Taglio EDM: Guida al processo, ai materiali, alle tolleranze e alla progettazione

Spiegazione del processo di taglio EDM: filo, sinker e foratura del foro EDM e tolleranze, materiali, quando utilizzare ciascuno

Spec veloce – Taglio EDM a distanza

Il taglio EDM (lavorazione a scarica elettrica), o lavorazione a scintilla/taglio di fili, è un processo macchina che utilizza la scarica elettrica piuttosto che generare un contatto diretto per rimuovere il materiale Il taglio EDM può tagliare qualsiasi metallo conduttivo non importa quanto duro, ed è quindi il processo automatizzato di scelta per la produzione di tagli in acciai per utensili temprati, carburo di tungsteno e superleghe che distruggerebbero gli utensili da taglio utilizzati nelle attività di lavorazione più tradizionali Dai profili di stampo alle cavità profonde dello stampo ai fori di raffreddamento microdiametrici, una delle tre varianti EDM farà il lavoro.

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Come funziona il taglio EDM Il processo di erosione Spark

Ecco come funziona l'EDM come processo di lavorazione È costituito da due corpi conduttivi: un elettrodo utensile e un pezzo in lavorazione in un fluido dielettrico Nessuna azione si verifica quando viene fornita tensione, solitamente tra 40-300 V fino a 50 A se in CC poiché il fluido dielettrico copre un isolante che non determina alcun flusso di corrente elettrica.

Il campo elettrico aumenta al diminuire dello spazio quando l'elettrodo si avvicina al lavoro Quando lo spazio di lavoro dell'elettrodo scende a 0,001″-0,002 "(25-50 m), si verifica una rottura nel dielettrico Si forma un canale al plasma tra elettrodo e lavoro che conduce corrente elettrica durante un breve impulso (microsecondi).

Temperature per il canale del plasma superiori a 8.000 C-12.000 C: questo è ben al di sopra del punto di fusione di qualsiasi metallo tecnico.

In ogni impulso un piccolo volume di materiale dal pezzo da lavorare, e la superficie dell'elettrodo, inizia a erodersi mentre si scioglie e vaporizza Una volta che l'impulso finisce, il plasma collassa e il dielettrico si precipita nell'utensile, sciacquare via i detriti fusi come microsfere (generalmente 1-30μm di diametro) Questo processo continua ripetutamente ad un'alta frequenza di 1-500 kHz, quindi ogni scintilla estende una profondità nota e affidabile di kerf.

Poiché l'elettrodo non tocca mai effettivamente il pezzo, le forze di taglio coinvolte nel processo sono pari a zero. Ciò impedisce qualsiasi forma di sollecitazione meccanica e deflessione dell'utensile e non si vede alcuna distorsione delle delicate caratteristiche sottili. Non si verifica alcun indurimento del materiale o la macinazione dell'acciaio per utensili HRC 65 è un compito facile, poiché la scintilla EDM avviene esclusivamente in base alle caratteristiche elettriche e termiche, non alle proprietà meccaniche.

Due parametri di base pulse e off-time mantenuto l'operatore Una maggiore durata dell'impulso on-time si traduce in una maggiore quantità di energia erogata alla scintilla, che si traduce in un MRR elevato, una superficie ruvida e una profondità sostanziale dello strato di rifusione. Una durata più breve dell'impulso on-time causa il contrario.

Tipi di perforazione di cavi, sinker e fori EDM

Questi quattro tipi di EDM utilizzano tutti la stessa teoria dell'erosione a scintilla La loro differenza è: la geometria dell'elettrodo, il dielettrico e il sistema di movimento sono diversi per caratteristiche diverse.

