Pionerende Wire EDM-oplossingen voor complexe vorm- en matrijsproductie

Extreme Wire EDM, gevestigd in Grandville, Michigan, is een machinewinkel die geavanceerde draaimogelijkheden heeft. Echter, u zult geen conventionele draaibanken in zijn schone, Midwestern faciliteit vinden.

De winkel is gespecialiseerd in draad elektrische ontladingsbewerking (EDM) en opende zijn deuren in 1998. Spoedig daarna richtte het zich op draad EDM-werk voor grote vorm- en matrijscomponenten. Broers en mede-eigenaren Karl en Brian Bernt realiseren zich dat dit type werk waarschijnlijk in de Verenigde Staten zal blijven, en kopen voortdurend grote-capaciteit draadmachines voor die industriesegmenten. In feite is Extreme Wire EDM de eerste Amerikaanse winkel die een Robofil 640CC installeert, een draadmachine gefabriceerd door AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois) die werkstukken accommodeert zo zwaar als 6.614 pond en zo groot als 1.300 × 1.000 × 510 mm. Een tweede dergelijke machine is momenteel besteld omdat de eerste zo druk is.

Dat gezegd hebbende, hebben de broers geen tunnelvisie; ze zoeken voortdurend naar andere potentiële bewerkingsnischen die de nieuwste EDM-technologieën hen mogelijk maken te achtervolgen. Onlangs heeft de winkel complexe draaiopdrachten gewonnen met spindeltechnologieën die specifiek ontwikkeld zijn voor draad EDM. Terwijl een deel van dat werk de zware matrijscomponenten complementeert die door de winkel gaan – geharde kern- en uitstootpennen, bijvoorbeeld – heeft de capaciteit om onderdelen van praktisch elke hardheid tot 0,19 inch in diameter te draaien zonder de gereedschapsdruk en warmte geassocieerd met draaibank-draaien, nieuwe kansen in nieuwe markten geopend.

Wat indrukwekkend is, is dat de winkel EDM-draaimogelijkheden toevoegde terwijl de technologieën vers waren en ondanks het feit dat er geen werk direct in de rij stond voor de apparatuur. Het toevoegen van toonaangevende bewerkingstechnologieën op een dergelijke proactieve manier vereist een mate van discipline en een beetje moed. Dat is omdat de initiële investering die nodig is om een nieuwe bewerkingstechnologie te implementeren, doorgaans hoog is. De kosten dalen vaak naarmate extra winkels de technologie gaan accepteren en adopteren. Daarnaast is er de kans dat de dure nieuwe apparatuur een tijdje stil zou staan voordat het geld verdient omdat klanten onbekend zijn met de alternatieve technologie en zijn potentieel voor hun specifieke toepassingen.

Extreme Wire EDM kan dit rechtvaardigen. Door nieuwe technologie te integreren zonder werk in de wachtrij ervoor te hebben, kan de winkel bekend raken met zijn mogelijkheden, nuances en beperkingen. Deze "oefen"-tijd stelt de winkel in staat om een voorsprong te krijgen op de leercurve en het proces te verfijnen voordat de capaciteit aan klanten wordt aangeboden.

Hoge-snelheid EDM-draaien

De winkel biedt momenteel twee EDM-draaiprocessen aan – draaien via continue werkstukrotatie en AgieCharmilles' "turn-while-burn" techniek, die werkstukindexering synchroniseert met draadvoeding. Beide zijn geschikt voor werkstukken van praktisch elke hardheid.

De eerste methode gebruikt een draagbare H80R.MAC hoge-snelheid spindel van Hirschmann Engineering USA (Elgin, Illinois) die een paar jaar geleden werd gekocht. Deze spindel roteert werkstukken zo snel als 1.500 rpm terwijl de machine's draad in X- en Y-assen beweegt om het gewenste onderdeelprofiel te branden. Deze hulp-spindel kan op elk van de winkel's zes EDM-eenheden worden gebruikt. Het kan A- of B-asrotatie bieden, afhankelijk van of het in lijn is georiënteerd met de machine's X- of Y-as.

In roestvrij staal behuist, meet de onderdompelbare spindel 180 × 195 × 98 mm en heeft een variabele-snelheid, AC-aandrijving. Het bout op een machine's tafel en verbindt met een controle-eenheid die de snelheid regelt. Extreme Wire EDM houdt de controle-eenheid op een kar zodat het naar elke machine gewield kan worden die de spindel vereist. Precisie colletten worden gebruikt om de werkstukken voor draaien te bevestigen.

