EDM-koneistus, eli sähköpurkaustyöstö, on tarkkuusvalmistusmenetelmä, jossa materiaalia poistetaan hallituilla sähköpurkauksilla perinteisen lastuavan työkalun sijaan. Menetelmä soveltuu erityisen hyvin kovien metallien, monimutkaisten profiilien, kapeiden urien, syvien onteloiden ja muiden vaikeasti koneistettavien yksityiskohtien valmistukseen.
Toisin kuin CNC-koneistuksessa, jossa leikkuutyökalu poistaa materiaalia mekaanisesti, EDM hyödyntää sähköenergiaa erittäin pienten materiaalimäärien eroosioon työkappaleen pinnasta.
Koska elektrodin ja työkappaleen välillä ei synny tavanomaisia suuria leikkuuvoimia, EDM soveltuu hyvin herkille osille, karkaistuille teräksille ja vaativille geometrioille.
Tässä oppaassa käsittelemme EDM-koneistuksen toimintaperiaatetta, eri EDM-menetelmiä, soveltuvia materiaaleja, etuja, rajoituksia, suunnittelunäkökohtia ja yleisiä teollisia käyttökohteita.
Mitä EDM-koneistus on?
EDM-koneistus eli Electrical Discharge Machining on kosketukseton valmistusprosessi, jossa sähköä johtavaa materiaalia poistetaan hallittujen sähköpurkausten avulla.
Prosessissa on kaksi sähköä johtavaa osapuolta:
- työkappale
- elektrodi
Niiden välissä on erittäin pieni rako.
Kun sähköjännite kytketään, kipinä hyppää raon yli ja synnyttää erittäin korkean paikallisen lämpötilan. Mikroskooppinen määrä materiaalia sulaa tai höyrystyy työkappaleen pinnalta.
Syntyneet hiukkaset poistuvat dielektrisen nesteen mukana, minkä jälkeen prosessi toistuu.
Sekunnissa voi tapahtua tuhansia sähköpurkauksia, jotka vähitellen muodostavat halutun geometrian.
Koska materiaali poistetaan sähköisen eroosion eikä mekaanisen leikkauksen avulla, materiaalin kovuus ei yleensä rajoita prosessia yhtä paljon kuin perinteisessä koneistuksessa.
Miten sähköpurkaustyöstö toimii?
Vaikka nykyaikaiset EDM-koneet käyttävät kehittyneitä ohjausjärjestelmiä, perusperiaate on melko yksinkertainen.
Prosessi voidaan jakaa useisiin vaiheisiin.
1. Työkappale asetetaan paikalleen
Sähköä johtava työkappale kiinnitetään tarkasti EDM-koneeseen.
Kiinnitys riippuu siitä, käytetäänkö:
- lankakipinätyöstöä
- uppokipinätyöstöä
- EDM-rei’itystä
Tarkka asemointi on erityisen tärkeää silloin, kun EDM-työstön on kohdistuttava aiemmin koneistettuihin pintoihin tai yksityiskohtiin.
Kun EDM yhdistetään CNC-jyrsintään tai CNC-sorvaukseen, selkeät referenssipinnat ja nollapisteet auttavat säilyttämään tarkkuuden työvaiheiden välillä.
2. Elektrodi sijoitetaan lähelle työkappaletta
Elektrodi tuodaan hyvin lähelle työkappaletta ilman normaalia mekaanista kosketusta pintaan.
EDM-menetelmästä riippuen elektrodi voi olla:
- ohut lanka
- muotoiltu kuparielektrodi
- grafiittielektrodi
- putkimainen elektrodi
Elektrodin ja työkappaleen väliin jää erittäin pieni kipinäväli.
3. Sähköjännite kytketään
Elektrodin ja työkappaleen välille syötetään sähköisiä pulsseja.
Kun sähkökenttä kasvaa riittävän voimakkaaksi, välissä oleva dielektrinen neste muuttuu hetkellisesti johtavaksi.
Tällöin sähkökipinä hyppää raon yli.
4. Kipinä poistaa materiaalia
Sähköpurkaus synnyttää erittäin korkean paikallisen lämpötilan.
Pieni määrä materiaalia sulaa tai höyrystyy työkappaleen pinnalta.
Yksi sähköpurkaus poistaa vain mikroskooppisen määrän materiaalia, mutta prosessi toistuu jatkuvasti.
EDM-kone hallitsee esimerkiksi:
- pulssin kestoa
- virtaa
- jännitettä
- elektrodin sijaintia
- purkaustaajuutta
- huuhtelua
- kipinäväliä
Näitä parametreja hallitsemalla kone voi muodostaa halutun geometrian erittäin tarkasti.
5. Dielektrinen neste poistaa hiukkaset
Dielektrinen neste on olennainen osa EDM-prosessia.
Konetyypistä riippuen käytössä voi olla erikois-EDM-öljyä tai deionisoitua vettä.
Neste auttaa:
- hallitsemaan sähköpurkauksia
- jäähdyttämään työkappaletta
- jäähdyttämään elektrodia
- poistamaan eroosiohiukkasia
- ehkäisemään hallitsemattomia valokaaria
- vakauttamaan työstöprosessia
Ilman tehokasta huuhtelua hiukkaset voivat kerääntyä kipinäväliin ja heikentää prosessin vakautta.
6. Prosessi jatkuu, kunnes haluttu geometria on valmis
Elektrodi liikkuu ohjelmoitujen koordinaattien mukaisesti samalla, kun sähköpurkaukset poistavat materiaalia.
Työkappale voidaan ensin työstää suhteellisen tehokkailla rouhintaparametreilla.
Tämän jälkeen pienemmällä purkausenergialla tehtävillä viimeistelyajoilla voidaan parantaa:
- mittatarkkuutta
- pinnanlaatua
- reunojen laatua
- lopullista geometriaa
Kun pinnanlaadulla on suuri merkitys, vaatimukset tulee määritellä selkeästi teknisessä piirustuksessa. MegaMETA:n pinnankarheuslaskuri auttaa myös vertailemaan yleisiä Ra- ja Rz-arvoja.
