«Друже, як він ріже метал, не торкаючись його?» запитав він мене.
І тоді я зрозумів, що ми працюємо в цьому бізнесі так довго, що просто припускаємо, що всі знають, що таке Wire EDM. Вони цього не роблять. Навіть наші клієнти іноді плутаються, і це люди, які замовляють прецизійні деталі, які вимагають жорсткіші допуски, ніж… ну, неважливо, ви зрозуміли суть.
Отже, ми починаємо. Wire EDM пояснив хтось, хто займається цим протягом 18 років і має проблеми зі спиною, щоб підтвердити це.
Фактична назва (і чому її ніхто не використовує)
Wire EDM означає Wire Electrical Discharge Machining. Деякі люди називають це дротяною ерозією, або іскровою обробкою, або – якщо ви справді стара-школа – іскровою ерозією. Янки іноді називають це «різкою для сиру», що мені здається смішним, але в чомусь точним.
Але ось у чому річ: ніхто в нашому цеху насправді не говорить повністю «Wire EDM». Це просто «дротова машина» або «Fanuc» (бо це бренд, який у нас є три), або іноді «тая кривава темпераментна машина в кутку», коли вона завдає нам горя.
Що, дозвольте мені сказати вам, частіше, ніж я хотів би.
Отже, що це ТАКЕ?
Так, уявіть, що ви намагаєтеся розрізати блок із загартованої сталі. Загартований, тобто ви не можете його свердлити, фрезерувати або щось робити з ним традиційними методами. Це просто до біса жорстке – правильна інструментальна сталь, 60 HRC, це те, що сміється з твердосплавних фрез.
Wire EDM не хвилює. Розіжеться, як масло. Ну дуже повільне масло. Дуже дороге, дуже точне масло.
Ось як це працює (і я обіцяю, що це спрощена версія):
Ви маєте над-тонкий дріт – зазвичай ми говоримо про 0,25 мм, тонший за гітарну струну – який натягнутий між двома напрямними. Цей дріт виконує роль одного електрода. Іншим електродом є ваша заготовка. Обидва занурені в деіонізовану воду (більше про цю катастрофу чекає пізніше).
Потім ви пропускаєте електричний струм через дріт, утворюючи тисячі крихітних іскор за секунду, як мініатюрні блискавки, між проводом і вашою частиною. Кожна іскра розплавляє крихітну частинку металу, а вода змиває сміття.
Дріт насправді ніколи не торкається заготовки. Завжди є крихітна щілина – можливо, 0,01 мм – де відбувається іскроутворення. Це схоже на магію, тільки це фізика, а вона набагато дорожча за магію.
Чому ми взагалі це робимо (якщо існує регулярна механічна обробка)
Гарне запитання. Звичайне фрезерування з ЧПУ швидше, дешевше та легше. То навіщо турбуватися про Wire EDM?
Тому що іноді вам потрібно робити те, що звичайна обробка просто не може зробити:
Загартовані матеріали– Вже згадував про це, але це величезне. Цілими днями ми ріжемо деталі інструментальної сталі, які зруйнують будь-який звичайний ріжучий інструмент.
Неможливі форми– Спробуйте відфрезерувати квадратний внутрішній кут. Давай, я почекаю. Не можна зробити, правда? Фреза кругла. Але з Wire EDM ви можете мати правильні гострі внутрішні кути, оскільки дріт може змінювати напрямок. Минулого місяця ми виконали роботу для компанії з виробництва медичних приладів (NDA, не можу сказати, хто, але вони виробляють хірургічні інструменти) із внутрішніми кутами, які були абсолютно критичними. Єдиним варіантом була дротова електроерозія.
Крихітні функції– Пази вужчі за будь-яку кінцеву фрезу? немає проблем Нещодавно ми прорізали прорізи шириною 0,3 мм у 50 мм загартованої сталі. Спробуйте це на млині.
Ніяких сил різання– Це те, що вражає людей. Оскільки дріт ніколи не торкається деталі, сила різання нульова. Нуль. Це означає, що ви можете вирізати неймовірно делікатні або тонкостінні-деталі без деформації. Минулого року ми вирізали кілька аерокосмічних кронштейнів із товщиною стінки 0,5 мм. На млині вони просто вібрують і ламаються.
Різні типи (бо, звичайно, є)
Насправді існує два основних смаки:
Дво{0}}машини– Основний тип. Дріт йде прямо вгору і вниз, ріже вертикальні стіни. Це те, що у нас найбільше в магазині. Усі три наші машини Fanuc є дво-осьовими, і вони виконують, мабуть, 80% нашої роботи.
