Ako vodite tvornicu kalupa ili kalupa, ili ste ikada naručili preciznu komponentu koja treba tu besprijekornu površinu bez ogrebotina, vjerojatno ste se pitali o svim sitnim varijablama koje čine zrcalni završetak. Kao vlasnik dobavljača EDM udubljivača sa zrcalnim završetkom, stalno dobivam pitanja o ovome—uglavnom usredotočena na tvrdoću materijala, jer je to jedan od onih ključnih čimbenika koje većina ljudi isprva podcjenjuje. Razdvojimo ovo, bez zagušljivog udžbeničkog žargona, samo pravi razgovor nekoga tko je vidio ovo kako se događa na stotinama poslova.
Prvo, neka bude jednostavno: erozijska elektroerozija radi erodiranjem materijala nizom sićušnih, kontroliranih električnih iskri između elektrode alata (obično bakrene ili grafitne) i vašeg obratka. Bez fizičkog rezanja, bez pritiska, zbog čega je savršen za tvrde materijale koji bi uništili mlinove ili brusilice. No, tvrdoća materijala izravno utječe na to kako se te iskre ponašaju, koliko se brzo materijal uklanja i, što je najvažnije, zrcalni završni sloj koji svi želimo.
Imam primjer iz prošlog kvartala: kupac izrađuje kalup za brizganje plastike za luksuzno kućište pametnog telefona. Šupljina je izrađena od H13 alatnog čelika, toplinski obrađenog na 52 HRC (Rockwell C, standard za tvrde materijale u alatu). Najprije su ga pokušali obraditi konvencionalnim EDM-om i dobili završnu obradu od Ra 0,8 mikrona — lijepo, ali ne i zrcalno. Prebacili su se na naš CM450 Mirror Finish Die Sinker EDM Machine (to je naš radni konj za srednje do velike matrice) i podigli postavke, ali još uvijek nisu mogli doći ispod Ra 0,2 mikrona dok nismo prilagodili tvrdoću materijala. U tome je stvar: tvrdoća ne usporava samo EDM — ona mijenja svaki dio procesa.
Počnimo s stopom uklanjanja materijala (MRR), jer nijedna trgovina ne želi čekati tjedan dana za jednu šupljinu. Meki materijali, poput žarenog aluminija (20 HRC) ili prethodno kaljenog čelika P20 (30 HRC), erodiraju mnogo brže. Iskre ne moraju toliko djelovati da bi otopile i isparile sitne komadiće materijala—zamislite to kao rezanje maslaca naspram rezanja tvrdih bombona. Ali kada skočite na 50+ HRC (alatni čelici poput H13, D2 ili čak visokolegirani čelici koji se koriste za zrakoplovne dijelove), svaka iskra mora primijeniti više energije da probije čvrstu, gustu strukturu zrna materijala. Izmjerio sam padove MRR-a od 60-70% pri prelasku s 30 HRC na 55 HRC na istom EDM stroju. To je velika stvar za vrijeme isporuke, pogotovo kada imate više karijesa.
Ali ovdje je kvaka: čak i ako možete ubrzati stvari, završna obrada će patiti ako ne prilagodite svoje parametre za tvrdoću. Meki materijali imaju duktilniju strukturu zrna, tako da kada iskre udare, rastopljeni materijal više prska, ostavljajući sitne brazde ili kratere. Tvrdi materijali imaju manja, jednoličnija zrna, pa iskre stvaraju manje, konzistentnije kratere—akokoristite ispravne energetske postavke. Ako koristite veliku energiju na tvrdom materijalu, ti krateri postaju preveliki, a zaostala toplina od svake iskre uzrokuje mikropukotine na površini. Prošle godine, kupac je donio čeličnu matricu D2 (58 HRC) koja je imala mikropukotine od konkurentskog EDM posla—trebali su da je ponovimo s našim CM300 Mirror Finish Die Sinker EDM Machine (naš kompaktni, visokoprecizni model za male dijelove s malom tolerancijom) i da pokrenemo postavke vrlo niske energije, dugog pulsa kako bismo izbjegli to oštećenje toplinom. Dobili smo Ra 0,15 mikrona (to je stvarna zrcalna završna obrada—mogli ste vidjeti svoj odraz u šupljini) s nula pukotina, ali je trebalo dvostruko više od meke P20 čelične matrice iste veličine. Taj kompromis između brzine i završne obrade diktira tvrdoća.
Još jedan veliki: trošenje elektroda. Nitko ne želi zamijeniti svoje alatne elektrode usred posla, pogotovo one skupe bakrene. Tvrđi materijali drugačije troše elektrode. Na mekim materijalima, iskre više troše rub elektrode, jer materijal neravnomjerno erodira. Na tvrdim materijalima, iskre su više fokusirane, pa je trošenje elektrode sporije i dosljednije. Imao sam klijenta koji je radio 100-satni posao na 55 HRC čeličnoj matrici s jednom bakrenom elektrodom—nema potrebe za ponovnim obrezivanjem ili zamjenom—dok bi na 30 HRC P20 čeličnoj matrici prošli kroz dvije elektrode u isto vrijeme. To je velika ušteda, ali funkcionira samo ako EDM postavke uskladite s tvrdoćom materijala. Ako pokrenete niskoenergetske postavke na mekom materijalu, dobit ćete presporo trošenje elektrode, što dovodi do nedosljednog iskrenja. Pustite visokoenergetsku struju na tvrdi materijal i brzo ćete progorjeti elektrodu.
