1. עקרונות ה-EDM חיתוך בחוט ושיקוע
שי עזיז
06/11/2014
סימטרון ישראל

2. EDM עקרון הפעולה מבוסס על הסרת חומר על ידי פריקה חשמלית.
התהליך מוכר בשם:
Electro Discharge Erosion – ארוזיה כתוצאה מפריקה חשמלית.
ארוזיה – סחיפה.
EDM – Electrical Discharge Machining
במצגת זו נתאר שלושה תהליכי עיבוד מבוססי EDM:
שיקוע
חיתוך חוט
קידוח

6. EDM - "הצורך הוא אבי ההמצאה"
האפקט "המכרסם" של התפרקויות חשמליות צוין לראשונה בשנת על ידי הפיזיקאי האנגלי ג'וזף פריסטלי.
מאוחר יותר ב 1943 גילו שני מדענים רוסיים שניתן לשלוט בסחיפה בצורה מדויקת יותר כאשר האלקטרודות טבולות בנוזל דיאלקטרי (מבודד בעל קוטביות גבוהה).
הדבר הוביל אותם להמצאת מכונת ה EDM הראשונה שיועדה להוצאת מברזים שבורים מחלקים.
על בסיס רעיון זה פותחו מכונות השיקוע והחיתוך בחוט.

7. EDM - עקרון פעולה
תהליך הפריקה מתרחש כאשר 2 גופים מוליכים שאחד מהם טעון במטען חיובי מתקרבים אחד לשני.
ברגע שעוצמת השדה בתווך בין שני האלקטרודות גדולה מכח החומר המתווך ביניהם נוצר מעבר זרם המלווה בניצוץ.
כתוצאה מכך מוסר חומר משני הגופים. הסרת החומר בצורה זו מוכרת בשם ארוזיה.

8. EDM - פרמטרים בתהליך ההתפרקות נוצר חום בטווח של 8000 - 12000 °C
הניצוץ מבוקר בצורה כזו שרק פני השטח במקום בו מתרחש הניצוץ מושפעים מהתהליך. שאר העובד אינו מושפע כלל.
עלייה במתח ובזרם גורמת להאצת הסרת החומר.
ככל שעוצמת הניצוץ גדלה טיב פני השטח נעשה גס יותר ולהיפך.

9. EDM - פרמטרים
תהליך הארוזיה הוא תהליך מחזורי. מחזור אחד מחולק לשני קטעים:
On Time- פרק הזמן שבו יש ניצוץ ומתרחשת הארוזיה.
Off Time - פרק הזמן שבו אין ניצוץ, זמן זה תורם ליציבות התהליך.

10. EDM – הנוזל הדיאלקטרי
בתווך בין שני הגופים מצוי נוזל הנקרא נוזל דיאלקטרי (מבודד בעל קוטביות גבוהה)
במכונות שיקוע – שמן סינטטי שקוף המאופיין בנקודת הבזק גבוהה, צמיגות נמוכה, נידוף מינימאלי.
בחיתוך בחוט - מים מיוננים.
תפקידי הנוזל הדיאלקטרי בתהליך הארוזיה:
שליטה מדויקת יותר בתהליך הארוזיה.
ניקוי שאריות החומר מאזור העבודה.
קירור אזור העבודה.
מניעת התלקחות.

11. EDM - שיקוע

12. EDM שיקוע במכונת השיקוע - מושקעת צורת האלקטרודה בתוך העובד.
בסוף תהליך העיבוד מתקבלת צורתה הנגדית של האלקטרודה על גבי העובד.

13. EDM שיקוע – עקרון פעולה
האלקטרודה דפונה לראש המכונה, העובד דפון לשולחן.
בתנועות נקירה ובהדרגה האלקטרודה מושקעת לתוך עובד.
שניהם טבולים בנוזל הדיאלקטרי.

14. EDM שיקוע – עקרון פעולה
תיאור מחזור עיבוד בודד:
האלקטרודה מבצעת תנועה כלפי העובד
מתרחשת פעולת הפריקה.
מתרחשת הורדת חומר.
האלקטרודה נסוגה מהעובד
הניצוץ מופסק.
הנוזל מפנה את שאריות החומר שהוסר.
נכנס נוזל חדש לתווך שבין האלקטרודה לעובד.
בכל משך העיבוד אין מגע פיסי בין האלקטרודה לעובד ולכן אין חשיבות לקושי העובד !!!.

