То, что поразило меня, когда я впервые узнал об этом
Электроэрозионная обработка (сокращенно электроэрозионная обработка, потому что никто не говорит всего) использует электричество для резки металла. Не вращающийся инструмент. Не лазер. Просто... искры.
Крошечные управляемые молнии.
Я знаю, это звучит так, будто я это выдумываю, но клянусь, именно это и происходит. У вас есть электрод (инструмент) и заготовка (то, что вы режете), и между ними есть крошечный зазор, заполненный диэлектрической жидкостью (обычно маслом или деионизированной водой), и вы просто… закрываете его. Снова и снова. Тысячи раз в секунду. Каждая искра испаряет крошечный кусочек металла.
Мой коллега Джейк (Джейк отличается от любого другого Джейка, о котором я упоминал, очевидно, у нас просто много Джейков) пытался объяснить мне это на второй день, и я подумал, что он разыгрывает меня. «Мы режем сталь электричеством?» Да, чувак. Дикий.
Почему это вообще существует (потому что обычная обработка работает нормально, верно?)
Так вот в чем дело: в традиционной обработке используются вращающиеся фрезы. Фрезы, токарные станки и все такое. Отлично работает для большинства вещей.
Но что, если ваша часть:
Сверхтвердый материал (например, карбид или закаленная инструментальная сталь)
Действительно сложные формы с узкими углами
Тонкие стенки, которые могут согнуться или сломаться под действием режущих сил.
Имеет внутренние функции, до которых невозможно добраться с помощью вращающегося инструмента.
Вот тут-то и приходит на помощь электроэрозионная обработка. Поскольку она физически не касается детали (всегда есть этот крошечный зазор), сила резания отсутствует. А поскольку он электрический, ему не важно, насколько твердый материал — если он проводит электричество, его можно подвергнуть электроэрозионной обработке.
Я помню, как к нам поступил заказ: заказчик хотел, чтобы эти крошечные охлаждающие каналы находились внутри формы из закаленной стали. Как проходы диаметром 0,020 дюйма, которые крутятся и поворачиваются. Ни просверлить, ни фрезеровать их невозможно. Но с помощью электроэрозионной обработки? Мы сделали это. Это заняло целую вечность, но мы это сделали.
(Ну, технически это сделал наш более опытный парень Стив. Я смотрел и старался ничего не трогать, потому что для меня это было как второй месяц.)
Типы EDM (и да, их больше одного)
Электроэрозионная обработка проволоки (то, на что я трачу большую часть времени)
Это как... представьте себе ленточную пилу, но вместо полотна там тонкая латунная проволока (обычно диаметром 0,010 дюйма, иногда тоньше, иногда толще). И вместо резки пилением, она режет искрой.
Проволока движется через деталь, постоянно подавая свежую проволоку, поэтому вы всегда режете новым электродом. Использованную проволоку собирают в мусорное ведро, и вы продаете ее на свалку. Мы получаем около 200 долларов каждые пару месяцев за использованный провод, что, я думаю, неплохо.
В нашем цехе имеются два электроэрозионных станка:
Mitsubishi MV2400R (тот, что на фото, куплен подержанным в 2019 году, кажется, примерно за 85 тысяч долларов? Может быть, за 90 тысяч долларов)
Sodick AQ327L (более новый, 2022 года, обошелся нам... я хочу сказать 180 тысяч долларов, но не цитируйте меня по этому поводу)
Проволочная электроэрозионная обработка отлично подходит для:
Сквозные-резы (прорезка детали насквозь)
Удар и умереть работа
Прецизионные детали с жестким допуском (мы регулярно придерживаемся ±0,0002 дюйма)
Детали, где требуется действительно хорошее качество поверхности
Недостатки:
МЕДЛЕННЫЙ. Как будто очень медленно. Скорость резки толстой закаленной стали может составлять 1–2 квадратных дюйма в час.
Проволока рвется. О боже, провод порвется. Вы уже прошли половину 6-часового монтажа ищелчокпровод рвется, и теперь вам придется продеть его обратно и начать заново (ну, не полностью, обычно можно возобновить, но все равно чертовски раздражает)
Диэлектрическая система требует постоянного обслуживания, иначе она выйдет из строя.
Sinker EDM (Ram EDM, Plunge EDM, как бы вы это ни называли)
Здесь у вас есть фигурный электрод (обычно медный или графитовый), и вы «погружаете» его в заготовку, выжигая материал и создавая полость.
У нас в магазине есть одно грузило — более старая модель Makino EDNC43. Купил его подержанным, думаю, он 2008 года или что-то в этом роде. Стоимость была... может быть, 35 тысяч долларов? Он работает нормально, но медленнее, чем новые.