Elemento elettroerosione a filo

Bobina costante ottone o filo rivestito (spesso 0,0 "/ 0,25 mm di diametro) viaggia verticalmente attraverso il lavoro e l'ottone a nastro appena come una lama a nastro (Banda) tranne che non tocca mai Il filo serpeggiato da una bobina di alimentazione attraverso le guide del diamante, sopra la zona di taglio, una bobina di presa Poiché il filo avanza costantemente, l'usura dell'elettrodo non ha importanza; ogni sezione di filo viene utilizzata una sola volta.

Il filo EDM produce le tolleranze più strette di qualsiasi processo edm utilizzando una serie di passaggi scremati (skim pass) e meno materiale di finitura (light finishing pass) che rimuovono meno materiale Passaggi tipici Taglio grezzo Ra 3 m, primo scrematura Ra 1,6 m, secondo Ra 0,8 m, terzo Ra 0,1 m. Ogni scrematura aggiunge tempo di lavorazione, ma produce dimensioni più fini e una superficie migliore.

Elettroerosione a sinker (elettroerosione a raggi)

L'ED sinker impiega un elettrodo preformato ("pre-shaped electrode") macinato da grafite o rame ("copper") che viene immerso nel lavoro per produrre una cavità speculare dura La forma dell'elettrodo viene presa direttamente sul pezzo da lavorare, rendendo l'EDM sinker il processo di passaggio per le cavità dello stampo a iniezione, le matrici di forgiatura, gli strumenti di pressofusione Forme 3D profonde con rapporto profondità/larghezza superiore a 20:1 sono facilmente lavorabili.

Elettroerosione per perforazione di fori

Il foro edm di perforazione del foro (anche chiamato foro veloce o piccolo edm) alimenta un elettrodo spiralante del tubo dell'ottone giù attraverso il lavoro Il fluido dielettrico fuoriesce attraverso il centro cavo e scarica i detriti dal fondo del foro Diametri del foro da 0.010 "a 0.118" (0.25-3.0mm) sono forati in acciaio profondo fino a 12 ", titanio, carburo di tungsteno, qualsiasi lavoro conduttivo sempre la stessa operazione di perforazione del corso è sempre in aggiunta ad altre operazioni di lavorazione Spesso fa punti di partenza del foro per i percorsi di lavorazione del filo ED.

EDM Materiali e tolleranze (EDM Materials and Tolerances) Tagliare ciò che EDM può (e non può)

Lo strato rifuso (recast layer) (recast layer) chiamato anche strato bianco (white layer) si sviluppa quando il materiale fuso si ricongela sulla superficie invece di defluire, lo strato fragile indurito ha valori di microdurezza 30-50% maggiori del substrato Specifiche come AMS 2628 richiedono la rimozione completa dello strato rifuso per componenti aerospaziali e medicali.

Il tasso di rimozione del materiale varia enormemente in base al materiale del pezzo L'acciaio, ad esempio, richiede in genere 160-400 mm/ora sull'EDM a platina, mentre il carburo di tungsteno scende a soli 40-100 mm/ora a parametri di processo più o meno identici Il titanio viene rapidamente lavorato tramite filo EDM poiché l'acqua deionizzata previene l'incubo di ossidazione associato alla lavorazione tradizionale di esso L'EDM funziona su qualsiasi materiale conduttivo indipendentemente dalla durezza e da un vantaggio principale rispetto ad altri processi di lavorazione.

Fresatura EDM vs CNC vs Taglio laser

Scegliere tra EDM, Servizi di lavorazione CNC, e il taglio laser dipende dalla durezza minima del materiale, dalla forma e dalle dimensioni delle caratteristiche, dalle tolleranze e dal volume di produzione Ogni processo ha una finestra operativa distinta.

Suggerimento decisionale: la caratteristica più costosa per i materiali induriti rispetto a HRC 45 e che richiede caratteristiche interne a 0,001 "o più strette è l'EDM. Per metalli più morbidi con geometria aperta, Servizi di fresatura CNC sarà più veloce ed economico per parte.

