"Mate, hoe snijdt hij metaal zonder het aan te raken?" vroeg hij mij.
En toen besefte ik dat we al zo lang in deze branche zitten dat we ervan uitgaan dat iedereen weet wat draadvonken is. Dat doen ze niet. Zelfs onze klanten raken soms in de war, en dit zijn mensen die precisieonderdelen bestellen waarvoor toleranties nodig zijn die strikter zijn dan een... nou ja, laat maar, je begrijpt wel wat ik bedoel.
Dus hier gaan we. Wire EDM uitgelegd door iemand die dit al 18 jaar doet en rugklachten heeft om het te bewijzen.
De werkelijke naam (en waarom niemand deze gebruikt)
Wire EDM staat voor Wire Electrical Discharge Machining. Sommige mensen noemen het draaderosie, of vonkbewerking, of – als je echt ouderwets bent- – vonkerosie. De Yanks noemen het soms "kaassnijder", wat ik hilarisch vind, maar op de een of andere manier ook accuraat.
Maar het punt is: niemand op onze werkvloer zegt daadwerkelijk voluit 'Wire EDM'. Het is gewoon 'de draadmachine' of 'de Fanuc' (want dat is het merk waar we er drie van hebben) of soms 'die verdomde temperamentvolle machine in de hoek' als het ons verdriet doet.
En dat is vaker dan ik zou willen, kan ik je vertellen.
Dus wat IS het eigenlijk?
Stel je voor dat je door een blok gehard staal probeert te snijden. Gehard, wat betekent dat je er met traditionele methoden niet in kunt boren, frezen of er veel mee kunt doen. Het is gewoon te verdomd moeilijk: goed gereedschapsstaal, 60 HRC, het spul dat hardmetalen frezen lacht.
Draadvonk maakt het niet uit. Het snijdt er doorheen als boter. Nou ja, heel langzame boter. Zeer dure, zeer precieze boter.
Zo werkt het (en ik beloof dat dit de vereenvoudigde versie is):
Je hebt een superdunne draad- – we hebben het over typisch 0,25 mm, dunner dan een gitaarsnaar – die tussen twee geleiders wordt gespannen. Deze draad fungeert als één elektrode. Je werkstuk is de andere elektrode. Beiden zijn ondergedompeld in gedeïoniseerd water (later meer over die ramp).
Vervolgens laat u elektrische stroom door de draad lopen, waardoor duizenden kleine vonkjes per seconde – zoals miniatuurbliksemschichten – ontstaan tussen de draad en uw onderdeel. Elke vonk doet een klein stukje van het metaal smelten en het water spoelt het vuil weg.
De draad raakt het werkstuk nooit echt. Er is altijd een kleine opening – misschien 0,01 mm – waar alle vonken ontstaan. Het lijkt op magie, alleen is het natuurkunde, en het is veel duurder dan magie.
Waarom we dit eigenlijk doen (als er reguliere bewerking bestaat)
Goede vraag. Regelmatig CNC-frezen is sneller, goedkoper en eenvoudiger. Dus waarom zou u zich druk maken over draadvonken?
Omdat u soms dingen moet doen die reguliere bewerking simpelweg niet kan:
Geharde materialen– Ik heb dit al genoemd, maar het is enorm. We snijden de hele dag gereedschapsstaalonderdelen die elk normaal snijgereedschap zouden vernietigen.
Onmogelijke vormen– Probeer een vierkante binnenhoek te frezen. Ga door, ik wacht wel. Kan niet, toch? De snijder is rond. Maar met draadvonken kunt u scherpe interne hoeken krijgen, omdat de draad van richting kan veranderen. We hebben vorige maand een klus gedaan voor een bedrijf in medische apparatuur (NDA, ik kan niet zeggen wie, maar ze maken chirurgische instrumenten) met interne hoeken die absoluut cruciaal waren. Draadvonken was de enige optie.
Kleine functies– Sleuven smaller dan welke vingerfrees dan ook? Geen probleem. We hebben onlangs sleuven van 0,3 mm breed door 50 mm gehard staal gesneden. Probeer dat eens op een molen, ik daag je uit.
