วัสดุใดบ้างที่สามารถขึ้นรูปด้วยกระบวนการ EDM ได้? เหล็กกล้าเครื่องมือ คาร์ไบด์ และไทเทเนียม (อธิบายโดยละเอียด)

เครื่องจักร EDM เหมาะสมสำหรับการใช้งานกับเครื่องจักรที่นำไฟฟ้าได้ดี รวมถึงเครื่องจักรที่ไม่สามารถตัดผ่านได้ง่ายหรือมีประสิทธิภาพโดยใช้เทคนิคการเผาแบบดั้งเดิม

การตัดเฉือนด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้า (EDM) หรือการตัดเฉือนด้วย EDM แบบจม (sinker EDM) สำหรับวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ทุกชนิด ในความเป็นจริงแล้วสามารถทำได้ทั้งแบบใช้ลวด EDM หรือแบบจม ความแข็งแรงของวัสดุไม่ใช่ปัญหาในกรณีนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับการกัดหรือการกลึง ซึ่งอายุการใช้งานของเครื่องมือจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความแข็งของวัสดุเพิ่มขึ้นเกิน 50-55 HRC การตัดเฉือนด้วย EDM จะตัดวัสดุด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้า (ประกายไฟ) ที่ควบคุมได้ แทนที่จะใช้แรงตัดเชิงกล ทำให้การตัดเฉือนด้วย EDM เป็นวิธีการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็ง ทังสเตนคาร์ไบด์ และโลหะผสมไทเทเนียม รวมถึงโลหะผสมที่ยากต่อการตัดเฉือนอื่นๆ ที่วิธีการแบบดั้งเดิมนั้นช้า แพง หรือไม่เหมาะสม เนื่องจากทำให้เครื่องมือสึกหรอมากเกินไป เกิดความร้อนสะสม หรือแม้กระทั่งทำให้ชิ้นงานเสียรูปทรง

การขึ้นรูปด้วย EDM มักใช้กับการขึ้นรูปวัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้าและมีความแข็ง ความเหนียว หรือรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน ซึ่งการขึ้นรูปด้วยวิธีดั้งเดิมจะไม่มีประสิทธิภาพหรือทำได้ยาก ในงานแม่พิมพ์และการขึ้นรูปชิ้นส่วน ในชิ้นส่วนอากาศยาน หรือในเครื่องมือที่มีความละเอียดสูงมาก เรามักใช้ EDM เนื่องจากให้ความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำและพื้นผิวที่สมบูรณ์โดยไม่ก่อให้เกิดภาระทางกล แม้ว่าชิ้นส่วนเหล่านั้นจะผ่านการอบชุบความร้อนมาแล้วก็ตาม

เหตุใดค่าการนำไฟฟ้าจึงเป็นตัวกำหนดความสามารถในการขึ้นรูปด้วยเครื่อง EDM

ข้อกำหนดเพียงอย่างเดียวสำหรับการขึ้นรูปวัสดุด้วยเครื่อง EDM คือการนำไฟฟ้า

กระบวนการนี้ทำได้โดยการสร้างลำดับการปล่อยประจุไฟฟ้าความเร็วสูงระหว่างอิเล็กโทรดและชิ้นงานที่จุ่ม (หรือล้าง) อยู่ในของเหลวไดอิเล็กทริก ประกายไฟเหล่านี้สร้างความร้อนเฉพาะจุดที่มีความเข้มสูงมาก ประมาณ 8,000-12,000 องศาเซลเซียส ทำให้วัสดุปริมาณเล็กน้อยระเหยและหลอมละลาย ในกรณีที่ไม่มีการนำไฟฟ้า จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล ไม่มีช่องพลาสมาเกิดขึ้น และไม่มีการกัดเซาะเกิดขึ้น

สารที่กำลังจะตายนั้นย่อมไม่สามารถรองรับการปล่อยประกายไฟที่จำเป็นในการกำจัดวัสดุได้ ในทางกลับกัน ความแข็งแทบไม่มีผลกระทบใดๆ เราได้ทำการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) ชิ้นส่วนที่มีความแข็ง 62 HRC หรือ 65 HRC เป็นประจำโดยไม่มีปัญหาใดๆ ตราบใดที่วัสดุนั้นสามารถนำไฟฟ้าได้

