Nếu bạn đã nghe nói về EDM và đang thắc mắc về nó, bạn đã đến đúng nơi rồi. Quá trình này, còn được gọi là Gia công phóng điệnNó cho phép chế tạo các hình dạng phức tạp trên vật liệu rất cứng mà không cần dụng cụ chạm trực tiếp vào phôi. Nói cách khác, dụng cụ không cắt: tia lửa điện thực hiện công việc.
Trong suốt hướng dẫn này bạn sẽ hiểu EDM là gì, nó hoạt động như thế nào, có những loại nào và có thể gia công những vật liệu nào?Bạn sẽ biết khi nào nên sử dụng nó, chi phí bao gồm những gì và so sánh nó với gia công truyền thống như thế nào. Bạn cũng sẽ thấy các thành phần, quy trình làm việc từng bước và câu trả lời cho các câu hỏi thường gặp, tất cả đều được trình bày rõ ràng và tự nhiên để giúp bạn dễ dàng tìm thấy những gì mình cần.
EDM (Gia công phóng điện) là gì?
EDM là kỹ thuật loại bỏ vật liệu bằng năng lượng nhiệt: phóng điện có kiểm soát giữa điện cực và phôi Nó được sử dụng để làm tan chảy và bốc hơi các phần kim loại nhỏ. Nó chỉ hoạt động với vật liệu dẫn điện hoặc bán dẫn, vì vậy nhựa, gỗ, thủy tinh hoặc gốm cách điện không phù hợp.
Điểm mạnh nhất của nó là nó là một quá trình không có tiếp xúc cơ họcVì không có lực cắt nên biến dạng được giảm thiểu ở các bộ phận tinh xảo, thành mỏng hoặc các chi tiết rất hẹp, và tạo ra bề mặt hoàn thiện rất mịn với dung sai khắt khe.
Về nguồn gốc của nó, tác động ăn mòn của điện đã được biết đến từ thế kỷ 18, nhưng mãi đến những năm 1940, các nhà khoa học Liên Xô mới B. và N. Lazarenko Họ đã phát triển một mạch phóng điện lặp lại trong môi trường điện môi, giúp gia công có kiểm soát trở nên khả thi. Vào cuối những năm 60, gia công bằng tia lửa điện (EDM) đã phát triển mạnh mẽ sau khi những chiếc máy thương mại đầu tiên xuất hiện, và kể từ đó công nghệ này tiếp tục phát triển. trưởng thành và kết hợp điều khiển CNC, đa trục và tự động hóa.
Cách thức hoạt động: từ xung điện đến loại bỏ vật liệu
Trong tất cả các loại EDM, nguyên lý đều giống nhau: một điện cực (dây, thanh hoặc điện cực định hình) được đưa đến gần phôi, duy trì khoảng cách cực nhỏ. Máy phát xung tạo ra tia lửa giữa điện cực và mảnh; nhiệt độ tại chỗ có thể đạt tới mức 14.500 đến 21.500 °F, đủ để làm tan chảy và bốc hơi vật liệu tại những điểm cụ thể.
Quá trình này xảy ra hàng nghìn lần mỗi giây. Một chất lỏng điện môi (dầu hoặc nước khử ion có tác dụng cách nhiệt và làm mátNó loại bỏ các hạt vi mô bị tách ra, ổn định quá trình phóng điện và ngăn ngừa các tia lửa điện không mong muốn. Trong khi đó, hệ thống servo điều khiển quá trình tách để duy trì tia lửa ở điểm tối ưu, và máy phát điện điều chỉnh các thông số như điện áp, dòng điện, tần số và thậm chí cả dạng xung.
Việc không tiếp xúc làm giảm ứng suất dư và gờ; mặc dù vậy, một lớp "đúc lại" mỏng vẫn hình thành trên bề mặt, do đó, ở những bộ phận quan trọng, nên điều chỉnh năng lượng của những lần đi qua cuối cùng để cải thiện tính toàn vẹn và độ hoàn thiện của kim loại.