Terwijl conventionele draaibank-draaioperaties meerdere gereedschapspassen vereisen om materiaal te verwijderen, etst EDM-draaien al materiaal dat gesneden moet worden met elke ruwe en fijnpas. Doorgaans neemt de winkel één ruwpass en één of meer fijnpassen, afhankelijk van de gewenste oppervlakteafwerking. Dit verschilt van typische draad EDM-operaties waarin klonten vast materiaal uit een werkstuk worden gesneden. Eenmaal het gedraaide profiel voltooid is, snijdt de draad het onderdeel van de voorraad, en zak het onderdeel zachtjes naar de bodem van de machine's dielectrische-vul tank. De winkel voert alle draaioperaties volledig ondergedompeld uit om effectieve flushing te waarborgen.

Mike Wysocki is de winkel's draad EDM-technicus die veel van het initiële experimenteren met de hoge-snelheid spindel uitvoerde. De heer Wysocki stelt dat het optimaliseren van EDM-draaioperaties vergelijkbaar is met het bepalen van de beste combinatie van spindelsnelheden en voedsnelheden voor een conventionele CNC-draaibank. Bijvoorbeeld, snellere spindelsnelheden zijn vereist voor kleine-diameter werk. In de meeste gevallen zal de winkel PEPS programmeringssoftware van Vero International, Inc. (Wixom, Michigan) gebruiken om het onderdeelprofiel te schetsen en het onderdeelprogramma te genereren van een klanttekening.

De Bernt-broers erkennen dat het soms uitdagend kan zijn om klanten de voordelen van deze alternatieve draaitoepassing te laten begrijpen. Sommige vaste winkels, bijvoorbeeld, geloven dat ze geharde componenten sneller en betaalbaarder in-house kunnen maken, ondanks het feit dat meerdere stappen vereist zijn. Ze moeten doorgaans voorraad draaien op een draaibank, het uitsturen voor warmtebehandeling (wat het bewerkte onderdeel kan vervormen), en daarna additionele bewerkings- of freesoperaties uitvoeren om het component tot eindformaat te brengen. Draad EDM kan nauwkeurig geharde voorraad in één spanning draaien, wat niet alleen het aantal keren vermindert dat een winkel een onderdeel moet aanraken, maar ook de algehele fabricagekosten verlaagt.

Draad EDM-draaien is ook effectief voor Porcerax II, een porös metaal dat gassen toelaat om door het materiaal te permeeren om gerichte ontluchting van moeilijk-te-bereiken matrijsgebieden mogelijk te maken. Conventionele bewerking of frezen neigt ertoe om materiaal in de poriën te duwen, wat de ontluchtingscapaciteit vermindert. Dit treedt niet op met EDM.

Simultaan draaien en branden

Kort na de aankoop van de Hirschmann hoge-snelheid spindel, investeerde de winkel in een AgieCharmilles Robofil 240 EDM-eenheid uitgerust met de optionele "turn-while-burn" functie. De spindel die voor deze operaties wordt gebruikt, biedt een servo-gecontroleerde, kloksgewijze en/of tegen-de-klok-in indexerende rotatie die gesynchroniseerd is met X- en Y-as draadvoeding. Dit stelt de machine in staat om helicale geometrieën en andere complexe vormen te produceren. De machine en de indexerende spindel worden als een pakket gekocht omdat speciale servo's en gerelateerde componenten nodig zijn om de machine toe te staan haar zorgvuldig gechorégrafieerde bewegingen te produceren.

Sommige voorbeelden worden getoond in de bovenaan-rechts afbeelding, die een verzameling componenten met helicale geometrieën omvat. Het kan moeilijk zijn om te veranderen dat elk van die kenmerken werd gecreëerd uit EDM-draad die normaal bleef ten opzichte van de werkstuk-middellijn voor de hele pas.

Extreme Wire EDM doet de meeste programmering voor deze machine handmatig. Echter, het is in communicatie met Vero International, die programmeringssoftware voor turn-while-burn operaties ontwikkelt binnen zijn PEPS CAM-pakket. De CAD/CAM-afbeelding rechts toont twee identieke, gekromde kamnokken aan tegenovergestelde zijden gefreesd uit buismateriaal. De truc is het roteren van de voorraad heen en weer terwijl de draad beide nokken simultaan snijdt (zie de video-simulatie bovenaan deze pagina). Deze software-functie is heel nieuw. In feite voerde de winkel zijn eerste proefsnede van het kam-onderdeel uit met een PEPS-gegenereerd onderdeelprogramma tijdens mijn bezoek in augustus 2008.