คุณสมบัติทางความร้อนก็มีความสำคัญรองลงมาเช่นกัน: โลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวสูงหรือตัวนำความร้อนที่ไม่ดีจะสึกหรอช้ากว่า และอาจต้องใช้พารามิเตอร์ที่แตกต่างกันในการตรวจสอบการสึกหรอของอิเล็กโทรด หรือเพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบเนียนตามต้องการ

ความเข้าใจ โครงสร้างของเครื่องจักร EDM เป็นอย่างไร ช่วยให้เข้าใจได้ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าเหตุใดการนำไฟฟ้าจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะวงจรประกายไฟทั้งหมดขึ้นอยู่กับการนำไฟฟ้า

เหล็กกล้าเครื่องมือ: วัสดุที่ใช้ในการตัดเฉือนด้วยเครื่อง EDM ที่พบได้บ่อยที่สุด

เหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งยังคงเป็นหนึ่งในเหล็กกล้าที่นิยมชุบแข็งมากที่สุด วัสดุสำหรับร้านทำแม่พิมพ์และดาย ซึ่งผ่านกระบวนการขึ้นรูปด้วยเครื่อง EDM

เหล็กกล้าเครื่องมือ เช่น H13, D2 และ P20 เป็นวัสดุหลักที่ใช้ในแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก แม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูป และเครื่องมือตีขึ้นรูป หลังจากการอบชุบความร้อนแล้ว เหล็กกล้าเหล่านี้จะแข็งมากจนยากต่อการกัดหรือเจียร เว้นแต่ว่าเครื่องมือกัดจะสึกหรออย่างรวดเร็ว มิฉะนั้นอาจแตกได้ การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) ช่วยหลีกเลี่ยงปัญหานี้ได้ เพราะไม่มีการสัมผัส ไม่มีแรงโก่งงอ และไม่มีการเปลี่ยนแปลงรูปทรง

การตัดด้วยลวด EDM มักใช้ในการเติมรายละเอียดเล็กๆ ในโพรง หรือการตัดด้วยลวด EDM แบบจมน้ำ ใช้กับร่องลึกและมุมแหลมในบล็อกที่ผ่านการชุบแข็งแล้ว กระบวนการนี้ช่วยรักษาระดับความแข็งของวัสดุให้สูง และรักษาเสถียรภาพของมิติได้ดีเยี่ยม ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับค่าความคลาดเคลื่อนที่ ±0.005 มม. หรือต่ำกว่า

ในทางปฏิบัติ การตัดเฉือนด้วยเครื่อง EDM สำหรับเหล็กกล้าเครื่องมือสามารถคาดการณ์ผลลัพธ์ได้ โดยใช้ขั้วไฟฟ้าทองแดงหรือกราไฟต์มาตรฐาน และการตกแต่งผิวหลายรอบเพื่อให้ได้ค่าความเรียบผิว Ra อยู่ที่ -0.4 ถึง -0.8 มม. เป็นเรื่องปกติ

คาร์ไบด์: เหตุใดการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) จึงมักเป็นวิธีการตัดเฉือนที่นิยมใช้

ในกรณีของทังสเตนคาร์ไบด์ รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนส่วนใหญ่มักทำได้โดยใช้กระบวนการ EDM เท่านั้น โดยไม่ทำให้เครื่องมือหรือชิ้นงานเสียหาย

ความแข็งและความเปราะของคาร์ไบด์ (โดยทั่วไปอยู่ที่ 8592 HRA) เป็นฝันร้ายสำหรับ... เครื่องจักรกลแบบดั้งเดิมเครื่องมือคาร์ไบด์ทำงานผิดปกติ เครื่องมือเพชรสึกหรอเร็ว และการเจียรชิ้นงานที่มีรูปทรงหยาบทำได้ช้า ส่วนการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) นั้นไม่มีการสัมผัสทางกายภาพ ดังนั้นสิ่งเดียวที่อาจเป็นปัญหาคือการสึกหรอของอิเล็กโทรด (ซึ่งสามารถควบคุมได้ด้วยการตั้งค่าที่เหมาะสม)