Các thành phần chính của máy EDM
Ngoài khung và trục, máy gia công tia lửa điện (EDM) tích hợp một số hệ thống cho phép quá trình có độ chính xác và khả năng lặp lại; mỗi hệ thống có một chức năng cụ thể. quan trọng đối với chất lượng cuối cùng.
Nguồn điện và máy phát xung
Nó cung cấp năng lượng cho hệ thống và tạo ra tia lửa. Nó điều chỉnh. điện áp, dòng điện, tần số và thời lượng xung Tùy thuộc vào thao tác: gia công thô, bán tinh hoặc tinh. Việc tinh chỉnh là rất quan trọng để cân bằng tốc độ ban đầu, độ mài mòn điện cực và độ hoàn thiện bề mặt.
Điện cực
Trong EDM chìm, điện cực tái tạo khoang cần gia công theo chiều âm; trong EDM dây, điện cực là một sợi dây rất mịn và trong khoan, nó là một ống dẫn điện mà chất điện môi cũng chảy qua. Vật liệu điển hình: than chì, đồng, đồng-vonfram, vonfram, đồng thau và các hợp kim liên quan, mỗi loại có đặc tính riêng. sự cân bằng giữa độ dẫn điện, khả năng chống mài mòn và khả năng gia công.
Hệ thống điện môi
Đây là "môi trường làm việc". Nó có thể là dầu (phổ biến hơn trong chì) hoặc nước khử ion (điển hình trong máy cắt dây EDM). Nó làm mát, loại bỏ các hạt, ổn định kênh xả và giảm thiểu đoản mạch. Nó bao gồm một bình chứa, bơm, bộ lọc và, trong nhiều máy, hệ thống làm mát để kiểm soát nhiệt độ chất lỏng.
Điều khiển servo và điều khiển số
Bộ điều khiển servo điều chỉnh khoảng cách (khoảng cách) giữa điện cực và phôi theo thời gian thực để đảm bảo tia lửa hiệu quả và ổn định, trong khi CNC điều khiển quỹ đạo, độ nghiêng, thời gian tải xuống và đồng bộ hóaSự kết hợp này đảm bảo độ chính xác và khả năng lặp lại ngay cả ở những chi tiết rất nhỏ.
Hướng dẫn, đầu và phụ kiện
Gia công dây EDM sử dụng các thanh dẫn hướng trên và dưới để giữ và định vị dây; sự căn chỉnh và chiều cao thay đổi của chúng cho phép làm việc với các chi tiết có kích thước khác nhau. chiều cao và thực hiện các đường cắt góc cạnh so với trục Z. Máy cũng tích hợp một bể làm việc, máy bơm, đồ gá, đồng hồ đo (vôn kế/ampe kế) và thường có một hệ thống lọc/xả hạt chuyên dụng.
Các loại EDM và mục đích sử dụng của từng loại
Tùy thuộc vào hình dạng, kích thước chi tiết và độ hoàn thiện mong muốn, loại này hay loại khác sẽ phù hợp hơn. Tất cả đều có chung nguyên lý ăn mòn tia lửa điện, nhưng dụng cụ điện cực và... chiến lược cắt.
EDM bằng phương pháp xuyên thấu (chìm, nhúng hoặc khoang)
Một điện cực có hình dạng mong muốn (ví dụ như làm bằng than chì hoặc đồng) được sử dụng, được đưa vào phôi để "sao chép" hình dạng đó. Đây là phương pháp lý tưởng để các khoang phức tạp, tĩnh mạch sâu, các góc bên trong rất chặt và các chi tiết không thể hoặc rất tốn kém để đạt được bằng các phương pháp thông thường. Hơn nữa, nó còn giảm thiểu quá trình xử lý hậu kỳ cần thiết để cải thiện độ hoàn thiện hoặc làm cứng bề mặt.
Nó thường hoạt động ngâm trong dầu điện môi và cung cấp khả năng kiểm soát tuyệt vời trong các khu vực 3D, làm cho nó trở thành mặt hàng chủ lực trong khuôn mẫu, khuôn đúc và dụng cụ có độ phức tạp cao. Khả năng của nó hầu như không phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu.
