Máy gia công EDM hoạt động như thế nào? Khoảng cách tia lửa, vật lý điện môi và phóng điện

Góc bên trong 0,3 mm ở dưới cùng của khuôn dập 58 HRC H13 là điểm mà việc phay không còn là một lựa chọn nữa. Bán kính góc nhỏ hơn bất kỳ máy cắt thực tế nào, vật liệu sẽ tiêu diệt đầu cacbua chỉ trong một lần chạy và tính năng này nằm quá sâu để giá đỡ dụng cụ có thể chạm tới. Đó chính là công việc gia công phóng điện được xây dựng nhằm mục đích đó.

Câu trả lời ngắn gọn về cách thức hoạt động của gia công EDM: nó loại bỏ kim loại bằng tia lửa điện được kiểm soát thay vì lực cắt. Một điện cực có hình dạng được đưa vào phôi thông qua một bể chất lỏng điện môi, một điện áp xung phá vỡ chất lỏng qua một khe hở vài phần trăm milimét, và mỗi lần phóng điện sẽ làm tan chảy và làm bốc hơi một miệng hố kim loại cực nhỏ. Điện cực không bao giờ chạm vào bộ phận.

Vì vật liệu được loại bỏ bằng nhiệt thay vì bằng cơ học nên độ cứng của phôi không còn là vấn đề quan trọng nữa và tính dẫn điện trở thành yêu cầu bắt buộc. Phần tiếp theo là cơ chế chi tiết, các hệ thống giữ cho nó ổn định và những con số thực tế quyết định liệu EDM có phải là quy trình phù hợp cho một tính năng nhất định hay không.

Điều gì thực sự xảy ra trong Spark Gap

Khoảng cách là toàn bộ quá trình. Khi hoàn thiện, nó thường có chiều ngang từ 0,01 đến 0,05 mm; khi gia công thô nặng, nó có thể mở tới khoảng 0,1 mm. Không gian đó chứa đầy chất điện môi, chất lỏng này cách điện điện cực với phôi cho đến khi máy phát điện quyết định khác.

Khi một xung được đưa vào, điện áp sẽ tăng lên cho đến khi chất lỏng không thể giữ được nó nữa. Một kênh plasma hình thành xuyên qua điểm hẹp nhất của khe hở, dòng điện chạy qua và nhiệt độ cục bộ đạt khoảng 8.000 đến 12.000 độ C, đủ nóng để làm tan chảy và làm bốc hơi một phần bề mặt phôi. Xung kéo dài micro giây. Khi nó bị tắt, kênh sụp đổ, bể nóng chảy nổ tung và ném phần lớn vật chất của nó vào chất lỏng, và chất điện môi sẽ cuốn các mảnh vụn đi.

Sau đó nó lại xảy ra. Tùy thuộc vào máy phát điện, một chiếc máy có thể tạo ra từ vài nghìn đến vài trăm nghìn lần phóng điện mỗi giây, mỗi lần phóng điện tạo thành một hố sâu vài micron. Hệ thống servo đưa điện cực về phía trước để giữ khe hở không đổi: quá gần và sự phóng điện sẽ biến thành hồ quang gây hư hại, quá xa và không có hình thức tia lửa nào cả.

Một chi tiết thu hút mọi người. Trên máy dập khuôn, điện cực là một khối đồng hoặc than chì có hình dạng; trên máy dây nó là một sợi dây đồng chuyển động. Vật lý được chia sẻ, công cụ và ứng dụng thì không, và cần giải quyết sự khác biệt trước khi chỉ định một chiếc máy. Một so sánh của máy khoan EDM vs dây EDM bao gồm nơi mỗi người kiếm được tiền.

Các hệ thống giữ mức xả ổn định

Mỗi máy EDM, từ ZNC thủ công đến máy chìm được lập trình đầy đủ, đều được lắp ráp từ cùng một khối xây dựng. Nếu một trong số họ vượt trội, những người khác không thể bù đắp được.

Một chu kỳ xả, từng bước

Đi theo một xung đơn giúp dễ đọc hành vi trên màn hình điều khiển hơn.

