"Mate, com talla metall sense tocar-lo?" em va preguntar.
I va ser llavors quan em vaig adonar que portem tant de temps en aquest negoci que suposem que tothom sap què és Wire EDM. No ho fan. Fins i tot els nostres clients de vegades es confonen, i aquestes són persones que demanen peces de precisió que requereixen toleràncies més estrictes que un... bé, no importa, entens el punt.
Així que aquí anem. Wire EDM explicat per algú que fa 18 anys que ho fa i té problemes d'esquena per demostrar-ho.
El nom real (i per què ningú l'utilitza)
Wire EDM són les sigles de Wire Electrical Discharge Machining. Algunes persones en diuen erosió per filferro, mecanitzat per espurna o, si ets molt vell-escola, erosió per espurna. Els ianquis de vegades l'anomenen "tallador de formatge", cosa que trobo hilarant però també d'alguna manera precisa.
Tot i això, aquesta és la cosa: ningú a la nostra botiga en realitat diu "EDM per cable" al complet. Només és "la màquina de filferro" o "el Fanuc" (perquè és de quina marca en tenim tres) o de vegades "aquella màquina de temperament sagnant al racó" quan ens fa pena.
Que, deixa'm dir-te, és més sovint del que m'agradaria.
Llavors, què ÉS, realment?
Bé, imagina que estàs intentant tallar un bloc d'acer endurit. Endurit, és a dir, no podeu perforar-lo, fresar-lo o fer-hi res amb mètodes tradicionals. És massa dur: l'acer per a eines adequat, 60 HRC, el que es riu dels talladors de carbur.
L'erosió de filferro no li importa. El tallarà com la mantega. Bé, mantega molt lenta. Mantega molt cara, molt precisa.
Així és com funciona (i prometo que aquesta és la versió simplificada):
Tens un cable súper-prim, normalment estem parlant de 0,25 mm, més prim que una corda de guitarra, que s'estira entre dues guies. Aquest cable actua com un elèctrode. La vostra peça de treball és l'altre elèctrode. Tots dos estan submergits en aigua desionitzada (més sobre aquest desastre esperant que passi més endavant).
A continuació, passes corrent elèctric a través del cable, creant milers de petites espurnes per segon, com ara llamps en miniatura, entre el cable i la teva part. Cada espurna fon una mica del metall i l'aigua elimina els residus.
El cable mai toca la peça de treball. Sempre hi ha un petit espai (potser 0,01 mm) on es produeixen totes les espurnes. És com la màgia, excepte que és la física, i és molt més car que la màgia.
Per què fins i tot fem això (quan existeix un mecanitzat normal)
Bona pregunta. El fresat CNC regular és més ràpid, més barat, més fàcil. Aleshores, per què molestar-se amb Wire EDM?
Perquè de vegades cal fer coses que el mecanitzat normal simplement no pot fer:
Materials endurits– Ja ho he comentat, però és enorme. Tallem peces d'acer per a eines durant tot el dia que destruirien qualsevol eina de tall normal.
Formes impossibles– Proveu de fresar una cantonada interna quadrada. Endavant, esperaré. No es pot fer, oi? El tallador és rodó. Però amb Wire EDM, podeu tenir cantonades internes afilades adequades perquè el cable pot canviar de direcció. Vam fer una feina el mes passat per a una empresa de dispositius mèdics (NDA, no puc dir qui, però fabriquen instruments quirúrgics) amb racons interns que eren absolutament crítics. L'electroerosió per filferro era l'única opció.
Característiques minúscules– Ranures més estretes que qualsevol fresa? Cap problema. Recentment hem tallat ranures de 0,3 mm d'ample a través de 50 mm d'acer endurit. Prova-ho en un molí, t'atreveixo.
Sense forces de tall– Aquest és el que fa volar la ment de la gent. Com que el cable mai toca la peça, hi ha força de tall zero. Zero. Això vol dir que podeu tallar peces de paret-increïblement delicades o primes sense distorsió. L'any passat vam tallar alguns suports aeroespacials que tenien un gruix de paret de 0,5 mm. En un molí només vibrarien i trencaven.
Els diferents tipus (perquè és clar que n'hi ha)
Realment hi ha dos sabors principals:
Màquines de dos-eixos– El tipus bàsic. El filferro va recte amunt i avall, talla parets verticals. Això és el que més tenim a la botiga. Les nostres tres màquines Fanuc són de dos-eixos, i probablement gestionen el 80% del nostre treball.