Чотири{0}}машини– Модні, де верхня та нижня напрямні дроту можуть рухатися незалежно. Це означає, що ви можете вирізати конічні стінки, складні тривимірні форми, лопаті турбін тощо. У нас є чотири{3}}осьовий агрегат Mitsubishi, який коштує дорожче за мій будинок (буквально – я перевірив рахунок-фактуру, коли ми купили його в 2019 році, потім подивився свою іпотеку та трохи поплакав).
Раніше існували відмінності між «мандрівним дротом» і «стаціонарним дротом», але мандрівний дріт виграв цю битву десятиліття тому. Зараз вам доведеться піти в музей, щоб знайти стаціонарну дротову машину.
Сам дріт (така проста річ, такий кошмар)
Можна подумати, що дріт — це просто, чи не так? Це просто дріт.
Ой, мила літня дитина.
Здебільшого ми використовуємо латунний дріт – насправді це оцинкована латунь, яка добре проводить електричний струм і не так легко ламається. Типовий розмір становить 0,25 мм у діаметрі, хоча ми маємо все від 0,1 мм (для справді тонкої роботи) до 0,3 мм (для грубого різання).
Провід дорогий. Не «розкішний автомобіль» дорогий, але 5-кілограмова котушка коштує приблизно 80-120 фунтів стерлінгів залежно від класу, і ці машини проходять через це як… ну, уявіть собі в’язання дротом, який викидаєте на ходу. Напевно, ми витрачаємо £15 000 на рік тільки на передачу. Дженні з облікових записів згадує про це Кожен. неодружений. Бюджет. Зустріч.
І ось найцікавіше: дріт використовується один раз, а потім упаковується. Він проходить через зону розрізу рівно один раз, зазнає електричної ерозії та ослаблення, а потім потрапляє прямо в бункер для сміття. У нас у кутку магазину є величезний контейнер із використаним дротом. Збір утилізації приходить кожного другого вівторка, і, здається, навіть вони збентежені тим, скільки дроту ми виробляємо.
Обриви дротів – прокляття нашого існування. Машина приємно гуде, вирізає деталь, потім ЩИКАЄ. Обриви дроту. Машина зупиняється. Ви повинні протягнути новий дріт (що для деяких частин може зайняти 20 хвилин), знайти, де ви були в розрізі, перезапустити. Втрачений час, втрачені гроші, і якщо ти я, ти втратив терпіння, тому що це вже ТРЕТЯ перерва сьогодні.
Чому ламається дріт? Вибирайте:
Занадто агресивні налаштування Spark
Неправильний натяг дроту
Забруднена діелектрична рідина
Невдача (це законна причина)
Ретроградний Меркурій (жартує, але просто)
Ситуація з водою (або: чому наші рахунки за електроенергію божевільні)
Пам’ятаєте, я згадував деіонізовану воду? Так, це ціла річ.
Вода в верстаті Wire EDM служить для кількох цілей:
Охолоджує зону іскріння
Змиває металеве сміття
Діє як діелектрик (електричний ізолятор, доки напруга не стане достатньою для іскри)
Але він ПОВИНЕН бути деіонізованим, тобто всі мінерали та іони видаляються. Звичайна водопровідна вода надто легко проводить електрику, і замість контрольованого іскріння ви отримаєте коротке замикання.
Отже, у нас є масивна система деіонізації. По суті, це водоочисна установка в кутку нашої майстерні. Фільтри, резервуари для смоли, насоси, роботи. Лише технічне обслуговування цієї речі коштує нам приблизно 3000 фунтів стерлінгів на рік.
І швидкість потоку води! Через ці машини ми перекачуємо сотні літрів на хвилину. Mitsubishi використовує близько 60 літрів на хвилину. Це ванна кожні 2-3 хвилини. Просто постійно циркулює, фільтрує, охолоджує, рециркулює.
Наш екологічний інспектор відвідав минулого року (приємна жінка, дуже ретельна, нас дуже налякала) і був справді вражений тим, наскільки чистим є наше водне господарство. Мабуть, більшість магазинів набагато гірші. Ми відчували надзвичайну гордість, як коли ваша-{3}}свекруха хвалить ваше господарство.
Програмування цих звірів (або: чому ми платимо Джеймсу занадто багато)
Програмування електроерозійної обробки дроту є… особливим.