Mitkä ovat tärkeimmät EDM-menetelmät?
Sähköpurkaustyöstössä käytetään pääasiassa kolmea menetelmää:
- Lankakipinätyöstö
- Uppokipinätyöstö
- EDM-rei’itys
Kaikissa materiaalia poistetaan sähköpurkauksilla, mutta elektrodit ja käyttökohteet eroavat toisistaan.
Mitä lankakipinätyöstö on?
Lankakipinätyöstössä jatkuvasti liikkuvaa sähköä johtavaa lankaa käytetään elektrodina sähköä johtavan materiaalin leikkaamiseen.
Menetelmä tunnetaan myös nimillä:
- Wire EDM
- lanka-EDM
- lankakipinätyöstö
- kipinäleikkaus
Ohut lanka kulkee ylemmän ja alemman ohjaimen välissä samalla, kun kone ohjaa langan sijaintia suhteessa työkappaleeseen.
Lanka ei leikkaa materiaalia kuten sahanterä.
Sen sijaan langan ja työkappaleen väliset sähköpurkaukset kuluttavat materiaalia vähitellen pois.
Mihin lankakipinätyöstöä käytetään?
Lankakipinätyöstö soveltuu erityisesti:
- tarkkuusprofiileihin
- meistimiin
- muotteihin
- kapeisiin uriin
- insertteihin
- monimutkaisiin ääriviivoihin
- karkaistuihin komponentteihin
- tarkkuustyökaluihin
- hammasprofiileihin
- monimutkaisiin läpimeneviin muotoihin
Menetelmä on erityisen hyödyllinen silloin, kun tavallinen jyrsintyökalu ei pääse geometriaan tai kun tarvittava sisäsäde on pienempi kuin käytännöllisillä jyrsintyökaluilla voidaan saavuttaa.
Mistä EDM-lanka valmistetaan?
Lankakipinäkoneissa käytetään yleensä sähköä johtavaa lankaa, joka voi olla esimerkiksi messinkiä tai pinnoitettua kuparipohjaista seosta.
Langan halkaisija valitaan sovelluksen mukaan.
Ohuempi lanka mahdollistaa pienemmät sisäsäteet ja hienommat yksityiskohdat, kun taas paksumpi lanka voi tarjota paremman työstövakauden ja tuottavuuden vähemmän vaativissa geometrioissa.
Miksi lankakipinätyöstössä tarvitaan aloitusreikä?
Lankakipinätyöstöllä leikataan yleensä kokonaan työkappaleen läpi.
Jos profiili alkaa työkappaleen ulkoreunasta, lanka voidaan syöttää suoraan leikkausalueelle.
Jos profiili alkaa materiaalin sisältä, lanka on ensin vietävä työkappaleen läpi.
Siksi tarvitaan yleensä pieni aloitusreikä.
Se voidaan tehdä EDM-rei’ityksellä.
Kun lanka on viety reiän läpi, kone voi aloittaa sisäprofiilin leikkaamisen.
Mitä uppokipinätyöstö on?
Uppokipinätyöstössä muotoiltua elektrodia käytetään ontelon tai muun yksityiskohdan muodostamiseen sähköä johtavaan työkappaleeseen.
Menetelmä tunnetaan myös nimillä:
- sinker EDM
- die-sinking EDM
- ram EDM
- cavity EDM
- plunge EDM
Toisin kuin lankakipinätyöstössä, tässä käytetään tarkoitukseen valmistettua, muotoiltua elektrodia.
Kupari ja grafiitti ovat yleisiä elektrodimateriaaleja.
Elektrodia liikutetaan asteittain kohti työkappaletta, samalla kun sähköpurkaukset poistavat materiaalia.
Lopullinen ontelo vastaa elektrodin muotoa.
Mihin uppokipinätyöstöä käytetään?
Uppokipinätyöstö soveltuu erityisesti:
- ruiskuvalumuotteihin
- taontamuotteihin
- stanssaustyökaluihin
- umpinaisiin taskuihin
- sisäisiin ripoihin
- monimutkaisiin onteloihin
- muottien yksityiskohtiin
- vaikeasti saavutettaviin sisägeometrioihin
- syviin muotoihin
Siksi menetelmä on erityisen tärkeä muotti- ja työkaluteollisuudessa.
Elektrodien valmistus uppokipinätyöstöön
Merkittävä ero lankakipinätyöstön ja uppokipinätyöstön välillä on se, että uppokipinätyöstö vaatii yleensä erikseen valmistetun elektrodin.
Elektrodi täytyy ensin suunnitella ja valmistaa.
Tämä voi tarkoittaa grafiitti- tai kuparielektrodin CNC-koneistusta ennen varsinaista EDM-työstöä.
Monimutkainen komponentti voi vaatia:
- rouhintaeletrodeja
- viimeistelyelektrodeja
- useita erilaisia elektrodigeometrioita
- varaelektrodeja
Tämä lisää työkalukustannuksia, mutta voi olla perusteltua, jos geometriaa ei voida valmistaa tehokkaasti muilla menetelmillä.
Mitä EDM-rei’itys on?
EDM-rei’itys on sähköpurkaustyöstön erikoismenetelmä erittäin pienten, syvien tai muuten vaikeiden reikien valmistamiseen sähköä johtaviin materiaaleihin.
Menetelmässä käytetään yleensä putkimaista elektrodia.
Dielektristä nestettä voidaan johtaa elektrodin läpi, mikä auttaa poistamaan eroosiohiukkasia reiästä.
EDM-rei’itys soveltuu erityisesti tilanteisiin, joissa tavallinen poraus on vaikeaa esimerkiksi seuraavista syistä:
- hyvin pieni reiän halkaisija
- suuri syvyys suhteessa halkaisijaan
- erittäin kova materiaali
- vino reikä
- vaikea työkalun saavutettavuus
EDM-rei’ityksen tyypillisiä käyttökohteita
EDM-rei’itystä käytetään usein:
- turbiinien jäähdytysreikiin
- ilmailu- ja avaruusteollisuuden komponentteihin
- karkaistuihin työkaluihin
- polttoainejärjestelmien osiin
- pieniin tarkkuusreikiin
- vaikeisiin vinoihin reikiin
- lankakipinätyöstön aloitusreikiin
Koska materiaalin kovuus vaikuttaa prosessiin vähemmän kuin tavallisessa porauksessa, EDM-rei’itys voi olla erityisen hyödyllinen lämpökäsittelyn jälkeen.