15. EDM שיקוע – אלקטרודה המכונה מניעה את האלקטרודה כלפי העובד בכוון אחד.
במכונות מסוימות ישנן פונקציות נוספות הנקראות ORBIT המאפשרת לאלקטרודה לנוע בכיוונים נוספים.
ה ORBIT משמש:
לקבלת טיב פני שטח אחידים בקירות וברצפה
לקבלת מידות מדויקות בכיוון הקיר.

16. EDM שיקוע – אלקטרודה
האלקטרודה מיוצרת בעיבוד שבבי ועשויה ברוב המקרים מנחושת.
בתכנון האלקטרודה יש לקחת בחשבון:
גודל הניצוץ (Spark Gap)
תנועת ORBIT
בתהליך הארוזיה גם האלקטרודה נשחקת ומאבדת את צורתה ומידותיה ולכן בעבודות מסוימות ישנו הצורך בהכנת מספר אלקטרודות:
אלקטרודה לעיבוד גס.
עוצמת ניצוץ גדולה.
הסרת נפח מהירה.
טיב שטח גס.
אלקטרודה לעיבוד פיניש.
עוצמת ניצוץ נמוכה
טיב שטח עדין (עד רמת Mirror Finish)

17. EDM שיקוע – אלקטרודה מדוע החומר מוסר מהעובד ולא מהאלקטרודה?
שני הצדדים נשחקים אולם האלקטרודה נשחקת פחות מאשר העובד.
ברוב המקרים האלקטרודה (+) נשחקת כ 0.5% והעובד (-) נשחק כ 99.5%.
האלקטרודה עשויה ברוב המקרים מנחושת המאופיינת בעמידותה הגבוהה בפני שחיקה בתהליך הארוזיה.
השוואה בין פלדת כלים לנחושת המציג את כמות החומר המוסר בנקודת ההתכה.

18. EDM שיקוע – אלקטרודה
בתעשייה יש המשתמשים באלקטרודות גרפית אשר עמידות יותר בפני שחיקה, אולם הגרפית הוא חומר פריך ואינו נוח לעיבוד שבבי.

19. EDM שיקוע – אלקטרודה
גורם נוסף אשר משפיע על כך שהאלקטרודה נשחקת פחות מהעובד הוא קוטביות האלקטרודה והעובד.
טבלה המציגה שילוב של חומרי אלקטרודה ועובד וכיווני קוטביות מומלצים:

20. EDM שיקוע – הנוזל הדיאלקטרי
החומר הדיאלקטרי במכונות שיקוע הוא שמן סינטטי ואחד מתפקידיו הוא פינוי החומר שהוסר בין מחזורי העיבוד.
העיבוד מבוצע בטבילה מלאה ויש לדאוג לזרימה של נוזל נקי לאזור העבודה.
ברוב המקרים משתמשים בצינורית חיצונית.
הנוזל זורם במערכת סגורה ובמהלכו עובר תהליך סינון.
תרשים המתאר שיטות שונות להזרמת הנוזל:

21. EDM שיקוע – יכולות מכונות השיקוע
בתעשייה ישנן מכונות בעלי יכולות מגוונות.
עיבוד בכיווני שונים (Z,Y,X) + סיבוב אלקטרודה.
עיבוד לאורך קונטורים.
עיבוד במיקומים שונים בעובד.
מחליף אלקטרודות אוטומטי.
ראש מסתובב לעיבוד תבריגים.
5 צירים.

22. EDM שיקוע – יתרונות יתרונות: עיבוד חלקים בעלי קשיות גבוהה
הוצאת מברזים שבורים
טיב פני שטח אחידים (עם או בלי חספוס)
רדיוסים קטנים.
עיבוד במקומות בעייתיים – כאלה שדורשים כלים ארוכים וקטרים קטנים.
לא מופעלים כוחות גדולים במהלך העיבוד.
אין בעיות כפיפה.
אין בעיית דפינה.
אין מאמצים בעובד.