De spindel die op de turn-while-burn machine wordt gebruikt, kan ook worden gebruikt voor discrete indexering. De rechthoekige matrijsinvoeg in de bovenstaande afbeelding is een goed voorbeeld van hoe dit kan worden gebruikt om een prismatisch onderdeel van vast ronde voorraad te creëren. Na het aanwijzen van de voorraad geïnstalleerd in de spindel, snijdt de machine tegenovergestelde zijden af en indexeert het werkstuk 90 graden om de andere twee zijden te snijden. Dit elimineert de noodzaak om het onderdeel meerdere keren aan te wijzen, wat nodig zou zijn met een spindel die indexeringscapaciteit mist. Indexeren is ook nuttig bij het creëren van kerven of andere vlakke kenmerken in een gedraaid onderdeel in één opstelling.

Hirschmann wordt gezegd een hoge-snelheid spindel te ontwikkelen die ook voor dergelijk indexeringswerk kan worden gebruikt. Een van de winkel's komende colletbestellingen is een perfecte kandidaat hiervoor. De winkel zal in staat zijn om een colletprofiel te draaien en indexering te gebruiken om de gelijkmatig verdeelde sleuven van de collet in één opstelling te creëren.

Hulpbronnen beschikbaar en ter hand houden

De winkel investeert zwaar om vereiste EDM-gereedschappen en verbruiksartikelen ter hand te houden. Bijvoorbeeld, het bewaart meerdere typen draad in formaten variërend van 0,01 tot 0,013 inch. Door de tijd om dergelijke items te bestellen te elimineren, is de winkel in staat om taken voor klanten sneller te draaien. De EDM-gatenboor is ook uitgerust met een universele staafgeleider om de noodzaak te elimineren om een schat aan toegewijde geleiders te kopen voor specifieke staafdiameters. De universele geleider past zich aan aan diverse staafgroottes, wat de winkel in staat stelt 40 verschillende staafdiameters te bevorraten, maar niet 40 verschillende geleiders. Hoewel de universele geleider initieel kostbaar was, is het echt handig gebleken om gatenpop-operaties voor de winkel te versnellen.

En hoewel de winkel's machines duidelijk kostbare hulpbronnen zijn, staan de Bernt-broers er niet om een of twee stil te laten staan. Klanten plaatsen vaak bestellingen uit het niets, dus een stilstaande machine kan direct worden opgezet om die taken te draaien. Het is vanwege deze dringende taken dat de heer Wysocki vaak de nachtdienst werkt. Op die manier kan een taak die om 17:00 binnenkomt, worden opgezet om 's avonds te draaien en de volgende ochtend klaar te zijn. Omdat werken in de nachtdienst niet bijzonder leuk is voor de meeste mensen, staan de Bernt-broers de heer Wysocki toe vier dagen per week te werken zodat hij beloond kan worden met drie-daagse weekenden.

Wat volgt?

Hoewel sommige van de werkstukken die de winkel ontvangt een starthgat hebben, promoot de winkel zijn gatenboorcapaciteit als een dienst aan zijn klanten. De winkel wint nog steeds heel hoog werk, en de bestaande EDM-gatenboor heeft nauwelijks de capaciteit om dergelijke werkstukken te accepteren. Voor de tijd being is een aangepaste 6-inch riserblok toegevoegd om de gatenboor's kolom te verhogen zodat het starthgaten kan creëren voor onderdelen zo hoog als 20 inch. Echter, de winkel zal waarschijnlijk een grotere, vastetafel gatenboor toevoegen.

En hoewel draad EDM hun specialiteit is, kijken de broers ook naar spanmakerende apparatuur. In lijn met hun verlangen om geavanceerde technologieën te integreren, overwegen ze het toevoegen van machinegereedschappen die simultane vijf-as bewerking kunnen uitvoeren omdat niet alle winkels die capaciteit aanbieden. Als dat gebeurt, kunnen we deze winkel op een bepaald moment in de toekomst weer bezoeken om hun successen bij het implementeren van nog een geavanceerde bewerkingstechniek te profileren.

Om meer te weten over additionele leveranciers, klik hier: Advantage Engineering Inc. en GF Machining Solutions LLC