"Kamarát, ako to reže kov bez toho, aby sa ho dotkol?" spýtal sa ma.
A vtedy som si uvedomil, že sme v tomto biznise tak dlho, že len predpokladáme, že každý vie, čo je Wire EDM. Oni nie. Dokonca aj naši zákazníci sú niekedy zmätení a sú to ľudia, ktorí si objednávajú presné diely, ktoré vyžadujú prísnejšie tolerancie ako... no, nevadí, rozumiete veci.
Tak poďme. Wire EDM vysvetlil niekto, kto to robí 18 rokov a má problémy s chrbtom, aby to dokázal.
Skutočný názov (a prečo ho nikto nepoužíva)
Wire EDM je skratka pre Wire Electrical Discharge Machining. Niektorí ľudia to nazývajú drôtová erózia alebo iskrové obrábanie, alebo – ak ste naozaj zo starej školy – iskrová erózia. Amíci to niekedy nazývajú "vykrajovač syra", čo považujem za zábavné, ale aj akosi presné.
Tu je však vec: nikto v našej dielni v skutočnosti nepovie „Wire EDM“ v plnom znení. Je to len „drôtový stroj“ alebo „Fanuc“ (pretože takú značku máme tri) alebo niekedy „ten prekliaty temperamentný stroj v rohu“, keď nám spôsobuje smútok.
Čo, poviem vám, je častejšie, ako by som chcel.
Tak čo to vlastne JE?
Dobre, predstavte si, že sa pokúšate prerezať blokom kalenej ocele. Kalené, čo znamená, že ho nemôžete vŕtať, frézovať ani s ním nič robiť tradičnými metódami. Je príliš tvrdá – riadna nástrojová oceľ, 60 HRC, materiál, ktorý sa smeje tvrdokovovým frézam.
Wire EDM sa nestará. Prereže to ako maslo. No, veľmi pomaly maslo. Veľmi drahé, veľmi presné maslo.
Funguje to takto (a sľubujem, že toto je zjednodušená verzia):
Máte super tenký drôt – zvyčajne hovoríme o 0,25 mm, tenší ako struna na gitare – ktorý je natiahnutý medzi dvoma vodidlami. Tento drôt funguje ako jedna elektróda. Váš obrobok je druhá elektróda. Obidve sú ponorené v deionizovanej vode (viac o tejto katastrofe, ktorá sa stane neskôr).
Potom prejdete elektrickým prúdom cez drôt a vytvoríte medzi drôtom a vašou časťou tisíce malých iskier za sekundu – ako miniatúrne blesky. Každá iskra roztopí malý kúsok kovu a voda spláchne úlomky.
Drôt sa v skutočnosti nikdy nedotýka obrobku. Vždy je tu malá medzera – možno 0,01 mm – kde dochádza k iskreniu. Je to ako mágia, až na to, že je to fyzika a je oveľa drahšia ako mágia.
Prečo to vôbec robíme (keď existuje pravidelné obrábanie)
Dobrá otázka. Bežné CNC frézovanie je rýchlejšie, lacnejšie, jednoduchšie. Prečo sa teda obťažovať s Wire EDM?
Pretože niekedy potrebujete robiť veci, ktoré bežné obrábanie jednoducho nedokáže:
Tvrdené materiály– Už som to spomenul, ale je to obrovské. Celý deň režeme diely z nástrojovej ocele, ktoré by zničili každý bežný rezný nástroj.
Nemožné tvary– Skúste vyfrézovať štvorcový vnútorný roh. Pokračuj, počkám. To sa nedá, však? Vykrajovač je okrúhly. Ale s Wire EDM môžete mať správne ostré vnútorné rohy, pretože drôt môže meniť smer. Minulý mesiac sme robili prácu pre spoločnosť vyrábajúcu zdravotnícke pomôcky (NDA, nemôžem povedať kto, ale vyrábajú chirurgické nástroje) s vnútornými rohmi, ktoré boli absolútne kritické. Wire EDM bola jediná možnosť.