Це не схоже на звичайне програмування з ЧПК, де ви можете просто крутити його та налаштовувати по ходу. Зробите це неправильно, і ви або зіпсуєте дуже дорогу заготовку, або сидите там 20 годин, різаючи повітря, тому що ваші зсуви неправильні.
Джеймс — наш провідний програміст Wire EDM. Він тут із 2007 року, знає ці машини краще за своїх дітей (його слова, не мої, хоча його дружина сміялася, коли він сказав це на різдвяній вечірці минулого року). Ми платимо йому дуже добре, тому що знайти людину, яка справді розуміє програмування Wire EDM, це все одно, що знайти єдинорога. Єдиноріг, який добре знає математику та не проти цілий день витріщатися на моделі САПР.
Програмне забезпечення генерує траєкторію, але вам потрібно враховувати:
Зміщення дроту (зазор між дротом і деталлю)
Кілька проходів (чорнове різання, знежирене різання, чистове різання)
Компенсація конусності (для чотирьох{0}}робот)
Стратегії входу/виходу
Кутові умови
Більшість деталей потребують принаймні двох проходів. Перший прохід – так званий грубий розріз – швидко видаляє більшу частину матеріалу. Потім ви виконуєте один або кілька знежирених проходів із набагато більш точними налаштуваннями, щоб отримати обробку поверхні та точність розмірів.
Ця робота, про яку я згадував раніше, для компанії з виробництва медичних приладів? Всього п'ять проходів. Чорновий розріз зайняв близько 6 годин. Кожне знежирене проходження додавало ще 3-4 години. Джеймс витрачав більше часу на його програмування, ніж машина витрачала на його розрізання.
Цифри, які всі хочуть (але сидіти)
"Наскільки це точно?" – Кожен клієнт, будь-коли.
У більшості робіт ми регулярно дотримуємося ±0,005 мм. Це п’ять тисячних міліметра. П'ять мікрон. Приблизно 1/10 товщини людської волосини.
На нашому чотири{0}}осі Mitsubishi, коли Джеймс добре проводить день і боги машин посміхаються, ми можемо досягти ±0,002 мм. Це потрапляє на територію невизначеності вимірювань, де ми не зовсім впевнені, що наше вимірювальне обладнання достатньо точне, щоб перевірити те, що ми насправді зробили.
Оздоблення поверхні? Зазвичай приблизно 0,2-0,4 Ra (це вимірювання шорсткості) на знежирених зрізах. Знизьтеся до 0,1 Ra, якщо ми справді намагаємося, хоча на цьому етапі ви витрачаєте багато років на фінішні проходи.
Але ось брудний секрет, який вам ніхто не розповідає:Ерозія дроту ПОВІЛЬНА.
Сталева пластина товщиною 50 мм, про яку я згадував раніше? Грубе різання за наших типових налаштувань? Близько 30-40 квадратних міліметрів на хвилину. Таким чином, виріз 100 мм х 100 мм займає 3-4 години. ПОТІМ ви виконуєте свої пропуски.
Минулого тижня ми цитували роботу, де клієнт був шокований тим, що знадобилося 40 годин машинного часу. «Чи не можете ви просто… прискорити це?» запитали вони. Ну так, технічно, але тоді ваша частина виглядає як сміття, і точність розмірів виходить за межі вікна. У Wire EDM немає безкоштовного обіду.
Швидкість чи фініш чи точність – виберіть два, ви не можете мати всі три.
Коли НЕ використовувати Wire EDM (відверто, про що мій бос хотів би, щоб я не писав)
Подивіться, ми заробляємо гроші, коли ви користуєтеся нашими послугами Wire EDM. Але дозвольте мені заощадити ваш час і гроші:
Якщо ви можете це фрезерувати, фрезеруйте це. Звичайне оброблення з ЧПК, мабуть, у 10 разів швидше та вдвічі дешевше для більшості робіт.
Якщо ваші допуски менші за ±0,02 мм, вам, ймовірно, не потрібен Wire EDM.
Якщо ваш матеріал м’який (алюміній, м’яка сталь, пластик), однозначно не використовуйте дротяну електроезію. Це спрацює, але це величезний перебір.
Якщо вам потрібні лише зовнішні форми, і вони не дуже складні, гідроабразивне різання, ймовірно, дешевше.
Минулого місяця ми відмовилися від роботи – хлопець хотів, щоб ми вирізали алюмінієві кронштейни з дроту EDM. Я йому прямо сказав: «Друже, візьми це. Будь-яка механічна майстерня може зробити це за чверть часу за половину ціни». Він оцінив чесність і зрештою надіслав нам іншу роботу, яка насправді потребувала Wire EDM. Іноді чесність окупається.
