EDM加工はどのように行われるのですか?スパークギャップ、誘電体および放電の物理学

58 HRC H13 ダイインサートの底部にある 0.3 mm の内側コーナーは、フライス加工がオプションでなくなるポイントです。コーナー半径は実用的なカッターよりも小さく、材料は 1 回のパスで超硬チップを破壊し、フィーチャーはツール ホルダーが到達するには深すぎる位置にあります。それが放電加工の目的です。

放電加工 加工がどのように機能するかについての簡単な答えは、切削力ではなく、制御された電気スパークによって金属を除去することです。成形された電極が誘電性流体の槽を通してワークピースに向けて供給され、パルス電圧が数百分の数ミリメートルのギャップで流体を破壊し、放電のたびに金属の微細なクレーターが溶けて蒸発します。電極が部品に触れることはありません。

材料は機械的ではなく熱的に除去されるため、ワークピースの硬度は重要ではなくなり、導電性が要件となります。以下に、メカニズムの詳細、安定性を維持するシステム、および EDM が特定の機能にとって適切なプロセスであるかどうかを決定する実際の数値を示します。

スパークギャップで実際に何が起こるか

ギャップはプロセス全体です。仕上げの場合、通常は直径 0.01 ～ 0.05 mm です。激しい荒加工では、約 0.1 mm まで開くことがあります。この空間は誘電性流体で満たされており、発電機がそうでないと判断するまで、電極をワークピースから絶縁します。

パルスが印加されると、流体が保持できなくなるまで電圧が上昇します。ギャップの最も狭い点を横切ってプラズマ チャネルが形成され、電流が流れ、局所温度はおよそ摂氏 8,000 ～ 12,000 度に達し、ワークピースの表面を溶かして部分的に蒸発させるのに十分な温度になります。パルスはマイクロ秒続きます。スイッチがオフになると、チャネルが崩壊し、溶融池が爆発してその物質の大部分が流体中に放出され、誘電体が破片を運び去ります。

それからまた同じことが起こります。発電機に応じて、機械は毎秒数千回から数十万回の放電を生成でき、それぞれの放電で数ミクロンの深さのクレーターが刻まれます。サーボ システムはギャップを一定に保つために電極を前方に送ります。近すぎると放電が有害なアークに変わり、遠すぎるとスパークがまったく形成されません。

ある細部が人々を惹きつけます。型彫り機では、電極は銅またはグラファイトの成形されたブロックです。ワイヤーマシンでは、それは動く真鍮ワイヤーです。物理的な部分は共有されますが、ツールとアプリケーションは共有されないため、マシンを指定する前に違いを解決する価値があります。の比較 彫り込み放電加工機とワイヤ放電加工機の比較 それぞれが自分の利益を得る場所をカバーします。

吐出量を安定させるシステム

手動 ZNC から完全にプログラム可能なシンカーに至るまで、すべての EDM マシンは同じ構成要素から組み立てられます。どちらかが負けても、他のものはそれを補うことができません。

1 回の放電サイクル、ステップバイステップ

単一パルスに従うと、制御画面上の動作が読みやすくなります。

1. サーボは、ギャップがおおよそ人間の髪の毛の幅になるまで電極を進めます。
2. 発電機はギャップ間の電圧を上昇させます。誘電体は破壊されるまでそれを保持します。
3. プラズマ チャネルが形成され、電流がマイクロ秒単位でプログラムされたピーク値まで上昇します。
4. チャネルの下の表面が溶けて部分的に蒸発し、クレーターが残ります。
5. パルスが終了すると、チャネルが崩壊し、クレーターが内破して、溶融金属が流体中に噴出します。
6. フラッシングにより破片が除去され、新しい誘電体が流入します。
7. ステップ 2 ～ 6 は、CNC が電極を周回してキャビティを掃き出す間、1 秒あたり数千回繰り返されます。

硬度は関係ありませんが、導電率は関係ありません

EDM では、切削力を必要とせずに、同じ電極と同じ治具を使用して 62 HRC ダイス鋼、超硬合金、インコネルを加工します。工具のたわみ、加工硬化、ビビリがなく、薄いリブがカット部から曲がることもありません。唯一の厳しい要件は、ワークピースが電気を通すことです。

電極材料は逆の論理に従います。銅は細かい部分を保持し、低電流でゆっくりと摩耗するため、詳細なキャビティの仕上げ作業に銅が使用されます。グラファイトは、大電流で毎分より多くの材料を除去し、大きく複雑な形状に機械加工するのがはるかに簡単ですが、表面が粗くなり、キャビティを画定する鋭いエッジでの摩耗が早くなります。

角の摩耗は、密かにコストがかかる細部です。電極の角は平らな面よりも数倍早く摩耗するため、最初のパスで正しく測定されたキャビティは、電極が丸くなるにつれて公差から外れてしまいます。これが、スパークギャップと磨耗許容値を考慮して電極が小さめにカットされる理由であり、2 番目の仕上げ電極がしばしば廃棄された金型よりも安価である理由です。

ラフからミラーへ: 各パスで仕上がりがどのように変化するか

シングルパスではキャビティは加工されません。最初の電極は高電流と長い放電時間で大量の除去を行い、つや消しの凹凸のある表面を残します。その後のパスでは、同じ電極を徐々に低い電流とより短いオン時間で使用するため、各スパークは前のスパークの上に浅いクレーターを刻み、粗さは段階的に低下します。