Drobné vlastnosti– Sloty užšie ako ktorákoľvek fréza? Žiadny problém. Nedávno sme vyrezali 0,3 mm široké štrbiny cez 50 mm kalenej ocele. Skús to na mlyne, trúfam si.
Žiadne rezné sily– Toto je kúsok, ktorý ľuďom vŕta v hlave. Pretože sa drôt nikdy nedotýka dielu, rezná sila je nulová. nula. To znamená, že môžete rezať neuveriteľne jemné alebo tenkostenné diely bez skreslenia. Minulý rok sme vyrezali niekoľko konzol pre letectvo a kozmonautiku s hrúbkou steny 0,5 mm. Na mlyne by len vibrovali a lámali sa.
Rôzne typy (pretože samozrejme existujú)
V skutočnosti existujú dve hlavné príchute:
Dvojosové stroje- Základný typ. Drôt ide priamo hore a dole, reže zvislé steny. Toho máme v obchode najviac. Všetky naše tri stroje Fanuc sú dvojosové a zvládnu pravdepodobne 80 % našej práce.
Štvorosové stroje– Tie ozdobné, kde sa horné a spodné vodidlá drôtu môžu pohybovať nezávisle. To znamená, že môžete rezať skosené steny, zložité 3D tvary, lopatky turbíny a podobne. Máme jednu štvorosovú jednotku Mitsubishi, ktorá stojí viac ako môj dom (doslova – skontroloval som faktúru, keď sme ju v roku 2019 kupovali, potom som si pozrel hypotéku a trochu som si poplakal).
Kedysi existovali rozdiely medzi "cestujúcim drôtom" a "stacionárnym drôtom", ale tento boj vyhral pred desiatkami rokov. Teraz by ste museli ísť do múzea, aby ste našli stacionárny drôtený stroj.
Samotný drôt (taká jednoduchá vec, taká nočná mora)
Myslíte si, že drôt bude jednoduchý, však? Je to len drôt.
Ach, ty sladké letné dieťa.
Väčšinou používame mosadzný drôt – je to vlastne pozinkovaná mosadz, ktorá dobre vedie elektrinu a tak ľahko sa neláme. Typická veľkosť je priemer 0,25 mm, aj keď máme na sklade všetko od 0,1 mm (pre naozaj jemnú prácu) až po 0,3 mm (na hrubé rezanie).
Drôt je drahý. Nie je to drahé „luxusné auto“, ale 5 kg cievka stojí asi 80-120 libier v závislosti od triedy a tieto stroje to prechádzajú ako... no, predstavte si pletenie s drôtom, ktorý zahodíte za pochodu. Pravdepodobne minieme 15 000 libier ročne len na drôty. Jenny z účtov to prináša Every. Slobodný. Rozpočet. Stretnutie.
A tu je tá zábavná časť: drôt sa raz použije a potom sa zloží do koša. Presne raz prejde zónou rezu, elektricky sa eroduje a oslabuje a potom putuje priamo do odpadkového koša. V rohu predajne máme masívny kôš na použitý drôt. Recyklačný zber prichádza každý druhý utorok a dokonca aj oni sa zdajú byť zmätení tým, koľko drôtov vyrábame.
Prerušenia drôtu sú prekliatím našej existencie. Stroj pekne bzučí, odrezáva súčiastku a potom zacvakne. Prestávky drôtu. Stroj sa zastaví. Musíte prevliecť nový drôt (čo na niektorých častiach môže trvať 20 minút), zistiť, kde ste boli v reze, reštartovať. Stratený čas, stratené peniaze a ak ste ja, stratili ste trpezlivosť, pretože toto je dnes TRETIA prestávka.
Prečo sa láme drôt? Vyberte si:
Nastavenie iskry je príliš agresívne
Nesprávne napnutie drôtu
Kontaminovaná dielektrická kvapalina
Smola (toto je legitímny dôvod)
Merkúr v retrográde (žartujem, ale len tak)
Situácia s vodou (alebo: prečo sú naše účty za elektrinu šialené)
Pamätáte si, ako som spomínal deionizovanú vodu? Áno, to je celé.