Lankakipinätyöstö vs. uppokipinätyöstö vs. EDM-rei’itys
| EDM-menetelmä | Elektrodi | Tyypillisiä käyttökohteita |
|---|---|---|
| Lankakipinätyöstö | Ohut jatkuvasti liikkuva lanka | Läpimenevät profiilit, urat, muotit, meistimet ja ääriviivat |
| Uppokipinätyöstö | Muotoiltu kupari- tai grafiittielektrodi | Umpinaiset ontelot, muotit, työkalut ja monimutkaiset sisägeometriat |
| EDM-rei’itys | Pieni putkimainen elektrodi | Pienet, syvät tai vinot reiät sekä lankakipinätyöstön aloitusreiät |
Sopivin menetelmä riippuu ennen kaikkea valmistettavasta geometriasta.
Jos profiili kulkee kokonaan työkappaleen läpi, lankakipinätyöstö voi olla sopiva.
Jos kyseessä on umpinaisen ontelon valmistus, uppokipinätyöstö voi olla parempi ratkaisu.
Hyvin pieneen tai syvään reikään EDM-rei’itys voi olla paras vaihtoehto.
Mitä materiaaleja voidaan EDM-koneistaa?
Perusvaatimus tavallisessa EDM-koneistuksessa on yksinkertainen:
Työkappaleen on johdettava sähköä.
Materiaalin kovuus on yleensä selvästi vähemmän tärkeää kuin sen sähkönjohtavuus.
Siksi EDM soveltuu erityisen hyvin materiaaleille, joita on vaikea työstää lämpökäsittelyn tai karkaisun jälkeen.
Työkaluteräkset
Työkaluteräkset ovat yleisimpiä EDM-koneistettavia materiaaleja.
Tyypillisiä osia ovat:
- meistimet
- muotit
- muotti-insertit
- leikkuutyökalut
- tarkkuustyökalut
- kulutusosat
Merkittävä etu on se, että kriittiset yksityiskohdat voidaan usein EDM-koneistaa sen jälkeen, kun teräs on jo karkaistu.
Ruostumaton teräs
Ruostumaton teräs johtaa sähköä, joten sitä voidaan koneistaa EDM-menetelmillä.
EDM on hyödyllinen ruostumattomissa osissa, joissa tarvitaan:
- monimutkaisia profiileja
- kapeita uria
- suurta tarkkuutta
- pieniä sisäisiä yksityiskohtia
- vaikeasti saavutettavia geometrioita
Tavallinen CNC-koneistus on yleensä nopeampaa suurten materiaalimäärien poistossa, joten EDM kannattaa usein varata ominaisuuksiin, joissa siitä saadaan selvä tekninen hyöty.
Titaani
Titaaniseoksia käytetään laajalti ilmailussa, lääketekniikassa ja vaativissa teollisissa sovelluksissa.
Titaani tarjoaa korkean lujuus-painosuhteen ja hyvän korroosionkestävyyden, mutta sen perinteinen lastuava koneistus voi olla haastavaa.
EDM mahdollistaa monimutkaisten yksityiskohtien valmistamisen ilman tavalliseen leikkaukseen liittyviä suuria mekaanisia voimia.
Volframikarbidi
Volframikarbidi eli kovametalli on erittäin kovaa ja kulutusta kestävää.
Nämä ominaisuudet tekevät siitä erinomaisen työkalumateriaalin mutta samalla vaikeasti koneistettavan perinteisillä menetelmillä.
EDM:ää käytetään usein:
- muotteihin
- meistimiin
- kulutusinsertteihin
- leikkuutyökalujen osiin
- muihin tarkkuustyökaluihin
Nikkelipohjaiset superseokset
Nikkelipohjaisia seoksia, kuten Inconelia, käytetään kohteissa, joissa komponenttien on kestettävä korkeita lämpötiloja ja mekaanisia kuormia.
Näiden materiaalien perinteinen koneistus voi aiheuttaa voimakasta työkalujen kulumista.
EDM voi siksi olla tehokas ratkaisu monimutkaisiin yksityiskohtiin, joissa tavallinen koneistus muuttuu tehottomaksi.
Alumiini
Alumiinia voidaan EDM-koneistaa, koska se johtaa sähköä.
Alumiinin käyttäytyminen EDM-prosessissa eroaa kuitenkin teräksestä sen erilaisten sähköisten ja termisten ominaisuuksien vuoksi.
Jos haluat lukea lisää eri alumiinilaatujen sähkönjohtavuudesta, tutustu oppaaseemme alumiinin sähkönjohtavuudesta.
Kupari ja messinki
Kupari ja messinki johtavat hyvin sähköä ja soveltuvat molemmat EDM-koneistukseen.
Kupari on myös tärkeä materiaali, koska sitä käytetään usein uppokipinätyöstön elektrodeissa.
Voiko EDM:llä koneistaa muovia?
Tavallista muovia ei yleensä voida koneistaa standardilla EDM-prosessilla, koska useimmat muovit eivät johda sähköä.
Tähän kuuluvat esimerkiksi:
- POM
- nylon
- PTFE
- PE
- ABS
- monet muut tekniset muovit
Sama rajoitus koskee useita tavallisia keraameja, lasia ja muita sähköä eristäviä materiaaleja.
Näille materiaaleille perinteinen CNC-koneistus tai jokin muu valmistusmenetelmä on yleensä sopivampi.
Mitkä ovat EDM-koneistuksen edut?
EDM tarjoaa useita merkittäviä etuja tarkkuusvalmistuksessa.
1. EDM soveltuu erittäin koville materiaaleille
Yksi EDM:n tärkeimmistä eduista on mahdollisuus koneistaa karkaistuja sähköä johtavia materiaaleja.