Хоча не кажіть продавцям, що я роздаю роботу. Вони вже роздратовані на мене через публікацію в блозі, яку я написав у серпні про завищені інструменти. Це викликало деякі... дискусії.
Поширені проблеми (або: до чого сниться стрес обриви дротів)
Обриви дроту– Вже казав, а якщо серйозно, це 80% наших проблем. Ми пробували різні дроти, різну напругу, приносили курку в жертву богам-машинам (жартують… переважно). Іноді машина просто вирішує, що ненавидить вас.
Діелектричне забруднення– У воді накопичується металеве сміття, провідність підвищується, іскріння стає непостійним, деталі виходять грубими. Ми регулярно міняємо наші фільтри щотижня. Релігійно. Це в розкладі, червоною ручкою, двічі підкреслене.
Переробити шар– Процес іскри розплавляє метал, і невеликі його кількості знову твердіють на поверхні різу. Цей «перероблений шар» має товщину, можливо, 0,001-0,01 мм, але він твердіший і крихкіший, ніж основний матеріал. Для деяких програм це не має значення. Для інших (наприклад, деталі, критичні до втоми), це серйозна проблема, і її потрібно усунути ручним поліруванням. Минулого року ми виготовили партію деталей для команди F1 (знову ж таки, NDA, але вони червоні), де видалення переробленого шару додало 2 години ручної роботи на деталь.
Конусність– Навіть на дво{0}}верстах, якщо ваш дріт не ідеально вертикальний, ви отримаєте конусність. Зазвичай крихітний – можливо, 0,01 мм на 50 мм у висоту – але він є. На критичних частинах Джеймс витрачає багато років на перевірку та регулювання вертикальності дроту. У нього є весь цей ритуал із циферблатним індикатором, який, я майже впевнений, є принаймні на 50% марновірством, але частини виходять чіткими, тож хто я такий, щоб судити?
Кутова мийка– У внутрішніх кутах промивання не таке добре, тому ви отримуєте нерівні розрізи. Для цього існують стратегії компенсації, але це означає більше часу на програмування та зазвичай додатковий пропуск. Миття кутів — це причина, чому Джеймс бурмоче собі під ніс під час програмування.
Майбутнє (або: що не дає інженерам спати вночі)
Куди рухається технологія Wire EDM?
Швидше різання– Кожне нове покоління машини вимагає на 20-30% більшої швидкості різання. Насправді це більше 10-15% і зазвичай пов’язане з компромісами в обробці поверхні. Але ми візьмемо. Наш найновіший Fanuc (доставлений у березні цього року, все ще окупається) помітно швидший за нашу модель 2015 року.
Краща автоматизація– Наша Mitsubishi може працювати без нагляду протягом ночі, ЯКЩО все піде ідеально. Велике «якби». У новіших верстатах є кращі системи заправки дроту, автоматичне регулювання натягу дроту тощо. Мрія — це обробка-світла. Реальність така, що Стів все ще приходить найчастіше о 6 ранку, щоб перевірити нічні пробіжки, тому що ми всі вже обгоріли.
Інтегроване вимірювання– Деякі-машини високого класу тепер мають системи вимірювання, які можуть вимірювати деталь, не виймаючи її з машини. У нас цього ще немає (40 фунтів стерлінгів, 000+ надбавка-), але я бачив його демонстрацію, і це справді вражає. Заощадив би Джеймсу близько 30 хвилин на кожну частину на складних роботах.
Краща технологія іскроутворення– Нові генератори з більшим контролем характеристик іскри. Більш тонка обробка поверхні, менше переробки, краща точність кутів. Цей матеріал стає справді кращим, а не просто маркетинговим маренням.
Практичні поради (від того, хто зробив усі помилки)
Оскільки ви, ймовірно, розглядаєте роботу з дротяною електроезією, ось кілька мудрих-здобутих мудростей:
1. Конструкція для дротяної електроерозії– Внутрішні кути повинні мати радіус, щонайменше, дорівнює діаметру дроту + зсув. Отже, 0,25 мм дроту + 0.05мм зміщення=0.3мм мінімальний радіус. Ми постійно отримуємо креслення із зазначеними гострими кутами, і нам доводиться пояснювати фізику дизайнерам. Швидко старіє.