Voda v stroji Wire EDM slúži na viaceré účely:
Ochladzuje iskriacu zónu
Odplaví kovové úlomky
Pôsobí ako dielektrikum (elektrický izolátor, kým sa napätie nezvýši dostatočne na iskru)
Ale MUSÍ byť deionizovaný - to znamená, že všetky minerály a ióny sú odstránené. Bežná voda z vodovodu by viedla elektrinu príliš ľahko a namiesto riadeného iskrenia by ste dostali iba skrat.
Takže máme tento masívny deionizačný systém. Je to v podstate úpravňa vody v rohu našej dielne. Filtre, živicové nádrže, čerpadlá, prac. Samotná údržba tejto veci nás stojí asi 3000 libier ročne.
A prietok vody! Cez tieto stroje prečerpávame stovky litrov za minútu. Mitsubishi spotrebuje asi 60 litrov za minútu. To je vaňa každé 2-3 minúty. Len neustále cirkuluje, filtruje, chladí, recirkuluje.
Minulý rok nás navštívila naša inšpektorka životného prostredia (milá žena, veľmi dôkladná, úplne nás vydesila) a skutočne na ňu zapôsobilo, aké čisté je naše vodné hospodárstvo. Väčšina obchodov je na tom zrejme oveľa horšie. Cítili sme sa zvláštne hrdí, ako keď tvoja svokra pochváli tvoju domácnosť.
Programovanie týchto zvierat (alebo: prečo platíme Jamesovi príliš veľa)
Programovanie drôtového EDM je... špeciálne.
Nie je to ako bežné CNC programovanie, kde ho môžete len krívať a nastavovať za pochodu. Pomýlite si to a buď ste zničili veľmi drahý polotovar, alebo tam sedíte 20 hodín a režete vzduch, pretože vaše ofsety sú nesprávne.
James je náš hlavný programátor Wire EDM. Je tu od roku 2007, pozná tieto stroje lepšie ako jeho vlastné deti (jeho slová, nie moje, hoci jeho žena sa smiala, keď to povedal minulý rok na vianočnom večierku). Platíme ho veľmi dobre, pretože nájsť niekoho, kto skutočne rozumie programovaniu Wire EDM, je ako nájsť jednorožca. Jednorožec, ktorý je dobrý v matematike a nevadí mu celý deň čumieť na CAD modely.
Softvér generuje dráhu nástroja, ale musíte počítať s:
Odsadenie drôtu (medzera medzi drôtom a dielom)
Viacnásobné prechody (hrubý rez, rezy s okrajom, dokončovacie rezy)
Kompenzácia kužeľa (pre prácu so štyrmi osami)
Stratégie vstupu/výstupu
Rohové podmienky
Väčšina dielov potrebuje aspoň dva prechody. Prvý prechod – nazývaný hrubý rez – rýchlo odstráni väčšinu materiálu. Potom urobíte jeden alebo viac skim prechodov s oveľa jemnejšími nastaveniami, aby ste získali povrchovú úpravu a rozmerovú presnosť.
Tá práca, o ktorej som sa už zmienil pre spoločnosť na výrobu zdravotníckych pomôcok? Celkovo päť prechodov. Hrubý rez trval asi 6 hodín. Každý skipas pridal ďalšie 3-4 hodiny. James strávil viac času jeho programovaním ako strojom, ktorý ho strávil rezaním.
Čísla, ktoré chce každý (ale posaďte sa)
"Aké je to presné?" – Každý zákazník, vždy.
Pri väčšine prác bežne dodržíme ±0,005 mm. To je päť tisícin milimetra. Päť mikrónov. Približne 1/10 hrúbky ľudského vlasu.
Na našom štvorosovom Mitsubishi, keď má James dobrý deň a bohovia stroja sa usmievajú, môžeme dosiahnuť ±0,002 mm. To sa dostáva do oblasti neistoty merania, kde si nie sme úplne istí, či je naše meracie zariadenie dostatočne presné na to, aby overilo, čo sme skutočne urobili.