Tavallisessa koneistuksessa suurempi kovuus lisää yleensä:
- leikkuuvoimia
- työkalujen kulumista
- lämmöntuottoa
- koneistuksen vaikeutta
EDM perustuu sähköpurkauksiin, joten materiaalin kovuus vaikuttaa materiaalin poistoon huomattavasti vähemmän.
Menetelmä soveltuu hyvin esimerkiksi:
- karkaistulle työkaluteräkselle
- kovametallille
- titaanille
- nikkeliseoksille
- lujille komponenteille
2. Erittäin pienet mekaaniset voimat
EDM ei poista materiaalia tavallisella leikkuuterällä.
Siksi työkappaleeseen kohdistuvat mekaaniset voimat ovat erittäin pieniä.
Tästä on hyötyä erityisesti:
- ohutseinämäisissä osissa
- hoikissa komponenteissa
- herkissä kappaleissa
- helposti vaurioituvissa geometrioissa
- pienissä yksityiskohdissa
- osissa, jotka voisivat deformoitua tavallisen koneistuksen voimista
Muodonmuutos on silti tärkeä huomioida tarkkuusvalmistuksessa. Lisätietoa löytyy oppaastamme CNC-koneistettujen osien muodonmuutoksesta.
3. Monimutkaisten geometrioiden valmistus
EDM mahdollistaa yksityiskohtia, joita pyörivillä leikkuutyökaluilla on vaikea tai jopa mahdoton saavuttaa.
Esimerkkejä:
- kapeat urat
- monimutkaiset sisäprofiilit
- vaativat ontelot
- syvät muodot
- pienet yksityiskohdat
- terävät siirtymät
- monimutkaiset työkalumuodot
4. Pienet sisäsäteet
Tavallisella jyrsimellä on aina fyysinen halkaisija.
Jos sisäkulmaa koneistetaan esimerkiksi 10 mm:n päätyjyrsimellä, kulmaan ei voida tehdä täydellistä nollasädettä.
Myös hyvin pieni jyrsin jättää säteen.
Lankakipinätyöstöllä voidaan saavuttaa huomattavasti pienempiä sisäsäteitä, koska EDM-lanka on hyvin ohut.
Tämä on erityisen hyödyllistä tarkkuusmuoteissa, inserteissä ja työkaluissa.
5. Korkea mittatarkkuus
Nykyaikaiset EDM-koneet voivat valmistaa erittäin tarkkoja osia, kun koko prosessi hallitaan oikein.
Tärkeitä tekijöitä ovat:
- koneen tarkkuus
- elektrodin kunto
- langan laatu
- lämpötilan vakaus
- huuhtelu
- kipinäparametrit
- kiinnitys
- viimeistelyajot
Teknisissä piirustuksissa tulee käyttää realistisia toleranssivaatimuksia. Tavallisia reikä- ja akselitoleransseja voi tarkastella myös MegaMETA:n ISO 286 -toleranssilaskurilla.
6. Hyvä pinnanlaatu
EDM-pinnanlaatua voidaan parantaa vaiheittain hienommilla viimeistelyajoilla.
Rouhinnassa käytetään voimakkaampia sähköpurkauksia materiaalin nopeampaan poistoon.
Viimeistelyssä purkausenergiaa pienennetään sileämmän pinnan saavuttamiseksi.
Erittäin hienoa pintaa kannattaa kuitenkin määrittää vain silloin, kun komponentin toiminta sitä edellyttää, koska hienompi pinta lisää koneistusaikaa.
MegaMETA:n pinnankarheuslaskuri auttaa vertailemaan Ra- ja Rz-arvoja.
7. Koneistus lämpökäsittelyn jälkeen
EDM on erityisen hyödyllinen silloin, kun kriittiset mitat halutaan valmistaa vasta karkaisun jälkeen.
Tyypillinen valmistusjärjestys voi olla:
CNC-koneistus → lämpökäsittely → hionta → EDM → mittaus
Kun kriittiset yksityiskohdat valmistetaan vasta karkaisun jälkeen, voidaan pienentää riskiä siitä, että lämpökäsittelyn aiheuttamat muodonmuutokset vievät mitat toleranssien ulkopuolelle.
Lue lisää kontrolloidun lämpökäsittelyn vaikutuksesta materiaaliominaisuuksiin oppaastamme erkaumakarkaisusta.
Mitkä ovat EDM-koneistuksen haitat?
EDM on erittäin monipuolinen menetelmä, mutta se ei ole automaattisesti paras ratkaisu kaikille komponenteille.
1. Materiaalin täytyy johtaa sähköä
Merkittävin rajoitus on sähkönjohtavuus.
Standardi EDM ei sovellu tavallisille sähköä eristäville materiaaleille.
Tällaisia ovat monet:
- muovit
- keraamit
- komposiitit
- lasit
- muut sähköä johtamattomat materiaalit
2. EDM on suhteellisen hidas suurten materiaalimäärien poistossa
Yksi sähköpurkaus poistaa vain erittäin pienen määrän materiaalia.
Siksi EDM on yleensä hitaampi kuin perinteinen CNC-koneistus, jos poistettavaa materiaalia on paljon.
Esimerkiksi suuren taskun valmistaminen kokonaan EDM:llä ei yleensä ole taloudellista, jos jyrsimellä voidaan poistaa suurin osa materiaalista nopeasti.
Tehokkaampi valmistusjärjestys voi olla:
CNC-rouhinta → lämpökäsittely → EDM-viimeistely
Tästä syystä EDM ja CNC-koneistus täydentävät usein toisiaan.
3. Uppokipinätyöstö vaatii elektrodeja
Uppokipinätyöstö edellyttää yleensä erikseen suunniteltuja elektrodeja.
Niiden valmistus lisää:
- suunnitteluaikaa
- ohjelmointia
- koneistusta
- materiaalikustannuksia
- mittausta
- asetusaikaa
Monimutkainen komponentti voi vaatia useita elektrodeja.
Prototyyppituotannossa elektrodin kustannus voi muodostaa merkittävän osan kokonaiskustannuksesta.
4. Elektrodin kuluminen
Uppokipinätyöstön elektrodit kuluvat vähitellen prosessin aikana.
