WEDM – co to jest?
Wycinanie elektroerozyjne (WEDM – Wire Electrical Discharge Machining) jest odmianą drut o średnicy 0,02-0,5 mm, wykonany z mosiądzu, miedzi, wolframu, molibdenu, lub drut z pokryciem, np. mosiądz ocynkowany. Przedmiot obrabiany mocuje się na stole, który zwykle jest nieruchomy. Prowadnice drutu przemieszczane są w kierunkach wzajemnie prostopadłych przez układy napędowe sterowane numerycznie. Elektroda robocza w czasie obróbki również ulega erozji elektrycznej. W celu uniknięcia błędów obróbki i ze względu na konieczność uwzględniania tego zjawiska w procesie technologicznym drut podczas obróbki jest przewijany z szybkością od 0,5 do 20 m/min. Dla uzyskania wysokiej dokładności pozycjonowania drutu względem przedmiotu obrabianego stosowane są specjalne oczkowe prowadniki oraz stały naciąg drutu z siłą 5-20 N. W obróbce WEDM drut jest elektrodą uniwersalną, dzięki czemu nie trzeba wykonywać elektrod o skomplikowanych kształtach. Dzięki nadaniu elektrodzie (drut) złożonych ruchów względnych możliwe jest wycinanie kształtów o wysokim stopniu skomplikowania, np. o powierzchniach prostopadłych do powierzchni stołu, jak i pochyłych (oraz bardziej złożonych, pod warunkiem że są to powierzchnie prostokreślne). W wyniku wyładowań elektrycznych pomiędzy narzędziem (drutem), a przedmiotem powstaje przecięcie w wymiarze nieco większym od średnicy drutu (rzędu od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów). Połowę różnicy pomiędzy powierzchnią drutu a wymiarem przecięcia nazywamy szczeliną boczną, natomiast wymiar od środka drutu do granicy przecięcia – offsetem „0”. Zadany wymiar części otrzymywany jest jako jeden z boków przecięcia („programowany zarys). Dla uzyskania wysokiej dokładności i małej chropowatości powierzchni (oraz minimalizacji grubości warstwy zmienionej) stosuje się wycinanie wieloprzejściowe (kształtujące, wykończeniowe i wygładzające).
W WEDM najczęściej stosowanym dielektrykiem jest woda dejonizowana o przewodności poniżej 15 μS/cm.
Wycinanie elektroerozyjne WEDM proces
Proces wycinania rozpoczyna się od momentu, kiedy elektroda robocza (drut) zbliży się na odległość zapewniającą osiągnięcie natężenia pola elektrycznego większego od granicznego. Od tego momentu zaczyna się formowanie szczeliny czołowej. W miarę upływu czasu szczelina czołowa powiększa się, proces ten trwa do momentu kiedy elektroda nie zagłębi się w materiał do połowy grubości drutu (głębokość wycięcia równa jest połowie średnicy drutu i wartości szczeliny czołowej). Od tej chwili zaczyna się formować szczelina boczna. Wartość tej szczeliny zależna jest od takich czynników jak: odporność elektroerozyjna materiału, energia impulsu elektrycznego, przewodność elektryczna dielektryka, prędkość wycinania (posuw), naciąg i szybkość przewijania drutu, ciśnienie dielektryka.
Parametry technologicznie muszą być tak dobrane, by spełniały następujące kryteria:
– maksimum wydajności,
– maksimum dokładności,
– wymagania chropowatości.
W procesie WEDM wydajność, dokładność wymiarowo-kształtowa i chropowatość obrabianych powierzchni zależą głównie od parametrów obróbkowych oraz średnicy elektrody mającej postać drutu.
Poprzez zachowanie odpowiedniej liczby przejść i odpowiednich parametrów można uzyskać bardzo dobre wartości chropowatości niekiedy zbliżone do wartości jak dla powierzchni szlifowanej dokładnie. W procesie wycinania elektroerozyjnego (WEDM) materiał usuwany jest z przedmiotu obrabianego w wyniku erozji elektrycznej (wyładowania elektryczne) zachodzącej pomiędzy elektrodą roboczą a materiałem obrabianym. Przepływ cieczy dielektrycznej zapewnia odpowiednie warunki wyładowania elektrycznego, jak również odpowiada za odprowadzanie produktów obróbki ze szczeliny międzyelektrodowej. Ciepło powoduje lokalne topnienie materiału, który częściowo pozostaje w szczelinie a częściowo w dielektryku, proces ten powtarza się wielokrotnie i powoduje uzyskanie odpowiedniego kształtu.