Povrchová úprava? Zvyčajne okolo 0,2-0,4 Ra (to je meranie drsnosti) na odstredených rezoch. Znížte na 0,1 Ra, ak sa naozaj snažíme, aj keď v tom bode trávite veky na cieľové prihrávky.
Ale tu je špinavé tajomstvo, ktoré vám nikto nepovie:Wire EDM je POMALÝ.
Ten 50 mm hrubý oceľový plech, ktorý som už spomínal? Hrubé rezanie pri našich typických nastaveniach? Približne 30-40 štvorcových milimetrov za minútu. Takže výrez 100 mm x 100 mm trvá 3-4 hodiny. POTOM si spravíte skimpassy.
Minulý týždeň sme citovali zákazku, pri ktorej bol zákazník šokovaný, že bude trvať 40 hodín strojového času. "Nemôžeš to len... urýchliť?" pýtali sa. Technicky áno, ale potom vaša súčiastka vyzerá ako odpad a rozmerová presnosť ide von oknom. V Wire EDM nie je obed zadarmo.
Rýchlosť verzus cieľ verzus presnosť – vyberte si dva, nemôžete mať všetky tri.
Kedy NEPOUŽÍVAŤ Wire EDM (úprimný kúsok, ktorý si môj šéf želá, aby som nepísal)
Pozrite, zarábame peniaze, keď používate naše služby Wire EDM. Ale dovoľte mi, aby som vám ušetril čas a peniaze:
Ak to viete frézovať, frézujte to. Bežné CNC obrábanie je pravdepodobne 10x rýchlejšie a polovičné náklady na väčšinu práce.
Ak sú vaše tolerancie voľnejšie ako ±0,02 mm, pravdepodobne nepotrebujete drôtovú EDM.
Ak je váš materiál mäkký (hliník, mäkká oceľ, plast), rozhodne nepoužívajte Wire EDM. Bude to fungovať, ale je to obrovské množstvo.
Ak potrebujete iba vonkajšie tvary a nie sú šialene zložité, rezanie vodným lúčom je pravdepodobne lacnejšie.
Minulý mesiac sme odmietli prácu – chlap chcel, aby sme drôtom EDM vyrezali nejaké hliníkové konzoly. Povedal som mu na rovinu: "Kamarát, daj si to vyfrézovať. Každá strojárska dielňa to dokáže urobiť za štvrtinu času za polovičnú cenu." Ocenil úprimnosť a nakoniec nám poslal inú prácu, ktorá skutočne potrebovala Wire EDM. Byť úprimný sa niekedy oplatí.
Aj keď nehovor predajcom, že rozdávam prácu. Už sú na mňa naštvaní za blogový príspevok, ktorý som napísal v auguste o predraženom náradí. To vyvolalo niekoľko... diskusií.
Bežné problémy (alebo: prečo mám stresové sny o prerušení drôtu)
Prestávky drôtu– Už bolo spomenuté, ale vážne, toto je 80 % našich problémov. Vyskúšali sme rôzne drôty, rôzne napätia, obetovanie kurčaťa strojovým bohom (väčšinou vtipy). Niektoré dni sa stroj rozhodne, že vás nenávidí.
Dielektrická kontaminácia– Vo vode sa hromadia kovové úlomky, zvyšuje sa vodivosť, iskrenie je nekonzistentné, diely vyzerajú drsne. Naše filtre meníme nábožensky každý týždeň. Nábožensky. Je to na pláne, červeným perom, dvakrát podčiarknuté.
Prepracovanie vrstvy– Proces iskrenia roztaví kov a jeho malé množstvá znovu stuhnú na povrchu rezu. Táto "pretavená vrstva" je možno 0,001-0,01 mm hrubá, ale je tvrdšia a krehkejšia ako základný materiál. Pre niektoré aplikácie to nevadí. Pre iné (napríklad časti kritické z hľadiska únavy) je to veľký problém a je potrebné ho odstrániť ručným leštením. Minulý rok sme vyrobili dávku dielov pre tím F1 (opäť NDA, ale sú červené), kde odstránenie pretavenej vrstvy pridalo 2 hodiny ručnej práce na diel.