Kuluminen täytyy huomioida:
- prosessisuunnittelussa
- elektrodin geometriassa
- mittakompensoinnissa
- viimeistelyssä
Nykyaikaiset koneet voivat kompensoida kulumista tehokkaasti, mutta se on edelleen olennainen prosessitekijä.
5. EDM voi muodostaa uudelleensulaneen pintakerroksen
EDM on lämpöön perustuva prosessi.
Osa sulaneesta materiaalista voi jähmettyä uudelleen työkappaleen pinnalle sähköpurkauksen jälkeen.
Tästä muodostuu ohut kerros, jota kutsutaan esimerkiksi:
- recast layer
- white layer
- uudelleensulaneeksi EDM-kerrokseksi
Voimakkaasti kuormitetuissa tai väsymiselle kriittisissä komponenteissa EDM-parametreja ja mahdollisia jälkikäsittelyjä on siksi hallittava tarkasti.
Sovelluksesta riippuen voidaan tarvita kiillotusta, hiontaa tai pintakäsittelyä.
EDM verrattuna CNC-koneistukseen
EDM:llä ja perinteisellä CNC-koneistuksella on erilaiset vahvuudet.
| Ominaisuus | EDM | CNC-koneistus |
|---|---|---|
| Materiaalivaatimus | Sähköä johtava | Metallit ja monet ei-metallit |
| Materiaalin poisto | Sähköpurkaukset | Mekaaninen leikkaus |
| Leikkuuvoimat | Erittäin pienet | Mekaanisia voimia syntyy |
| Suuri materiaalinpoisto | Suhteellisen hidas | Nopea |
| Karkaistut materiaalit | Erittäin soveltuva | Vaikeutuu kovuuden kasvaessa |
| Sisäkulmat | Hyvin pienet säteet mahdollisia | Rajoittuu työkalun säteeseen |
| Vaativat sisägeometriat | Erittäin hyvä | Rajoittuu työkalun pääsyyn |
| Yksinkertaiset muodot | Usein tarpeeton | Tavallisesti taloudellisempi |
| Työkalut | Lanka tai elektrodi | Jyrsimet, porat, teräpalat jne. |
Useimmissa tavallisissa teollisissa komponenteissa CNC-koneistus on edelleen tehokkain ratkaisu.
EDM:stä tulee erityisen hyödyllinen silloin, kun tiettyä piirustuksen ominaisuutta ei voida valmistaa taloudellisesti tavallisilla leikkuutyökaluilla.
EDM verrattuna hiontaan
Sekä EDM:ää että tarkkuushiontaa käytetään usein karkaistuihin komponentteihin, mutta niiden vahvuudet ovat erilaiset.
Hionta soveltuu erityisesti:
- tasopinnoille
- sylinteripinnoille
- akseleille
- tiukoille toleransseille
- korkealaatuisille pinnoille
EDM sopii paremmin:
- monimutkaisiin profiileihin
- kapeisiin uriin
- vaativiin sisägeometrioihin
- pieniin sisäsäteisiin
- yksityiskohtiin, joihin hiomalaikka ei pääse
Tarkkuuskomponentissa voidaan käyttää molempia menetelmiä.
EDM verrattuna hoonaukseen
Hoonausta käytetään pääasiassa sisäisten sylinteripintojen, kuten tarkkojen reikien, viimeistelyyn.
Hoonaus voi parantaa:
- pyöreyttä
- sylinterimäisyyttä
- mittatarkkuutta
- pinnanlaatua
EDM puolestaan soveltuu paremmin monimutkaisen geometrian valmistamiseen kuin olemassa olevan sylinteripinnan viimeistelyyn.
Lisätietoa löytyy oppaastamme hoonausprosessista.
EDM verrattuna laserleikkaukseen
Laserleikkaus ja EDM poistavat molemmat materiaalia ilman tavallista mekaanista leikkuutyökalua, mutta toimintaperiaatteet ovat täysin erilaisia.
Laserleikkaus hyödyntää kohdistettua valoenergiaa.
EDM hyödyntää sähköpurkauksia.
Laserleikkaus sopii yleensä paremmin:
- levyosien leikkaamiseen
- ohuisiin ja keskipaksuihin levyihin
- suuriin leikkausnopeuksiin
- 2D-muotoihin
- suurempiin sarjoihin
EDM sopii yleensä paremmin:
- karkaistuihin komponentteihin
- erittäin tarkkoihin profiileihin
- paksuihin tarkkuustyökaluihin
- pieniin sisäisiin yksityiskohtiin
- monimutkaisiin muotoihin
- osiin, joissa mekaanisia voimia on vältettävä
Tavanomaisissa levyosissa laserleikkaus on yleensä selvästi nopeampi.
EDM on arvokas silloin, kun tarkkuus, materiaalin kovuus tai geometria rajoittaa muita menetelmiä.
Millä toimialoilla EDM:ää käytetään?
EDM:ää käytetään laajasti aloilla, joilla tarvitaan vaikeita geometrioita, kovia materiaaleja tai erittäin korkeaa tarkkuutta.
Työkalu- ja muottiteollisuus
Työkalujen valmistus on yksi EDM:n tärkeimmistä käyttökohteista.
Tyypillisiä osia ovat:
- meistimet
- muotit
- muottityökalut
- muotti-insertit
- ruiskuvalumuottien ontelot
- taontatyökalut
- tarkkuustyökalut
Lankakipinätyöstöä käytetään usein tarkkoihin muotti- ja meistinprofiileihin.
Uppokipinätyöstöllä valmistetaan usein onteloita.
Ilmailu- ja avaruusteollisuus
Ilmailuteollisuudessa käytetään usein materiaaleja kuten:
- titaaniseoksia
- nikkelipohjaisia superseoksia
- ruostumattomia teräksiä
- lujia teräksiä
Tyypillisiä EDM-kohteita ovat:
- turbiinikomponentit
- jäähdytysreiät
- urat
- tarkkuusprofiilit
- vaikeasti saavutettavat sisäiset yksityiskohdat
Autoteollisuus
EDM:ää voidaan käyttää sekä varsinaisiin ajoneuvokomponentteihin että niiden valmistuksessa käytettäviin työkaluihin.