Čekaj, razgovarajmo o samoj zrcalnoj završnoj obradi — što čini površinu doista zrcalnom, a ne samo "glatkom"? Radi se o tome da je Ra (aritmetička sredina hrapavosti) obično ispod 0,2 mikrona i da nema mikrokratera, neravnina ili zona utjecaja topline (HAZ). ZUT je tanak sloj materijala neposredno ispod površine koji je zagrijan iskrama, što ga čini krhkim. To je ubojica za dijelove koji moraju izdržati pritisak ili višekratnu upotrebu, poput kalupa za injekcijsko ubrizgavanje. Tvrđi materijali imaju manji HAZ ako pokrenete ispravne postavke, jer njihova gusta struktura brže raspršuje toplinu. Mekani materijali, s druge strane, dulje zadržavaju toplinu, pa je ZUT deblji i skloniji mikropukotinama. Uvijek kažem kupcima: ako želite zrcalni finišidug životni vijek dijela, uparite tvrdoću materijala s EDM postavkama koje odgovaraju. Za materijale od 40-50 HRC koristimo srednjeenergetska vremena uključivanja pulsa od 10-20 mikrosekundi. Za 55+ HRC, spuštamo se na nisku energiju, vrijeme uključivanja pulsa od 2-5 mikrosekundi, čak i ako to usporava posao. Za nas o tome nema pregovaranja jer ne želimo slati dijelove koji pokažu nakon nekoliko pokretanja.
Također bih trebao spomenuti uobičajenu pogrešku koju stalno vidim: ljudi pretpostavljaju da svi EDM strojevi sa zrcalnim završetkom rade jednako, bez obzira na materijal. Ne. Naši strojevi CM450 i CM300 posebno su podešeni za podešavanje energije iskre, vremena pulsa i tlaka ispiranja u stvarnom vremenu na temelju tvrdoće materijala. Ispiranje je još jedna varijabla koju još nisam spomenula—EDM koristi dielektričnu tekućinu za ispiranje erodiranog materijala, a tvrđi materijali proizvode manje, finije čestice. Ako koristite isti tlak ispiranja za tvrdi materijal kao što biste koristili za mekani, ispuhat ćete čestice prebrzo (što dovodi do nedosljednih iskri) ili nedovoljno brzo (uzrokujući kratke spojeve koji kvare završni sloj). Naši strojevi imaju prilagodljivo ispiranje koje se prilagođava na temelju povratne informacije o iskri, zbog čega možemo dobiti zrcalni završetak čak i na super tvrdim materijalima kao što su 60 HRC metalurški čelici u prahu.
Završimo ovo pobjedom u stvarnom svijetu. Prošle godine obratio mi se kupac iz zrakoplovstva koji je trebao komponentu mlaznice za gorivo izrađenu od nehrđajućeg čelika 440C, toplinski obrađenu na 59 HRC. Isprobali su 3 druga EDM dobavljača i svi su dobili završnu obradu od Ra 0,3 mikrona, što je bilo pregrubo za njihove specifikacije. Upotrijebili su naš CM300 Mirror Finish Die Sinker EDM Machine, podesili postavke za materijal od 59 HRC i završili s Ra 0,12 mikrona—savršenom površinom poput zrcala, bez ZUT-a i posao je završen na vrijeme. razlika? Materijal nismo tretirali kao generički radni komad; prilagodili smo svaki EDM parametar oko njegove tvrdoće.
Ako radite na poslu koji zahtijeva zrcalni završetak, nemojte samo odabrati EDM stroj i podesiti postavke. Zapitajte se: koja je tvrdoća materijala? Hoće li to usporiti posao? Trebam li prilagoditi istrošenost elektrode ili ispiranje? Za nas je to cijela naša igra - mi ne prodajemo strojeve, mi prodajemo rješenja skrojena prema vašim potrebama materijala, bilo da se radi o mekom aluminijskom kalupu ili super-tvrdoj zrakoplovnoj komponenti.
Ako imate projekt u kojem tvrdoća materijala smeta vašoj zrcalnoj završnoj obradi ili želite razgovarati o tome koji bi od naših strojeva najbolje odgovarao vašem materijalu i specifikacijama, obratite nam se. Nema prodajnog govora, samo pravi savjet od nekoga tko je godinama u rovovima s tim stvarima.
Reference
- Kunieda, M., Lauwers, B., Rajurkar, KP, & Schumacher, BM (2005). Unapređenje EDM kroz temeljni uvid u proces. Ljetopis CIRP-a, 54(2), 64-87.
- Ho, KH i Newman, ST (2003). Vrhunska obrada električnim pražnjenjem (EDM). Međunarodni časopis za alatne strojeve i proizvodnju, 43(13), 1287-1300.
- Tullis, J. (1992). Ispitivanje tvrdoće po Rockwellu: praktični vodič. ASTM International.