"kompis, hvordan kutter den metall uten å røre den?" spurte han meg.
Og det var da jeg innså at vi har vært i denne bransjen så lenge at vi bare antar at alle vet hva Wire EDM er. Det gjør de ikke. Til og med kundene våre blir noen ganger forvirrede, og dette er folk som bestiller presisjonsdeler som krever toleranser strammere enn en … vel, ikke bry deg, du skjønner poenget.
Så her går vi. Wire EDM forklart av noen som har gjort dette i 18 år og har ryggproblemer for å bevise det.
Det faktiske navnet (og hvorfor ingen bruker det)
Wire EDM står for Wire Electrical Discharge Machining. Noen kaller det tråderosjon, eller gnistbearbeiding, eller – hvis du er virkelig gammel-skole – gnistrerosjon. Yanks kaller det noen ganger "osteskjærer" som jeg synes er morsomt, men også på en eller annen måte nøyaktig.
Men her er tingen: ingen på butikkgulvet vårt sier faktisk "Wire EDM" i sin helhet. Det er bare "the wire machine" eller "the Fanuc" (fordi det er det merket vi har tre av) eller noen ganger "den blodige temperamentsfulle maskinen i hjørnet" når den gir oss sorg.
Som, la meg fortelle deg, er oftere enn jeg ønsker.
Så hva ER det, egentlig?
Tenk deg at du prøver å kutte gjennom en blokk med herdet stål. Herdet, noe som betyr at du ikke kan bore det, frese det eller gjøre mye av det med tradisjonelle metoder. Det er rett og slett for hardt – skikkelig verktøystål, 60 HRC, det som ler av karbidkuttere.
Wire EDM bryr seg ikke. Det vil skjære gjennom det som smør. Vel, veldig sakte smør. Veldig dyrt, veldig presist smør.
Slik fungerer det (og jeg lover at dette er den forenklede versjonen):
Du har en super-tynn ledning – vi snakker vanligvis 0,25 mm, tynnere enn en gitarstreng – som er strukket mellom to guider. Denne ledningen fungerer som én elektrode. Arbeidsstykket ditt er den andre elektroden. Begge er nedsenket i avionisert vann (mer om den katastrofen som venter på å skje senere).
Deretter sender du elektrisk strøm gjennom ledningen, og skaper tusenvis av små gnister per sekund – som miniatyrlyn – mellom ledningen og delen din. Hver gnist smelter en liten bit av metallet, og vannet skyller bort rusk.
Tråden berører faktisk aldri arbeidsstykket. Det er alltid et lite gap – kanskje 0,01 mm – der alle gnistene skjer. Det er som magi, bortsett fra at det er fysikk, og det er mye dyrere enn magi.
Hvorfor vi til og med gjør dette (når vanlig maskinering eksisterer)
Godt spørsmål. Vanlig CNC-fresing er raskere, billigere, enklere. Så hvorfor bry seg med Wire EDM?
For noen ganger må du gjøre ting som vanlig maskinering rett og slett ikke kan gjøre:
Herdede materialer– Har allerede nevnt dette, men det er stort. Vi kutter verktøystål deler hele dagen lang som ville ødelegge ethvert vanlig skjæreverktøy.
Umulige former– Prøv å frese et firkantet innvendig hjørne. Fortsett, jeg venter. Kan ikke gjøres, ikke sant? Kutteren er rund. Men med Wire EDM kan du ha skikkelig skarpe indre hjørner fordi ledningen kan endre retning. Vi gjorde en jobb forrige måned for et medisinsk utstyrsselskap (NDA, kan ikke si hvem, men de lager kirurgiske instrumenter) med indre hjørner som var helt kritiske. Wire EDM var det eneste alternativet.
Små funksjoner– Spor smalere enn noen endefres? Ikke noe problem. Vi har nylig kuttet 0,3 mm brede spor gjennom 50 mm av herdet stål. Prøv det på en mølle, jeg våger deg.
Ingen skjærekrefter– Dette er den biten som blåser folks sinn. Fordi ledningen aldri berører delen, er det null kuttekraft. Null. Noe som betyr at du kan kutte utrolig delikate eller tynne-vegger uten forvrengning. I fjor kuttet vi noen romfartsbraketter som var 0,5 mm veggtykkelse. På en mølle ville de bare vibrere og knekke.