Numerosi processi di coppia di parti ad alta precisione Ad esempio, CNC macchina una coppia di basi di stampo per modellare e rifinire la geometria esterna, quindi utilizzare EDM platina per rifinire le cavità interne e fornire angoli netti Questo processo ibrido sfrutta la fresatura più rapida per le caratteristiche esterne e la forma, e quindi aggiunge la precisione geometrica di EDM. Per le parti multi-lato che richiedono configurazioni indicizzate, Lavorazione CNC a 4 assi può ridurre la manipolazione prima che la parte si sposti nella cella EDM.

Il taglio laser mira alla profilatura della lamiera ad alta velocità (1.000 pollici/min o 25 m/min su acciaio di spessore sottile) ma non può fornire tolleranze EDM strette o tagliare sezioni spesse Mentre il taglio laser è limitato a meno di 1 "(25 mm) di spessore della lamiera per la maggior parte dei metalli, l'EDM a filo può tagliare 12" (300 mm) con una precisione costante dall'alto verso il basso.

Applicazioni di settore per il taglio EDM

Aerospaziale

La domanda di componenti per motori a turbina rappresenta una grande porzione della domanda di EDM Inconel 718 pale della turbina richiedono centinaia di fori di raffreddamento5. mm diametro 2-0. mm temprato attraverso HRC 44. foro di perforazione EDM offre 0,005 mm precisione di processo per queste caratteristiche attraverso migliaia di pale, con conseguente risparmio di tempo 40% rispetto alla perforazione tradizionale Wire EDM modella anche forme di radice di abete-albero su dischi di turbina a 0,0003 precisione attraverso profili interrotti Esplora di più a lavorazione CNC aerospaziale.

Dispositivi Medici

I dispositivi per impianti ortopedici in titanio utilizzano l'EDM a platina per generare texture superficiali regolari che promuovono l'osteointegrazione Le precisione di 0,005 mm garantiscono dimensioni dei pori identiche Le parti dello strumento medico, ad esempio micro-forbici e pinze per biopsia, utilizzano l'EDM a filo per produrre caratteristiche del profilo in cui i bordi privi di bava non sono opzionali ma essenziali Leggi informazioni macchinazione CNC del dispositivo medico per un contesto più ampio.

Muffa e Muori

Le cavità per stampi a iniezione con proporzioni superiori a 20:1, nervature a sezione spessa di 0,030 "e una finitura a specchio sono ad alta applicazione per l'EDM a platina Elettrodi in grafite su frese ad alta velocità trasferiscono la complessa geometria 3D in acciai per utensili H13 o S7 temprati di HRC 48-52 Gli utensili multi-cavità combinano tipicamente la lavorazione grezza CNC (rimozione materiale 80%) con la successiva finitura degli EDM.

Elettronica e semiconduttori

Wire EDM produce perni micro-connettori con sezioni trasversali inferiori a 0,5 mm, utensili con telaio in piombo semiconduttore con tolleranza di passo di 0,003 mm e cavità dello stampo per pacchetti IC Non esistono forze di taglio quindi le parti fragili non sono deformate.

Linee guida di progettazione per parti EDM

Il design per l'EDM è diverso rispetto alla progettazione per la lavorazione convenzionale Utilizza questi per risparmiare tempo, denaro e revisioni nei tuoi progetti.

