa vam bomo zaračunali njihovo vrtanje.
5. Stroški niso linearni– Dodajanje drugega prehoda podvoji strojni čas. Ozke tolerance pomenijo več posnetkov. 0.01mm toleranca stane morda 20 % več kot 0,02 mm. Toda toleranca 0,002 mm? To je dvojno ali trojno, ker potrebujemo več dodatnih zaključnih prehodov in vse mora biti popolno.
6. Površinska obdelava proti toleranci– So povezani, vendar niso enaki. Lahko imate tesno toleranco pri grobem zaključku ali ohlapno toleranco pri zrcalnem zaključku. Jasno povejte, kaj je bolj pomembno za vašo prijavo.
Dejansko realistične aplikacije
Kje najpogosteje vidimo Wire EDM?
Izdelava orodja in matrice– To je delo iz kruha. Matrice za prebijanje, kalupi za oblikovanje, vložki za brizgalne kalupe. Vse, kar potrebuje kompleksne oblike iz kaljenega jekla. Verjetno 40 % našega dela opravimo za orodjarje.
Letalske in vesoljske komponente– Nazobčanja turbinskih lopatic, strukturni elementi z natančnimi izrezi,-ki prihranijo težo, karkoli iz titana (kar je grozno obdelovati na običajen način). Prejšnji mesec sem naredil serijo nosilcev iz titana, kar bi bilo drugače resnično nemogoče.
Medicinski pripomočki– Kirurški instrumenti, komponente vsadkov, vse, kar zahteva natančnost in dobro obdelavo površine. Čeprav nas je regulativna dokumentacija za medicinsko delo skoraj ubila. Jenny je porabila TRI TEDNE za dokumentacijo za naš certifikat ISO 13485. Še vedno je zagrenjena zaradi tega.
Natančni merilniki– Merilni zatiči, merilni bloki, napeljave za pregledovanje. Kalibracijski laboratorij na cesti je ena naših rednih strank.
Avtomobilizem– Večinoma delo s prototipi in motošportom. Obseg proizvodnje je običajno prevelik za ekonomiko Wire EDM. Toda za to ekipo F1? Denar pravzaprav ni zaskrbljujoč, ko potrebujete dele, ki delujejo.
Zaključek-(ker tole postaja dolgo)
Torej, kaj je Wire EDM?
To je natančen postopek rezanja kovine, ki uporablja električne iskre za razjedanje kovine, zmožen je neverjetne natančnosti in zmožen rezati materiale in oblike, ki bi bili nemogoči z običajno strojno obdelavo. Je počasen, nekoliko drag, občasno temperamenten in nujno potreben za nekatere vrste dela.
Se je vredno učiti? Če se ukvarjate s proizvodnjo, vsekakor. Če boste kdaj potrebovali kompleksne dele iz trdih materialov, se boste verjetno sčasoma pogovorili z nekom, kot sem jaz.
Ali smo pristranski, ker imamo štiri stroje Wire EDM in jih moramo zaposliti, da upravičimo njihov obstoj pred Jenny v računovodstvu? Morda. Vendar so resnično izjemni stroji, ko potrebujete tisto, kar zmorejo.
Če jih želite videti v akciji, organiziramo oglede trgovin vsak prvi četrtek v mesecu (naslednji je 1. december, pošljite e-pošto Sandri, da rezervira termin). Pošteno opozorilo: ni jih vznemirljivo gledati – le tanka žica, ki se počasi premika skozi kovino, pri čemer se ne zgodi nič dramatičnega. Toda rezultati so precej spektakularni.
In prinesite čepke za ušesa. Dielektrične črpalke so GLASNE.
P.S.– Oh, in če vas Wire EDM zanima, morate vedeti o njegovem bratrancu:Grezilo EDM(imenovan tudi Ram EDM). Uporablja oblikovano elektrodo, ki se potopi navzdol, da vžge votline v kovino – odlično za izdelavo kalupov. Isti princip iskre, popolnoma drugačne aplikacije. Nimamo ga, kar me reši, da bi Jenny razlagala še en ogromen račun za elektriko.