23. EDM שיקוע – חסרונות חסרונות: עיבוד חלקים מוליכים בלבד.
תהליך עיבוד איטי ביחס לכירסום וחריטה.
השגת דיוק גבוה מ- 0.02mm± מאריך משמעותית את זמן העיבוד.
מצריך הכנת אלקטרודות מרובות לכל גאומטריה.

24. EDM שיקוע – תיכנות CNC
סימטרון מציעה את תוכנת CimatronE כפתרון מלא משלב תכנון האלקטרודה ועד הפקת תכנית מכונה למכונת השיקוע.
התוכנה מותאמת לכל מכונה ומסוגלת לתמוך בכל הפונקציות הדרושות:
הגדרת אזורי ה- EDM וחילוץ משטחי האלקטרודה מתוך מודל תלת ממדי.

25. EDM שיקוע – תיכנות CNC
תכנון האלקטרודה בעזרת כלים אוטומטים

26. EDM שיקוע – תיכנות CNC
בדיקת התכנון בסימולציה מובנת

27. EDM שיקוע – תיכנות CNC
הפקת תכנית כירסום לאלקטרודה תוך התחשבות בגודל הניצוץ והאורביט.

28. הזנת נתונים בחירת מכונה הפקת תכנית EDM שיקוע – תיכנות CNC
ניהול והגדרת הפרמטרים עבור עיבוד ה EDM באמצעות אפליקציה ייעודית של סימטרון הנקראת EDM-SETUP.
בחירת מכונה
הזנת נתונים
הפקת תכנית

29. EDM שיקוע – תיכנות CNC
הגדרת מספר האלקטרודות לעיבוד שיש לייצר עבור כל אלקטרודה כולל הזנת גודל הניצוץ.

30. EDM שיקוע – תיכנות CNC
הפקת G-code תקין ומותאם למכונה ודוחות ייצור

31. EDM – חיתוך בחוט

32. EDM חוט במכונת החוט מתרחשת פעולת ארוזיה בין החוט לעובד.
החוט נע במישור XY לאורך קונטור וחותך את העובד.

33. EDM חוט

34. סקיצה של מכונת חוט EDM חוט – עקרון פעולה
החוט מונע על ידי מערכת גלגלים המותחים אותו לאורך כל תהליך העיבוד.
תנועת הראשים מאפשרת לחוט לנוע במישור XY.
סקיצה של מכונת חוט

35. סקיצה של מכונת חוט בכל משך העיבוד אין מגע פיסי בין החוט לעובד !!!
EDM חוט – עקרון פעולה
גם בתהליך זה מבוצעת הסרת חומר על ידי פריקה חשמלית בין שני גופים מוליכים אשר מתקרבים אחד כלפי השני. מצד אחד החוט ומנגד העובד.
החוט מבצע תנועה מתמדת כלפי העובד ושומר על מרחק קבוע המאפשר פריקה חשמלית.
הנוזל המוזרם לאזור החיתוך מפנה את שאריות החומר שהוסר ומקרר את האזור.
בכל משך העיבוד אין מגע פיסי בין החוט לעובד !!!
סקיצה של מכונת חוט

36. EDM חוט – החוט קטרי החוט נעים בין ערכים של 0.1-0.3mm
החוט הוא חד פעמי ולא ניתן לשימוש חוזר.
סוגי חומרים עיקרים מהם עשוי החוט:
פליז
טונגסטן
מדוע לא משתמשים בחוט עבה יותר להאצת התהליך?
חוט עבה יותר מגדיל את אזור העיבוד וגורם להסרת חומר רבה יותר ובהתאם קצב העיבוד יורד.
הרדיוס המינימאלי יגדל בהתאם לקוטר החוט.

37. EDM חוט – הנוזל הדיאלקטרי
החומר הדיאלקטרי במכונות חוט הוא מים מיוננים.
מים אלו מוזרמים מתוך הראשים לאורך החוט בעוצמה, בכדי שכל אזור העיבוד יהיה מוצף בנוזל.
בחלק מהמכונות - שולחן המכונה טבול כולו במים.
תפקיד המים:
לשמש כתווך דיאלקטרי.
קירור
פינוי החומר המוסר.
מערכת המים היא מערכת סגורה, המים עוברים קירור, סינון ויינון ומוחזרים לאזור העבודה.