Esimerkkejä:
- stanssaustyökalut
- muotti-insertit
- muovaustyökalut
- meistimet
- voimansiirron komponentit
- polttoainejärjestelmien osat
Lääketekniset komponentit
Lääketekniikassa käytetään usein pieniä komponentteja, vaativia materiaaleja ja tiukkoja toleransseja.
EDM:ää voidaan käyttää:
- kirurgisiin instrumentteihin
- tarkkuustyökaluihin
- implanttien komponentteihin
- pieniin mekanismeihin
- erikoistuotantotyökaluihin
Elektroniikka
EDM soveltuu pienten sähköä johtavien osien valmistamiseen esimerkiksi:
- liittimiin
- antureihin
- elektroniikkalaitteisiin
- tarkkuuskoskettimiin
- tuotantotyökaluihin
Yleinen tarkkuustekniikka
Monet EDM-sovellukset syntyvät yksinkertaisesti siksi, että teknisessä piirustuksessa on jokin yksityiskohta, jota tavallisilla leikkuutyökaluilla ei voida valmistaa tehokkaasti.
Muu osa komponentista voidaan edelleen valmistaa normaalilla CNC-koneistuksella.
Tämä yhdistelmä on hyvin yleinen tarkkuustekniikassa.
Milloin EDM-koneistus kannattaa valita?
EDM:ää kannattaa harkita, kun:
- materiaali on jo karkaistu
- tarvitaan erittäin pieniä sisäsäteitä
- geometria sisältää kapeita uria
- tavallinen työkalu ei pääse yksityiskohtaan
- tarvitaan pieniä ja syviä reikiä
- työkappale voisi deformoitua leikkuuvoimien vuoksi
- tarvitaan monimutkaisia läpimeneviä profiileja
- tarvitaan vaativa umpiontelo
- tavallinen koneistus aiheuttaisi voimakasta työkalukulumista
- kriittiset mitat pitää tehdä lämpökäsittelyn jälkeen
EDM:ää ei silti kannata valita automaattisesti vain siksi, että piirustuksessa on tiukkoja toleransseja.
Nykyaikainen 3-, 4- ja 5-akselinen CNC-koneistus pystyy jo erittäin tarkkaan valmistukseen.
Sopiva valmistusmenetelmä tulisi valita kokonaisuuden perusteella:
- materiaali
- geometria
- toleranssit
- kappalemäärä
- pinnanlaatu
- toimitusaika
- kustannus
Mitä EDM-koneistus maksaa?
EDM-koneistukselle ei ole yhtä yleispätevää hintaa.
Lopulliseen kustannukseen vaikuttavat useat tekijät.
Materiaali
Eri metallit vaativat erilaisia EDM-parametreja.
Materiaalin paksuus, sähkönjohtavuus ja termiset ominaisuudet vaikuttavat koneistusnopeuteen.
Kappaleen paksuus
Lankakipinätyöstössä koneistusaika kasvaa yleensä materiaalin paksuuden kasvaessa.
10 mm:n paksu kappale vaatii normaalisti huomattavasti vähemmän aikaa kuin vastaava profiili 100 mm:n paksussa materiaalissa.
Leikkauspituus
Pidempi profiili vaatii enemmän koneaikaa.
Lankakipinätyöstössä kokonaisleikkauspituus voi siten vaikuttaa merkittävästi hintaan.
Tarkkuusvaatimukset
Hyvin tiukat toleranssit edellyttävät tarkempaa:
- kiinnitystä
- koneistusta
- viimeistelyä
- lämpötilanhallintaa
- mittausta
Äärimmäisen tiukkoja toleransseja kannattaa määrittää vain silloin, kun ne ovat komponentin toiminnan kannalta välttämättömiä.
Pinnanlaatu
Erittäin hieno EDM-pinta voi vaatia useita lisäviimeistelyajoja.
Jokainen lisäajo kasvattaa koneaikaa.
Siksi pinnanlaatuvaatimusten tulisi olla realistisia.
Elektrodien valmistus
Uppokipinätyöstössä elektrodien valmistus voi muodostaa merkittävän kustannuksen.
Monimutkainen ontelo voi vaatia:
- useita rouhintaeletrodeja
- erillisiä viimeistelyelektrodeja
- elektrodien mittausta
- lisäasetuksia
Kappalemäärä
Erikoiselektrodi voi olla kallis yhtä prototyyppiä varten, mutta huomattavasti taloudellisempi, jos kustannus jakautuu satojen osien kesken.
Siksi tuotantomäärä pitää aina ottaa huomioon valmistusmenetelmää valittaessa.
Miten EDM-kustannuksia voidaan pienentää?
Useilla suunnitteluratkaisuilla voidaan pienentää EDM-kustannuksia heikentämättä komponentin toimintaa.
Käytä perinteistä koneistusta suurten materiaalimäärien poistoon
Mahdollisuuksien mukaan suurin osa materiaalista kannattaa poistaa ensin CNC-koneistuksella.
EDM tulisi yleensä varata niihin yksityiskohtiin, joissa siitä saadaan selvä etu.
Tämä voi lyhentää kokonaiskoneistusaikaa huomattavasti.
Lisää kustannussäästökeinoja löytyy oppaastamme CNC-koneistuksen kustannusten pienentämisestä.
Vältä tarpeettoman tiukkoja toleransseja
Toleranssin tulee perustua todelliseen toiminnalliseen tarpeeseen.
Jos ±0,05 mm riittää, ±0,005 mm:n määrittäminen kaikkiin mittoihin lisää tarpeettomasti valmistus- ja mittauskustannuksia.
Älä ylimitoita pinnanlaatuvaatimuksia
Sama periaate pätee pinnankarheuteen.
Erittäin hieno EDM-pinta vaatii lisäviimeistelyajoja.
Jos toiminta ei sitä vaadi, lisäkustannukselle ei saada käytännön hyötyä.
Suunnittele riittävä elektrodin pääsy
Uppokipinätyöstössä elektrodin on fyysisesti päästävä koneistettavaan kohtaan.