Kužeľ– Dokonca aj na dvojosových strojoch, ak váš drôt nie je dokonale zvislý, dostanete kužeľ. Zvyčajne malý – možno 0,01 mm nad 50 mm výšky – ale je tam. Na kritických častiach trávi James celé veky kontrolou a nastavovaním zvislosti drôtu. Má celý tento rituál s číselníkom, o ktorom som si celkom istý, že je aspoň na 50% poverčivosť, ale časti vychádzajú rovno, takže kto som ja, aby som ich súdil?
Umývanie rohov– Vo vnútorných rohoch nie je splachovanie také dobré, takže dochádza k nekonzistentným rezom. Existujú na to kompenzačné stratégie, ale to znamená viac času na programovanie a zvyčajne aj skipas navyše. Umývanie rohov je dôvod, prečo si James pri programovaní mrmle.
Budúcnosť (alebo: čo nedáva inžinierom v noci spať)
Kam smeruje technológia Wire EDM?
Rýchlejšie rezanie– Každá nová generácia stroja požaduje o 20 – 30 % vyššiu rýchlosť rezania. V skutočnosti je to viac ako 10-15% a zvyčajne prichádza s kompromismi v povrchovej úprave. Ale my to vezmeme. Náš najnovší Fanuc (dodaný v marci tohto roku, stále platí) je výrazne rýchlejší ako náš model z roku 2015.
Lepšia automatizácia– Naše Mitsubishi môže bežať bez dozoru cez noc, AK všetko ide perfektne. Je tam veľké „keby“. Novšie stroje majú lepšie systémy navliekania drôtu, automatické nastavenie napätia drôtu, všetky tie dobré veci. Snom je obrábanie bez svetla. Realita je taká, že Steve stále prichádza väčšinou ráno o 6:00, aby skontroloval nočné jazdy, pretože sme sa už všetci popálili.
Integrované meranie– Niektoré špičkové stroje majú teraz snímacie systémy, ktoré dokážu zmerať súčiastku bez jej vyberania zo stroja. Zatiaľ to nemáme (40 £,000+ doplnok), ale videl som to demonštrovať a je to skutočne pôsobivé. Ušetrilo by to Jamesovi asi 30 minút na jednu časť pri zložitých úlohách.
Lepšia technológia iskrenia– Nové generátory s väčšou kontrolou nad charakteristikami iskry. Jemnejšie povrchové úpravy, menej prelievania, lepšia presnosť rohov. Tieto veci sa skutočne zlepšujú, nielen marketingové chmýří.
Praktické tipy (od niekoho, kto urobil všetky chyby)
Keďže pravdepodobne zvažujete prácu Wire EDM, tu je niekoľko ťažko získaných múdrostí:
1. Dizajn pre Wire EDM– Vnútorné rohy by mali mať polomery minimálne rovné priemeru drôtu + odsadenie. Takže 0,25 mm drôt + 0.05mm offset=0.3mm minimálny polomer. Neustále dostávame výkresy so špecifikovanými ostrými rohmi a musíme dizajnérom vysvetľovať fyziku. Rýchlo starne.
2. Nechajte čas– Nevolajte nám v piatok poobede a potrebujete súčiastky v pondelok ráno. to sa nedeje. Wire EDM trvá ČAS. Typická malá časť je minimálne 8-12 hodín. Zložité časti môžu byť dni.
3. Na materiálnej príprave záleží– Ak váš polotovar nie je uvoľnený, môže sa pri rezaní zdeformovať v dôsledku uvoľnenia vnútorného napätia. Potom sú tvoje tolerancie svinstvo. Nevynechávajte stres na kritických častiach.
4. Začnite otvory– Potrebujeme otvor, ktorým prevlečieme drôt, aby sme mohli začať rezať. Väčšina dielov potrebuje najskôr vyvŕtať 2-3 mm otvor. Zahrňte ich do svojho návrhu, inak vám ich vŕtanie naúčtujeme.
