"Druže, kako seče metal a da ga ne dodirne?" pitao me je.
I tada sam shvatio da smo u ovom poslu toliko dugo da samo pretpostavljamo da svi znaju šta je Wire EDM. Ne znaju. Čak se i naši kupci ponekad zbune, a to su ljudi koji naručuju precizne dijelove koji zahtijevaju manje tolerancije od... pa, nema veze, shvatili ste.
Pa idemo. Wire EDM objasnio je neko ko to radi 18 godina i ima problema sa leđima da to dokaže.
Pravi naziv (i zašto ga niko ne koristi)
Wire EDM je skraćenica od Wire Electrical Discharge Machining. Neki ljudi to zovu erozijom žice, ili mašinskom obradom, ili – ako ste zaista stari-školski – erozijom iskre. Jenkiji to ponekad zovu "rezač sira" što smatram urnebesnim, ali i nekako preciznim.
Ali evo stvari: niko u našoj radnji zapravo ne kaže "Wire EDM" u potpunosti. To je samo "žičana mašina" ili "Fanuc" (jer to je marka kojih imamo tri) ili ponekad "ta prokleto temperamentna mašina u uglu" kada nam zadaje tugu.
Što je, da vam kažem, češće nego što bih želio.
Pa šta je to, zapravo?
Dobro, zamislite da pokušavate prorezati blok od kaljenog čelika. Očvrsnuo, što znači da ne možete da ga bušite, glodate ili da mu uradite bilo šta sa tradicionalnim metodama. Prokleto je preteško – pravi alatni čelik, 60 HRC, ono što se smije rezačima od tvrdog metala.
Wire EDM nije briga. Preseći će ga kao puter. Pa, veoma spor puter. Veoma skup, veoma precizan puter.
Evo kako to funkcionira (i obećavam da je ovo pojednostavljena verzija):
Imate super-tanku žicu – obično govorimo o 0,25 mm, tanju od žice za gitaru – koja je razvučena između dvije vodilice. Ova žica djeluje kao jedna elektroda. Vaš radni komad je druga elektroda. Oba su potopljena u deioniziranu vodu (više o toj katastrofi čeka se kasnije).
Zatim propuštate električnu struju kroz žicu, stvarajući hiljade sićušnih iskri u sekundi – poput minijaturnih munja – između žice i vašeg dijela. Svaka iskra topi mali komad metala, a voda ispire ostatke.
Žica zapravo nikada ne dodiruje radni komad. Uvek postoji mali razmak – možda 0,01 mm – gde se sve iskre. To je poput magije, samo što je fizika, i mnogo je skuplje od magije.
Zašto to uopšte radimo (kada postoji redovna obrada)
Dobro pitanje. Redovno CNC glodanje je brže, jeftinije, lakše. Zašto se onda mučiti sa Wire EDM?
Jer ponekad morate raditi stvari koje obična obrada jednostavno ne može:
Kaljeni materijali– Ovo sam već spominjao, ali je ogromno. Režemo delove od alatnog čelika po ceo dan koji bi uništili svaki uobičajeni rezni alat.
Nemogući oblici– Pokušajte izglodati kvadratni unutrašnji ugao. Hajde, sačekaću. Ne može se, zar ne? Rezač je okrugao. Ali sa Wire EDM, možete imati odgovarajuće oštre unutrašnje uglove jer žica može promijeniti smjer. Prošlog mjeseca smo obavili posao za kompaniju za medicinske uređaje (NDA, ne mogu reći ko, ali oni prave hirurške instrumente) sa unutrašnjim uglovima koji su bili apsolutno kritični. Wire EDM je bila jedina opcija.
Sitne karakteristike– Prorezi uži od bilo koje glodalice? Nema problema. Nedavno smo izrezali proreze širine 0,3 mm kroz 50 mm kaljenog čelika. Probaj to na mlinu, usuđujem se.
Nema sile rezanja– Ovo je ono što ljude oduševljava. Budući da žica nikada ne dodiruje dio, nema sile rezanja. Zero. Što znači da možete rezati nevjerovatno osjetljive ili tanke-dijelove bez izobličenja. Prošle godine smo izrezali neke nosače za vazduhoplovstvo koji su bili debljine zida od 0,5 mm. Na mlinu bi samo vibrirali i lomili.
Različite vrste (jer ih naravno ima)
Zaista postoje dva glavna ukusa:
Mašine s dvije{0}}osovine– Osnovni tip. Žica ide pravo gore-dole, seče vertikalne zidove. Ovo je ono što imamo najviše u radnji. Naše tri Fanuc mašine su dvije-osovine i obrađuju vjerovatno 80% našeg posla.