De forskjellige typene (for det er det selvfølgelig)
Det er egentlig to hovedsmaker:
To-aksemaskiner– Grunntypen. Wire går rett opp og ned, kutter vertikale vegger. Dette er det vi har mest av i butikken. De tre Fanuc-maskinene våre er alle to-akser, og de håndterer sannsynligvis 80 % av arbeidet vårt.
Fire-aksemaskiner– De fancy der topp- og bunnlederen kan bevege seg uavhengig av hverandre. Dette betyr at du kan kutte koniske vegger, komplekse 3D-former, turbinblader, den slags ting. Vi har en Mitsubishi fire-enhet som koster mer enn huset mitt (bokstavelig talt – jeg sjekket fakturaen da vi kjøpte den i 2019, så opp boliglånet mitt og gråt litt).
Det pleide å være forskjeller mellom "reisetråd" og "stasjonærtråd", men reisetråd vant den kampen for flere tiår siden. Du må gå til et museum for å finne en stasjonær trådmaskin nå.
Selve ledningen (en så enkel ting, et sånt mareritt)
Du skulle tro ledning ville være enkelt, ikke sant? Det er bare ledning.
Å, ditt søte sommerbarn.
Vi bruker for det meste messingtråd – det er faktisk sink-belagt messing, som leder elektrisitet godt og ikke knepper like lett. Typisk størrelse er 0,25 mm i diameter, selv om vi lagerfører alt fra 0,1 mm (for veldig fint arbeid) opp til 0,3 mm (for grovskjæring).
Ledningen er dyr. Ikke "luksusbil" dyr, men en 5 kg-snelle koster rundt £80-120 avhengig av karakteren, og disse maskinene går gjennom det som … vel, forestill deg å strikke med tråd som du kaster mens du går. Vi bruker sannsynligvis £15 000 i året bare på ledning. Jenny fra kontoer tar opp dette Every. Enkelt. Budsjett. Møte.
Og her er den morsomme delen: ledningen er brukt en gang og deretter kassert. Den passerer gjennom kuttesonen nøyaktig én gang, blir elektrisk erodert og svekket, og går deretter rett til skrapbeholderen. Vi har en massiv bøtte med brukt tråd i hjørnet av butikken. Gjenvinningsinnsamlingen kommer annenhver tirsdag, og selv de virker forvirret over hvor mye ledning vi genererer.
Trådbrudd er bane av vår eksistens. Maskinen nynner pent, kutter en del, og SNAP. Ledningen går i stykker. Maskinen stopper. Du må tre ny ledning gjennom (som på enkelte deler kan ta 20 minutter), finne hvor du var i kuttet, starte på nytt. Tapt tid, tapte penger, og hvis du er meg, har du mistet tålmodigheten fordi dette er den TREDJE pausen i dag.
Hvorfor går ledningen i stykker? Velg ditt valg:
Gnistinnstillingene er for aggressive
Trådspenning feil
Forurenset dielektrisk væske
Uflaks (dette er en legitim grunn)
Merkur i retrograd (fleiper, men bare akkurat)
Vannsituasjonen (eller: hvorfor strømregningene våre er gale)
Husker du at jeg nevnte avionisert vann? Ja, det er en hel greie.
Vannet i en Wire EDM-maskin tjener flere formål:
Kjøler gnistsonen
Skyller bort metallrester
Fungerer som et dielektrisk (elektrisk isolator til spenningen blir høy nok til å gnist)
Men det MÅ avioniseres - noe som betyr at alle mineraler og ioner fjernes. Vanlig vann fra springen ville lede elektrisitet for lett, og du ville bare få en kortslutning i stedet for kontrollert gnistdannelse.
Så vi har dette massive avioniseringssystemet. Det er i utgangspunktet et vannbehandlingsanlegg i hjørnet av verkstedet vårt. Filtre, harpikstanker, pumper, verkene. Bare vedlikeholdet på denne tingen koster oss rundt 3000 pund i året.
Og vannstrømningshastighetene! Vi pumper hundrevis av liter i minuttet gjennom disse maskinene. Mitsubishi bruker cirka 60 liter i minuttet. Det er et badekar hvert 2-3 minutt. Bare hele tiden sirkulerer, filtrerer, kjøler, resirkulerer.
Vår miljøinspektør var på besøk i fjor (hyggelig kvinne, veldig grundig, helt livredde oss) og ble faktisk imponert over hvor ren vannforvaltningen vår er. Tilsynelatende er de fleste butikker mye dårligere. Vi følte oss merkelig stolte, som når -svigermor-din komplimenterer husarbeidet ditt.