Gia công cắt dây EDM (gia công bằng tia lửa điện)
Nó sử dụng một sợi dây dẫn điện rất mịn, thường có đường kính từ 0,05 đến 0,35 mm, "cưa" vật liệu bằng tia lửa điện trong khi chất điện môi (nước khử ion) làm mát và loại bỏ các hạtThích hợp cho các đường viền 2D cực kỳ chính xác, cũng như nghiêng theo trục Z và ở các tâm nâng cao, với 5 trục.
Nó yêu cầu một lỗ ren ban đầu và chỉ có thể tạo ra qua các lỗ hổng, không mù. Nó cho phép bán kính bên trong rất nhỏ (giới hạn bởi đường kính dây), độ chính xác tuyệt vời trong các bộ phận đột dập, khuôn và ô tô, hàng không vũ trụ, y tế và nha khoa.
EDM (khoan EDM)
Chuyên về các lỗ siêu nhỏ và các lỗ sâu, thẳng, không gờ. Máy sử dụng các điện cực hình ống giúp dòng điện môi chảy qua dụng cụ để thoát vật liệu. Máy có thể đạt đường kính khoảng 0,0015” (≈0,038 mm) hoặc cao hơn, ngay cả với tỷ lệ khung hình rất cao.
Ưu điểm chính: khoan không bị lệch trên bề mặt cong hoặc nghiêng, không bị ảnh hưởng bởi độ cứng của vật liệu và để lại bề mặt hoàn thiện mịn đến mức trong nhiều trường hợp, đóng vai trò như một bề mặt lăn không cần gia công sau. Nó thường được sử dụng để khởi động dây trong máy cắt dây EDM, loại bỏ các vòi bị hỏng và tạo các kênh làm mát trong cánh tuabin.
Các biến thể và phần mở rộng: phay đa trục, micro-EDM và EDM
Khi nào thì nên chọn EDM?
Có những trường hợp mà EDM rõ ràng là lựa chọn tốt nhất: khi hình học không thể phay hoặc tiện mà không bị biến dạng, khi vật liệu cực kỳ cứng hoặc khi mục tiêu là đạt được hình dáng cụ thể. một lớp hoàn thiện vượt trội, không có gờ.
- Khoan lỗ siêu nhỏ và lỗ rất sâu với dung sai chặt chẽ.
- Cắt đùn, hình dạng quay và đường viền 2D phức tạp bằng độ chính xác tuyệt vời.
- Tạo ra các khoang 3D phức tạp trong khuôn và khuôn dập, với tĩnh mạch sâu và các góc bên trong chặt chẽ.
- Khắc trên vật liệu cứng (ví dụ, vonfram hoặc cacbua).
- Tháo bỏ các vòi hoặc mũi khoan bị hỏng mà không làm hỏng phôi, ngay cả trong vật liệu được xử lý nhiệt.
Ưu điểm và hạn chế thực tế
EDM nổi bật với độ chính xác về kích thước, không có ứng suất cơ học và bề mặt hoàn thiện cao cấpNhưng nó không phải là giải pháp hoàn hảo và điều quan trọng là phải biết được những nhược điểm của nó.
- Ưu điểm: quy trình không tiếp xúc giúp giảm thiểu biến dạng; dung sai rất khắt khe (khoảng ±0,0002″); khả năng gia công các vật liệu rất cứngĐường cắt sâu và ổn định; ít gờ hơn; tỷ lệ mài mòn dụng cụ thấp so với phương pháp cắt thông thường; khả năng tự động hóa "tắt đèn".
- Nhược điểm: thời gian khởi động chậm hơn so với gia công truyền thống; không phù hợp với vật liệu không dẫn điện; tiêu thụ điện cao; chi phí máy móc và vận hành cao (điện cực, dây, chất điện môi); lớp ủ có thể yêu cầu các bước hoàn thiện; trong EDM dây, không thể tạo ra các khoang mù và bán kính bên trong tối thiểu bị giới hạn bởi đường kính sợiKhông thể tái tạo được các góc cạnh sắc nét hoàn hảo.