Màquines de quatre-eixos– Els elegants on les guies de cable superior i inferior es poden moure de manera independent. Això vol dir que podeu tallar parets afilades, formes complexes en 3D, pales de turbines, aquest tipus de coses. Tenim una unitat de quatre-eixos Mitsubishi que costa més que casa meva (literalment: vaig comprovar la factura quan la vam comprar el 2019, després vaig buscar la meva hipoteca i vaig plorar una mica).
Abans hi havia distincions entre "filferro viatjant" i "filferro estacionari", però el filferro viatjant va guanyar aquesta batalla fa dècades. Hauríeu d'anar a un museu per trobar una màquina de filferro estacionària ara.
El cable en si (una cosa tan senzilla, un malson)
Pensaries que el cable seria senzill, oi? Només és cable.
Oh, dolç nen d'estiu.
Utilitzem majoritàriament filferro de llautó; en realitat, és llautó recobert de zinc-, que condueix bé l'electricitat i no s'enganxa tan fàcilment. La mida típica és de 0,25 mm de diàmetre, tot i que disposem de tot, des de 0,1 mm (per a un treball molt bo) fins a 0,3 mm (per tall en brut).
El cable és car. No és "cotxe de luxe" car, però una bobina de 5 kg costa entre 80 i 120 lliures, depenent del grau, i aquestes màquines ho passen com... bé, imagineu-vos teixir amb filferro que llenceu a mesura que aneu. Probablement gastem 15.000 lliures a l'any només amb cable. Jenny de comptes planteja això Every. Solter. Pressupost. Reunió.
I aquí hi ha la part divertida: el cable s'utilitza una vegada i després s'envasa. Travessa la zona de tall exactament una vegada, s'erosiona elèctricament i es debilita, i després va directament al contenidor de ferralla. Tenim un contenidor enorme de filferro usat a la cantonada de la botiga. La recollida de reciclatge arriba cada dos dimarts, i fins i tot ells semblen confosos per la quantitat de filferro que generem.
Les ruptures de cables són el mal de la nostra existència. La màquina taral·leja bé, talla una peça i després SNAP. Es trenca el cable. La màquina s'atura. Heu de passar un cable nou (que en algunes parts pot trigar 20 minuts), trobar on estaveu al tall i reiniciar. Temps perdut, diners perduts, i si ets jo, has perdut la paciència perquè avui és el TERCER descans.
Per què es trenca el cable? Tria la teva:
La configuració de l'espurna és massa agressiva
Tensió del cable incorrecta
Fluid dielèctric contaminat
Mala sort (aquest és un motiu legítim)
Mercuri en retrògrad (broma, però només)
La situació de l'aigua (o: per què les nostres factures d'electricitat són una bogeria)
Recordeu que vaig esmentar l'aigua desionitzada? Sí, això és tot.
L'aigua d'una màquina d'electroerosió per filferro té diversos propòsits:
Refreda la zona d'espurnes
Elimina les restes metàl·liques
Actua com a dielèctric (aïllant elèctric fins que la tensió arriba prou alta com per provocar espurnes)
Però s'ha de desionitzar, és a dir, s'eliminen tots els minerals i ions. L'aigua de l'aixeta normal conduiria l'electricitat amb massa facilitat i només tindries un curtcircuit en lloc d'una espurna controlada.
Així que tenim aquest sistema de desionització massiva. Bàsicament és una depuradora a la cantonada del nostre taller. Filtres, dipòsits de resina, bombes, les obres. Només el manteniment d'aquesta cosa ens costa uns 3.000 £ a l'any.
I el cabal d'aigua! Estem bombejant centenars de litres per minut a través d'aquestes màquines. El Mitsubishi consumeix uns 60 litres per minut. Això és una banyera cada 2-3 minuts. Només circula constantment, filtra, refreda, recircula.
La nostra inspectora mediambiental va visitar-nos l'any passat (una dona agradable, molt meticulosa, ens va espantar absolutament) i va quedar impressionat per la neteja que està la nostra gestió de l'aigua. Sembla que la majoria de botigues són molt pitjors. Ens vam sentir estranyament orgullosos, com quan la teva sogra--felicita la teva neteja.
Programant aquestes bèsties (o: per què paguem massa a James)
La programació per electroerosió per fil és... especial.