Programmering av disse beistene (eller: hvorfor vi betaler James for mye)
Wire EDM-programmering er ... spesiell.
Det er ikke som vanlig CNC-programmering der du bare kan vinge den og justere mens du går. Misforstå det, og enten har du ødelagt et veldig dyrt emne, eller så sitter du der i 20 timer og skjærer luft fordi forskyvningene dine er feil.
James er vår ledende Wire EDM-programmerer. Han har vært her siden 2007, kjenner disse maskinene bedre enn sine egne barn (hans ord, ikke mine, selv om kona lo da han sa det på julefesten i fjor). Vi betaler ham veldig godt fordi å finne noen som faktisk forstår Wire EDM-programmering er som å finne en enhjørning. En enhjørning som er god i matematikk og ikke har noe imot å stirre på CAD-modeller hele dagen.
Programvaren genererer verktøybanen, men du må ta hensyn til:
Trådforskyvning (gapet mellom ledningen og delen)
Flere pasninger (grovt snitt, skim cuts, finishing cut)
Konisk kompensasjon (for fire-aksearbeid)
Entry/exit-strategier
Hjørneforhold
De fleste deler trenger minst to pass. First pass – kalt grovkuttet – fjerner det meste av materialet raskt. Deretter gjør du ett eller flere skim-pass med mye finere innstillinger for å få overflatefinish og dimensjonsnøyaktighet.
Den jobben jeg nevnte tidligere for selskapet for medisinsk utstyr? Fem pasninger totalt. Grov skjæring tok ca 6 timer. Hvert skim pass la til ytterligere 3-4 timer. James brukte mer tid på å programmere den enn maskinen brukte på å kutte den.
Tallene alle vil ha (men sett deg ned)
"Hvor nøyaktig er det?" – Hver kunde, noensinne.
Vi holder rutinemessig ±0,005 mm på de fleste jobber. Det er fem tusendels millimeter. Fem mikron. Omtrent 1/10 av tykkelsen til et menneskehår.
På vår fire--akse Mitsubishi, når James har en god dag og maskingudene smiler, kan vi treffe ±0,002 mm. Det er å komme inn i et måleusikkerhetsområde der vi ikke er helt sikre på at måleutstyret vårt er nøyaktig nok til å verifisere hva vi faktisk har laget.
Overflatefinish? Vanligvis rundt 0,2-0,4 Ra (det er en grovhetsmåling) på skummet kutt. Gå ned til 0,1 Ra hvis vi virkelig prøver, men på det tidspunktet bruker du evigheter på målpasseringer.
Men her er den skitne hemmeligheten ingen forteller deg:Wire EDM er SLOW.
Den 50 mm tykke stålplaten jeg nevnte tidligere? Grov skjæring ved våre typiske innstillinger? Ca 30-40 kvadratmillimeter per minutt. Så en utskjæring på 100 mm x 100 mm tar 3-4 timer. SÅ tar du skim-pass.
Vi siterte en jobb forrige uke der kunden ble sjokkert over at det ville ta 40 timers maskintid. "Kan du ikke bare... få fart på det?" spurte de. Vel ja, teknisk sett, men så ser din del ut som søppel og dimensjonsnøyaktigheten går ut av vinduet. Det er ingen gratis lunsj i Wire EDM.
Hastighet vs finish vs nøyaktighet – velg to, du kan ikke ha alle tre.
Når du IKKE skal bruke Wire EDM (det ærlige stykket sjefen min ønsker at jeg ikke ville skrive)
Se, vi tjener penger når du bruker våre Wire EDM-tjenester. Men la meg spare deg for litt tid og penger:
Hvis du kan frese det, fres det. Vanlig CNC-bearbeiding er sannsynligvis 10 ganger raskere og halvparten av kostnaden for det meste.
Hvis toleransene dine er løsere enn ±0,02 mm, trenger du sannsynligvis ikke Wire EDM.
Hvis materialet ditt er mykt (aluminium, bløtt stål, plast), bør du definitivt ikke bruke Wire EDM. Det vil fungere, men det er en enorm overkill.
Hvis du bare trenger eksterne former og de ikke er vanvittig komplekse, er vannstråleskjæring sannsynligvis billigere.
Vi avviste en jobb forrige måned – fyren ville at vi skulle wire EDM kutte noen aluminiumsbraketter. Jeg sa rett ut til ham: "kompis, få disse frest. Enhver maskinverksted kan gjøre dette på en fjerdedel av tiden for halve prisen." Han satte pris på ærligheten og endte opp med å sende oss en annen jobb som faktisk trengte Wire EDM. Noen ganger lønner det seg å være ærlig.
