"Kamaráde, jak to řeže kov, aniž by se ho dotkl?" zeptal se mě.
A tehdy jsem si uvědomil, že jsme v tomto oboru tak dlouho, že prostě předpokládáme, že každý ví, co je Wire EDM. Oni ne. Dokonce i naši zákazníci jsou někdy zmateni a jsou to lidé, kteří objednávají přesné díly, které vyžadují přísnější tolerance než... no, nevadí, rozumíte tomu.
Tak jdeme na to. Wire EDM vysvětlil někdo, kdo to dělá 18 let a má problémy se zády, aby to dokázal.
Skutečné jméno (a proč ho nikdo nepoužívá)
Wire EDM je zkratka pro Wire Electrical Discharge Machining. Někteří lidé tomu říkají eroze drátu nebo jiskrové obrábění, nebo – pokud jste opravdu ze staré-školy – jiskrová eroze. Amíci tomu někdy říkají „kráječ sýra“, což mi připadá veselé, ale také nějak přesné.
Věc však platí: nikdo v naší dílně ve skutečnosti neříká „Wire EDM“ v plném znění. Je to jen "drátěný stroj" nebo "Fanuc" (protože to je značka, kterou máme tři) nebo někdy "ten zatracený temperamentní stroj v rohu", když nám způsobuje smutek.
Což, řeknu vám, je častěji, než bych si přál.
Tak co to vlastně je?
Dobře, představte si, že se snažíte proříznout blok tvrzené oceli. Tvrzený, což znamená, že jej nemůžete vrtat, frézovat nebo s ním nic dělat tradičními metodami. Je to prostě zatraceně těžké – pořádná nástrojová ocel, 60 HRC, věc, která se směje tvrdokovovým frézám.
Wire EDM je jedno. Prořeže to jako máslo. No, velmi pomalu máslo. Velmi drahé, velmi přesné máslo.
Funguje to takto (a slibuji, že toto je zjednodušená verze):
Máte super{0}}tenký drát – obvykle mluvíme o 0,25 mm, tenčí než kytarová struna – který je natažený mezi dvěma vodítky. Tento drát funguje jako jedna elektroda. Váš obrobek je druhá elektroda. Oba jsou ponořeny v deionizované vodě (více o této katastrofě, která čeká později).
Poté projdete drátem elektrický proud a vytvoříte mezi drátem a vaší součástí tisíce drobných jiskřiček za sekundu – jako miniaturní blesky. Každá jiskra roztaví malý kousek kovu a voda spláchne trosky.
Drát se ve skutečnosti nikdy nedotýká obrobku. Vždy existuje malá mezera – možná 0,01 mm – kde dochází k veškerému jiskření. Je to jako magie, až na to, že je to fyzika, a ta je mnohem dražší než magie.
Proč to vůbec děláme (když existuje pravidelné obrábění)
Dobrá otázka. Běžné CNC frézování je rychlejší, levnější, jednodušší. Proč se tedy zabývat Wire EDM?
Protože někdy potřebujete dělat věci, které běžné obrábění prostě nedokáže:
Tvrzené materiály– Už jsem to zmínil, ale je to obrovské. Celý den řežeme díly z nástrojové oceli, které by zničily jakýkoli běžný řezný nástroj.
Nemožné tvary– Zkuste vyfrézovat čtvercový vnitřní roh. Pokračuj, počkám. To nejde, že? Vykrajovátko je kulaté. Ale s Wire EDM můžete mít správně ostré vnitřní rohy, protože drát může měnit směr. Minulý měsíc jsme udělali zakázku pro společnost zabývající se zdravotnickými prostředky (NDA, nemůžu říct kdo, ale vyrábí chirurgické nástroje) s vnitřními rohy, které byly naprosto kritické. Wire EDM byla jediná možnost.
Drobné rysy– Drážky užší než kterákoli fréza? Žádný problém. Nedávno jsme vyřezali 0,3 mm široké štěrbiny přes 50 mm tvrzené oceli. Zkuste to na mlýně, troufám si.
Žádné řezné síly– Tohle je kousek, který lidem fouká do hlavy. Protože se drát nikdy nedotýká součásti, je zde nulová řezná síla. Nula. To znamená, že můžete řezat neuvěřitelně jemné nebo tenkostěnné-díly bez zkreslení. Minulý rok jsme nařezali několik držáků pro letectví, které měly tloušťku stěny 0,5 mm. Na mlýně by jen vibrovaly a lámaly se.