• Raggio angolare interno: minimo=raggio del filo + 0,002" overcut; con filo minimo 0,010″=raggio interno 0,006". Filo più economico=raggi minimi più grandi; filo più costoso=raggi minimi più piccoli.
• Spessore della parete: a partire da 0,020 "(0,5 mm) per il filo EDM, 0,040" (1 mm) per l'elettroerosione a platina. Diventare più sottili ti rende vulnerabile alla deflessione dovuta alla pressione di lavaggio dielettrica.
• Accesso alla filettatura del filo: apri un bordo o fornisci un foro di inizio (minimo 0,040 ") attraverso il quale è possibile alimentare il filo Se non esiste un bordo aperto, includi una semplice operazione EDM di perforazione del foro nel tuo piano di processo.
• Angoli di rastremazione: supportati fino a 30 angoli da guide indipendenti dell'asse UV sopra e sotto il pezzo Indicare l'angolo di rastremazione e l'altezza di riferimento sui disegni.
• Callout del passaggio di scrematura: chiama il numero di passaggi di scrematura da utilizzare. 1 skim pass=0,0005 "superficie; 3 skim pass=0,0002" superficie Più skim pass=migliore tolleranza ma 15-25% più tempo di processo per passaggio.
• Rifacimento dello strato rifuso: spazio per lo strato 0,0002″-0,001 "(2-10 microinch) Per rimuovere lo strato rifuso, includere un ulteriore 0,001" -0,002 "per lato per la macinazione.

Domande Frequenti

Come funziona il taglio EDM?

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Il taglio EDM è un processo di lavorazione su piccola scala che rimuove il metallo mediante rapida scarica di scintille elettriche attraverso il fluido dielettrico Ogni scarica di scintilla raggiunge 8.000-12.000 C, coking una piccola quantità di metallo L'utensile e parte non sono in contatto fisico dando al processo nessuna forza di taglio e nessun effetto dalla durezza della parte.

Quali sono i diversi tipi di taglio EDM?

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Esistono tre tipi principali di EDM Wire EDM, che utilizza un sottile filo di ottone (0,004-0,012″) per tagliare forme 2D, con tolleranza di 0,0002 "Edm sinker (o EDM ram) in cui un elettrodo sagomato di grafite o rame è fissato nel pezzo, creando cavità 3D, con tolleranza di 0,0005" EDM di perforazione del foro, in cui un elettrodo a tubo cavo viene inviato attraverso il pezzo per formare un foro passante, 0,010-0,118 di diametro.

Quali sono i quattro parametri di processo di EDM tagliata a filo?

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I quattro parametri principali del processo sono: (1) l'impulso in tempo (durata della scintilla ed energia erogata); (2) l'impulso in tempo per consentire il recupero del dielettrico e l'espulsione dei detriti; (3) la tensione del filo (800-2.400 grammi) che influisce sulla deflessione del filo e sulla rettilineità del taglio; (4) la velocità del filo (2-15 metri/min.) per mantenere sempre il filo fresco nella zona di taglio.

Quali materiali possono essere lavorati utilizzando l'EDM?

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L'EDM di qualsiasi materiale elettricamente conduttivo è possibile anche ad altissima durezza I pezzi tipici sono: acciaio per utensili (fino a HRC 65), Inconel, leghe di rame e alluminio, carburo di tungsteno, titanio Il materiale non conduttivo tra cui ceramica, vetro e plastica non può essere lavorato.

Quale finitura superficiale si ottiene con l'EDM?

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La finitura si basa sul tipo EDM e sul numero di passaggi di finitura L'EDM a filo produce Ra 0,1 m da 3 passaggi di schiuma (finitura a specchio), a partire da Ra 3 m, curvatura grezza a taglio fine Gamma di affondamento Ra 0,4 m (impostazioni di taglio fine, finitura) Ra 12,5 m (curvatura grezza) Fori di perforazione EDM Gamma Ra 0,3 m (impostazioni di taglio fine, finitura) Ra 3,2 m (curvatura grezza) Le finiture più fini si ottengono con energie di scarico inferiori e tempi di lavorazione lunghi.

Come si confronta il taglio EDM con il taglio laser?

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Le finiture Ra 0,0002 e Ra 0,1 m sono ottenute su profilati spessi EDM (>12″), Ra 1,6 m (taglio laser) con tolleranza superiore di 0,004″ e Ra 1,6 m; miglior risultato con lamiera-metallo di <1″, veloce per profili sottili Per le sezioni più spesse, l'EDM è più lento, ma fattibile e migliore per i metalli induriti, caratteristiche interne inaccessibili alle frese laser.