Ha öntőforma- vagy szerszámüzletet üzemeltet, vagy rendelt már olyan precíziós alkatrészt, amelynek szüksége van erre a hibátlan, karcmentes felületre, valószínűleg elgondolkozott már azon apró változókon, amelyek a tükörfényezést teszik lehetővé. Egy tükörbevonatú süllyesztő szikraforgácsoló beszállítójának tulajdonosaként állandóan kapok ezzel kapcsolatos kérdéseket – többnyire az anyag keménységére összpontosítva, mivel ez az egyik olyan gyártási vagy törési tényező, amelyet a legtöbb ember eleinte alábecsül. Bontsuk ezt le, nincs fülledt tankönyvi zsargon, csak valódi beszéd valakitől, aki ezt több száz munkahelyen látta.
Először is, maradjunk egyszerűek: a süllyesztős EDM úgy működik, hogy egy sor apró, szabályozott elektromos szikrával erodálja az anyagot a szerszámelektróda (általában réz vagy grafit) és a munkadarab között. Nincs fizikai vágás, nincs nyomás, ezért tökéletes olyan kemény anyagokhoz, amelyek tönkreteszik a malmokat vagy a darálókat. De az anyag keménysége közvetlenül összezavarja a szikrák viselkedését, az anyag eltávolításának gyorsaságát, és ami a legfontosabb, azt a tükörfényezést, amelyet mindannyian szeretnénk.
Van egy példa a múlt negyedévből: egy vásárló műanyag fröccsöntő szerszámot készít egy luxus okostelefon-tokhoz. Az üreg H13 szerszámacélból készült, hőkezelt 52 HRC-ig (Rockwell C, a kemény anyagok szabványa a szerszámokban). Először próbálták meg megmunkálni egy hagyományos süllyesztő szikraforgácsolóval, és Ra 0,8 mikronos felületet kaptak – szép, de nem tükör. Áttértek a CM450 Mirror Finish Die Sinker szikraforgácsoló gépünkre (ez a mi igáslónk a közepes és nagy méretű szerszámokhoz), és felpörgették a beállításokat, de még mindig nem tudták elérni az Ra 0,2 mikron alá, amíg be nem állítottuk az anyag keménységét. Ez a lényeg: a keménység nem csak lelassítja az EDM-et, hanem megváltoztatja a folyamat minden részét.
Kezdjük az anyageltávolítási sebességgel (MRR), mert egyetlen üzlet sem akar egy hetet várni egyetlen üregre sem. A puha anyagok, mint például az izzított alumínium (20 HRC) vagy az előedzett P20 acél (30 HRC), sokkal gyorsabban erodálódnak. A szikráknak nem kell olyan keményen dolgozniuk, hogy megolvasztsák és elpárologtassák az apró anyagdarabkákat – gondoljon erre úgy, mint a vaj vágására vagy a kemény cukorka vágására. De ha 50+ HRC-re ugrik (szerszámacélok, például H13, D2, vagy akár erősen ötvözött acélok, amelyeket repülőgép-alkatrészekhez használnak), minden szikrának több energiát kell alkalmaznia, hogy áttörje az anyag feszes, sűrű szemcsés szerkezetét. 60-70%-os MRR-esést mértem, amikor 30 HRC-ről 55 HRC-re váltottam ugyanazon az EDM gépen. Ez nagy dolog az átfutási idők szempontjából, különösen, ha több üreget is futtat.
De itt van a bökkenő: még ha fel is gyorsíthatja a dolgokat, a felületi minőség megsérül, ha nem állítja be a keménység paramétereit. A puha anyagoknak jobban képlékenyebb a szemcsés szerkezete, így ha szikrák érnek, az olvadt anyag jobban kifröccsen, és apró sorja vagy kráter marad. A kemény anyagok kisebb, egyenletesebb szemcsékkel rendelkeznek, így a szikrák kisebb, egyenletesebb krátereket hoznak létre.haa megfelelő energiabeállításokat használja. Ha nagy energiát használunk egy kemény anyagon, akkor azok a kráterek túl nagyok lesznek, és az egyes szikrákból származó maradékhő mikrorepedéseket okoz a felszínen. Tavaly egy ügyfél hozott egy D2-es acél szerszámot (58 HRC), amelyen mikrorepedések voltak egy versenytárs szikraforgácsoló munkája miatt – szükségük volt rá, hogy a CM300 Mirror Finish Die Sinker szikraforgácsoló gépünkkel (kompakt, nagy pontosságú modellünk a kis, szűk tűrésű alkatrészekhez) végezzük el, és futtassuk a nagyon alacsony energiaigényű, hosszú impulzusú beállításokat. Kaptunk Ra 0,15 mikron (ez a tényleges tükörbevonat – láthatta a tükröződését az üregben), nulla repedés nélkül, de kétszer annyi ideig tartott, mint egy ugyanolyan méretű puha P20-as acél matrica. A sebesség és a befejezés közötti kompromisszumot a keménység határozza meg.
Egy másik nagy: elektródakopás. Senki sem akarja lecserélni a szerszámelektródáját munka közben, különösen a drága rézeket. A keményebb anyagok másképp kopnak az elektródákat. A puha anyagokon a szikrák jobban koptatják az elektróda szélét, mert az anyag egyenetlenül kopik. A kemény anyagokon a szikrák jobban fókuszáltak, így az elektródák kopása lassabb és egyenletesebb. Volt már olyan ügyfelem, aki 100 órás munkát végzett egy 55 HRC szerszámacél szerszámon egyetlen rézelektródával – nem kellett újravágni vagy cserélni –, míg egy 30 HRC P20 acél szerszámon egyszerre két elektródán kellett keresztülmennie. Ez óriási költségmegtakarítást jelent, de csak akkor működik, ha az EDM beállításokat az anyag keménységéhez igazítja. Ha alacsony energiafogyasztású beállításokat végez puha anyagon, akkor az elektróda túl lassú kopása következik be, ami inkonzisztens szikrák kialakulásához vezet. Futtasson nagy energiát egy kemény anyagon, és pillanatok alatt átég az elektródán.