Různé typy (protože samozřejmě existují)
Ve skutečnosti existují dvě hlavní příchutě:
Dvouosé stroje– Základní typ. Drát jde rovně nahoru a dolů, řeže svislé stěny. Toho máme v obchodě nejvíce. Všechny naše tři stroje Fanuc jsou dvou-osé a zvládnou pravděpodobně 80 % naší práce.
Čtyřosé-stroje– Efektní, kde se horní a spodní vedení drátu mohou pohybovat nezávisle. To znamená, že můžete řezat zkosené stěny, složité 3D tvary, lopatky turbíny a podobně. Máme jednu čtyřosou jednotku Mitsubishi-, která stojí víc než můj dům (doslova – zkontroloval jsem fakturu, když jsme ji v roce 2019 kupovali, pak jsem se podíval na hypotéku a trochu jsem se rozplakal).
Dříve existovaly rozdíly mezi „cestujícím drátem“ a „stacionárním drátem“, ale tento boj vyhrál před desítkami let. Musel bys teď jít do muzea, abys našel stacionární drátěný stroj.
Samotný drát (tak jednoduchá věc, taková noční můra)
Myslíte si, že drát by byl jednoduchý, že? Je to jen drát.
Oh, ty sladké letní dítě.
Většinou používáme mosazný drát – ve skutečnosti je to pozinkovaná-mosaz, která dobře vede elektřinu a tak snadno nepraskne. Typická velikost je průměr 0,25 mm, i když máme skladem vše od 0,1 mm (pro opravdu jemnou práci) až po 0,3 mm (pro hrubé řezání).
Drát je drahý. Není to drahé "luxusní auto", ale 5kg cívka stojí asi 80-120 liber v závislosti na kvalitě a tyto stroje to procházejí jako... no, představte si pletení s drátem, který za pochodu vyhazujete. Pravděpodobně utratíme 15 000 liber ročně jen za drát. Jenny z účtů to přináší Every. Singl. Rozpočet. Zasedání.
A tady je ta zábavná část: drát se jednou použije a poté se složí do koše. Přesně jednou projde zónou řezu, je elektricky erodován a zeslaben a poté putuje přímo do odpadkového koše. V rohu prodejny máme masivní koš na použitý drát. Sběr recyklace probíhá každé druhé úterý a i oni se zdají být zmatení tím, kolik drátů vyrábíme.
Přerušení drátu je zhoubou naší existence. Stroj pěkně bzučí, řeže součástku, pak KLAPNE. Přerušení drátu. Stroj se zastaví. Musíte protáhnout nový drát (což u některých částí může trvat 20 minut), najít, kde jste byli v řezu, restartovat. Ztracený čas, ztracené peníze, a pokud jste já, ztratili jste trpělivost, protože toto je dnes TŘETÍ přestávka.
Proč se drát přetrhne? Vyberte si:
Nastavení jiskry je příliš agresivní
Špatné napětí drátu
Znečištěná dielektrická kapalina
Smůla (toto je legitimní důvod)
Merkur je retrográdní (žert, ale jen tak)
Situace s vodou (nebo: proč jsou naše účty za elektřinu šílené)
Pamatujete si, že jsem zmínil deionizovanou vodu? Jo, to je celá věc.
Voda ve stroji Wire EDM slouží k několika účelům:
Ochlazuje jiskřící zónu
Spláchne kovové úlomky
Působí jako dielektrikum (elektrický izolátor, dokud se napětí nezvýší natolik, že jiskří)
Ale MUSÍ být deionizován – to znamená, že jsou odstraněny všechny minerály a ionty. Běžná voda z kohoutku by vedla elektřinu příliš snadno a místo řízeného jiskření by došlo ke zkratu.
Takže máme tento masivní deionizační systém. Je to v podstatě úpravna vody v rohu naší dílny. Filtry, nádrže na pryskyřice, čerpadla, práce. Samotná údržba této věci nás stojí asi 3000 liber ročně.
A průtok vody! Těmito stroji čerpáme stovky litrů za minutu. Mitsubishi spotřebuje asi 60 litrů za minutu. To je vana každé 2-3 minuty. Jen neustále cirkuluje, filtruje, chladí, recirkuluje.
Loni nás navštívila naše inspektorka životního prostředí (milá žena, velmi důkladná, naprosto nás vyděsila) a vlastně na mě udělalo dojem, jak čisté máme vodní hospodářství. Většina obchodů je na tom zřejmě mnohem hůř. Cítili jsme se zvláštně hrdí, jako když vaše tchyně--pochválí vaši domácnost.
Programování těchto bestií (nebo: proč platíme Jamesovi příliš mnoho)
Programování drátového EDM je… speciální.