โดยทั่วไปแล้วจะใช้ในงานเจาะคาร์ไบด์ แม่พิมพ์ขึ้นรูป แม่พิมพ์ดึง และเม็ดมีดสึกหรอในแม่พิมพ์ นอกจากนี้ การตัดด้วยลวด EDM ยังแสดงให้เห็นว่าสามารถตัดร่อง/โปรไฟล์ละเอียดบนส่วนของมุมภายในที่คม ซึ่งเป็นปัญหาที่คล้ายกับการเจียร การกัดคาร์ไบด์ให้ค่าความคลาดเคลื่อนอยู่ในช่วง ±0.002 มม. สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่สามารถกัดได้

ข้อได้เปรียบที่สำคัญคืออะไร? พวกมันไม่มีความเสี่ยงต่อการแตกร้าวขนาดเล็กเนื่องจากแรงทางกล และผลลัพธ์ที่ได้มีความสม่ำเสมอแม้กระทั่งในเกรดที่ใช้โคบอลต์เป็นสารยึดเกาะ

ไทเทเนียมและโลหะผสมพิเศษ: การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) สำหรับโลหะที่ขึ้นรูปยาก

โลหะผสมไทเทเนียมและซูเปอร์อัลลอย เช่น อินโคเนล เป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยมที่สามารถใช้ในการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) ได้ เนื่องจากมีแรงตัดสูง การแข็งตัวจากการทำงาน และพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนสูง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อทำการตัดเฉือนวัสดุแบบดั้งเดิม

ไทเทเนียม (Ti-6Al-4V) เป็นวัสดุที่มีการนำความร้อนต่ำและมีความแข็งแรงสูง ส่งผลให้เครื่องมือสึกหรอเร็วและการกำจัดเศษวัสดุด้วยการกัดหรือการกลึงทำได้ไม่เพียงพอ กระบวนการ EDM ช่วยขจัดปัญหาเหล่านั้นได้ทั้งหมด ไม่มีแรงตัด มีการป้อนความร้อนให้กับวัสดุเพียงเล็กน้อย และไม่ทำให้เกิดการแข็งตัวของวัสดุ

ชิ้นส่วนโครงสร้างไทเทเนียม ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและไทเทเนียมที่แข็งกว่านั้น ช่องเจาะที่มีรูพรุนละเอียดในไทเทเนียมชุบแข็งจะถูกขึ้นรูปโดยใช้เครื่อง EDM แบบลวดและเครื่อง EDM แบบจม ตามลำดับ เช่นเดียวกับอินโคเนล (และโลหะผสมนิกเกลอื่นๆ) ข้อกำหนดในการขึ้นรูปมีความเสถียร และการขึ้นรูปจะไม่เสียรูปแม้จะมีความแข็งสูงก็ตาม

ค่าความเรียบผิว (Ra) ของชิ้นงานที่ผ่านการกลึง EDM ด้วยโลหะไทเทเนียม ตั้งแต่ระดับหยาบจนถึงระดับละเอียด สามารถต่ำได้ถึง 0.2-0.6 u

วัสดุที่ไม่สามารถขึ้นรูปด้วยเครื่อง EDM ได้

โดยปกติแล้ว กระบวนการ EDM มาตรฐานไม่สามารถทำเช่นนี้ได้ เนื่องจากอุปกรณ์ใดๆ ก็ไม่สามารถปล่อยประจุไฟฟ้าเข้าไปในวัสดุได้ และจึงไม่มีตัวนำไฟฟ้าเข้ามาเกี่ยวข้อง

วัสดุนี้ประกอบด้วยเซรามิกเป็นส่วนใหญ่ (อะลูมินา เซอร์โคเนีย) พลาสติกบริสุทธิ์ วัสดุผสมที่ไม่นำไฟฟ้า และแก้ว แม้แต่โลหะเคลือบบางชนิด (อะลูมิเนียมชุบอะโนไดซ์หนา) ก็สามารถต้านทานการลุกลามของประกายไฟได้

ในกรณีที่วัสดุเหล่านี้ต้องการความแม่นยำสูง:

• สามารถใช้กระบวนการตัดเฉือนแบบอื่นได้ เช่น การตัดเฉือนด้วยเลเซอร์ การตัดเฉือนด้วยคลื่นอัลตราโซนิค หรือการเจียระไนด้วยเพชร
• พิจารณาโซลูชันแบบผสมผสาน (เช่น เซรามิกส์ที่ใช้เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ช่วยในห้องปฏิบัติการ)
• ควรใช้วัสดุตัวนำไฟฟ้าชนิดอื่นทดแทนหากเป็นไปได้ (เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีสารเติมแต่ง)

บางครั้งเราก็ทำงานเกี่ยวกับเครื่องมือ ซึ่งในกรณีนั้นเราจะมีชิ้นส่วนที่ไม่นำไฟฟ้าอยู่ ซึ่งเราก็จะใช้วิธีการเจียรหรือวิธีอื่นใดที่สามารถกำจัดมันออกไปได้

การเลือกใช้วัสดุส่งผลต่อความแม่นยำและคุณภาพผิวงานของการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) อย่างไร

คุณสมบัติของวัสดุมีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพของกระบวนการ EDM ในแง่ของความเร็วในการตัดเฉือนหรือความหยาบผิวขั้นสุดท้าย และการสึกหรอของอิเล็กโทรด

สารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวสูง เช่น คาร์ไบด์และไทเทเนียม มีโอกาสสึกกร่อนน้อยกว่า และต้องการพลังงานในการใช้งานมากกว่า หรือต้องใช้เวลาในการทำงานนานขึ้น การนำความร้อนที่ไม่ดี (เช่น ไทเทเนียม อินโคเนล) อาจส่งผลให้เกิดหลุมลึกที่สามารถแก้ไขได้ ซึ่งส่งผลต่อความหยาบของพื้นผิว

โลหะผสมบางชนิดทำให้ขั้วไฟฟ้าสึกหรอได้ง่ายกว่า เช่น ไทเทเนียมจะสึกหรอมากกว่าเหล็กเล็กน้อย เว้นแต่ว่าเวลาในการปล่อยกระแสไฟฟ้าจะต่ำ พารามิเตอร์ต่างๆ มีความสำคัญอย่างยิ่ง: เวลาในการทำงานที่สั้นลงและกระแสไฟฟ้าที่ต่ำลงจะทำให้ได้ผิวงานที่ละเอียดกว่า (สามารถทำค่า ra ได้ถึง 0.4 ไมโครเมตร) ในขณะที่การตั้งค่าสำหรับการกัดหยาบจะทำให้เกิดหลุมขนาดใหญ่

ในทางปฏิบัติ เรามักทำการทดสอบการตัดบนวัสดุจริงเพื่อกำหนดพารามิเตอร์ทีละขั้น สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการเพิ่มประสิทธิภาพ แม้แต่แผนภูมิโดยทั่วไปก็มีประโยชน์ ในความเป็นจริง ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับโลหะผสมและการอบชุบความร้อน

สรุป — การเลือกวัสดุให้เหมาะสมกับความสามารถของเครื่อง EDM

สุดท้ายแล้ว ความเหมาะสมของวัสดุ EDM ขึ้นอยู่กับ... การนำไฟฟ้ามากกว่าความแข็ง กระบวนการนี้โดดเด่นในจุดที่เทคนิคอื่นๆ ล้มเหลว เช่น เหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งที่มีความแข็ง 60+ HRC ซึ่งเปราะบาง คาร์ไบด์ที่ไม่ทนความร้อน โลหะผสมไทเทเนียมที่ทนความร้อน และโลหะผสมพิเศษที่ทนความร้อนสูง เช่น อินโคเนล

สำหรับวิศวกรด้านแม่พิมพ์ ผู้จัดการจัดหา หรือหัวหน้าโครงการ OEM ที่กำลังมองหาทางเลือกที่เชื่อถือได้และมีความเครียดต่ำ ซึ่งยังคงรักษาความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำและคุณภาพพื้นผิวไว้ได้ การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) เป็นทางเลือกที่สะดวกอย่างยิ่ง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับว่าวัสดุนั้นสามารถนำไฟฟ้าได้หรือไม่ และวิธีการแบบดั้งเดิมจะส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของชิ้นส่วนหรือทำให้ระยะเวลานำส่งยาวนานขึ้นหรือไม่