Wycinanie Elektroerozyjne (WEDM)

1. Zasada obróbki

Wycinanie elektroerozyjne (WEDM - Wire Electrical Discharge Machining) jest odmianą obróbki elektroerozyjnej (EDM), w której elektrodą jest cienki drut o średnicy 0,02 - 0,5 mm z mosiądzu, miedzi, wolframu, molibdenu lub drut z pokryciem, np. mosiądz ocynkowany. Przedmiot obrabiany mocowany jest na stole, który najczęściej jest przemieszczany w kierunkach wzajemnie prostopadłych przez układy napędowe sterowane numerycznie (rys.1a). Bywają stosowane układy z nieruchomym przedmiotem a sterowanymi prowadnikami drutu (rys.1b) , (rys.1c). Ze względu na zużycie erozyjne drut jest przewijany ze szpuli do pojemnika lub ze szpuli na szpulę z prędkościami 0,5 - 20 m/min. W celu zapewnienia wysokiej dokładności pozycjonowania drutu względem przedmiotu obrabianego stosowane są specjalne oczkowe prowadniki drutu oraz stały naciąg drutu z siłą 5 - 20 N. Nadając przedmiotowi i elektrodzie (drutowi) złożone ruchy względne (postępowe i kątowe) możliwe jest wycinanie bardzo skomplikowanych kształtów (rys.2). Wycinać możemy kształty o powierzchniach prostopadłych do powierzchni stołu (rys.2a) jak i pochyłych (rys.2b) oraz bardziej złożonych pod warunkiem, że są to powierzchnie prostokreślne (rys.2c).
Do podstawowych cech WEDM należą:
- uniwersalność elektrody, a więc 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 elastyczność produkcyjna obrabiarki, - wysoki stopień automatyzacji z zastosowaniem sterowania numerycznego,
- eliminacja niebezpieczeństwa pożaru oraz poprawa warunków BHP, ze względu na stosowanie (najczęściej) jako dielektryka - wody,
- możliwość wykonywania części o profilu ekwidystanty przy zastosowaniu jednego programu dla układu NC, np. matryc, wykrojników, stempli, prowadników itp.,
- wysoka dokładność obróbki (od 0,02 do 0,001 mm),
- konieczność zastosowań małych energii wyładowań (poniżej 5 mJ), uwarunkowanych małą średnicą drutu (dla uniknięcia zerwania) powoduje, że uzyskiwana jest wysoka gładkość ( Ra = 2,5 - 0,5 mikrometra), a zmiany w warstwie wierzchniej są nieznaczne (np. dla stali NCl0 po cięciu zgrubnym grubość warstwy zmienionej jest mniejsza od 0,02 mm).

2. Parametry i wkaźniki użytkowe WEDM

We współczesnych obrabiarkach WEDM parametry zadajemy, dobierając odpowiednie tablice technologiczne (tabl.1) zawarte w pamięci obrabiarki.
W tablicach tych znajdują się informacje, które umożliwiają otrzymanie żądanego kształtu z określoną dokładnością i chropowatością powierzchni.
Znajdują się tam informacje dotyczące impulsów roboczych (rys.3), a więc:
- charakteru impulsów. Określa to tzw. kod rodzaju pracy (M w tabl.1).
Na rys.3a przedstawiono impulsy o stałej częstotliwości (x + y = const), a na rys.3b impulsy o stałej energii wyładowania. Ponadto, przedstawiono na rys.3a przykład impulsów roboczych (i_r), impulsów pustych (i_p - brak prądu roboczego ) i impulsów zwarcia (i_z),
- polaryzacji (biegunowość elektryczna elektrody) i napięcia w impulsie (V w tabl.1),
- natężenia prądu roboczego w impulsie (IAL),
- czasu impulsu roboczego (A),
- czasu przerwy między impulsami (B),
- czasu impulsu wstępnego (TAC).

Druga ważna informacja zawarta w tablicach technologicznych dotyczy tzw. offsetu. Offset jest to przesunięcie środka drutu w stosunku do konturu przedmiotu obrabianego. Na rys.4 przedstawiono przykład cięcia w trzech kolejnych przejściach. Jeśli chcemy uzyskać dużą dokładność i gładkość, to przejść może być nawet pięć. W pierwszym przejściu środek drutu porusza się po torze odległym od kształtu końcowego o tzw. offset całkowity O:

O = O₁ + PM₁ + PM₂

gdzie: O₁ - offset zerowy w pierwszym przejściu (rys.4),
PM₁ - naddatek do usunięcia w drugim przejściu (wykańczającym),
PM₂ - naddatek do usunięcia w trzecim przejściu (wygładzającym).
Naddatek całkowity (SE w tabl.1) wyniesie więc:

SE = PM₁ + PM₂

Maksymalną prędkość cięcia możemy ograniczyć, zadając parametr S w postaci zakodowanej (np. S = 1 odpowiada prędkości 7,32 mm/min).
Podobnie w postaci zakodowanej możemy zadać strategię ochrony maszyny (ST w tabl.1).