Várj, beszéljünk magáról a tükörbevonatról – mitől lesz egy felület valóban tükör, nem csak „sima”? Arról van szó, hogy az Ra (aritmetikai átlagos érdesség) általában 0,2 mikron alatt van, és nincs benne mikrokráter, sorja vagy hőhatású zóna (HAZ). A HAZ egy vékony anyagréteg közvetlenül a felület alatt, amelyet szikrák hevítettek, így törékennyé válik. Ez gyilkos az olyan alkatrészek számára, amelyeknek ellenállniuk kell a nyomásnak vagy az ismételt használatnak, például a fröccsöntő formáknak. A keményebb anyagoknál kisebb a HAZ, ha megfelelő beállításokat végez, mert sűrű szerkezetük gyorsabban vezeti el a hőt. A puha anyagok viszont tovább tartják a hőt, így a HAZ vastagabb és hajlamosabb a mikrorepedésekre. Mindig azt mondom az ügyfeleknek: ha tükörfényezést szeretneéshosszú alkatrész-élettartam, párosítsa anyagkeménységét a megfelelő EDM-beállításokkal. 40-50 HRC anyagoknál közepes energiájú, 10-20 mikroszekundumos impulzus-bekapcsolási időt használunk. 55+ HRC esetén alacsony energiájú, 2-5 mikroszekundumos impulzus-bekapcsolási időre csökkenünk, még akkor is, ha ez lelassítja a munkát. Ez számunkra nem alku tárgya, mert nem akarunk olyan alkatrészeket kiküldeni, amelyek néhány futás után meghibásodnak.
Meg kell említenem egy gyakori hibát is, amelyet mindig tapasztalok: az emberek azt feltételezik, hogy minden tükörbevonatú szikraforgácsológép ugyanúgy működik, anyagtól függetlenül. Dehogy. CM450 és CM300 gépeinket kifejezetten úgy hangoltuk, hogy az anyag keménysége alapján valós időben állítsák be a szikraenergiát, az impulzusidőt és az öblítési nyomást. Az öblítés egy másik változó, amelyet még nem említettem – az EDM dielektromos folyadékot használ az erodált anyagok öblítésére, a keményebb anyagok pedig kisebb, finomabb részecskéket termelnek. Ha ugyanazt az öblítési nyomást használja kemény anyaghoz, mint egy lágy anyaghoz, akkor vagy túl gyorsan fújja el a részecskéket (ez egyenetlen szikrák kialakulásához vezet), vagy nem elég gyorsan (rövidzárlatot okozva, ami elrontja a felületet). Gépeink adaptív öblítéssel rendelkeznek, amely a szikra visszacsatolása alapján igazodik, ezért olyan szuperkemény anyagokon is megkaphatjuk ezt a tükörfényezést, mint a 60 HRC porkohászati acélok.
Zárjuk le ezt egy valós győzelemmel. Tavaly érkezett hozzám egy repülőgépipari vásárló, aki 440 C-os rozsdamentes acélból készült, 59 HRC-ig hőkezelt üzemanyag-befecskendező alkatrészre volt szüksége. Kipróbáltak 3 másik EDM beszállítót, és mindegyik Ra 0,3 mikronos felületet kapott, ami túl durva volt a specifikációikhoz képest. Használták a CM300 Mirror Finish Die Sinker szikraforgácsoló gépünket, beállították az 59 HRC anyag beállításait, és végül Ra 0,12 mikron lettek – tökéletes, tükörszerű felület, HAZ nélkül, és a munka időben elkészült. A különbség? Nem kezeltük az anyagot általános munkadarabként; minden EDM paramétert a keménysége körül állítottunk be.
Ha olyan munkán dolgozik, amelyhez tükörbevonat szükséges, ne csak válasszon szikraforgácsológépet, és hajtsa végre a beállításokat. Tedd fel magadnak a kérdést: mi az anyag keménysége? Lelassítja a munkát? Be kell állítanom az elektróda kopását vagy öblítését? Számunkra ez az egész játékunk – mi nem gépeket, hanem az Ön anyagszükségletére szabott megoldásokat árulunk, legyen szó puha alumínium öntőformáról vagy szuperkemény repülőgép-alkatrészről.
Ha olyan projektje van, ahol az anyagkeménység zavarja a tükörfényezést, vagy arról szeretne beszélgetni, hogy melyik gépünk felel meg a legjobban az Ön anyagának és specifikációinak, lépjen kapcsolatba velünk. Nincs eladási pálya, csak valódi tanácsok valakitől, aki évek óta a lövészárkokban van ezzel a cuccal.
Hivatkozások
- Kunieda, M., Lauwers, B., Rajurkar, KP és Schumacher, BM (2005). Az EDM fejlesztése a folyamat alapvető betekintésével. CIRP Annals, 54(2), 64-87.
- Ho, KH és Newman, ST (2003). A legmodernebb elektromos kisülési megmunkálás (EDM). International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43(13), 1287-1300.
- Tullis, J. (1992). Rockwell keménységvizsgálat: gyakorlati útmutató. ASTM International.