Geen snijkrachten– Dit is het stukje dat mensen versteld doet staan. Omdat de draad het onderdeel nooit raakt, is er geen snijkracht. Nul. Dat betekent dat u ongelooflijk delicate of dun{3}}onderdelen met dunne wanden zonder vervorming kunt snijden. Vorig jaar hebben we een aantal ruimtevaartbeugels gesneden met een wanddikte van 0,5 mm. Op een molen trilden ze en braken ze.
De verschillende soorten (want die zijn er uiteraard)
Er zijn eigenlijk twee hoofdsmaken:
Machines met twee-assen– Het basistype. Draad gaat recht op en neer, snijdt verticale muren door. Dit is wat wij het meeste in de winkel hebben. Onze drie Fanuc-machines hebben allemaal twee- assen en ze nemen waarschijnlijk 80% van ons werk voor hun rekening.
Machines met vier--assen– De fraaie waarbij de bovenste en onderste draadgeleiders onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen. Dit betekent dat je taps toelopende muren, complexe 3D-vormen, turbinebladen en dat soort dingen kunt snijden. We hebben één Mitsubishi-eenheid met vier- assen die meer heeft gekost dan mijn huis (letterlijk: ik heb de factuur gecontroleerd toen we hem in 2019 kochten, daarna mijn hypotheek opgezocht en een beetje gehuild).
Vroeger was er een onderscheid tussen ‘reizende draad’ en ‘stationaire draad’, maar reizende draad won die strijd tientallen jaren geleden. Om nu een stationaire draadmachine te vinden, zou je naar een museum moeten gaan.
De draad zelf (zoiets simpels, zo'n nachtmerrie)
Je zou denken dat draad eenvoudig zou zijn, toch? Het is maar draad.
Oh, jij lieve zomerkind.
We gebruiken meestal messingdraad. Het is eigenlijk messing met een-zinklaag, dat de elektriciteit goed geleidt en niet zo gemakkelijk breekt. De typische maat is een diameter van 0,25 mm, hoewel we alles op voorraad hebben, van 0,1 mm (voor echt fijn werk) tot 0,3 mm (voor ruw snijden).
De draad is duur. Geen "luxe auto" duur, maar een spoel van 5 kg kost ongeveer £ 80-120, afhankelijk van de kwaliteit, en deze machines gaan er doorheen alsof ... nou, stel je voor dat je breit met draad die je onderweg weggooit. We geven waarschijnlijk £ 15.000 per jaar uit aan draad. Jenny van accounts brengt dit ter sprake Elke. Enkel. Begroting. Ontmoeting.
En hier is het leuke: de draad wordt één keer gebruikt en vervolgens weggegooid. Het passeert precies één keer de snijzone, wordt elektrisch geërodeerd en verzwakt en gaat vervolgens rechtstreeks naar de schrootbak. We hebben een enorme bak met gebruikt draad in de hoek van de winkel. De recyclinginzameling vindt elke dinsdag plaats, en zelfs zij lijken in de war door de hoeveelheid draad die we genereren.
Draadbreuken zijn de vloek van ons bestaan. De machine zoemt lekker mee, snijdt een onderdeel af en SNAP dan. Draad breekt. Machine stopt. Je moet er een nieuwe draad doorheen halen (wat op sommige delen 20 minuten kan duren), zoeken waar je was in de snede en opnieuw opstarten. Verloren tijd, verloren geld, en als je mij bent, ben je je geduld kwijt, want dit is de DERDE pauze vandaag.
Waarom breekt draad? Maak uw keuze:
Spark-instellingen te agressief
Draadspanning verkeerd
Vervuilde diëlektrische vloeistof
Pech (dit is een legitieme reden)
Mercurius retrograde (grapje, maar nog maar net)
De watersituatie (of: waarom onze elektriciteitsrekeningen krankzinnig zijn)
Weet je nog dat ik gedeïoniseerd water noemde? Ja, dat is een hele zaak.