Это то, что вы используете для:
Полости пресс-формы
Сложные 3D-формы
Глухие отверстия и карманы
Гравировка (хотя сейчас есть более эффективные способы сделать это)
Загвоздка с грузилом EDM в том, что сначала нужно изготовить электрод. Поэтому, если вам нужно изготовить сложную полость формы, вам сначала нужно обработать медный или графитовый электрод точно той формы, которую вы хотите (но в обратном/инверсном направлении), ЗАТЕМ вы используете этот электрод, чтобы прожечь полость в стали.
Это как... дополнительные шаги. Но иногда это единственный способ что-то сделать.
Моей первой электроэрозионной работой с грузилом было изготовление простого квадратного кармана. Мне потребовалось 3 попытки, потому что я все время ошибался в расчете смещения электродов. Стив нашел меня у станка с растерянным видом и спросил: «Ты учёл перерез?» и я такой: «Что?»
Хорошие времена. (Не совсем, я чувствовал себя идиотом.)
Электроэрозионная обработка малых отверстий (Электроэрозионная обработка отверстий)
У нас такого нет, но я пользовался им в предыдущих магазинах. В основном делает крошечные глубокие отверстия, используя вращающуюся латунную или медную трубку в качестве электрода.
Отлично подходит для отверстий для стартера (для электроэрозионной обработки), отверстий для охлаждения в формах, форсунок топливных форсунок и всего такого. Можно сверлить отверстия диаметром до 0,008 дюйма, иногда меньше.
Эти машины относительно дешевы — примерно 30–40 тысяч долларов за новую базовую модель. Но нам он пока не нужен, поскольку мы можем поручить периодические работы по сверлению отверстий дешевле, чем владение самим станком.
Насколько это быстро? (спойлер: не очень)
Это та часть, которая расстраивает клиентов, которые не понимают EDM.
Черновая резка стали электроэрозионной проволокой: около 10–20 квадратных дюймов в час (зависит от толщины и настроек). Очистка (чистовые проходы для лучшего качества поверхности): намного медленнее, примерно 5–10 квадратных дюймов в час за проход, и вы можете сделать 3–4 шлифовальных прохода.
Sinker EDM: сильно варьируется, но показатель 0,5-2 кубических дюйма в час при черновой обработке.
На прошлой неделе мне позвонил клиент и спросил о детали. "Как много времени это займет?"
Я: «Около 18 часов машинного времени». Клиент: «Для чего? Его длина всего 4 дюйма!» Мне:глубокий вдох«Да, но это закаленная инструментальная сталь H13 с четырьмя сложными сквозными-надрезами, а вам нужен допуск 0,0001 дюйма и обработка 8Ra, так что… да. 18 часов».
Они пошли куда-то еще. Они вернутся, когда другой магазин не сможет этого сделать. (Это уже случалось раньше.)
Время установки — это то место, где вы действительно теряете деньги
Фактическая резка может составлять 18 часов, но настройка? Это может быть еще 4-6 часов легко.
Вам нужно:
Закрепите деталь (и лучше, чтобы она была квадратной и ровной, иначе ваши допуски будут слишком плохими)
Загрузите программу (если она у вас вообще есть, иногда вы пишете ее с нуля)
Установите нулевые точки и точки отсчета
Проверьте натяжение проволоки и направляющие
Убедитесь, что диэлектрический бак чист и имеет правильное удельное сопротивление.
Протестируйте, чтобы убедиться, что все находится там, где вы думаете.
Однажды я испортил кусок материала стоимостью 3000 долларов, потому что установил ноль Y-ошибочно на 0,100". Деталь была бракованной. Меня тошнило. Босс был... недоволен. Но он был спокоен, потому что я проработал там всего 6 месяцев, и мы все делаем ошибки.
(До сих пор иногда думаю об этом. Три штуки. Тьфу.)
Ситуация с диэлектрической жидкостью
Помните, я говорил, что в зазоре есть жидкость? Это называется диэлектрическая жидкость. Это очень важно.
Для электроэрозионной обработки проволоки мы используем деионизированную воду со специальными добавками. Должно поддерживаться правильное удельное сопротивление: слишком проводящее, и вы получите короткое замыкание дуги, недостаточно проводящее, и искры не будут формироваться правильно.
У нас есть система DI (система деионизации), которая постоянно фильтрует и поддерживает воду. Когда мы его купили, он стоил около 8 тысяч долларов. Требуется замена смолы каждые 6–12 месяцев по цене 400 долларов за штуку.
Вода пахнет странно. Неплохо, просто... странно. И холодно, потому что в машине есть охладитель, поддерживающий температуру около 68 градусов по Фаренгейту. Летом, когда на улице 95 градусов по Фаренгейту, а кондиционер в нашем магазине едва справляется с этой задачей, сунуть руку в диэлектрический резервуар на самом деле довольно приятно.