Hyvin syvät, kapeat tai monimutkaiset ontelot voivat vaikeuttaa:
- elektrodin suunnittelua
- huuhtelua
- koneistusta
- mittausta
Huomioi mittaus jo suunnitteluvaiheessa
Valmistettavuus on vain yksi osa suunnittelua.
Yksityiskohta täytyy myös pystyä mittaamaan.
Erittäin pienet, syvät tai vaikeasti saavutettavat EDM-ominaisuudet voivat vaatia erikoismittauslaitteita.
Kriittisissä projekteissa mittausvaatimukset kannattaa siksi määrittää ennen valmistusta. MegaMETA:n toimintaa mittauksen ja jäljitettävyyden osalta kuvataan laadunvarmistussivulla.
Miten EDM-koneistetut osat tarkastetaan?
EDM-komponentteja voidaan tarkastaa samoilla menetelmillä kuin muitakin tarkkuuskoneistettuja osia.
Geometriasta ja toleranssivaatimuksista riippuen voidaan käyttää:
- mikrometrejä
- työntömittoja
- korkeusmittareita
- optisia mittausjärjestelmiä
- profiiliprojektoreita
- CMM-mittausta
- pinnankarheusmittausta
- tulkkeja
- erikoismittalaitteita
Monimutkaisia profiileja voidaan mitata tarkasti koordinaattimittauskoneella.
Mittausvaatimusten tulisi aina perustua piirustukseen ja komponentin toimintaan eikä jokaisen mitan tarpeettomaan ylitarkastukseen.
EDM ja CNC-koneistus toimivat usein yhdessä
EDM:ää ei pidä aina nähdä CNC-koneistuksen vaihtoehtona.
Monissa tarkkuuskomponenteissa menetelmät täydentävät toisiaan.
Mahdollinen tuotantojärjestys voi olla:
- Raaka-aineen katkaisu.
- Päägeometrian CNC-jyrsintä tai sorvaus.
- Tavallisten reikien poraus.
- Lämpökäsittely.
- Kriittisten referenssipintojen hionta.
- Tarkkuusprofiilien lankakipinätyöstö.
- Monimutkaisten onteloiden uppokipinätyöstö.
- Pienten reikien EDM-rei’itys.
- Kriittisten mittojen tarkastus.
- Tarvittava pintakäsittely.
Kun menetelmiä yhdistetään, kutakin prosessia voidaan käyttää siinä vaiheessa, jossa se on tehokkain.
CNC-koneistus poistaa suuria määriä materiaalia nopeasti.
Hionta tuottaa tarkkoja referenssipintoja.
EDM valmistaa yksityiskohtia, joita tavallisilla leikkuutyökaluilla on vaikea tehdä.
Pintakäsittelyllä voidaan lopuksi saavuttaa tarvittava korroosionkestävyys, ulkonäkö tai toiminnalliset pintaominaisuudet.
EDM-osien suunnittelunäkökohdat
Hyvä suunnittelu voi parantaa sekä EDM-prosessia että valmistuksen kustannustehokkuutta.
Sisäkulman säde
Lankakipinätyöstöllä voidaan saavuttaa pienempiä sisäsäteitä kuin tavallisella jyrsinnällä.
Täysin terävä, nollasäteinen sisäkulma ei kuitenkaan ole fyysisesti mahdollinen, koska langalla on halkaisija ja prosessi tarvitsee kipinävälin.
Siksi suunnittelijan tulisi määrittää vain toiminnan kannalta tarpeellinen säde.
Seinämän paksuus
Vaikka EDM:n mekaaniset voimat ovat hyvin pieniä, erittäin ohuisiin seinämiin voivat silti vaikuttaa:
- lämpö
- jäännösjännitykset
- materiaalin tila
- aikaisemmat koneistusvaiheet
Ohuet rakenteet kannattaa siksi arvioida tarkasti.
Muodonmuutos
Komponentissa voi olla jäännösjännityksiä jo ennen EDM-koneistusta.
Kun materiaalia poistetaan, jännitykset voivat jakautua uudelleen.
Tämä on erityisen tärkeää:
- voimakkaasti koneistetuissa osissa
- lämpökäsitellyissä komponenteissa
- suurissa levyissä
- ohutseinämäisissä osissa
- epäsymmetrisissä geometrioissa
Pintavaatimukset
Pinnanlaatu kannattaa määrittää komponentin toiminnan mukaan.
Jos pinta hiotaan, kiillotetaan tai pinnoitetaan myöhemmin, erittäin hienosta EDM-pinnasta ei välttämättä ole hyötyä.
Lämpökäsittelyn järjestys
Työvaiheiden järjestys on tärkeä.
EDM on usein hyödyllinen juuri siksi, että lopulliset kriittiset yksityiskohdat voidaan valmistaa vasta lämpökäsittelyn jälkeen.
Kun mittapysyvyys on tärkeä, prosessisuunnittelussa tulee arvioida, mitkä yksityiskohdat kannattaa tehdä ennen karkaisua ja mitkä sen jälkeen.
Usein kysytyt kysymykset EDM-koneistuksesta
Mitä EDM tarkoittaa?
EDM tarkoittaa Electrical Discharge Machining, suomeksi sähköpurkaustyöstöä tai kipinätyöstöä.
Menetelmässä sähköä johtavaa materiaalia poistetaan hallituilla sähköpurkauksilla.
Onko EDM sama asia kuin kipinätyöstö?
Kyllä.
Kipinätyöstö on yleinen suomenkielinen termi EDM-menetelmille.
Läheisiä termejä ovat:
- kipinätyöstö
- sähköpurkaustyöstö
- lankakipinätyöstö
- EDM
Koskettaako elektrodi työkappaletta?
Normaalissa EDM-prosessissa elektrodin ja työkappaleen välissä pidetään pieni kipinäväli.
Materiaali poistetaan sähköpurkausten eikä tavallisen mekaanisen kosketuksen avulla.
Voiko EDM:llä työstää karkaistua terästä?
Kyllä.