Vật liệu tương thích
Hầu như tất cả các kim loại và hợp kim dẫn điện đều có thể gia công được. Trong số những kim loại và hợp kim phổ biến nhất là: thép (bao gồm thép cứng và thép không gỉ)đồng, nhôm, đồng thau, than chì, titan, cacbua vonfram, Kovar, vàng và bạc.
Trong siêu hợp kim gốc niken (Inconel, Hastelloy), EDM hoạt động đáng tin cậy; với niken có độ tinh khiết cao được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không, lựa chọn điện cực và các thông số Đây là chìa khóa để duy trì tỷ lệ khởi động ổn định và chất lượng hoàn thiện.
Các ngành công nghiệp và bộ phận tiêu biểu
Gia công bằng tia lửa điện (EDM) đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong các lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác và vật liệu cứng, đặc biệt là trong hàng không vũ trụ, ô tô, y tế và năng lượng.
- hàng không vũ trụ: cánh tuabin, kim phun, bộ phận làm mát, giá đỡ cấu trúc và vỏ thiết bị điện tử hàng không với dung sai quan trọng.
- Ô tô và chế tạo khuôn mẫu: máy đục lỗ, khuôn cắt, đùn và kéo sâu, khuôn và đồng hồ đo phức tạp.
- Y tế và nha khoa: cấy ghép và thiết bị phẫu thuật với các chi tiết nhỏ và hoàn thiện không có gờ.
- Điện tử/bán dẫn: đầu nối, vỏ và các bộ phận chính xác với đường viền mịn.
- Năng lượng và các lĩnh vực khác: gia công các thành phần cho năng lượng hạt nhân/gió, R&D và ứng dụng quân sự và cơ sở hạ tầng.
Chi phí: đầu tư, vận hành và năng suất
Trước khi bạn vội vã mua một máy EDM, hãy cân nhắc sự cân bằng giữa đầu tư, chi phí xử lý và khối lượng công việc, vì sự lựa chọn có tác động trực tiếp đến lợi nhuận.
Đầu tư vào máy móc
Chi phí đầu tư ban đầu khá cao, đặc biệt là đối với các mẫu máy mới nhất. Với số lượng sản xuất rất ít, chi phí cố định cho mỗi sản phẩm có thể tăng vọt, vì vậy bạn nên... phân tích khối lượng công việc và lợi nhuận hy vọng.
Chi phí vận hành và vật liệu
Quá trình này bao gồm điện cực, dây dẫn, chất lỏng điện môi, lọc và điện. Tuy nhiên, lượng vật liệu thải ra thường ít hơn so với quá trình gia công, do đó chi phí nguyên liệu thô có thể thấp hơn. nhiều nội dung hơn trong nhiều ứng dụng.
Bảo trì và nhân sự
Giống như bất kỳ máy móc chính xác nào, nó cần được bảo trì phòng ngừa (lọc, dẫn hướng, hiệu chuẩn). Hơn nữa, hoạt động của nó đòi hỏi nhân viên giàu kinh nghiệmĐiều này làm tăng chi phí lao động nhưng ảnh hưởng đến chất lượng và thời gian.
Năng suất và thời gian hoàn thành
Đối với các chi tiết phức tạp đòi hỏi nhiều thiết lập trong gia công thông thường, EDM có thể hoàn thành quy trình chỉ trong một thiết lập, giảm thiểu sai sót và thời gian hoàn thành. Tuy nhiên, bản thân quy trình này phức tạp hơn chậm hơn CNC trong quá trình gia công thô khối lượng lớn, vì vậy việc lập kế hoạch là rất quan trọng.
Lựa chọn dụng cụ và nhà cung cấp
Trong sản xuất điện cực chìm, chi phí sản xuất điện cực có thể rất đáng kể nếu quy mô lô hàng nhỏ. Nếu bạn thuê ngoài, hãy tìm nhà cung cấp có công viên lớn chứa đầy dây dọi, dây và máy khoanGiao tiếp tốt, thời gian đáng tin cậy và có khả năng đáp ứng kích thước và độ phức tạp của bộ phận bạn.