Není to jako běžné CNC programování, kde to můžete jen ohýbat a nastavovat za pochodu. Nechápejte to špatně a buď jste zničili velmi drahý polotovar, nebo tam sedíte 20 hodin a řežete vzduch, protože vaše ofsety jsou špatné.
James je náš hlavní programátor Wire EDM. Je tady od roku 2007, zná tyto stroje lépe než jeho vlastní děti (jeho slova, ne moje, i když se jeho žena smála, když to loni řekl na vánočním večírku). Platíme ho velmi dobře, protože najít někoho, kdo skutečně rozumí programování Wire EDM, je jako najít jednorožce. Jednorožec, který je dobrý v matematice a nevadí mu celý den zírat na CAD modely.
Software generuje dráhu nástroje, ale musíte počítat s:
Odsazení drátu (mezera mezi drátem a součástí)
Vícenásobné průchody (hrubý řez, sbíraný řez, dokončovací řez)
Kompenzace úkosu (pro práci ve čtyřech{0}}osách)
Vstupní/výstupní strategie
Rohové podmínky
Většina dílů potřebuje alespoň dva průchody. První průchod – nazývaný hrubý řez – odstraní většinu materiálu rychle. Potom provedete jeden nebo více skim passů s mnohem jemnějším nastavením, abyste získali konečnou úpravu povrchu a rozměrovou přesnost.
Ta práce, o které jsem se zmínil dříve pro společnost vyrábějící zdravotnické prostředky? Celkem pět průchodů. Hrubý řez trval asi 6 hodin. Každý skipass přidal další 3-4 hodiny. James strávil více času jeho programováním, než stroj strávil jeho řezáním.
Čísla, která každý chce (ale posaďte se)
"Jak přesné to je?" – Každý zákazník, vždy.
Na většině zakázek běžně dodržujeme ±0,005 mm. To je pět tisícin milimetru. Pět mikronů. Asi 1/10 tloušťky lidského vlasu.
Na našem čtyř{0}}osém Mitsubishi, když má James dobrý den a bohové strojů se usmívají, můžeme dosáhnout ±0,002 mm. To se dostává do oblasti nejistoty měření, kde si nejsme zcela jisti, zda je naše měřicí zařízení dostatečně přesné, aby ověřilo, co jsme skutečně vyrobili.
Povrchová úprava? Obvykle kolem 0,2-0,4 Ra (to je měření drsnosti) na sbíraných řezech. Snižte se na 0,1 Ra, pokud se opravdu snažíme, i když v tu chvíli trávíte věky cílovými přihrávkami.
Ale tady je to špinavé tajemství, které vám nikdo neřekne:Drátové EDM je POMALÉ.
Ten ocelový plech o tloušťce 50 mm, o kterém jsem se zmínil dříve? Hrubé řezání při našem typickém nastavení? Asi 30-40 čtverečních milimetrů za minutu. Takže výřez 100 mm x 100 mm trvá 3-4 hodiny. PAK uděláte skim passy.
Minulý týden jsme citovali zakázku, kde byl zákazník šokován, že to zabere 40 hodin strojového času. "Nemůžeš to prostě... urychlit?" zeptali se. No ano, technicky, ale pak váš díl vypadá jako smetí a rozměrová přesnost jde ven. Ve Wire EDM není žádný oběd zdarma.
Rychlost versus cíl versus přesnost – vyberte dva, nemůžete mít všechny tři.
Kdy NEPOUŽÍVAT Wire EDM (upřímný kousek, který si můj šéf přeje, abych nepsal)
Podívejte, vyděláváme peníze, když používáte naše služby Wire EDM. Ale ušetřím vám čas a peníze:
Pokud to umíte frézovat, frézujte to. Běžné CNC obrábění je pravděpodobně 10x rychlejší a poloviční náklady na většinu práce.
Pokud jsou vaše tolerance volnější než ±0,02 mm, pravděpodobně nepotřebujete drátové EDM.
Pokud je váš materiál měkký (hliník, měkká ocel, plast), rozhodně nepoužívejte Wire EDM. Bude to fungovat, ale je to obrovský přebytek.
Pokud potřebujete pouze vnější tvary a nejsou šíleně složité, řezání vodním paprskem je pravděpodobně levnější.
Minulý měsíc jsme odmítli zakázku – chlap po nás chtěl, abychom drátem EDM vyřezali nějaké hliníkové držáky. Řekl jsem mu na rovinu: "Kamaráde, nech je vyfrézovat. Každá strojírna to dokáže za čtvrtinu času za poloviční cenu." Ocenil poctivost a nakonec nám poslal jinou práci, která ve skutečnosti potřebovala Wire EDM. Být upřímný se někdy vyplácí.