1. Cơ cấu servo đẩy điện cực cho đến khi khe hở gần bằng chiều rộng của một sợi tóc người.
2. Máy phát điện tăng điện áp qua khe hở; chất điện môi giữ nó lại cho đến khi bị hỏng.
3. Một kênh plasma hình thành và dòng điện tăng lên trong vài phần triệu giây đến giá trị đỉnh được lập trình.
4. Bề mặt dưới kênh tan chảy và bốc hơi một phần, để lại một miệng núi lửa.
5. Xung kết thúc, kênh sụp đổ và miệng hố nổ tung, đẩy kim loại nóng chảy vào chất lỏng.
6. Việc xả nước mang các mảnh vụn ra ngoài và dòng điện môi mới đi vào.
7. Các bước từ hai đến sáu lặp lại hàng nghìn lần mỗi giây trong khi CNC quay quanh điện cực để quét khoang.

Độ cứng không liên quan, độ dẫn điện không

Không cần đến lực cắt, EDM gia công thép khuôn 62 HRC, cacbua xi măng và Inconel với cùng điện cực và cùng vật cố định. Dụng cụ không bị lệch, không bị cứng khi gia công, không có tiếng kêu và các gân mỏng không bị cong ra khỏi vết cắt. Một yêu cầu khó khăn là phôi phải dẫn điện.

Vật liệu điện cực tuân theo logic ngược lại. Đồng giữ các chi tiết đẹp và mòn chậm ở dòng điện thấp, đó là lý do tại sao nó chiếm ưu thế trong công việc hoàn thiện các hốc chi tiết. Than chì loại bỏ nhiều vật liệu hơn mỗi phút ở dòng điện cao và dễ dàng gia công thành các hình dạng lớn, phức tạp hơn nhiều, nhưng nó để lại bề mặt thô hơn và mòn nhanh hơn ở các cạnh sắc tạo thành khoang.

Mòn góc là chi tiết âm thầm tốn tiền. Điện cực mòn ở các góc nhanh hơn nhiều lần so với các bề mặt phẳng của nó, do đó, một khoang đo chính xác trong lần đi đầu tiên sẽ vượt quá dung sai khi điện cực tròn lại. Đó là lý do tại sao các điện cực được cắt dưới kích thước nhỏ để tạo ra khe hở tia lửa và độ mài mòn cho phép, và tại sao điện cực hoàn thiện thứ hai thường rẻ hơn so với khuôn đã bị loại bỏ.

Từ thô đến gương: Mỗi đường chuyền thay đổi kết thúc như thế nào

Không có khoang nào được gia công trong một lần duy nhất. Điện cực đầu tiên thực hiện công việc loại bỏ nặng với dòng điện cao và thời gian phóng điện dài, để lại bề mặt mờ, rỗ. Các lần chạy sau sử dụng cùng một điện cực ở dòng điện thấp dần và thời gian hoạt động ngắn hơn, do đó, mỗi tia lửa sẽ khắc một miệng hố nông hơn lên trên cái trước đó và độ nhám giảm dần theo từng bước.

Hai hậu quả theo sau. Đầu tiên, tốc độ loại bỏ giảm khi độ hoàn thiện được cải thiện, do đó, việc hoàn thiện gương trên khoang lớn mất hàng giờ thay vì vài phút và được định giá tương ứng. Thứ hai, các đường chuyền cuối cùng phải loại bỏ lớp bị hư hỏng do các đường chuyền trước chúng để lại: lớp đúc lại hoặc lớp trắng thường dày từ vài micron đến vài chục micron, và trên khuôn sẽ được đánh bóng, nó phải bong ra thay vì bị đẩy xung quanh.

Trình tự mà hầu hết các phòng dụng cụ sử dụng là từ ba đến năm lượt với dòng điện giảm dần, kết thúc tốt hơn một lớp so với bản vẽ yêu cầu nếu khoang được đánh bóng bằng tay sau đó.

EDM thắng ở đâu và thua ở đâu

EDM loại bỏ hàng loạt chậm và không thể đánh bại ở chi tiết. Việc lựa chọn quy trình thường dựa trên một danh sách ngắn các tiêu chí.

Quy tắc mà hầu hết các phòng dụng cụ đều tuân theo rất đơn giản: nghiền mọi thứ mà máy cắt có thể chạm tới, sau đó đốt những gì còn lại, các góc, gân sâu, các cạnh sắc bên trong và bất kỳ đặc điểm nào bằng thép cứng.

ZNC, PNC và CNC: Mức độ kiểm soát mang lại lợi ích gì cho bạn

Sự chênh lệch giá giữa các máy EDM nằm ở hệ thống điều khiển chứ không phải ở bể chứa. Máy ZNC chỉ có điều khiển servo trên trục Z: X và Y được định vị bằng tay và mỗi đường chuyền là một lần cấp xuống đơn giản có rút lại. Nó rẻ tiền, chắc chắn và vẫn là giải pháp phù hợp cho công việc một khoang với điện cực định hình.

