Elektrische Ontladingsbewerking (EDM): Proces, Toepassingen en Voordelen

Elektrische ontladingsbewerking, ook wel vonkenerosie genoemd, is een proces dat zich fundamenteel verschilt van de meeste conventionele bewerkingsprocessen zoals CNC-draaien en frezen. Bij deze laatste processen zijn scherpe snijgereedschappen vereist om materiaal van het te bewerken werkstuk af te nemen. In tegenstelling tot draaien en frezen, maakt het EDM-proces gebruik van de erosie van metaal door een reeks elektrische ontladingen.

Lees hieronder verder en leer meer over de fundamentele concepten die betrokken zijn bij EDM-productie.

Hoe werkt EDM?

Elektrische ontladingsbewerking gebruikt elektrische vonken op de EDM-machine om delen van het werkstuk te eroderen. Deze "elektrische vonken" zijn eigenlijk elektrischen bogen die zich vormen tussen twee stroomdraagende geleiders die in grote nabijheid aan elkaar worden gebracht. De elektrischen bogen zijn verantwoordelijk voor het genereren van extreme hitte die ervoor zorgt dat elektrisch geleidende materialen smelten en verdampen. Binnen het systeem van een EDM-proces is het werkstuk aangesloten op de positieve pool of de anode, terwijl het gereedschap dat verantwoordelijk is voor het eroderen van materiaal, is aangesloten op de negatieve pool of de kathode.

Basisconstructie van een EDM-systeem

Om het werkingsprincipe verder uit te werken, hieronder een opsplitsing van de basisconstructie van een elektrische ontladingsbewerkingssysteem (EDM).

1. DC-pulsgenerator

Dit onderdeel zet de wisselstroomvoorziening om in een pulserende gelijkstroomvoorziening die hoog genoeg is om een vonk te genereren tussen het erosiegereedschap en het werkstuk.

2. Elektrodegereedschap

Dit deel van het systeem is verbonden met de kathode van de stroomvoorziening terwijl het op een gereedshaphouder gemonteerd is. Het profiel van uw gereedschap zal het exacte profiel zijn dat op uw werkstuk achterblijft. Tijdens het proces wordt een heel kleine opening, de boogspeling (geïdentificeerd door productieingenieurs), gehandhaafd tussen het elektrodegereedschap en het werkstuk. De meest voorkomende materialen voor elektroden zijn koper, wolframlegering, grafiet, staal en gietijzer.

3. Servomotor-mechanisme

Dit mechanisme regelt de voeding en beweging van het gereedschap in de EDM-machine. De eerder genoemde boogspeling wordt kritiek gecontroleerd door een geprogrammeerd servomotor-mechanisme.

4. Vonkgenerator

Dit onderdeel levert de juiste hoeveelheid spanning die nodig is voor vonkgeneratie en ontladingsonderhoud. De generatie van honderdduizend vonken per seconde maakt het mogelijk om een significante afname van materiaal van het werkstuk te creëren.

5. Dielectrische vloeistof

Zowel het elektrodegereedschap als het werkstuk zijn ondergedompeld in een dielectrische vloeistof terwijl de vloeistof aan de opening tussen het gereedschap en het werkstuk wordt toegevoerd. Bovendien moet de dielectrische vloeistof ingesteld worden om te circuleren onder constante druk om geërodeerde metaaldeeltjes van het werkstuk weg te spoelen. Te veel vloeistofdruk kan ervoor zorgen dat metaalschroefjes te snel worden verwijderd, wat resulteert in een langzamere snijactie. Te zwakke vloeistofdruk kan een kortsluiting in het systeem veroorzaken door de niet-geëvacueerde schroefjes tijdens het erosieproces.

De meest voorkomende dielectrische vloeistoffen die in dit proces worden gebruikt, gedemineraliseerd water, glycol en siliconenolie.

6. Werkstuk

Dit completeert het EDM-machine-ecosysteem omdat het werkstuk is verbonden met de anode. Om het proces mogelijk te maken, moet het werkstuk een goede elektrische geleider zijn.