Karkaistu teräs on yksi tavallisimmista EDM-koneistettavista materiaaleista, koska menetelmä ei edellytä sitä, että tavallinen leikkuuterä leikkaisi kovaa materiaalia.
Voiko EDM:llä työstää ruostumatonta terästä?
Kyllä.
Useimmat tavalliset ruostumattomat teräkset johtavat sähköä ja soveltuvat EDM-koneistukseen.
Voiko EDM:llä työstää alumiinia?
Kyllä.
Alumiini johtaa sähköä, joten sitä voidaan EDM-koneistaa sopivilla prosessiparametreilla.
Voiko EDM:llä työstää titaania?
Kyllä.
Sähköä johtavia titaaniseoksia voidaan EDM-koneistaa, minkä vuoksi menetelmää käytetään muun muassa ilmailussa, lääketekniikassa ja vaativassa teollisuudessa.
Voiko EDM:llä työstää muovia?
Tavallisia muoveja ei yleensä voida työstää standardilla EDM-menetelmällä, koska ne eivät johda sähköä.
Muoviosille CNC-jyrsintä tai sorvaus on yleensä sopivampi ratkaisu.
Voiko EDM:llä tehdä teräviä kulmia?
EDM voi tuottaa huomattavasti pienempiä sisäsäteitä kuin tavallinen jyrsintä.
Täysin nollasäteinen sisäkulma ei kuitenkaan ole mahdollinen, koska EDM-langalla ja elektrodeilla on fyysiset mitat ja prosessi tarvitsee kipinävälin.
Onko EDM tarkempi kuin CNC-koneistus?
Molemmilla menetelmillä voidaan saavuttaa erittäin korkea tarkkuus.
EDM on erityisen hyödyllinen, kun tiukkoihin toleransseihin yhdistyvät:
- kovat materiaalit
- monimutkaiset sisägeometriat
- kapeat urat
- pienet sisäsäteet
Yksinkertaisissa geometrioissa CNC-koneistus voi saavuttaa tarvittavan tarkkuuden huomattavasti nopeammin.
Onko EDM parempi kuin jyrsintä?
Kumpikaan ei ole yleisesti parempi.
Jyrsintä on yleensä nopeampi yleiseen materiaalinpoistoon.
EDM soveltuu paremmin tiettyihin geometrioihin, karkaistuihin materiaaleihin ja yksityiskohtiin, joihin tavalliset työkalut eivät pääse.
Monissa tarkkuusosissa käytetään molempia.
Muodostaako EDM purseita?
EDM ei tavallisesti muodosta samanlaisia mekaanisia purseita kuin jyrsintä, poraus tai sorvaus, koska materiaalia ei poisteta leikkaavalla terällä.
Reunan laatu riippuu kuitenkin edelleen EDM-parametreista, geometriasta ja viimeistelyvaatimuksista.
Mitä eroa on lankakipinätyöstöllä ja uppokipinätyöstöllä?
Lankakipinätyöstössä ohut lanka leikkaa työkappaleen läpi.
Uppokipinätyöstössä muotoiltu elektrodi muodostaa ontelon.
Lankakipinätyöstö sopii siksi ensisijaisesti läpimeneviin muotoihin, kun taas uppokipinätyöstöä käytetään umpinaisiin onteloihin ja sisämuotoihin.
Miksi EDM:ää käytetään lämpökäsittelyn jälkeen?
Lämpökäsittely voi aiheuttaa pieniä muodonmuutoksia komponenttiin.
Kun kriittiset yksityiskohdat koneistetaan vasta karkaisun jälkeen, voidaan saavuttaa lopulliset mitat valmiissa materiaalitilassa.
Onko EDM kallista?
EDM voi olla yksinkertaisessa geometriassa kalliimpaa kuin tavallinen koneistus, koska prosessi on suhteellisen hidas.
Uppokipinätyöstössä tarvitaan lisäksi usein erikoiselektrodeja.
Hyvin vaikeissa yksityiskohdissa EDM voi kuitenkin pienentää kokonaiskustannusta, koska vaihtoehtoiset menetelmät voivat vaatia:
- erikoistyökaluja
- useita kiinnityksiä
- monimutkaisia jigejä
- paljon käsin tehtävää viimeistelyä
- tai voivat olla käytännössä mahdottomia
Yhteenveto
EDM-koneistus on tarkkuusvalmistusmenetelmä, jossa sähköä johtavaa materiaalia poistetaan hallittujen sähköpurkausten avulla tavallisten leikkuutyökalujen sijaan.
Sen suurimpia etuja on kyky valmistaa vaikeita yksityiskohtia kovista sähköä johtavista materiaaleista erittäin pienillä mekaanisilla voimilla.
Kolme tärkeintä EDM-menetelmää palvelevat eri käyttötarkoituksia:
Lankakipinätyöstö soveltuu monimutkaisiin läpimeneviin profiileihin, muotteihin, meistimiin ja kapeisiin uriin.
Uppokipinätyöstö sopii umpinaisiin onteloihin, muotteihin, työkaluihin ja monimutkaisiin sisägeometrioihin.
EDM-rei’itys on tarkoitettu pieniin, syviin ja vaikeasti saavutettaviin reikiin.
EDM ei korvaa tavallista CNC-koneistusta.
Menetelmät täydentävät usein toisiaan.
CNC-koneistuksella voidaan valmistaa tehokkaasti komponentin perusgeometria, kun taas EDM:ää voidaan käyttää yksityiskohtiin, joita tavallisilla työkaluilla ei voida valmistaa taloudellisesti. Tämän jälkeen hionta, lämpökäsittely ja pintakäsittely voivat viimeistellä valmistusprosessin.
Sopiva valmistusmenetelmä tulisi aina valita materiaalin, geometrian, toleranssien, pinnanlaadun, kappalemäärän ja komponentin toiminnan perusteella.
Jos sinulla on tekninen piirustus ja tarvitset apua sopivan valmistusmenetelmän valintaan, voit ottaa yhteyttä MegaMETAan ja pyytää tarjouksen lähettämällä piirustukset, materiaalivaatimukset, kappalemäärät ja muut tekniset tiedot.