I když neříkej prodejům, že rozdávám práci. Už jsou na mě naštvaní kvůli blogu, který jsem napsal v srpnu o předraženém nářadí. To vyvolalo několik… diskuzí.
Běžné problémy (nebo: proč mám stresové sny o přerušení drátu)
Přerušení drátu– Již zmíněno, ale vážně, toto je 80 % našich problémů. Vyzkoušeli jsme různé dráty, různá napětí, obětování kuřete strojovým bohům (většinou vtipy). Některé dny se stroj prostě rozhodne, že vás nenávidí.
Dielektrická kontaminace– Ve vodě se hromadí kovové úlomky, zvyšuje se vodivost, jiskření se stává nekonzistentním, díly vypadají drsně. Filtry měníme nábožensky každý týden. Nábožensky. Je to na rozvrhu, červeným perem, dvakrát podtržené.
Přetypovat vrstvu– Proces jiskření roztaví kov a jeho malá množství znovu ztuhnou na povrchu řezu. Tato „přetavená vrstva“ je možná 0,001-0,01 mm silná, ale je tvrdší a křehčí než základní materiál. U některých aplikací to nevadí. Pro ostatní (například části kritické pro únavu) je to velký problém a je třeba jej odstranit ručním leštěním. Minulý rok jsme udělali dávku dílů pro tým F1 (opět NDA, ale jsou červené), kde odstranění přetavené vrstvy přidalo 2 hodiny ruční práce na jeden díl.
Kužel– I na dvou{0}}strojích, pokud váš drát není dokonale svislý, získáte zúžení. Obvykle malý – možná 0,01 mm nad 50 mm výšky – ale je tam. U kritických částí tráví James věky kontrolou a nastavováním svislosti drátu. Má celý tento rituál s číselníkem, o kterém jsem si docela jistý, že je alespoň z 50 % pověrčivost, ale části vycházejí přímo, takže kdo jsem já, abych to soudil?
Rohové mytí– Ve vnitřních rozích není splachování tak dobré, takže dochází k nekonzistentním řezům. Existují pro to kompenzační strategie, ale to znamená více času na programování a obvykle navíc skimpass. Mytí rohu je důvod, proč si James při programování mumlá.
Budoucnost (aneb: co dává inženýrům v noci spát)
Kam směřuje technologie Wire EDM?
Rychlejší řezání– Každá nová generace strojů požaduje o 20-30 % vyšší řezné rychlosti. Ve skutečnosti je to spíše 10-15% a obvykle přichází s kompromisy v povrchové úpravě. Ale my to vezmeme. Náš nejnovější Fanuc (dodaný letos v březnu, stále platí) je znatelně rychlejší než náš model z roku 2015.
Lepší automatizace– Naše Mitsubishi může běžet bez dozoru přes noc, POKUD všechno půjde perfektně. Velké "kdyby" tam. Novější stroje mají lepší systémy navlékání drátu, automatické nastavení napětí drátu, všechny ty dobré věci. Snem je zhasnout obrábění-. Realita je taková, že Steve stále přichází většinou v 6:00 ráno, aby zkontroloval noční jízdy, protože už jsme všichni byli spáleni.
Integrované měření– Některé špičkové{0}}stroje nyní disponují snímacími systémy, které dokážou změřit součást, aniž by ji museli vyjmout ze stroje. Zatím to nemáme (40 GBP,000+ dodatek-), ale viděl jsem to předvedené a je to náležitě působivé. Jamesovi by to ušetřilo asi 30 minut na jeden díl na složitých úlohách.
Lepší technologie jiskření– Nové generátory s větší kontrolou nad charakteristikami jiskry. Jemnější povrchové úpravy, méně přetavení, lepší přesnost rohů. Tyhle věci se opravdu zlepšují, nejen marketingové chmýří.
Praktické tipy (od někoho, kdo udělal všechny chyby)
Vzhledem k tomu, že pravděpodobně zvažujete práci Wire EDM, zde je několik těžce{0}}získaných moudrostí:
1. Návrh pro drátové EDM– Vnitřní rohy by měly mít poloměry alespoň rovné průměru drátu + posunutí. Takže 0,25 mm drát + 0.05mm offset=0.3mm minimální poloměr. Neustále dostáváme výkresy s ostrými rohy a musíme konstruktérům vysvětlovat fyziku. Rychle stárne.
2. Nechte čas– Nevolejte nám v pátek odpoledne a potřebujete díly v pondělí ráno. To se neděje. Drátové EDM zabere ČAS. Typická malá část je minimálně 8-12 hodin. Složité části mohou být dny.