2 つの結果が続きます。まず、仕上げが向上するにつれて除去速度が低下するため、大きなキャビティの鏡面仕上げには数分ではなく数時間かかり、それに応じて価格が設定されます。第二に、最後のパスでは、その前のパスで残った損傷層を除去する必要があります。リキャストまたは白い層の厚さは通常、数ミクロンから数十ミクロンであり、研磨されるダイでは、押し込まれるのではなく剥離する必要があります。

ほとんどの工具室で使用されるシーケンスは、電流を減少させながら 3 ～ 5 回のパスで、後でキャビティを手作業で研磨する場合、図面で必要なグレードよりも 1 段階細かく仕上げます。

EDM が勝てる場所と負ける場所

EDM は大量の除去には時間がかかりますが、細部の除去には無敵です。プロセスの選択は通常、短い基準リストに基づいて行われます。

ほとんどの工具室が従うルールは単純です。カッターが届く範囲のすべてをフライス加工し、残った部分、コーナー、深いリブ、鋭い内部エッジ、および硬化鋼のあらゆる特徴を焼きます。

ZNC、PNC、および CNC: 制御レベルで得られるもの

EDM マシン間の価格差は、タンクではなく制御システムにあります。 ZNC マシンは Z 軸のみにサーボ制御を備えています。X と Y は手動で位置決めされ、各パスはリトラクト付きの単純なダウンフィードです。安価で堅牢なため、成形電極を使用した単一キャビティの作業には最適です。

PNC マシンは、プログラム可能な Z 軸サイクル、多段階のリトラクト、深さの保存機能を追加し、セットアップを短縮し、より深い作業でのフラッシングを向上させます。完全な CNC により、X、Y、および多くの場合 C にサーボ制御が追加されるため、電極は周回、掃引、螺旋を描くことができます。同じ電極で軌道半径を変更することでさまざまなサイズを切断でき、フラッシングは自動的に再配置でき、いくつかのキャビティは無人で実行されます。

これら 3 つの制御レベルは、範囲全体で電子機器だけでなく作業テーブルのサイズによっても分割されます。 形彫り放電加工機 まさにその線に沿ってグループ化されています。

完全にプログラム可能なエンドのコンパクトな例は、CNC-450 です。これは、旋回とマルチパス仕上げを引き続き実行できる小型テーブル機械で、通常はインサート加工や小型の複数キャビティ金型には十分です。

CNC 450 EDM 形彫り機 オプションのパナソニック サーボ電気ボックスを備えたコンパクトな CNC 制御のシンカー EDM は、インサート作業および小型の多数個取り金型用に提供されます。 製品を見る→

機械を作業に合わせるのではなく、その逆ではない

見積もられた仕事が実際に適合するかどうかは、作業テーブルの移動量、作業タンクの寸法、電極の最大重量という 3 つの数値によって決まります。トラベルは配置できる最大のキャビティを設定し、タンクは浸漬できる最大のワークピースを設定し、電極の重量はギャップ制御を失うことなくヘッドが運ぶことができるグラファイトブランクの重さを設定します。

粗電流は 2 番目のトラップです。小さな機械に大きな発電機を搭載することは利点ではありません。大きな電極を使用した激しい荒加工では、コンパクトなタンクでは供給できないフラッシング量が必要となるため、機械はアーク放電を避けるために定格電流を大幅に下回って動作することになります。これは、使用できない機能に対してお金を払ったことを意味します。

実際には、中型の機械でほとんどの金型プレート作業をカバーできます。たとえば、CNC-650 は、より大きなテーブルとタンクに、それらに適合するサイズの発電機を組み合わせています。これにより、粗引き電流、フラッシング、およびサーボ応答のバランスが保たれる構成になります。

CNC 650 放電加工機 オプションのパナソニック サーボ電気ボックスを備えた中型 CNC 形彫り EDM で、金型プレート作業のための粗引き電流、フラッシング、およびサーボ応答のバランスをとります。 製品を見る→

深いキャビティと大きな金型: 本当の限界

深いキャビティは、デブリの排出という EDM の真の限界を露呈します。深さが深くなると、ギャップ容積に比べてフラッシング領域が縮小し、カーボン粒子が捕捉されたままになり、発電機がどのように設定されていても放電が不安定になります。電極を介したフラッシング、定期的な電極の引き込み、および機械が理論的に供給できる電流よりも少ない電流を流すことが標準的な対策です。

モールドベース、ダイブロック、ディープリブなどの大きなワークでは、実際の上限はピーク電流ではなく、Z 移動量、タンクサイズ、機械の剛性によって設定されるため、このクラスの機械は構造とフラッシングロジスティクスを中心に指定されます。かなり大きなテーブルとタンクを備えた CNC-1260 のようなモデルは、まさにそのクラスの作業向けに存在します。

CNC 1260 放電加工機 モールド ベース、ダイ ブロック、ディープ リブ用の大型 CNC 形彫り EDM。Z 移動、タンク サイズ、剛性が作業天井を定義します。 製品を見る→

EDM 加工: よくある質問