No és com la programació CNC normal, on només podeu volar-lo i ajustar-lo a mesura que aneu. Equivoqueu-vos i heu arruïnat un blanc molt car, o esteu asseguts allà durant 20 hores tallant aire perquè els vostres desplaçaments estan equivocats.
James és el nostre programador principal de Wire EDM. És aquí des del 2007, coneix aquestes màquines millor que els seus propis fills (les seves paraules, no les meves, tot i que la seva dona va riure quan ho va dir a la festa de Nadal de l'any passat). Li paguem molt bé perquè trobar algú que entengui realment la programació de Wire EDM és com trobar un unicorn. Un unicorn que és bo en matemàtiques i no li importa mirar els models CAD tot el dia.
El programari genera la ruta d'eina, però cal tenir en compte:
Desplaçament del cable (la distància entre el cable i la peça)
Passades múltiples (tall brut, tall descremat, tall d'acabat)
Compensació de conicitat (per a treballs de quatre-eixos)
Estratègies d'entrada/sortida
Condicions de cantonada
La majoria de les peces necessiten almenys dues passades. La primera passada, anomenada tall brut, elimina la major part del material ràpidament. A continuació, feu una o més passades descremades amb configuracions molt més fines per obtenir l'acabat superficial i la precisió dimensional.
Aquesta feina que he esmentat abans per a l'empresa de dispositius mèdics? Cinc passades en total. El tall gruixut va trigar unes 6 hores. Cada passada desnatada va afegir 3-4 hores més. James va passar més temps programant-lo que no pas la màquina tallant-lo.
Els números que tothom vol (però estigueu asseguts)
"Quan precís és?" – Cada client, sempre.
Sostenim habitualment ± 0,005 mm a la majoria de treballs. Això són cinc mil·lèsimes de mil·límetre. Cinc micres. Aproximadament 1/10 del gruix d'un cabell humà.
Al nostre Mitsubishi de quatre eixos-, quan James està passant un bon dia i els déus de les màquines somriuen, podem arribar a ±0,002 mm. Això és entrar en un territori d'incertesa de mesura on no estem del tot segurs que el nostre equip de mesura sigui prou precís per verificar el que hem fet realment.
Acabat superficial? Normalment, al voltant de 0,2-0,4 Ra (és una mesura de rugositat) en talls descremats. Baixeu fins a 0,1 Ra si realment ho estem intentant, tot i que en aquest moment esteu passant edats en passades d'arribada.
Però aquí teniu el secret brut que ningú us diu:EDM per filferro és LENTA.
Aquesta placa d'acer de 50 mm de gruix que he esmentat abans? Tall brut als nostres entorns típics? Uns 30-40 mil·límetres quadrats per minut. Per tant, un retall de 100 mm x 100 mm triga 3-4 hores. DESPRÉS fas les teves passades.
Vam citar una feina la setmana passada on el client es va sorprendre que trigaria 40 hores de temps de màquina. "No pots... accelerar-ho?" van preguntar. Doncs sí, tècnicament, però aleshores la teva part sembla brossa i la precisió dimensional surt per la finestra. No hi ha dinar gratuït a Wire EDM.
Velocitat vs acabat vs precisió: tria dos, no pots tenir-ne els tres.
Quan NO utilitzar Wire EDM (el tros honest que el meu cap desitja que no escrigui)
Mira, guanyem diners quan fas servir els nostres serveis de Wire EDM. Però permeteu-me que us estalviï una mica de temps i diners:
Si pots fresar-la, fresa-la. El mecanitzat CNC normal és probablement 10 vegades més ràpid i la meitat del cost per a la majoria del treball.
Si les vostres toleràncies són inferiors a ± 0,02 mm, probablement no necessiteu EDM per filferro.
Si el vostre material és tou (alumini, acer suau, plàstic), definitivament no utilitzeu Wire EDM. Funcionarà, però és un excés massiu.
Si només necessiteu formes externes i no són boges complexes, probablement el tall per raig d'aigua sigui més barat.
Vam rebutjar una feina el mes passat: un noi volia que talléssim uns suports d'alumini per electroerosió. Li vaig dir directament: "Mate, fes-los fresar. Qualsevol taller mecànic ho pot fer en una quarta part del temps per la meitat del preu". Va apreciar l'honestedat i ens va acabar enviant una feina diferent que realment necessitava Wire EDM. De vegades ser honest val la pena.