Для электроэрозионной обработки грузила мы используем диэлектрик на масляной-основе. Пахнет ужасно, проникает повсюду, загорается, если не соблюдать осторожность (с нами еще не случалось, постучите по дереву, но я слышал истории).
Точность и качество поверхности (самая крутая деталь)
Вот где EDM действительно сияет.
Проволочная электроэрозионная обработка легко выдерживает ±0,0002 дюйма (для вас, ребята, это 0,005 мм). В хороший день, когда все настроено? Мы достигли ±0,0001 дюйма, что просто безумие.
Качество поверхности зависит от настроек - — черновая обработка может иметь значение 125Ra или хуже, но после 3-4 скимпасов вы можете снизить его до 8Ra или выше. Это странная, почти стеклянная поверхность, на которую действительно приятно смотреть.
Sinker EDM может обеспечить еще лучшую обработку поверхности, если вам это действительно нужно — я видел покрытия 4Ra, которые выглядят как зеркала. Но это занимает вечность.
Точность достигается за счет отсутствия отклонения инструмента (потому что нет силы резания), отсутствия износа инструмента в традиционном смысле этого слова, а также того, что современные станки имеют действительно хорошее сервоуправление.
Типы проводов и настройки (на секунду занудно)
Стандартная проволока — латунная, обычно диаметром 0,010 дюйма для большинства работ. Но есть еще:
Проволока 0,008 дюйма для более узких углов.
Проволока диаметром 0,012 дюйма для более быстрой черновой обработки толстых деталей.
Проволока с покрытием (цинковая или вольфрамовая) для специального применения
Молибденовая проволока для особых случаев (у нас ее нет в наличии, слишком дорогая)
Мы проходим, может быть, 20-30 катушек проволоки в месяц? Каждая катушка стоит около 80–120 долларов в зависимости от типа и места покупки. Это складывается.
Настройки - это целое черное искусство усилителя: время включения-, время выключения-, напряжение, натяжение провода, давление промывки... есть примерно 20+ параметров, которые вы можете настроить. На новых машинах есть автоматические-настройки, которые работают нормально, но для сложных задач приходится выполнять их вручную.
У Стива есть блокнот – буквально бумажный блокнот – со всеми его любимыми настройками для различных материалов. Он занимается этим уже 25 лет и просто... знает. Я все еще учусь. У меня есть настройки, которые работают, но они не оптимизированы, как у него.
Затраты (также известное как «Почему мы взимаем плату в магазине 150 долларов в час»)
Машинная оплата: ~2800 долларов в месяц (за более новый Sodick окупается Mitsubishi). Банковский перевод: ~2000 долларов в месяц.
Фильтры/смола/техническое обслуживание: ~800 долларов США в месяц. Потребление энергии: около 400–500 долларов США в месяц только для системы DI EDM: 400–500 долларов США в год в смоле. Прочие расходные материалы (направляющие, блоки питания и т. д.): 1200 долларов США в год.
Плюс, знаете, аренда здания, моя зарплата, зарплата Стива, страховка и все такое.
Поэтому, когда мы указываем 150 долларов в час за электроэрозионную обработку, мы не становимся богатыми. Просто... чего стоит содержание этой штуки.
Однажды клиент поспорил со мной по поводу цены. «Я могу получить фрезерную обработку с ЧПУ за 85 долларов в час!»
Да, приятель, но твой станок с ЧПУ не может резать закаленную инструментальную сталь с допуском 0,0002 дюйма с нулевой силой резания, так что... яблоки и апельсины.
Распространенные проблемы (из-за которых мне хочется кричать)
Обрывы проводов- – Уже упоминалось об этом, но стоит повторить. Нет ничего хуже, чем вернуться с обеда и обнаружить, что машина остановилась из-за обрыва провода через 4 часа после 10-часового перерыва. В более новом Sodick есть автоматическая перезаправка резьбы, что помогает, но в Mitsubishi приходится заправлять заправку вручную. Забавная штука.
Диэлектрическое загрязнение-- Если резервуар загрязнится (металлическими частицами, маслом и т. д.), качество резки упадет до чертиков. Мы должны чистить резервуар еженедельно. А мы? Эхх... скорее, каждые 2-3 недели, если честно. Наверное, стоит сделать это больше.
Ошибки сервопривода-- Иногда машина думает, что произошло короткое замыкание, хотя это не так, или наоборот, и вы получаете эти странные ошибки сервопривода. 90% случаев, когда перезапуск исправляет это. Остальные 10% вы называете техническим специалистом.
Проблемы с конусом-- Проволока EDM может резать прямо или с конусом (с наклонными стенками). Иногда вам хочется сузиться, иногда нет. Получить правильную компенсацию конуса... сложно. Однажды я напортачил со штампом, и детали не собирались. Пришлось их перерезать. Это был плохой день.