38. EDM חוט – הנוזל הדיאלקטרי
החיסרון העיקרי בשימוש במים הוא החלדה מואצת בפני השטח של העובד. ולכן נשאלת השאלה מדוע מים ולא שמן?
הסיבה העיקרית היא הפחתה משמעותית של מהירות החיתוך. גודל הניצוץ בשמן קטן מאשר במים, לכן הזרמת הנוזל לתווך צר זה לא יעילה מספיק.

39. EDM חוט – הנוזל הדיאלקטרי
החלודה נגרמת כתוצאה מפליטה של יונים חיוביים מהעובד אשר מתערבבים עם החמצן במים.
אחד הפתרונות שפותחו היא מערכת Anti-Rust Circuit אשר טוענת את העובד ביונים שלילים ומונעת את החלודה.
כיום יצרני המכונות מציעים מכונות מבוססות שמן, ללא הפחתה במהירות החיתוך המושגת על ידי שיפורים בבקרה.

40. EDM חוט –מכונות וציוד נלווה
יכולות בסיסיות במכונת חוט
תנועה במישור XY
תנועה של כל ראש בנפרד (UV)
חיתוך חלקים קוניים.
חיתוך ב 4 צירים.
אפשרויות נוספות:
השחלה וקריעת חוט אוטומטית.
שליטה ממוחשבת בציר Z
הצמדת הדיזה העליונה לשטיפה יעילה.
ציר סיבוב שולחני
אינדקס
חריטה
סימולטאני

41. EDM חוט – יתרונות יתרונות החיתוך בחוט: עיבוד חלקים בעלי קשיות גבוהה
טיב פני שטח גבוהים.
רדיוסים קטנים.
דיוק גבוה (~0.005mm)
מקבילות החיתוך (0.005mm/400mm~)
בתהליך החיתוך לא מופעלים כוחות.
אין בעיות כפיפה.
אין בעיית דפינה.
אין מאמצים בעובד.

42. EDM חוט – חסרונות חסרונות החיתוך בחוט: עיבוד חלקים מוליכים בלבד.
תהליך עיבוד איטי ביחס לכירסום וחריטה.
עיבוד עובר לכל אורך העובד.
מגבלת גובה חיתוך (כ- 400 מ"מ).
חמצון מואץ בפני השטח.

43. EDM חוט – תכנות את תוכניות העיבוד מכינים בעזרת תוכנת תיב"ם.
סימטרון מציעה את תוכנת FIKUS אשר תומכת בכל סוגי המכונות.
התוכנה מותאמת לכל מכונה ומסוגלת לתמוך בכל הפונקציות הדרושות.

44. EDM חוט – תכנות שלבי התכנות: טעינת המודל והגדרת קונטורים.
הגדרת תנאי החיתוך הייחודיים לכל מכונה.
בדיקה באמצעות סימולאטור.
הפקת תכנית G-code תקינה ומותאמת למכונה.

45. EDM - קידוח

46. EDM קידוח
במכונת הקידוח מתרחשת פעולת ארוזיה בין האלקטרודה לעובד, ממש בדומה למכונת השיקוע.

47. EDM קידוח האלקטרודה בצורת צינורית נעה בכיוון ציר Z ומסתובבת סביב עצמה.
הנוזל הדיאלקטרי הוא מים והוא מוזרם בלחץ גבוה דרך חור פנימי באלקטרודה לאזור העבודה.

48. EDM קידוח
בקטרים גדולים ישנן מחיצות המיועדות לעיבוד השטח המרכזי.

49. EDM קידוח יתרונות וחסרונות
יתרונות:
קידוח חלקים בעלי קשיות גבוהה.
קטרים קטנים (0.1 מ"מ).
קידוחים עמוקים - עומק קידוח כפונקציה של מהלך ציר Z של המכונה (200 מ"מ).
חסרונות:
קידוח חלקים מוליכים בלבד.
לא מדויק.
קדחים לא מקבילים.
טיב שטח גרוע.
חמצון מואץ של אזור העיבוד.
* מכונה זו משמשת בעיקר לקידוח חורי הכנה עבור מכונת החיתוך בחוט.

50. תודה רבה