Četiri{0}}osinske mašine– One elegantne u kojima se gornja i donja žičana vodilica mogu pomicati nezavisno. To znači da možete rezati sužene zidove, složene 3D oblike, lopatice turbine, takve stvari. Imamo jednu Mitsubishi četveroosnu jedinicu koja je koštala više od moje kuće (bukvalno – provjerio sam fakturu kada smo je kupili 2019. godine, zatim pogledao svoju hipoteku i malo plakao).
Nekada su postojale razlike između "putne žice" i "stacionarne žice", ali je putujuća žica pobijedila u toj bitci prije nekoliko decenija. Sada biste morali otići u muzej da nađete stacionarnu žičanu mašinu.
Sama žica (tako jednostavna stvar, takva noćna mora)
Mislili biste da bi žica bila jednostavna, zar ne? To je samo žica.
Oh, ti slatko ljetno dijete.
Uglavnom koristimo mesinganu žicu – to je zapravo mesing obložen cinkom-, koji dobro provodi struju i ne puca tako lako. Tipična veličina je prečnik 0,25 mm, iako imamo sve od 0,1 mm (za zaista fini rad) do 0,3 mm (za grubo sečenje).
Žica je skupa. Nije "luksuzni auto" skup, ali kalem od 5 kg košta oko 80-120 funti u zavisnosti od klase, a ove mašine prolaze kroz to kao... pa, zamislite da pletete žicom koju bacate dok idete. Vjerovatno trošimo 15.000 funti godišnje samo na žice. Jenny iz računa iznosi ovo svaki. Single. Budžet. Sastanak.
I evo zabavnog dijela: žica se koristi jednom, a zatim se baca. Prođe kroz zonu reza tačno jednom, električno erodira i oslabi, a zatim ide pravo u kantu za otpad. Imamo ogromnu kantu korišćene žice u uglu prodavnice. Prikupljanje reciklaže dolazi svakog drugog utorka, pa čak i oni izgledaju zbunjeni koliko žice proizvodimo.
Prekidi žice su prokletstvo našeg postojanja. Mašina lepo zuji, seče deo, pa SNAP. Pukla žica. Mašina se zaustavlja. Morate provući novu žicu (što na nekim dijelovima može potrajati 20 minuta), pronaći gdje ste bili u rezu, ponovo pokrenuti. Izgubljeno vrijeme, izgubljeni novac, a ako ste ja, izgubili ste strpljenje jer je ovo TREĆA pauza danas.
Zašto žica puca? Odaberite:
Postavke Spark su previše agresivne
Pogrešna napetost žice
Kontaminirani dielektrični fluid
Loša sreća (ovo je legitiman razlog)
Merkur u retrogradnom stanju (šala, ali samo)
Situacija s vodom (ili: zašto su naši računi za struju ludi)
Sjećate li se da sam spomenuo dejoniziranu vodu? Da, to je cela stvar.
Voda u Wire EDM mašini ima višestruke svrhe:
Hladi zonu varničenja
Odstranjuje metalne ostatke
Djeluje kao dielektrik (električni izolator sve dok napon ne postane dovoljno visok da iskri)
Ali MORA se deionizirati – što znači da se uklanjaju svi minerali i joni. Obična voda iz slavine bi previše lako provodila struju i jednostavno biste dobili kratki spoj umjesto kontroliranog varničenja.
Dakle, imamo ovaj masivni sistem deionizacije. To je u suštini postrojenje za prečišćavanje vode u uglu naše radionice. Filteri, rezervoari smole, pumpe, radovi. Samo održavanje ove stvari košta nas oko 3.000 funti godišnje.
I brzine protoka vode! Kroz ove mašine pumpamo stotine litara u minuti. Mitsubishi troši oko 60 litara u minuti. To je kada svaka 2-3 minute. Samo stalno cirkuliše, filtrira, hladi, recirkulaciju.
Naš ekološki inspektor je bio u posjeti prošle godine (fina žena, vrlo temeljna, apsolutno nas je prestrašila) i zapravo je bila impresionirana koliko je naše vodoprivrede čisto. Očigledno je većina prodavnica mnogo lošija. Osjećali smo se neobično ponosno, kao kada vam svekrva--pohvali vaše održavanje domaćinstva.
Programiranje ovih zvijeri (ili: zašto plaćamo Jamesa previše)
Žičano EDM programiranje je… posebno.