EDM so với gia công truyền thống
Hai quy trình này không phải lúc nào cũng cạnh tranh nhau; chúng thường bổ sung cho nhau. Ví dụ, trong khuôn mẫu, người ta thường tạo hình bằng phay CNC và tinh chỉnh các cạnh bằng... gia công phóng điện dây.
- EDM: không tiếp xúc, ít biến dạng, độ chính xác cực cao và hoàn thiện vượt trộiNó hoạt động với những vật liệu rất cứng; chậm hơn và chi phí theo giờ cao hơn.
- Truyền thống: nhanh hơn để bắt đầu lớn, linh hoạt hơn về vật liệu (bao gồm cả những người không lái xe), chi phí theo giờ thấp hơn; có thể tạo ra căng thẳng và va đập, và gặp khó khăn khi tiếp cận một số góc bên trong.
Tích hợp với CNC và phần mềm tiêu chuẩn
CNC là giao diện kết nối thiết kế và máy móc: nó chuyển đổi quỹ đạo thành chuyển động trục và quản lý việc tải xuốngTrong gia công dây EDM, trục U/V thường được sử dụng để cắt côn, còn trong gia công EDM đa trục, trục quay được bổ sung để tạo ra hình dạng phức tạp hơn.
- CAD/CAM: Tạo hình học và đường chạy dao cụ thể của EDM (bao gồm bù dây và chiến lược trong quá khứ).
- Mô phỏng: hình dung và tối ưu hóa trước khi cắt để phát hiện va chạm và sự kém hiệu quả.
- Giám sát quy trình: điều chỉnh các thông số dòng điện, điện áp và xung theo thời gian thực.
- Tạo đường dẫn: kiểm soát đầu vào/đầu ra, bán kính tối thiểu và chất lượng của kết thúc.
Quy trình làm việc từng bước
Mặc dù mỗi họ (xỏ ren, dọi, khoan) đều có những sắc thái riêng, nhưng quy trình cơ bản khá giống nhau và giúp hiểu được những gì xảy ra bên trong thùng làm việc trong mỗi chu kỳ. dỡ hàng và sơ tán.
- Chuẩn bị: phôi, điện cực/dây, chất lỏng điện môi, thiết bị bảo vệ và chương trình CNC đã sẵn sàng.
- Cố định và căn chỉnh: mảnh ghép được giữ, tham chiếu và cố định khoảng cách ban đầu Đúng.
- Quản lý điện môi: chất lỏng được nạp/cung cấp (ngâm hoặc phun), với quá trình lọc chủ động.
- Khởi chạy chương trình: Trục tọa độ CNC và tải xuống; servo điều chỉnh độ tách theo thời gian thực.
- Loại bỏ vật liệu: mỗi tia lửa làm tan chảy/bốc hơi các hạt mà chất điện môi kéo ra; quá trình này được lặp lại cho đến khi hoàn thành các công đoạn gia công thô và hoàn thiện.
Những trường hợp EDM thắng áp đảo
Có những công việc mà gia công bằng tia lửa điện (EDM) đơn giản là lựa chọn tốt nhất: cắt rất sâu và ổn định, các góc bên trong chật hẹphình học phức tạp, kết hợp với xử lý trước để ngăn ngừa biến dạng và sản xuất khuôn mẫu chắc chắn chúng chịu được nhiều chu kỳ hơn với ít sự thay thế hơn.
Gia công bằng tia lửa điện (EDM) về cơ bản là sử dụng điện để tạo ra lợi thế cho bạn: khi gia công thông thường không đạt yêu cầu do độ cứng, hình dạng hoặc nguy cơ biến dạng, quy trình này không chỉ cho phép bạn chế tạo chi tiết mà còn thực hiện việc đó với Độ chính xác và hoàn thiện vượt trộitích hợp với CAD/CAM, tự động hóa và kiểm soát quy trình để cải thiện thời gian hoàn thành, chất lượng và khả năng lặp lại.