Typen EDM-processen

Het EDM-proces wordt ingedeeld in verschillende typen, afhankelijk van de vorm en benadering van het gebruikte gereedschap. De drie veelvoorkomende typen elektrische ontlading in de industrie zijn draad-EDM, senker-EDM en gatboor-EDM.

1. Draad-EDM (Wire EDM)

Zoals de naam impliceert, gebruikt EDM-draad snijden een zeer dunne draad (koper of messinglegering, meestal variërend van 0,1 mm tot 0,015 mm dun) die door diamantgeleiders wordt vastgehouden om een tweedimensionale vorm precies te snijden in een 3D-werkstuk. Het pad wordt bestuurd door een CNC-programma, waardoor complexe vormen eenvoudig kunnen worden gesneden. Het snijproces kan vergeleken worden met de snijvoeding van een bandsaag en een kaassnijder. Dit proces wordt typisch gebruikt voor het snijden van metalen extrusiematrijzen, poinçons en platen.

2. Senker-EDM (Sinker EDM / Ram EDM)

Ook wel ram EDM genoemd, gebruikt dit type EDM-proces grafiet- of koperen elektroden die in een omgekeerde vorm zijn gevormd om een kaviteit in het werkstuk te snijden. Het te gebruiken gereedschap wordt in een omgekeerde vorm van de gewenste vorm bewerkt die op het werkstuk moet blijven.

Senker-EDM is perfect voor het bewerken van gietmatrijzen voor gieten en injectiegieten waar complexe kaviteitsvormen nodig zijn.

3. Gatboor-EDM (Hole Drilling EDM)

In dit type EDM-proces wordt het elektrodegereedschap gebruikt om extreem dunne en diepe gaten te snijden die een conventionele boor niet kan maken. Het gereedschap voor dit proces is zo ontworpen dat de dielectrische vloeistof direct door het gat wordt gevoerd, dus een holle elektrode. Omdat gatboor-EDM niet via de conventionele bewerkingsmethode wordt gedaan, worden er geen graten gevormd in het werkstuk. Gatboor-EDM wordt gebruikt voor het bewerken van kleine ontlastingsgaten in diverse turbinenschaufels, matrijzen en gietvormen.

Wat zijn de toepassingen van EDM-bewerking?

EDM-bewerking is in hoge mate in staat om ingewikkelde vormen en geometrieën te produceren.

Daarom wordt elektrische ontladingsbewerking over het algemeen gebruikt voor hoogprecieze toepassingen waar conventionele bewerking niet toe in staat is. Hieronder staan de meest voorkomende toepassingen van EDM-bewerking:

Klein gat boren

Veel fabrikanten kiezen ervoor om EDM-bewerking te gebruiken voor het boren van extreem kleine gaten omdat het het risico op afbuiging en beschadiging van gereedschappen vermindert. EDM-geboren gaten kunnen erg klein zijn in structuur en zijn te zien aan de randen van turbinenschaufels, microscopische openingen voor brandstofsysteemcomponenten, en nog veel meer.

Matrijs- en gietvormproductie

EDM-bewerking wordt vaak gebruikt als een complementair proces naast conventionele bewerking bij de fabricage van matrijzen en gietvormen. Zoals hierboven vermeld, wordt het draadtype typisch gebruikt voor het vormen van blanks voor de matrijzen, het senkertype kan gebruikt worden om complexe kaviteitsvormen te vormen, en het gatboortype kan gebruikt worden voor het creëren van drukontlastingsgaten.

Componentontbinding

De EDM-machine wordt ook gebruikt om vastzittende metalen binnen een werkstuk te verwijderen die op geen gewone manier verwijderd kunnen worden. Het ontbinden van de componenten betekent het vernietigen of verwijderen van het materiaal. Sommige omstandigheden zijn afgebroken bouten in draadgaten, vastzittende gereedschappen op een bewerkt onderdeel, of een pen die vastzit in een heel kostbaar onderdeel. Door de componenten te ontbinden, kunt u het vastzittende metaal verwijderen zonder schade aan het te herwinnen onderdeel te veroorzaken.

Medische componenten

EDM-geproduceerde producten vormen geen graten bij de productie, daarom zijn ze perfect voor het creëren van diverse medische implantaatcomponenten.