Encara que no diguis vendes, estic regalant feina. Ja estan molestos amb mi per l'entrada al blog que vaig escriure a l'agost sobre eines massa cars. Això va provocar algunes... discussions.
Problemes comuns (o: per què tinc somnis d'estrès sobre trencaments de cables)
Es trenca el cable– Ja hem dit, però seriosament, aquest és el 80% dels nostres problemes. Hem provat diferents cables, diferents tensions, sacrificant un pollastre als déus màquines (broma... sobretot). Alguns dies la màquina només decideix que t'odia.
Contaminació dielèctrica– S'acumulen restes metàl·liques a l'aigua, la conductivitat augmenta, les espurnes es tornen inconsistents, les peces surten amb aspecte rugós. Canviem els nostres filtres religiosament cada setmana. Religiosament. Està a la programació, amb bolígraf vermell, subratllat dues vegades.
Capa de reforma– El procés de generació d'espurnes fon el metall, i petites quantitats d'aquest es tornen a solidificar a la superfície tallada. Aquesta "capa refosa" té potser 0,001-0,01 mm de gruix, però és més dura i més trencadissa que el material base. Per a algunes aplicacions això no importa. Per a altres (peces crítiques per a la fatiga, per exemple), és un problema important i s'ha d'eliminar polint a mà. Vam fer un lot de peces per a un equip de F1 l'any passat (de nou, NDA, però són vermelles) on l'eliminació de la capa de refundición va afegir 2 hores de treball manual per part.
Cònic– Fins i tot en màquines de dos-eixos, si el cable no és perfectament vertical, s'aconsegueix. Normalment és petit (potser 0,01 mm sobre 50 mm d'alçada), però hi és. En les parts crítiques, James passa edats comprovant i ajustant la verticalitat del cable. Té tot aquest ritual amb un indicador de marcatge que estic bastant segur que és com a mínim un 50% de superstició, però les parts surten directament, així que qui sóc jo per jutjar?
Rentat de cantonada– A les cantonades interiors, el rentat no és tan bo, de manera que obteniu talls inconsistents. Hi ha estratègies de compensació per a això, però significa més temps de programació i, normalment, un pas addicional. El rentat de cantonada és el motiu pel qual en James murmura per a si mateix mentre programa.
El futur (o: què manté els enginyers desperts a la nit)
Cap a on va la tecnologia Wire EDM?
Tall més ràpid– Cada nova generació de màquines reclama velocitats de tall un 20-30% més ràpides. En realitat, s'assembla més a un 10-15% i sol comportar compensacions en l'acabat superficial. Però ho agafarem. El nostre Fanuc més nou (entregat al març d'enguany, encara pagant-ho) és notablement més ràpid que el nostre model de 2015.
Millor automatització– El nostre Mitsubishi pot funcionar sense vigilància durant la nit SI tot va perfectament. Gran "si" allà. Les màquines més noves tenen millors sistemes de roscat de filferro, ajust automàtic de la tensió del cable, totes aquestes coses bones. El somni és el mecanitzat-apagat. La realitat és que l'Steve encara entra a les 6 del matí la majoria del matí per comprovar les sortides nocturnes perquè tots hem estat cremats abans.
Mesura integrada– Algunes màquines-de gamma alta ara tenen sistemes de sondeig que poden mesurar la peça sense treure-la de la màquina. Encara no ho tenim (40 £,000+ complement-), però ho he vist demostrat i és realment impressionant. Estalviaria a James uns 30 minuts per part en feines complexes.
Millor tecnologia d'espurna– Nous generadors amb més control sobre les característiques de l'espurna. Acabats superficials més fins, menys refós, millor precisió de cantonada. Aquestes coses estan millorant realment, no només pelusa de màrqueting.
Consells pràctics (d'algú que ha comès tots els errors)
Com que probablement esteu pensant en treballar amb Wire EDM, aquí teniu una-sàvia:
1. Disseny per a electroerosió per fil– Les cantonades internes han de tenir radis com a mínim iguals al diàmetre del cable + desplaçament. Per tant, un cable de 0,25 mm + 0.05mm desplaçat=0.3mm de radi mínim. Tenim dibuixos tot el temps amb cantonades afilades especificades i hem d'explicar la física als dissenyadors. S'envelleix ràpidament.