Het water in een draadvonkmachine dient meerdere doelen:
Koelt de vonkzone
Spoelt het metaalafval weg
Werkt als een diëlektricum (elektrische isolator totdat de spanning hoog genoeg wordt om te vonken)
Maar het MOET gedeïoniseerd worden – wat betekent dat alle mineralen en ionen verwijderd zijn. Normaal kraanwater geleidt de elektriciteit te gemakkelijk en je krijgt dan alleen maar kortsluiting in plaats van gecontroleerde vonken.
We hebben dus een enorm deïonisatiesysteem. Het is eigenlijk een waterzuiveringsinstallatie in de hoek van onze werkplaats. Filters, harstanks, pompen, de fabriek. Alleen al het onderhoud aan dit ding kost ons ongeveer £ 3.000 per jaar.
En het waterdebiet! We pompen honderden liters per minuut door deze machines. De Mitsubishi verbruikt ongeveer 60 liter per minuut. Dat is elke 2-3 minuten een badkuip. Gewoon constant circuleren, filteren, koelen, recirculeren.
Onze milieu-inspecteur kwam vorig jaar op bezoek (aardige vrouw, zeer grondig, maakte ons doodsbang) en was eigenlijk onder de indruk van hoe schoon ons waterbeheer is. Blijkbaar zijn de meeste winkels veel erger. We voelden ons vreemd trots, zoals wanneer je -schoonmoeder- je schoonmoeder complimenteert met je huishouding.
Programmeren van deze beesten (of: waarom we James te veel betalen)
Draadvonken programmeren is… bijzonder.
Het is niet zoals bij normaal CNC-programmeren, waarbij u het gewoon kunt aanpassen en gaandeweg kunt aanpassen. Als je het verkeerd doet, heb je óf een heel dure blanco verpest, óf je zit daar 20 uur lang lucht te snijden omdat je compensaties verkeerd zijn.
James is onze leidende Wire EDM-programmeur. Hij is hier sinds 2007 en kent deze machines beter dan zijn eigen kinderen (zijn woorden, niet de mijne, hoewel zijn vrouw wel lachte toen hij het vorig jaar op het kerstfeest zei). We betalen hem heel goed, omdat het vinden van iemand die Wire EDM-programmeren echt begrijpt, net zoiets is als het vinden van een eenhoorn. Een eenhoorn die goed is in wiskunde en het niet erg vindt om de hele dag naar CAD-modellen te staren.
De software genereert het toolpad, maar u moet rekening houden met:
Draadoffset (de opening tussen draad en onderdeel)
Meerdere passages (ruw zagen, vlaksnijden, nabewerken)
Conuscompensatie (voor werk met vier- assen)
Entry/exit-strategieën
Hoekvoorwaarden
Voor de meeste onderdelen zijn minimaal twee passages nodig. Bij de eerste passage – de ruwe snede genoemd – wordt het grootste deel van het materiaal snel verwijderd. Vervolgens voert u een of meer skimpasses uit met veel fijnere instellingen om de oppervlakteafwerking en maatnauwkeurigheid te verkrijgen.
Die baan waar ik het eerder over had bij het bedrijf in medische apparatuur? In totaal vijf passen. Het ruw zagen duurde ongeveer 6 uur. Elke skimpas voegde nog eens 3-4 uur toe. James besteedde meer tijd aan het programmeren ervan dan de machine aan het snijden ervan.
De cijfers die iedereen wil (maar ga zitten)
"Hoe nauwkeurig is het?" – Elke klant, ooit.
Bij de meeste klussen houden we routinematig ±0,005 mm aan. Dat is vijfduizendsten van een millimeter. Vijf micron. Ongeveer 1/10e van de dikte van een mensenhaar.
Op onze Mitsubishi met vier- assen, wanneer James een goede dag heeft en de machinegoden glimlachen, kunnen we ±0,002 mm bereiken. Dat is het terrein van de meetonzekerheid, waar we er niet helemaal zeker van zijn dat onze meetapparatuur nauwkeurig genoeg is om te verifiëren wat we daadwerkelijk hebben gemaakt.