3. Na materiální přípravě záleží– Pokud váš polotovar není odlehčen-, může se při řezání deformovat v důsledku uvolnění vnitřního napětí. Pak jsou vaše tolerance nesmysl. Nevynechávejte uvolnění stresu na kritických částech.
4. Začněte otvory– Potřebujeme otvor, kterým provlékneme drát, abychom mohli začít řezat. Většina dílů potřebuje nejprve vyvrtat 2-3 mm otvor. Zahrňte je do svého návrhu, nebo vám budeme účtovat jejich vrtání.
5. Cena není lineární– Přidání druhého průchodu zdvojnásobí strojový čas. Přísnější tolerance znamenají, že více sbíraných{1}}mm tolerancí stojí možná o 20 % více než 0,02 mm. Ale tolerance 0,002 mm? To je dvojité nebo trojité, protože potřebujeme několik dalších dokončovacích průchodů a vše musí být perfektní.
6. Povrchová úprava vs tolerance– Jsou příbuzné, ale ne stejné. Můžete mít úzkou toleranci s hrubým povrchem nebo volnou toleranci se zrcadlovým povrchem. Ujasněte si, co je pro vaši aplikaci důležitější.
Skutečně realistické aplikace
Kde vidíme Wire EDM nejvíce?
Výroba nástrojů a matric– To je práce s chlebem a máslem. Děrovací nástroje, tvářecí nástroje, vložky do vstřikovacích forem. Vše, co vyžaduje složité tvary z tvrzené oceli. Pravděpodobně 40 % naší práce děláme pro výrobce nástrojů.
Letecké komponenty– Vroubkování lopatek turbíny, konstrukční fitinky s přesnými výřezy-úspornými pro hmotnost, cokoliv z titanu (což je hrozné obrábění konvenčně). Minulý měsíc jsem vyrobil dávku titanových držáků, které by jinak byly skutečně nemožné.
Lékařská zařízení– Chirurgické nástroje, součásti implantátů, vše, co vyžaduje přesnost a dobrou povrchovou úpravu. I když regulační papírování pro lékařskou práci nás málem zabilo. Jenny strávila TŘI TÝDNY dokumentací pro naši certifikaci ISO 13485. Pořád je z toho zahořklá.
Přesná měřidla– Čepové měrky, měrky, kontrolní přípravky. Kalibrační laboratoř je jedním z našich stálých zákazníků.
Automobilový průmysl– Většinou prototypové a motoristické práce. Objemy výroby jsou obvykle příliš vysoké pro ekonomiku Wire EDM. Ale pro tým F1? Když potřebujete díly, které fungují, o peníze opravdu nejde.
Závěr-(protože to začíná být dlouhé)
Co je tedy Wire EDM?
Jedná se o přesný proces řezání kovů, který využívá elektrické jiskry k erozi kovu, je schopen neuvěřitelné přesnosti a dokáže řezat materiály a tvary, které by při běžném obrábění nebyly možné. Je to pomalé, poněkud drahé, občas temperamentní a pro určité typy práce naprosto nezbytné.
Má cenu se o tom učit? Pokud jste ve výrobě, určitě. Pokud někdy budete potřebovat složité díly vyrobené z tvrdých materiálů, pravděpodobně nakonec skončíte s někým, jako jsem já.
Jsme zaujatí, protože vlastníme čtyři stroje Wire EDM a potřebujeme je zaměstnat, abychom Jenny ospravedlnili jejich existenci v účetnictví? Možná. Ale jsou to skutečně pozoruhodné stroje, když potřebujete, co umí.
Pokud je chcete vidět v akci, pořádáme prohlídky obchodů každý první čtvrtek v měsíci (další je 1. prosince, napište Sandře, aby si zarezervovala slot). Spravedlivé varování: pohled na ně není vzrušující – jen tenký drát, který se pomalu pohybuje kovem a nic dramatického se neděje. Ale výsledky jsou docela velkolepé.
A vezměte si špunty do uší. Dielektrická čerpadla jsou HLASITÁ.
P.S.– Oh, a pokud vás Wire EDM zajímá, měli byste vědět o jeho bratranci:Sinker EDM(také nazývané Ram EDM). Používá tvarovanou elektrodu, která se ponoří dolů, aby vypálila dutiny do kovu – skvělé pro výrobu forem. Stejný princip jiskry, úplně jiné aplikace. Žádný nemáme, což mě ušetří vysvětlování dalšího obrovského účtu za elektřinu Jenny.