2. Deixeu temps– No ens truquis divendres a la tarda perquè necessites peces dilluns al matí. No està passant. EDM amb fil triga TEMPS. Una petita part típica és de 8-12 hores com a mínim. Les parts complexes poden ser dies.
3. La preparació del material és important– Si el vostre espai en blanc no s'alleuja-l'estrès, es pot deformar a mesura que el tallem a causa de les tensions internes que s'alliberen. Aleshores les teves toleràncies són escombraries. No us salteu l'alleujament de l'estrès en les parts crítiques.
4. Inici forats– Necessitem un forat per passar el cable per començar a tallar. La majoria de les peces necessiten primer un forat de 2-3 mm. Incloeu-los al vostre disseny o us cobrarem per perforar-los.
5. El cost no és lineal– Afegir una segona passada duplica el temps de màquina. Toleràncies més ajustades fan que més passades. 0.01mm costen potser un 20% més que 0,02 mm. Però una tolerància de 0,002 mm? Això és doble o triple perquè necessitem múltiples passades d'acabat addicionals i tot ha de ser perfecte.
6. Acabat superficial vs tolerància– Estan relacionats però no són iguals. Podeu tenir una tolerància estreta amb un acabat rugós o una tolerància fluixa amb un acabat mirall. Tingueu clar què és més important per a la vostra aplicació.
Les aplicacions realment realistes
On veiem més Wire EDM?
Fabricació d'eines i matrius– Això és feina de pa i mantega. Troqueles de perforació, matrius de conformació, insercions de motlle d'injecció. Qualsevol cosa que necessiti formes complexes en acer endurit. Probablement fem el 40% del nostre treball per a fabricants d'eines.
Components aeroespacials– Dentadures de les pales de la turbina, accessoris estructurals amb retalls d'estalvi de pes{0}}precis, qualsevol cosa de titani (que és horrible de mecanitzar convencionalment). Va fer un lot de suports de titani el mes passat que hauria estat realment impossible d'una altra manera.
Dispositius mèdics– Instruments quirúrgics, components d'implants, tot allò que necessiti alhora precisió i bon acabat superficial. Tot i que la documentació reguladora per al treball mèdic gairebé ens mata. Jenny va dedicar TRES SETMANES a la documentació per a la nostra certificació ISO 13485. Encara està amargada per això.
Calibres de precisió– Calibres de pins, blocs de calibres, accessoris d'inspecció. El laboratori de calibratge de la carretera és un dels nostres clients habituals.
Automoció– Principalment treballs de prototips i esports de motor. Els volums de producció solen ser massa elevats per a l'economia de Wire EDM. Però per a aquest equip de F1? Els diners no són realment una preocupació quan necessiteu peces que funcionin.
El tancament-(perquè això s'està fent llarg)
Aleshores, què és Wire EDM?
És un procés de tall de metall de precisió que utilitza espurnes elèctriques per erosionar el metall, capaç d'una precisió increïble i capaç de tallar materials i formes que serien impossibles amb un mecanitzat regular. És lent, una mica car, de vegades temperamental i absolutament essencial per a certs tipus de treballs.
Val la pena aprendre-ne? Si estàs en la fabricació, absolutament. Si alguna vegada necessiteu peces complexes fetes de materials durs, probablement acabareu parlant amb algú com jo.
Estem esbiaixats perquè tenim quatre màquines d'electroerosió per fil i necessitem mantenir-les ocupades per justificar la seva existència a Jenny en comptabilitat? Potser. Però són màquines realment notables quan necessiteu el que poden fer.
Si els voleu veure en acció, fem visites a les botigues el primer dijous de cada mes (el proper és l'1 de desembre, envieu un correu electrònic a Sandra per reservar una plaça). Advertència justa: no són emocionants de veure: només un cable prim que es mou lentament a través del metall sense que passi res dramàtic. Però els resultats són força espectaculars.
I portar taps per les orelles. Les bombes dielèctriques són SORT.
P.S.– Ah, i si Wire EDM us interessa, hauríeu de conèixer el seu cosí:Electroerosió de ploma(també anomenat Ram EDM). Utilitza un elèctrode amb forma que s'enfonsa per cremar cavitats en metall, genial per a la fabricació de motlles. Mateix principi d'espurna, aplicacions completament diferents. No en tenim cap, cosa que m'estalvia d'explicar una altra factura d'electricitat massiva a la Jenny.