Men ikke fortell salg at jeg gir bort arbeid. De er allerede irritert på meg for blogginnlegget jeg skrev i august om overpriset verktøy. Det førte til noen... diskusjoner.
Vanlige problemer (eller: hvorfor jeg har stressdrømmer om ledningsbrudd)
Ledningen går i stykker– Allerede nevnt, men seriøst, dette er 80 % av problemene våre. Vi har prøvd forskjellige ledninger, forskjellige spenninger, ofret en kylling til maskingudene (fleiper ... mest). Noen dager bestemmer maskinen seg bare for at den hater deg.
Dielektrisk forurensning– Metallrester bygger seg opp i vannet, ledningsevnen øker, gnister blir inkonsekvente, deler kommer ut og ser grove ut. Vi bytter filtrene våre religiøst hver uke. Religiøst. Det står på timeplanen, med rød penn, understreket to ganger.
Gjenstøpt lag– Gnisteringsprosessen smelter metall, og små mengder av det størkner på nytt på skjæreoverflaten. Dette "omstøpte laget" er kanskje 0,001-0,01 mm tykt, men det er hardere og sprøere enn grunnmaterialet. For noen applikasjoner spiller dette ingen rolle. For andre (for eksempel utmattelseskritiske deler) er det et stort problem og må fjernes ved håndpolering. Vi gjorde en gruppe deler for et F1-team i fjor (igjen, NDA, men de er røde) der fjerning av omstøpt lag la til 2 timers håndarbeid per del.
Taper– Selv på maskiner med to-akser, hvis ledningen ikke er helt vertikal, får du avsmalning. Vanligvis bittesmå – kanskje 0,01 mm over 50 mm høyde – men den er der. På kritiske deler bruker James tider på å sjekke og justere ledningens vertikalitet. Han har hele dette ritualet med en skiveindikator som jeg er ganske sikker på er minst 50% overtro, men delene kommer rett ut, så hvem er jeg til å dømme?
Hjørnevask– I innvendige hjørner er ikke spylingen like god, så du får inkonsekvente kutt. Det er kompensasjonsstrategier for dette, men det betyr mer programmeringstid og vanligvis et ekstra skim pass. Hjørnevask er grunnen til at James mumler for seg selv mens han programmerer.
Fremtiden (eller: hva holder ingeniørene våkne om natten)
Hvor er Wire EDM-teknologien på vei?
Raskere kutting– Hver ny maskingenerasjon hevder 20-30 % raskere kuttehastigheter. I virkeligheten er det mer som 10-15% og kommer vanligvis med avveininger i overflatefinish. Men vi tar det. Vår nyeste Fanuc (levert i mars i år, som fortsatt betaler seg) er merkbart raskere enn vår 2015-modell.
Bedre automatisering– Vår Mitsubishi kan kjøre uten tilsyn over natten HVIS alt går perfekt. Stort "hvis" der. De nyere maskinene har bedre trådgjengesystemer, automatisk trådspenningsjustering, alt det gode. Drømmen er lys-bearbeiding. Realiteten er at Steve fortsatt kommer inn klokken 06.00 de fleste morgener for å sjekke nattløpene fordi vi alle har blitt brent før.
Integrert måling– Noen avanserte-maskiner har nå sonderingssystemer som kan måle delen uten å fjerne den fra maskinen. Vi har ikke dette ennå (£40,000+ tillegg-), men jeg har sett det demonstrert og det er skikkelig imponerende. Ville spart James omtrent 30 minutter per del på komplekse jobber.
Bedre gnistteknologi– Nye generatorer med mer kontroll over gnistegenskaper. Finere overflatefinish, mindre omstøpt, bedre hjørnenøyaktighet. Disse tingene blir virkelig bedre, ikke bare markedsføringsfluff.
Praktiske tips (fra noen som har gjort alle feilene)
Siden du sannsynligvis vurderer Wire EDM-arbeid, har du her noen hard-vunnet visdom:
1. Design for Wire EDM– Innvendige hjørner bør ha radier minst lik tråddiameter + forskyvning. Altså 0,25 mm tråd + 0.05mm offset=0.3mm minimumsradius. Vi får tegninger hele tiden med skarpe hjørner spesifisert og må forklare fysikk for designere. Blir fort gammel.