Luchtvaartcomponenten

Er zijn veel kenmerken aan een luchtvaartonderdeel die niet door standaard snijgereedschappen gemaakt kunnen worden, en daar komt EDM-bewerking van pas. EDM-bewerking is in staat om uitdagende kenmerken met voornaamste precisie te produceren, zoals turbinerotorschijf, dunne sleuven, scherpe vierkante gaten en zeer strakke diepe gatvereisten.

Waarom EDM wordt bevorzugd?

Zeer capabel in het bewerken van complexe profielen

De snijvrijheid bij EDM is minder beperkt dan bij conventionele bewerkingsoperaties. In dit proces kunnen verschillende kenmerken die bijna onmogelijk zijn te bereiken door het gebruik van frezen en boren, met gemak worden gesneden. Deze kenmerken omvatten ingewikkelde zakken, fijne diepe gaten, dunne wanden en andere onregelmatig gevormde geometrieën.

Hoge nauwkeurigheid

EDM-technologie bewerkte onderdelen kunnen precisie zijn tot de kleinste tolerances die in de metaalproductie-industrie worden gebruikt. Dit is mogelijk omdat het ecosysteem van EDM-bewerking geen hoge spanning op het werkstuk introduceert en geen agressieve trillingen heeft. Naast dit kan ook een afwerkproces (skimming) worden uitgevoerd om de precisie en nauwkeurigheid te vergroten.

Gratvrije oppervlakteafwerking

Het werkstuk geproduceerd uit EDM-bewerking komt gratvrij uit het proces vanwege de aard van het proces waarbij het geërodeerde metaal van het werkstuk bijna ontbinden in microdeeltjes die vervolgens worden uitgeplast. Belangrijkste is dat EDM-snijden geen scherpe snijgereedschappen zoals frezen, zagen en boren omvat, daarom veroorzaakt dit proces geen graten op het werkstuk.

Kan harde metalen snijden

EDM-bewerking is in staat om harde metalen met lage kracht en minimale inspanning te snijden, mits ze geleidend zijn. De hardheid van het te snijden materiaal beïnvloedt het totale proces niet.

Lage spanning

De gereedschappen die in een EDM-proces worden gebruikt, raken het werkstuk niet, in tegenstelling tot andere bewerkingsmethoden waarbij de snijgereedschappen contact maken met het te snijden oppervlak. Dit verklaart de minimale spanning die in het werkstuk wordt geïntroduceerd.

Hoog schaalbare productie

EDM-bewerkingsprocessen zijn erg veelzijdig wat betreft productieschaal, geschikt voor laag tot hoog-volume productie. Deze processen zijn hoog herhaalbaar, wat betekent dat meerdere onderdelen met consistente kwaliteit gemaakt kunnen worden.

Wat zijn de beperkingen van het EDM-proces?

Alleen toepasbaar op geleidende materialen

De hitte die verantwoordelijk is voor het eroderen van het materiaal op het werkstuk, berust op de introductie van elektrische ontladingen, wat EDM-bewerking niet compatibel maakt met niet-geleidende materialen zoals composieten, kunststoffen en andere dielectrische materialen.

Laag materiaalafvoersnelheid

Zoals vermeld, erodeert EDM-bewerking het materiaal geleidelijk. Dat maakt de materiaalafvoersnelheid veel langzamer dan die van conventionele bewerkingsprocessen zoals frezen en draaien.

Hoge productiekosten

De kosten voor het produceren van onderdelen met EDM omvatten verschillende factoren zoals hoog stroomverbruik, overmatige gereedshapslijt en lange bewerkingstijd.

Samenvatting

Elektrische ontladingsbewerking is een erg nuttige toevoeging aan diverse conventionele CNC-bewerkingsprocessen. Het speelt zijn sterke punten uit waar het in staat is om speciale kenmerken te produceren die moeilijk te bereiken zijn door frezen en draaien. Daarnaast heeft het EDM-proces een uitzonderlijke nauwkeurigheid zelfs bij het snijden van extreem harde elektrisch geleidende metalen, plus het introduceert lage spanning tijdens de verwerking.