Oppervlakteafwerking? Meestal rond de 0,2-0,4 Ra (dat is een ruwheidsmeting) bij vlaksneden. Ga naar 0,1 Ra als we het echt proberen, maar op dat moment ben je eeuwen bezig met finishpassen.
Maar hier is het vuile geheim dat niemand je vertelt:Draadvonken is LANGZAAM.
Die 50 mm dikke stalen plaat waar ik het eerder over had? Ruw zagen met onze typische instellingen? Ongeveer 30-40 vierkante millimeter per minuut. Een uitsnede van 100 mm x 100 mm duurt dus 3-4 uur. DAN doe je je skimpassen.
We hebben vorige week een klus geciteerd waarbij de klant geschokt was dat het 40 uur machinetijd zou kosten. 'Kun je het niet gewoon... versnellen?' vroegen ze. Nou ja, technisch gezien, maar dan ziet jouw onderdeel eruit als onzin en valt de maatnauwkeurigheid uit het raam. Er is geen gratis lunch in Wire EDM.
Snelheid versus afwerking versus nauwkeurigheid – kies er twee, je kunt ze niet alle drie hebben.
Wanneer moet ik Wire EDM NIET gebruiken (het eerlijke stukje dat mijn baas wenst dat ik niet zou schrijven)
Kijk, wij verdienen geld als u onze Wire EDM-diensten gebruikt. Maar laat me je wat tijd en geld besparen:
Als je het kunt malen, maal het dan. Regelmatige CNC-bewerking is waarschijnlijk 10x sneller en de helft goedkoper voor het meeste werk.
Als uw toleranties losser zijn dan ±0,02 mm, heeft u waarschijnlijk geen draadvonken nodig.
Als uw materiaal zacht is (aluminium, zacht staal, plastic), gebruik dan zeker geen draadvonken. Het zal werken, maar het is een enorme overkill.
Als je alleen externe vormen nodig hebt en deze niet gek complex zijn, is waterstraalsnijden waarschijnlijk goedkoper.
We hebben vorige maand een klus afgewezen - een man wilde dat we EDM-bedrading zouden doen en een paar aluminium beugels zouden afsnijden. Ik zei tegen hem: "Maat, laat deze frezen. Elke machinewerkplaats kan dit in een kwart van de tijd doen voor de helft van de prijs." Hij waardeerde de eerlijkheid en stuurde ons uiteindelijk een andere klus waarvoor eigenlijk Wire EDM nodig was. Soms loont eerlijk zijn.
Maar vertel de verkoopafdeling niet dat ik werk weggeef. Ze ergeren zich nu al aan mij vanwege de blogpost die ik in augustus schreef over te dure gereedschappen. Dat zorgde voor wat... discussies.
Veelvoorkomende problemen (of: waarom ik stressdromen heb over draadbreuken)
Draad breekt– Het is al genoemd, maar serieus: dit is 80% van onze problemen. We hebben verschillende draden geprobeerd, verschillende spanningen, een kip opgeofferd aan de machinegoden (grapje... meestal). Op sommige dagen besluit de machine gewoon dat hij je haat.
Diëlektrische vervuiling– Metaalresten hopen zich op in het water, de geleidbaarheid neemt toe, de vonken worden inconsistent en onderdelen komen er ruw uit te zien. We veranderen onze filters religieus elke week. Religieus. Het staat op de planning, met rode pen, tweemaal onderstreept.
Herschikte laag– Door het vonkproces smelt metaal, en kleine hoeveelheden ervan worden opnieuw vast op het snijoppervlak. Deze "herschikkingslaag" is misschien 0,001-0,01 mm dik, maar is harder en brosser dan het basismateriaal. Voor sommige toepassingen maakt dit niet uit. Voor anderen (bijvoorbeeld voor vermoeidheidsgevoelige onderdelen) is het een groot probleem en moet het met de hand worden verwijderd. We hebben vorig jaar een reeks onderdelen gemaakt voor een F1-team (opnieuw een geheimhoudingsverklaring, maar ze zijn rood), waarbij het verwijderen van de herschikte laag 2 uur handwerk per onderdeel opleverde.