Drut (elektroda robocza) w czasie wycinania przewija się ze szpuli na szpulę lub do pojemnika. Prędkość przewijania zależy od energii i częstości wyładowań iskrowych, a także od rodzaju i wysokości materiału obrabianego i we współczesnych obrabiarkach jest dobierana automatycznie (zawarta jest w tablicach technologicznych, wraz z innymi parametrami). Prędkość przewijania opisana jest parametrem WS i wyrażona jest w m/min. Następny parametr dotyczący drutu to siła naciągu. Ujmuje to parametr WB w daN i zawiera się w granicach 0-3 daN (czyli 0-30 N).
W przestrzeń międzyelektrodową podawany jest dielektryk pod ciśnieniem. W tablicach technologicznych ciśnienie kodowane jest parametrem INJ (np. INJ = 0 przy ciśnieniu atmosferycznym, a INJ = 4, gdy nadciśnienie dielektryka wynosi 1,15 MPa).
Tablice technologiczne zawierają ponadto informacje (w postaci zakodowanej) dotyczące materiału i grubości stosowanego drutu i rodzaju materiału obrabianego.

3. Obrabiarka WEDM

Typowa obrabiarka do elektroerozyjnego wycinania drutem posiada pięć podstawowych układów (rys.5):
1. Układ sterowania i kontroli, którego funkcję spełnia najczęściej komputer lub w mniejszych obrabiarkach procesor.
2. Układ przewijania drutu, który zapewnia odpowiednią prędkość i naciąg drutu, a także przekazuje informacje o sytuacjach awaryjnych.
3. Układ pozycjonowania i przemieszczania głowicy dolnej w kierunkach X i Y oraz górnej w kierunkach U, V i Z.
4. Układ zasilania prądem roboczym.
5. Układ zasilania dielektrykiem.

Obrabiarka ROBOFIL 310 firmy Charmilles Technologies (rys.6), używana na zajęciach laboratoryjnych, ma budowę kompaktową - wszystkie zespoły i układy obrabiarki zawarte są w jednym module o wymiarach: 1860 x 1600 x 2230 mm. Można w niej obrabiać części o wymiarach 850 x 500 x 400 (wysokość) mm o masie nie większej niż 500 kg. Ruchy robocze głowic: X i U = 400 mm, Y i V = 250 mm, Z = 400 mm.
W obrabiarce można wyróżnić oświetloną komorę roboczą z odsuwanymi drzwiami, co umożliwia wkładanie i wyjmowanie dużych części, np. przy pomocy widlaka. W komorze znajdują się:
- stół ramowy, na którym mocowane są listwy (rys.7b) lub przyrządy (rys.7a) do bazowania i mocowania przedmiotów,
- głowice prowadzące drut, a także doprowadzające napięcie robocze do drutu i podające dielektryk w rejon obróbki,
- układ podawania drutu ze szpuli poprzez układ rolek prostujących, zasilających i kalibrujących,
- doprowadzenie napięcia roboczego do stołu.

Na dole komory znajduje się pojemnik na zużyty drut, a jeszcze niżej zbiornik z dielektrykiem, którym jest woda destylowana i dejonizowana do przewodności poniżej 15 mikroS/cm.
Obok komory roboczej znajduje się szafa sterownicza z umieszczonym od frontu kolorowym monitorem oraz klawiaturą alfanumeryczną do wprowadzania programów. W rejonie tym znajdują się także: stacja dyskietek 3.5", wyjście RS do połączenia z komputerem oraz podręczny przenośny pulpit do sterowania ręcznego, który zawiera przyciski do przemieszczania głowic, obcinania i nawlekania drutu i inne.
Monitor może pracować w modzie PREParowania (czyli przygotowania) programu, w modzie EXEkucji (czyli wykonywania) programu, w modzie INFOrmacji o przebiegu pracy i w modzie GRAPHiki, czyli informacji graficznej o wycinanym kształcie.
W szafie sterowniczej znajduje się ponadto generator impulsów oraz komputerowy (na bazie PC386) układ sterowania i kontroli przebiegu procesu.
Z tyłu obrabiarki (rys.6b) można wyróżnić układ sterowników i wyłączników obiegu dielektryka, wody chłodzącej i powietrza, układ ośmiu wymiennych filtrów dielektryka umieszczonych w zbiorniku z dielektrykiem, osłonięty przedział z mechanizmami przemieszczania głowic i pomiaru ich położenia oraz umieszczona na zewnątrz obrabiarki butla z wymiennym dejonizatorem.

4. Programowanie obróbki części

We współczesnych wycinarkach elektroerozyjnych istnieje możliwość programowania bezpośrednio z klawiatury obrabiarki przez wpisanie odpowiednich funkcji z parametrami zawierającymi kształt i technologię w przypadku prostych kształtów i małych wymagań dotyczących dokładności i gładkości powierzchni.
W celu zobrazowania procesu programowania poniżej przedstawiono przykład wycięcia otworu w kształcie serca w blasze ze stali NC 10 o grubości 30 mm, za pomocą drutu SW25X na obrabiarce ROBOFIL 310.
Najczęściej typowy przebieg programowania obróbki części jest następujący:
- rysunek części, np. w AutoCADzie (rys.8),
- przetransformowanie kształtu na język PROFIL , w wyniku czego otrzymujemy podany zapis
- przetransformowanie danych dotyczacych kształtu na język ISO ,
- program w języku CMD , który zawiera oprócz kształtu pobranego z programu ISO, także informacje do umieszczenia na ekranie monitora w formie komentarza, grafiki i objaśnień oraz dane technologiczne pobrane z tablicy zawartej w pamięci obrabiarki (fragmenty przedstawiono w (tabl.1).

4

---