2. Дайте час– Не дзвоніть нам у п’ятницю вдень, якщо потрібні запчастини в понеділок вранці. Це не відбувається. Дротяна ерозія займає ЧАС. Типова невелика частина становить мінімум 8-12 годин. Складні частини можуть бути днями.
3. Підготовка матеріалу має значення– Якщо ваша заготовка не знята-напруження, вона може деформуватися, коли ми її розрізаємо, через скидання внутрішньої напруги. Тоді ваші допуски - нісенітниця. Не пропускайте зняття стресу з критичних частин.
4. Початкові отвори– Щоб почати різати, нам потрібен отвір, у який можна протягнути дріт. У більшості деталей спочатку потрібно просвердлити отвір діаметром 2-3 мм. Включіть їх у свій дизайн, інакше ми візьмемо з вас плату за їх свердління.
5. Вартість не є лінійною– Додавання другого проходу подвоює машинний час. Більш жорсткі допуски означають більше проходів знежиреного шару. 0.01мм, допуск може коштувати на 20% більше, ніж 0,02 мм. Але допуск 0,002 мм? Це вдвічі або втричі, тому що нам потрібно кілька додаткових фінішних проходів, і все має бути ідеальним.
6. Оздоблення поверхні проти допуску– Вони пов’язані, але не однакові. Ви можете мати жорсткий допуск із грубою обробкою або вільний допуск із дзеркальною обробкою. Поясніть, що важливіше для вашої програми.
Насправді реалістичні програми
Де ми найчастіше бачимо Wire EDM?
Виготовлення інструменту та штампа– Це на хліб з маслом робота. Штампи, формувальні матриці, вставки для прес-форм. Усе, що потребує складних форм із загартованої сталі. Ймовірно, ми виконуємо 40% нашої роботи для виробників інструментів.
Аерокосмічні компоненти– Зубці на лопатках турбіни, структурні фітинги з точними вирізами для-збереження ваги, будь-який титан (який жахливий для звичайної обробки). Минулого місяця зробив партію титанових брекетів, що інакше було б справді неможливо.
Медичні прилади– Хірургічні інструменти, компоненти імплантатів, усе, що потребує як точності, так і якісної обробки поверхні. Хоча нормативна документація на медичну роботу мало не вбила нас. Дженні витратила ТРИ ТИЖНІ на документацію для нашої сертифікації ISO 13485. Вона все ще гірка через це.
Прецизійні вимірювальні прилади– Штифтові калібри, вимірювальні блоки, оглядові пристосування. Калібрувальна лабораторія по дорозі є одним із наших постійних клієнтів.
Автомобільний– Переважно робота над прототипами та автоспортом. Обсяги виробництва зазвичай занадто високі для економіки Wire EDM. Але для цієї команди F1? Гроші не є справжньою проблемою, коли вам потрібні якісні частини.
Підсумок-(оскільки це задовго)
Отже, що таке Wire EDM?
Це прецизійний процес різання металу, який використовує електричні іскри для руйнування металу, здатний досягати неймовірної точності та різати матеріали та форми, які були б неможливі за звичайної механічної обробки. Це повільно, дещо дорого, часом темпераментно та абсолютно необхідно для певних видів роботи.
Чи варто про це дізнаватися? Якщо ви працюєте на виробництві, безумовно. Якщо вам коли-небудь знадобляться складні деталі, виготовлені з твердих матеріалів, ви, ймовірно, зрештою поговорите з кимось на зразок мене.
Чи є ми упередженими, тому що ми володіємо чотирма верстатами Wire EDM і повинні їх завантажувати, щоб виправдати їх існування перед Дженні в бухгалтерії? Можливо. Але це справді чудові машини, коли вам потрібно те, що вони можуть зробити.
Якщо ви хочете побачити їх у дії, ми проводимо шоп-тури в перший четвер кожного місяця (наступний – 1 грудня, напишіть Сандрі електронною поштою, щоб забронювати місце). Справедливе попередження: дивитися на них нецікаво – лише тонкий дріт, який повільно рухається крізь метал, і нічого драматичного не відбувається. Але результати досить вражаючі.
І візьміть беруші. Діелектричні насоси ГУЧНІ.
P.S.– О, і якщо Wire EDM вас цікавить, ви повинні знати про його двоюрідного брата:Грузило EDM(також називається Ram EDM). Використовує профільований електрод, який занурюється вниз, щоб випалити порожнини в металі – чудово для виготовлення форм. Той самий принцип іскри, абсолютно різні застосування. У нас його немає, що рятує мене від пояснення Дженні ще одного величезного рахунку за електроенергію.