Máy PNC bổ sung thêm các chu trình trục Z có thể lập trình, rút ​​lại nhiều giai đoạn và độ sâu được lưu trữ, giúp rút ngắn thời gian thiết lập và cải thiện quá trình xả khi làm việc sâu hơn. Full CNC bổ sung điều khiển servo trên X, Y và thường là C, do đó điện cực có thể quay quanh, quét và xoắn ốc. Cùng một điện cực cắt các kích thước khác nhau bằng cách thay đổi bán kính quỹ đạo, quá trình xả có thể được định vị lại một cách tự động và một số khoang hoạt động mà không cần giám sát.

Trong toàn bộ phạm vi, ba cấp độ điều khiển này được phân chia theo kích thước bàn làm việc cũng như theo thiết bị điện tử và máy EDM chìm được nhóm lại chính xác theo những dòng đó.

Một ví dụ nhỏ gọn về đầu cuối được lập trình đầy đủ là CNC-450, một máy bàn nhỏ vẫn thực hiện gia công tinh theo quỹ đạo và nhiều đường chuyền, thường đủ cho công việc chèn và khuôn nhiều khoang nhỏ.

Máy Chìm CNC 450 EDM Chìm EDM nhỏ gọn được điều khiển bằng CNC với hộp điện servo Panasonic tùy chọn, dành cho công việc chèn và khuôn nhiều khoang nhỏ. Xem sản phẩm →

Làm cho máy phù hợp với công việc chứ không phải ngược lại

Ba con số quyết định xem công việc được báo giá có thực sự phù hợp hay không: hành trình bàn làm việc, kích thước bể làm việc và trọng lượng điện cực tối đa. Hành trình đặt khoang lớn nhất mà bạn có thể định vị, thùng chứa phôi lớn nhất mà bạn có thể nhấn chìm và trọng lượng điện cực đặt ra mức độ nặng mà đầu trống than chì có thể mang mà không làm mất khả năng kiểm soát khe hở.

Dòng điện thô là cái bẫy thứ hai. Máy phát điện lớn trên máy nhỏ không phải là một lợi thế. Gia công thô nặng với điện cực lớn cần lượng xả mà bình chứa nhỏ gọn không thể cung cấp, do đó, máy cuối cùng sẽ chạy ở mức thấp hơn dòng định mức để tránh phóng hồ quang, nghĩa là bạn đã trả tiền cho khả năng mà bạn không thể sử dụng.

Trong thực tế, một máy cỡ trung đảm nhiệm hầu hết các công việc về tấm khuôn: chẳng hạn như CNC-650, kết hợp một bàn và thùng lớn hơn với một máy phát điện có kích thước phù hợp với chúng, đây là cấu hình giúp cân bằng dòng điện thô, xả và phản hồi servo.

Máy Chì Chìm CNC 650 EDM EDM chìm CNC cỡ trung với hộp điện servo Panasonic tùy chọn, cân bằng dòng điện gia công thô, xả và phản hồi servo cho công việc đúc tấm. Xem sản phẩm →

Lỗ sâu và khuôn lớn: Giới hạn thực sự

Các khoang sâu bộc lộ giới hạn thực sự của EDM, đó là khả năng thoát khỏi mảnh vụn. Khi độ sâu tăng lên, diện tích xả sẽ co lại tương ứng với thể tích khe hở, các hạt carbon vẫn bị giữ lại và quá trình phóng điện trở nên không ổn định cho dù máy phát điện được đặt như thế nào. Xả qua điện cực, rút ​​điện cực định kỳ và chạy ít dòng điện hơn mức mà máy có thể cung cấp về mặt lý thuyết là các biện pháp đối phó tiêu chuẩn.

Đối với các công việc lớn như đế khuôn, khối khuôn và gân sâu, trần thực tế được thiết lập bởi hành trình Z, kích thước thùng chứa và độ cứng của máy thay vì bằng dòng điện cực đại, vì vậy các máy thuộc loại này được chỉ định xoay quanh cấu trúc và hậu cần xả nước. Một mẫu như CNC-1260, với bàn và thùng chứa lớn hơn đáng kể, tồn tại cho chính loại công việc đó.

Máy Chì Chìm CNC 1260 EDM EDM dập khuôn CNC lớn dành cho đế khuôn, khối khuôn và gân sâu, trong đó hành trình Z, kích thước bể và độ cứng xác định trần làm việc. Xem sản phẩm →

Gia công EDM: Câu hỏi thường gặp