To nije kao obično CNC programiranje gdje ga možete jednostavno vitlati i prilagođavati dok idete. Pogrešite i ili ste upropastili veoma skupu praznu ploču, ili ćete sedeti tamo 20 sati i seći vazduh jer su vam pomaci pogrešni.
James je naš vodeći Wire EDM programer. On je ovdje od 2007. godine, poznaje ove mašine bolje od svoje djece (njegove riječi, ne moje, iako se njegova žena nasmijala kada je to rekao na božićnoj zabavi prošle godine). Plaćamo ga jako dobro jer pronaći nekoga ko stvarno razumije Wire EDM programiranje je kao pronaći jednoroga. Jednorog koji je dobar u matematici i ne smeta mu da cijeli dan bulji u CAD modele.
Softver generiše putanju alata, ali morate uzeti u obzir:
Pomak žice (razmak između žice i dijela)
Više prolaza (grubo sečenje, obrađeno sečenje, završno sečenje)
Kompenzacija konusa (za rad na četiri -ose)
Strategije ulaska/izlaska
Uslovi u uglu
Za većinu dijelova potrebna su najmanje dva prolaza. Prvi prolaz – koji se naziva grubo sečenje – brzo uklanja većinu materijala. Zatim radite jedan ili više prolaza na mnogo finijim postavkama kako biste dobili završnu obradu površine i točnost dimenzija.
Taj posao koji sam ranije spomenuo za kompaniju medicinskih uređaja? Ukupno pet prolaza. Grubi rez je trajao oko 6 sati. Svaki skim pass je dodao još 3-4 sata. Džejms je proveo više vremena u programiranju nego što je mašina potrošila na rezanje.
Brojevi koje svi žele (ali sedite)
"Koliko je to tačno?" – Svaki kupac, ikada.
Rutinski držimo ±0,005 mm na većini poslova. To je pet hiljaditih delova milimetra. Pet mikrona. Otprilike 1/10 debljine ljudske kose.
Na našem Mitsubishiju sa četiri-osovine, kada se Džejms provodi dobro, a bogovi mašina se smiju, možemo postići ±0,002 mm. To ulazi u teritoriju mjerne nesigurnosti gdje nismo sasvim sigurni da je naša mjerna oprema dovoljno precizna da potvrdimo šta smo zapravo napravili.
Završna obrada? Obično oko 0,2-0,4 Ra (to je mjerenje hrapavosti) na obranim rezovima. Spustite se na 0,1 Ra ako se zaista trudimo, iako u tom trenutku trošite godine na prolaze u cilju.
Ali evo prljave tajne koju vam niko ne govori:Wire EDM je Sporo.
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 veličine 100 mm x 100 mm traje 3-4 sata. ONDA uradite svoje skim pasove.
Prošle sedmice smo citirali posao gdje je kupac bio šokiran da će biti potrebno 40 sati strojnog vremena. "Zar ne možeš samo... ubrzati?" pitali su. Pa da, tehnički, ali onda vaš dio izgleda kao smeće i dimenzionalna točnost izlazi iz prozora. Nema besplatnog ručka u Wire EDM-u.
Brzina naspram cilja nasuprot tačnosti – odaberite dva, ne možete imati sva tri.
Kada NE koristiti Wire EDM (iskreno što moj šef želi da ne bih pisao)
Gledajte, mi zarađujemo kada koristite naše Wire EDM usluge. Ali dozvolite mi da vam uštedim malo vremena i novca:
Ako možeš samljeti, melji. Redovna CNC obrada je vjerovatno 10x brža i upola manja za većinu posla.
Ako su vaše tolerancije manje od ±0,02 mm, vjerovatno vam ne treba Wire EDM.
Ako je vaš materijal mekan (aluminij, meki čelik, plastika), definitivno nemojte koristiti Wire EDM. Upalit će, ali je ogromna pretjerivanje.
Ako su vam potrebni samo vanjski oblici i nisu ludo složeni, rezanje vodenim mlazom je vjerovatno jeftinije.
Odbili smo posao prošlog mjeseca – tip je htio da žicom EDM isečemo neke aluminijske nosače. Rekao sam mu direktno: "Druže, daj ovo glodanje. Svaka mašina može ovo da uradi u četvrtini vremena za pola cene." Cijenio je iskrenost i na kraju nam je poslao drugačiji posao za koji je zapravo bio potreban Wire EDM. Ponekad se isplati biti iskren.