Износ электродов(электроэрозионный станок) -- Ваш медный или графитовый электрод изнашивается по мере использования. Вы должны компенсировать это. Иногда вы делаете несколько электродов для одной работы, потому что первый изнашивается на полпути. Это раздражает.
Программа выходит из строя-- Однажды пропала 12-часовая программа из-за сбоя ПК. Не копил в последнее время. Пришлось воссоздать 3 часа работы. Теперь я экономлю одержимо. Ctrl+S — мышечная память.
Стоит ли учиться?
хрустит костяшками пальцев, потому что я явно предвзят в этом вопросе
Послушайте, EDM — это нишевый навык. Не в каждом магазине есть такие машины. Но магазины, которые это делают? Они могут взимать премиальные ставки, потому что не каждый может выполнить эту работу.
Сейчас я зарабатываю около 28 долларов в час как оператор/программист EDM. Стив зарабатывает около 38 долларов в час, потому что у него гораздо больше опыта и он может справиться с действительно сложными задачами. Это... прилично? Не удивительно, но лучше, чем расценки на обычную обработку в нашем регионе, которые составляют примерно 20–22 доллара в час.
Гарантия занятости кажется довольно хорошей. Мы всегда заняты. Производство пресс-форм, аэрокосмическая промышленность, медицинское оборудование, производство инструментов и штампов — все эти отрасли нуждаются в электроэрозионной обработке.
Сравнение с другими процессами
ПРОТИВ. Фрезерование с ЧПУ:
Электроэрозионная обработка: нет сил резания, работает с твердыми материалами, можно создавать сложные формы.
ЧПУ: быстрее, дешевле в час, более универсально для мягких материалов
Когда использовать электроэрозионную обработку: твердые материалы, отсутствие прогиба, сложные внутренние особенности.
ПРОТИВ. Лазерная резка:
Электроэрозионная обработка: более высокая точность, отсутствие зоны термического воздействия, возможность обработки толстых материалов.
Лазер: НАМНОГО быстрее, хорош для тонких листов, дешевле для простой 2D-резки.
Когда использовать электроэрозионную обработку: толстые материалы, жесткие допуски, 3D-функции.
ПРОТИВ. Гидроабразивная:
Электроэрозионная обработка: повышенная точность и качество обработки, работает только с проводящими материалами.
Водоструйная резка: быстрее, работает с чем угодно (даже со стеклом или камнем), работает с более толстыми материалами.
Когда использовать электроэрозионную обработку: нужна точность, нужна хорошая обработка, материал проводит электричество.
У каждого из них есть свое место. Я видел магазины со всеми тремя.
Будущее этого материала
Новые машины становятся быстрее благодаря более совершенным генераторам и системам управления. Sodick, который мы купили в 2022 году, при той же работе примерно на 30% быстрее, чем Mitsubishi.
Также есть больше автоматизации - автоматическая заправка проволоки, автоматическое измерение, автоматическая смена инструмента для электроэрозионной обработки. Облегчает жизнь.
Некоторые магазины переходят на автоматизацию с помощью роботов, загружающих и разгружающих детали. Мы еще не там (слишком маленькие), но со временем я смогу это увидеть.
Программирование с помощью искусственного интеллекта- тоже становится популярным, и это... интересно? Немного страшно для безопасности работы, но также может облегчить программирование. Жюри все еще отсутствует.
Итак, каков итог?
откидывается назад и понимает, что это снова затянулось
EDM — это очень полезный, но специализированный процесс, о котором большинство людей даже не задумывается. Но тот телефон, который ты держишь? Вероятно, есть детали, изготовленные с помощью электроэрозионной обработки. Машина, на которой ты ездишь? Электроэрозионная обработка использовалась для изготовления некоторых форм для пластиковых деталей. Медицинские имплантаты? ЭДМ.
Оно повсюду, просто скрыто.
Если вы думаете о том, чтобы заняться производством, навыки электроэрозионной обработки вам пригодятся. Это не так физически тяжело, как ручная обработка, хорошо оплачивается и всегда есть работа.
Если вы владелец магазина и думаете о покупке электроэрозионного станка... проведите исследование. Они дорогие, медленные, но для определенной работы незаменимы. Без своих мы бы, наверное, не выжили.
Если вам просто интересно, что такое EDM… ну, теперь вы знаете. Это управляемая молния, которая режет металл. Круто, правда?
Если вам интересногрузило электроэрозионноепосле прочтения всего этого? Чувак, вот тут-то становится по-настоящему интересно-наблюдать за тем, как электрод медленно прожигает полость в закаленной стали, это... завораживает. Вам обязательно стоит посетить магазин и увидеть его когда-нибудь лично. Намного круче, чем я бессвязно рассказываю об этом здесь.