Taper– Zelfs op machines met twee- assen wordt de draad taps als deze niet perfect verticaal is. Meestal klein – misschien 0,01 mm op een hoogte van 50 mm – maar hij is er. Op cruciale onderdelen besteedt James eeuwenlang aan het controleren en aanpassen van de verticale draad. Hij heeft een heel ritueel met een meetklok waarvan ik vrij zeker weet dat het voor minstens 50% bijgeloof is, maar de onderdelen komen duidelijk naar voren, dus wie ben ik om te oordelen?
Hoek wassen– In de binnenhoeken is de spoeling niet zo goed, waardoor je inconsistente sneden krijgt. Daar zijn compensatiestrategieën voor, maar het betekent meer programmeertijd en meestal een extra skimpas. Corner wash is de reden dat James in zichzelf mompelt tijdens het programmeren.
De toekomst (of: waar de ingenieurs 's nachts wakker van liggen)
Waar gaat de draad-EDM-technologie heen?
Sneller snijden– Elke nieuwe machinegeneratie claimt 20-30% hogere snijsnelheden. In werkelijkheid is dit meer dan 10-15% en gaat dit meestal gepaard met compromissen in de oppervlakteafwerking. Maar we nemen het. Onze nieuwste Fanuc (geleverd in maart van dit jaar en betaalt zich nog steeds uit) is merkbaar sneller dan ons model uit 2015.
Betere automatisering– Onze Mitsubishi kan 's nachts zonder toezicht draaien ALS alles perfect gaat. Grote "als" daar. De nieuwere machines hebben betere draadinvoersystemen, automatische aanpassing van de draadspanning, al dat goede spul. De droom is de verlichting-van de bewerking. De realiteit is dat Steve de meeste ochtenden nog steeds om zes uur 's ochtends binnenkomt om de nachtelijke runs te controleren, omdat we allemaal al eerder verbrand zijn.
Geïntegreerde meting– Sommige geavanceerde-machines hebben nu meetsystemen die het onderdeel kunnen meten zonder het uit de machine te verwijderen. We hebben dit nog niet (£ 40,000+ extra-), maar ik heb het gedemonstreerd gezien en het is behoorlijk indrukwekkend. Zou James ongeveer 30 minuten per onderdeel besparen bij complexe klussen.
Betere vonktechnologie– Nieuwe generatoren met meer controle over de vonkkarakteristieken. Fijnere oppervlakteafwerkingen, minder herschikking, betere hoeknauwkeurigheid. Dit spul wordt echt beter, niet alleen maar marketingpluis.
Praktische tips (van iemand die alle fouten heeft gemaakt)
Aangezien u waarschijnlijk draad-EDM-werk overweegt, volgt hier wat moeilijk-wijsheid:
1. Ontwerp voor draadvonken– Interne hoeken moeten een straal hebben die minstens gelijk is aan de draaddiameter + offset. Dus 0,25 mm draad + 0.05mm offset=0.3mm minimale straal. We krijgen voortdurend tekeningen met scherpe hoeken gespecificeerd en moeten de natuurkunde aan ontwerpers uitleggen. Wordt snel oud.
2. Geef tijd– Bel ons niet op vrijdagmiddag als u maandagochtend onderdelen nodig heeft. Het gebeurt niet. Draadvonken kost TIJD. Een typisch klein deel is minimaal 8-12 uur. Complexe onderdelen kunnen dagen duren.
3. Materiaalvoorbereiding is belangrijk– Als uw plano niet spanningsvrij is-, kan deze kromtrekken als we deze snijden, omdat er interne spanningen vrijkomen. Dan zijn je toleranties waardeloos. Sla het ontlasten van cruciale onderdelen niet over.
4. Begin met gaten– We hebben een gat nodig om de draad door te voeren om te beginnen met snijden. Voor de meeste onderdelen moet eerst een gat van 2-3 mm worden geboord. Neem deze mee in uw ontwerp, anders brengen wij kosten in rekening voor het boren ervan.