2. Gi tid– Ikke ring oss fredag ettermiddag hvis du trenger deler mandag morgen. Det skjer ikke. Wire EDM tar TID. En typisk liten del er minimum 8-12 timer. Komplekse deler kan være dager.
3. Materiell forberedelse er viktig– Hvis emnet ikke er stress-avlastet, kan det deformeres når vi kutter det på grunn av indre spenninger som frigjøres. Da er toleransene dine søppel. Ikke hopp over stressavlastning på kritiske deler.
4. Starthull– Vi trenger et hull å tre tråden gjennom for å begynne å kutte. De fleste deler trenger et 2-3 mm hull først. Inkluder disse i designet eller vi belaster deg for å bore dem.
5. Kostnaden er ikke lineær– Ved å legge til en andre pasning dobles maskintiden. Strammere toleranser betyr at flere skim-pass. 0.01mm toleranse koster kanskje 20 % mer enn 0,02 mm. Men 0,002 mm toleranse? Det er dobbelt eller trippel fordi vi trenger flere ekstra avslutningspass og alt må være perfekt.
6. Overflatefinish vs toleranse– De er i slekt, men ikke like. Du kan ha stram toleranse med grov finish, eller løs toleranse med speilfinish. Vær tydelig på hva som betyr mest for søknaden din.
De faktisk realistiske applikasjonene
Hvor ser vi Wire EDM mest?
Verktøy- og formfremstilling– Dette er brød- og smørarbeid. Punch dies, forming dies, sprøytestøpe innsatser. Alt som trenger komplekse former i herdet stål. Vi gjør sannsynligvis 40 % av arbeidet vårt for verktøyprodusenter.
Luftfartskomponenter– Turbinbladtakkinger, strukturelle beslag med presis vekt-sparende utskjæringer, alt av titan (som er forferdelig å bearbeide konvensjonelt). Gjorde en gruppe titanbraketter forrige måned som ville vært virkelig umulig på annen måte.
Medisinsk utstyr– Kirurgiske instrumenter, implantatkomponenter, alt som trenger både presisjon og god overflatefinish. Selv om regulatoriske papirer for medisinsk arbeid nesten drepte oss. Jenny brukte TRE UKER på dokumentasjon for vår ISO 13485-sertifisering. Hun er fortsatt bitter over det.
Presisjonsmålere– Pinnemålere, måleblokker, inspeksjonsfester. Kalibreringslaboratoriet nede i veien er en av våre faste kunder.
Automotive– Mest prototype- og motorsportarbeid. Produksjonsvolumene er vanligvis for høye for Wire EDM-økonomi. Men for det F1-laget? Penger er egentlig ikke et problem når du trenger deler som fungerer.
Avslutningen-(fordi dette begynner å bli langt)
Så, hva er Wire EDM?
Det er en presisjonsmetallskjæreprosess som bruker elektriske gnister for å erodere metall, i stand til utrolig nøyaktighet og i stand til å kutte materialer og former som ville være umulig med vanlig maskinering. Det er tregt, noe dyrt, tidvis temperamentsfullt og helt avgjørende for visse typer arbeid.
Er det verdt å lære om? Hvis du er i produksjon, absolutt. Hvis du noen gang trenger komplekse deler laget av harde materialer, vil du sannsynligvis ende opp med å snakke med noen som meg til slutt.
Er vi partiske fordi vi eier fire Wire EDM-maskiner og trenger å holde dem opptatt for å rettferdiggjøre deres eksistens overfor Jenny i regnskap? Kanskje. Men de er virkelig bemerkelsesverdige maskiner når du trenger det de kan.
Hvis du vil se dem i aksjon, gjør vi butikkturer den første torsdagen i hver måned (neste er 1. desember, send en e-post til Sandra for å bestille plass). Rettferdig advarsel: de er ikke spennende å se på – bare en tynn ledning som sakte beveger seg gjennom metall uten at noe dramatisk skjer. Men resultatene er ganske spektakulære.
Og ta med ørepropper. De dielektriske pumpene er HØYE.
P.S.– Åh, og hvis Wire EDM interesserer deg, bør du vite om kusinen:Sinker EDM(også kalt Ram EDM). Bruker en formet elektrode som stuper ned for å brenne hulrom til metall – genialt for å lage mugg. Samme gnistprinsipp, helt andre bruksområder. Vi har ikke en, noe som sparer meg fra å forklare enda en massiv strømregning til Jenny.