Wady WEDM
Wadą wycinania elektroerozyjnego (WEDM) są wysokie koszty cięcia, szczególnie podczas wykonywania detali z duża dokładnością i bardzo dobrą jakością powierzchni. Wynika to głównie z ilości przejść w procesie. Każde kolejne przejście wydłuża czas, natomiast pozwala uzyskać lepszy efekt końcowy obrabianego detalu. Ilość przejść ma także wpływ na zużywanie się części elektrodrążarki: filtry, żywica dejonizująca, dysze strumieniowe, a także płytki zasilające. W przypadku produkcji seryjnej wymiana tych elementów odbywa się kilka razy w miesiącu, a koszty produkcji znacznie rosną. Istotne jest więc pytanie, czy można zredukować koszty nie tracąc na dokładności i jakości powierzchni. Wszystko opierać się będzie na założonej jakości powierzchni, którą należy otrzymać. Podczas wykonywania kolejnych przejść drutu dochodzi do wygładzenia powierzchni. Nie w każdym przypadku konieczne jest wycinanie z największą dokładnością i jakością powierzchni, dlatego koszty operacji związane są głównie z założeniami konstruktora produkowanych części.
Jeśli jednak wymagane jest wycinanie z najlepszą jakością należy wtedy skupić się na parametrach samej obróbki. Nowoczesne maszyny posiadają tryby pracy określające charakter obróbki. Zastosowanie specjalnych głowic i dysz strumieniowych skutkuje wydajniejszą obróbką. Maszyna posiada inteligentny system doboru parametrów, gdzie w zależności od potrzeb można stosować różne tryby obróbki.
Skupienie się na parametrze szybkość przewijania drutu ma duże znaczenie na jego zużycie. Zmniejszenie prędkości obróbki powoduje, że drut znajduje się dłużej w rejonie obróbki i ulega większemu upaleniu. Każde kolejne przejście mniej upala drut, ze względu na stosowanie mniejszych prądów do wygładzenia powierzchni.
Jednym z podstawowych parametrów który decyduje o jakości otrzymanej powierzchni jest parametr wartości energii pojedynczego impulsu wyładowania. Stosowanie wyższych wartości parametrów prądowych powoduje wzrost chropowatości ponieważ większe wyładowania prowadzą do powstania większych kraterów.
Chropowatość po jednym przejściu w obróbce WEDM odpowiada chropowatości uzyskanej podczas obróbki skrawania wykańczającego, natomiast każde kolejne przejście jest na tyle zadowalające że odpowiada, a nawet przekracza (po 4 lub 5 przejściu) najniższą wartość jaka jest zalecana dla obróbki szlifowania wykańczającego.
Obrabiarki WEDM
Współczesne obrabiarki WEDM to urządzenia sterowane numerycznie. Dzięki temu możliwe jest wykonanie skomplikowanych powierzchni uzyskiwanych w wyniku niezależnego przemieszczania się głowic prowadzących drut. Pochylenie drutu może być zmienne w czasie wycinania i dochodzić do ±45°.
WEDM zastosowanie
Obróbkę elektroerozyjną, w tym WEDM, stosuje się do obróbki materiałów przewodzących prąd elektryczny. Obecnie możliwa jest również obróbka materiałów źle przewodzących prąd, np.: supertwarde materiały narzędziowe (w tym PCD – polikrystaliczny diament, CBN – azotek boru) oraz ceramiczne materiały konstrukcyjne i kompozyty. Wysokość wycinanych elementów zawiera się w granicach od 0,1 mm do 500-600 mm. Należy wspomnieć, że obecnie obróbka elektroerozyjna znajduje zastosowanie również w mikro- i nanotechnologii.
Wspomniano wcześniej, że podczas wycinania należy dążyć do tego, by szczelina iskrowa miała stałą wartość, i dotyczy to nie tylko powierzchni zewnętrznych, ale też w każdym przekroju prostopadłych do osi drutu.
WEDM właściwości
Do podstawowych cech WEDM należą:
• uniwersalność elektrody, a zatem wyeliminowanie konieczności wykonania elektrod
o złożonych kształtach,
• eliminacja konieczności uwzględniania zużycia elektrody roboczej przy projektowaniu procesu obróbki,
• możliwość wykonywania skomplikowanych kształtów i o bardzo małych wymiarach,
• wysoka dokładność obróbki (od ±0,02 do ±0,001 mm).
Podczas projektowania procesu metodą obróbki elektroerozyjnej trzeba koniecznie ustalić granice chropowatości jakie należy uzyskać gdyż niższa wartość chropowatości wiążę się z większymi kosztami obróbki.