Mada nemojte reći prodaji da poklanjam posao. Već su me iznervirali zbog posta na blogu koji sam napisao u avgustu o preskupim alatima. To je izazvalo neke… diskusije.
Uobičajeni problemi (ili: zašto sanjam stres o prekidima žice)
Pukla žica– Već pomenuto, ali ozbiljno, ovo je 80% naših problema. Probali smo različite žice, različite napetosti, žrtvovanje kokoške bogovima mašina (šala... uglavnom). Nekih dana mašina jednostavno odluči da vas mrzi.
Dielektrična kontaminacija– Metalni ostaci se nakupljaju u vodi, provodljivost raste, varničenje postaje nedosljedno, dijelovi ispadaju grubo. Mi svoje filtere religiozno menjamo svake nedelje. Religiozno. Na rasporedu je, crvenom olovkom, dva puta podvučeno.
Recast sloj– Proces varničenja topi metal, a male količine se ponovo učvršćuju na površini reza. Ovaj "prerađeni sloj" je možda debljine 0,001-0,01 mm, ali je tvrđi i krhkiji od osnovnog materijala. Za neke aplikacije to nije važno. Za druge (na primjer dijelove koji su kritični za umor), to je veliki problem i treba ga ukloniti ručnim poliranjem. Uradili smo seriju delova za F1 tim prošle godine (opet, NDA, ali su crveni) gde je uklanjanje recast sloja dodalo 2 sata ručnog rada po delu.
Taper– Čak i na mašinama s dvije-osovine, ako vaša žica nije savršeno vertikalna, dobijate konus. Obično mali – možda 0,01 mm preko 50 mm visine – ali postoji. Na kritičnim dijelovima, James provodi godine provjeravajući i prilagođavajući vertikalnost žice. On ima ceo ovaj ritual sa indikatorom brojčanika za koji sam prilično siguran da je najmanje 50% praznoverja, ali delovi su ispravni, pa ko sam ja da sudim?
Corner wash– U unutrašnjim uglovima ispiranje nije tako dobro, tako da dobijate nedosledne rezove. Za ovo postoje strategije kompenzacije, ali to znači više vremena za programiranje i obično dodatni ski pass. Pranje ugla je razlog zašto James mrmlja sebi u bradu dok programira.
Budućnost (ili: šta inžinjere drži budnima noću)
Kuda ide Wire EDM tehnologija?
Brže sečenje– Svaka nova generacija mašina zahteva 20-30% veće brzine rezanja. U stvarnosti, to je više od 10-15% i obično dolazi sa kompromisima u završnoj obradi površine. Ali mi ćemo to uzeti. Naš najnoviji Fanuc (isporučen u martu ove godine, i dalje ga otplaćuje) je znatno brži od našeg modela iz 2015. godine.
Bolja automatizacija– Naš Mitsubishi može raditi bez nadzora preko noći AKO sve ide savršeno. Veliko "ako" tamo. Novije mašine imaju bolje sisteme za uvlačenje žice, automatsko podešavanje napetosti žice, sve te dobre stvari. San je -ugašena obrada. Realnost je da Stiv i dalje dolazi u 6 ujutro većinu noći kako bi provjerio noćne vožnje jer smo svi ranije bili opečeni.
Integrirano mjerenje– Neke vrhunske{0}}mašine sada imaju sisteme sondiranja koji mogu mjeriti dio bez skidanja sa mašine. Ovo još nemamo (£40,000+ dodatak-), ali sam vidio da je demonstrirano i zaista je impresivno. Uštedio bi Jamesu oko 30 minuta po dijelu na složenim poslovima.
Bolja tehnologija varničenja– Novi generatori sa većom kontrolom nad karakteristikama varnica. Finije završne obrade površine, manje preinake, bolja preciznost uglova. Ove stvari zaista postaju sve bolje, a ne samo marketinška glupost.
Praktični savjeti (od nekoga ko je napravio sve greške)
Budući da vjerovatno razmišljate o Wire EDM radu, evo neke teško{0}}osvojene mudrosti:
1. Dizajn za Wire EDM– Unutrašnji uglovi treba da imaju poluprečnike najmanje jednake prečniku žice + pomak. Dakle, 0,25 mm žice + 0.05mm pomak=0.3mm minimalni radijus. Stalno dobijamo crteže sa specificiranim oštrim uglovima i moramo da objašnjavamo fiziku dizajnerima. Brzo stari.
2. Ostavite vrijeme– Ne zovite nas u petak popodne ako su vam potrebni dijelovi u ponedjeljak ujutro. To se ne dešava. Wire EDM traje VRIJEME. Tipičan mali dio je minimum 8-12 sati. Složeni dijelovi mogu biti dani.