5. Cena nie je lineárna– Pridaním druhého prechodu sa strojový čas zdvojnásobí. Prísnejšie tolerancie znamenajú, že viac prejdených{1}}mm tolerancií stojí možno o 20 % viac ako 0,02 mm. Ale tolerancia 0,002 mm? To je dvojité alebo trojité, pretože potrebujeme niekoľko extra dokončovacích prihrávok a všetko musí byť dokonalé.
6. Povrchová úprava vs tolerancia– Sú príbuzné, ale nie rovnaké. Môžete mať tesnú toleranciu s hrubým povrchom alebo voľnú toleranciu so zrkadlovým povrchom. Ujasnite si, čo je pre vašu aplikáciu dôležitejšie.
Skutočne realistické aplikácie
Kde vidíme Wire EDM najčastejšie?
Výroba nástrojov a foriem– Toto je práca s chlebom a maslom. Dierovacie matrice, tvarovacie matrice, vložky do vstrekovacích foriem. Všetko, čo potrebuje zložité tvary z kalenej ocele. Pravdepodobne robíme 40 % našej práce pre výrobcov nástrojov.
Letecké komponenty– Zúbkovanie lopatiek turbíny, štrukturálne armatúry s presnými výrezmi na úsporu hmotnosti, čokoľvek z titánu (čo je hrozné na konvenčné obrábanie). Minulý mesiac ste vyrobili dávku titánových držiakov, ktoré by boli skutočne nemožné iným spôsobom.
Lekárske prístroje– Chirurgické nástroje, komponenty implantátov, čokoľvek, čo si vyžaduje presnosť a dobrú povrchovú úpravu. Hoci regulačné papierovanie pre lekársku prácu nás takmer zabilo. Jenny strávila TRI TÝŽDNE dokumentáciou pre našu certifikáciu ISO 13485. Stále je z toho zatrpknutá.
Presné meradlá– Čapové meradlá, meracie bloky, kontrolné prípravky. Kalibračné laboratórium je jedným z našich stálych zákazníkov.
Automobilový priemysel– Väčšinou prototypové a motoristické práce. Objemy výroby sú zvyčajne príliš vysoké pre ekonomiku Wire EDM. Ale pre tím F1? Peniaze nie sú v skutočnosti problémom, keď potrebujete diely, ktoré fungujú.
Záver (pretože to trvá dlho)
Takže, čo je Wire EDM?
Je to presný proces rezania kovov, ktorý využíva elektrické iskry na erodovanie kovu, je schopný neuveriteľnej presnosti a je schopný rezať materiály a tvary, ktoré by pri bežnom obrábaní nebolo možné. Je to pomalé, trochu drahé, občas temperamentné a absolútne nevyhnutné pre určité typy práce.
Oplatí sa o tom učiť? Ak ste vo výrobe, určite. Ak niekedy potrebujete zložité diely vyrobené z tvrdých materiálov, pravdepodobne sa nakoniec porozprávate s niekým, ako som ja.
Sme zaujatí, pretože vlastníme štyri stroje Wire EDM a potrebujeme ich zamestnať, aby sme Jenny ospravedlnili ich existenciu v účtovníctve? Možno. Ale sú to skutočne pozoruhodné stroje, keď potrebujete, čo dokážu.
Ak ich chcete vidieť v akcii, každý prvý štvrtok v mesiaci robíme prehliadky obchodov (ďalší je 1. decembra, pošlite e-mail Sandre, aby si rezervovala miesto). Spravodlivé varovanie: ich sledovanie nie je vzrušujúce – len tenký drôt, ktorý sa pomaly pohybuje cez kov, pričom sa nič dramatické nedeje. Ale výsledky sú dosť veľkolepé.
A prineste si štuple do uší. Dielektrické čerpadlá sú HLASNÉ.
P.S.– Oh, a ak vás Wire EDM zaujíma, mali by ste vedieť o jeho príbuznom:Sinker EDM(nazývaný aj Ram EDM). Používa tvarovanú elektródu, ktorá sa ponorí nadol, aby vypálila dutiny do kovu – skvelé na výrobu foriem. Rovnaký princíp iskry, úplne iné aplikácie. Nemáme, čo ma ušetrí od vysvetľovania ďalšieho obrovského účtu za elektrinu Jenny.