5. De kosten zijn niet lineair– Het toevoegen van een tweede doorgang verdubbelt de machinetijd. Nauwere toleranties betekenen meer skimpasses.. 0.01Mm-tolerantie kost misschien 20% meer dan 0,02 mm. Maar een tolerantie van 0,002 mm? Dat is dubbel of drievoudig omdat we meerdere extra afwerkingspassen nodig hebben en alles perfect moet zijn.
6. Oppervlakteafwerking versus tolerantie– Ze zijn verwant, maar niet hetzelfde. U kunt een nauwe tolerantie hebben bij een ruwe afwerking, of een losse tolerantie bij een spiegelafwerking. Maak duidelijk wat voor uw toepassing belangrijker is.
De daadwerkelijk realistische toepassingen
Waar zien we Wire EDM het meest?
Gereedschap- en matrijzenbouw– Dit is brood en boterwerk. Ponsmatrijzen, vormmatrijzen, spuitgietinzetstukken. Alles wat complexe vormen nodig heeft in gehard staal. Waarschijnlijk doen wij 40% van ons werk voor gereedschapsmakers.
Lucht- en ruimtevaartcomponenten– Vertandingen van turbinebladen, structurele fittingen met precieze gewicht-besparende uitsparingen, alles van titanium (wat vreselijk is om conventioneel te bewerken). Heb vorige maand een partij titanium beugels gemaakt die op een andere manier echt onmogelijk zouden zijn geweest.
Medische apparaten– Chirurgische instrumenten, implantaatcomponenten, alles dat zowel precisie als een goede oppervlakteafwerking vereist. Hoewel het regelgevende papierwerk voor medisch werk ons bijna het leven kostte. Jenny heeft DRIE WEKEN besteed aan de documentatie voor onze ISO 13485-certificering. Ze is er nog steeds verbitterd over.
Precisie meters– Penkalibers, eindmaten, inspectiearmaturen. Het kalibratielab verderop is een van onze vaste klanten.
Automobiel– Voornamelijk prototype- en autosportwerk. De productievolumes zijn doorgaans te hoog voor de economie van draadvonken. Maar voor dat F1-team? Geld is niet echt een probleem als je onderdelen nodig hebt die presteren.
De afsluiting-(omdat dit lang wordt)
Wat is draad-EDM?
Het is een precisiemetaalsnijproces waarbij gebruik wordt gemaakt van elektrische vonken om metaal te eroderen, met een ongelooflijke nauwkeurigheid en in staat materialen en vormen te snijden die met reguliere bewerking onmogelijk zouden zijn. Het is langzaam, enigszins duur, soms temperamentvol en absoluut essentieel voor bepaalde soorten werk.
Is het de moeite waard om er meer over te leren? Als je in de productie werkt, absoluut. Als je ooit complexe onderdelen nodig hebt die gemaakt zijn van harde materialen, zul je waarschijnlijk uiteindelijk met iemand als ik praten.
Zijn we bevooroordeeld omdat we vier draadvonkmachines bezitten en ze bezig moeten houden om hun bestaan tegenover Jenny in de boekhouding te rechtvaardigen? Misschien. Maar het zijn werkelijk opmerkelijke machines als je nodig hebt wat ze kunnen.
Als je ze in actie wilt zien, doen we elke eerste donderdag van de maand winkelrondleidingen (de volgende is 1 december, stuur een e-mail naar Sandra om een plekje te reserveren). Eerlijke waarschuwing: ze zijn niet opwindend om naar te kijken – slechts een dunne draad die langzaam door metaal beweegt zonder dat er dramatische gebeurtenissen plaatsvinden. Maar de resultaten zijn behoorlijk spectaculair.
En neem oordopjes mee. De diëlektrische pompen zijn luid.
P.S.– Oh, en als Wire EDM je interesseert, moet je weten wat zijn neef is:Zink EDM(ook wel Ram-EDM genoemd). Maakt gebruik van een gevormde elektrode die naar beneden zakt om holtes in metaal te branden – briljant voor het maken van mallen. Hetzelfde vonkprincipe, totaal verschillende toepassingen. Die hebben we niet, waardoor ik Jenny niet de zoveelste enorme elektriciteitsrekening hoef uit te leggen.