3. Bitna je priprema materijala– Ako vaš blank nije uklonjen sa-naprezanja, može se iskriviti dok ga režemo zbog unutrašnjeg naprezanja koji se oslobađa. Onda su tvoje tolerancije glupost. Ne preskačite oslobađanje od stresa na kritičnim dijelovima.
4. Pokrenite rupe– Potrebna nam je rupa kroz koju ćemo provući žicu da bismo počeli da sečemo. Za većinu dijelova potrebno je prvo izbušiti rupu od 2-3 mm. Uključite ih u svoj dizajn ili ćemo vam naplatiti da ih izbušite.
5. Trošak nije linearan– Dodavanje drugog prolaza udvostručuje vrijeme stroja. Uže tolerancije znače više kliznih prolaza. 0.01mm tolerancije koštaju možda 20% više od 0,02 mm. Ali tolerancija od 0,002 mm? To je dvostruko ili trostruko jer nam treba više dodatnih prolaza i sve mora biti savršeno.
6. Završna obrada u odnosu na toleranciju– Oni su povezani, ali nisu isti. Možete imati čvrstu toleranciju sa grubom završnom obradom ili labavu toleranciju sa završnom obradom u ogledalu. Budite jasni šta je važnije za vašu aplikaciju.
Stvarno realne aplikacije
Gdje najčešće vidimo Wire EDM?
Izrada alata i kalupa– Ovo je posao sa hlebom i puterom. Matrice za probijanje, kalupi za oblikovanje, umetci kalupa za brizganje. Sve što treba složene oblike od kaljenog čelika. Vjerovatno radimo 40% našeg posla za proizvođače alata.
Vazdušne komponente– Nazubljene lopatice turbine, strukturni spojevi sa preciznim izrezima za -štedenje težine, bilo šta od titanijuma (što je užasno za konvencionalnu mašinu). Uradio sam hrpu titanijumskih nosača prošlog mjeseca što bi bilo zaista nemoguće na drugi način.
Medicinski uređaji– Hirurški instrumenti, komponente implantata, sve što treba i preciznost i dobru završnu obradu. Iako nas je regulatorna papirologija za medicinski rad zamalo ubila. Jenny je provela TRI TJEDNE na dokumentaciji za naš ISO 13485 certifikat. I dalje je ogorčena zbog toga.
Precizni mjerači– Mjerila za klinove, blokovi mjerača, uređaji za inspekciju. Kalibraciona laboratorija je jedan od naših stalnih kupaca.
Automotive– Uglavnom rad na prototipu i motosportu. Obim proizvodnje je obično prevelik za ekonomičnost Wire EDM. Ali za taj F1 tim? Novac zapravo nije briga kada su vam potrebni dijelovi koji rade.
Završetak-(jer ovo postaje dugo)
Dakle, šta je Wire EDM?
To je precizan proces rezanja metala koji koristi električne iskre za erodiranje metala, sposoban za nevjerovatnu preciznost i sposoban za rezanje materijala i oblika koji bi bili nemogući redovnom obradom. Sporo je, pomalo skupo, povremeno temperamentno i apsolutno neophodno za određene vrste posla.
Vrijedi li učiti o tome? Ako ste u proizvodnji, apsolutno. Ako vam ikada zatrebaju složeni dijelovi napravljeni od tvrdih materijala, vjerovatno ćete na kraju razgovarati s nekim poput mene.
Jesmo li pristrasni zato što posjedujemo četiri Wire EDM mašine i moramo da ih držimo zauzetim da bismo opravdali svoje postojanje pred Jenny u računovodstvu? Možda. Ali one su zaista izvanredne mašine kada vam treba ono što mogu da urade.
Ako želite da ih vidite na djelu, svakog prvog četvrtka u mjesecu radimo obilaske po trgovinama (sljedeći je 1. decembra, pošaljite e-mail Sandri da rezerviše mjesto). Pošteno upozorenje: nije ih uzbudljivo gledati – samo tanka žica koja se polako kreće kroz metal bez da se ništa dramatično dešava. 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 za njegovog rođaka:Sinker EDM(koji se naziva i Ram EDM). Koristi oblikovanu elektrodu koja se uranja dolje kako bi spalila šupljine u metal – sjajno za izradu kalupa. Isti princip iskre, potpuno različite primjene. Nemamo ga, što me spašava da Jenny objasnim još jedan ogroman račun za struju.