Wire EDM for Aerospace: Precision Cutting Guide for Critical Components

فروشگاه شما دسته ای از صفحات قفل تیغه توربین اینکونل 718، یک پشته مهر و موم آتش تیتانیومی، و مجموعه ای از درج های سخت شده D2 برای قالب آهنگری ارابه فرود دریافت می کند. این نقشه به تحمل پروفیل در محدوده ± 0.005 میلی‌متر، پوشش سطحی بهتر از Ra 0.8 میکرومتر، و لایه‌ای بدون ریزترک‌های دوباره ریخته‌شده نیاز دارد. برنامه تولید هفت روز به شما فرصت می دهد.

چنین الزاماتی به این دلیل است که سیم EDM چنین جایگاه ثابتی را در تولید هوافضا اشغال می کند. سیم EDM - همچنین نوشته شده با سیم برش EDM یا WEDM - مواد را با تخلیه الکتریکی کنترل شده در یک سیال دی الکتریک حذف می کند، بنابراین سختی و چقرمگی قطعه کار فرآیند را محدود نمی کند، همانطور که آسیاب یا آسیاب را محدود می کند. موادی که برش آنها با ابزار لبه دشوار یا غیرممکن است، هنوز می توانند به یک پروفیل نهایی بریده شوند. مغازه‌های هوافضا برای دهه‌ها برای شکاف‌های درخت صنوبر، ویژگی‌های خنک‌کننده، براکت‌های دقیق، حلقه‌های مهر و موم و محفظه‌های دیوار نازک، که در آن سوراخ‌ها، انحراف ابزار و سوختگی سنگ‌زنی قابل قبول نیستند، به این فرآیند متکی بوده‌اند.

این راهنما نحوه رفتار فرآیند بر روی مواد هوافضا را پوشش می‌دهد، که در آن محدودیت‌های عملی تحمل، پرداخت سطح و یکپارچگی سطح نهفته است، کدام کلاس ماشین برای یک خانواده خاص ارزش در نظر گرفتن دارد، و آنچه را که قبل از سفارش باید بررسی کنید - از جمله آزمایش برش روی مواد خودتان.

چرا سیم EDM برای قطعات هوافضا استفاده می شود؟

سیم EDM هر تخلیه را بین یک الکترود سیمی با انرژی نازک و قطعه کار ایجاد می کند، با ناحیه برش غوطه ور در سیال دی الکتریک (یا شسته شده توسط). سیم هرگز قطعه را لمس نمی کند، شکاف جرقه در چند میکرون نگه داشته می شود و دی الکتریک ذرات مذاب را دور می کند. از آنجایی که نیروی برش اساساً صفر است، دیوارهای نازک خم نمی‌شوند، ویژگی‌های ظریف پاره نمی‌شوند و هیچ ابزار لبه‌ای برای بریدگی یا شکستن وجود ندارد. این همان چیزی است که یک دستگاه EDM سیم CNC را برای قطعاتی که در غیر این صورت تحت بار مکانیکی تغییر شکل می‌دهند، مناسب می‌سازد.

چهار ویژگی در کار هوافضا بیشترین اهمیت را دارند:

• سختی مواد مانعی ندارد. یک درج فولاد ابزار کاملاً سخت شده، یک محفظه Inconel ریخته گری و یک پد سایش کاربید متخلخل را می توان در همان دستگاه برش داد. آنچه تغییر می کند نرخ خوراک قابل دستیابی است، نه امکان سنجی.
• منطقه متاثر از گرما نازک است. از آنجایی که هر تخلیه تنها میکروثانیه طول می کشد و دی الکتریک بلافاصله سطح را خاموش می کند، لایه آسیب دیده بسیار نازک تر از برش لیزر یا پلاسما است.
• فرز مکانیکی وجود ندارد. لایه بازسازی شده در امتداد کانتور یکنواخت است و می توان آن را به جای اتمام دستی با یک پاس تریم کنترل کرد.
• برش پشته عملی است. چندین ورقه نازک را می توان به هم چسباند و به صورت یک پشته برش داد، که باعث افزایش بهره وری برای صفحات مهر و موم و شیم ها می شود.

برای هر بخش جدید، برنامه ریزی تولید هوافضا مقایسه ساخت یا خرید و فرآیند را اجرا می کند. رایج ترین مقایسه سیم EDM در برابر فرز CNC، برش لیزری و واترجت ساینده برای همان هندسه است.

مواد هوافضا مناسب برای سیم EDM

در ساخت هوافضا از خانواده باریکی از آلیاژهای با کارایی بالا استفاده می‌شود و ماشین‌کاری بیشتر آنها با روش‌های معمولی دشوار است: آلیاژهای تیتانیوم، سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل، فولادهای با استحکام بالا، مواد ابزار کاربید و آلیاژهای بدنه آلومینیومی. هر گروه در شکاف EDM رفتار متفاوتی دارد و این تفاوت ها بر نرخ تغذیه، تنش سیم و تنظیمات فلاشینگ تأثیر می گذارد. یک دستگاه EDM برش فلز به لبه برش بستگی ندارد، بنابراین سختی آن را مسدود نمی کند - اما هدایت حرارتی، نقطه ذوب و نحوه انجماد مجدد مواد همچنان نتیجه را شکل می دهد.

جدول زیر نحوه واکنش این مواد معمولاً در تجهیزات WEDM با سرعت متوسط ​​و بالا با استفاده از الکترود سیم مولیبدن و پارامترهای برش استاندارد را به طور خلاصه نشان می دهد.

سرعت برش نسبی برای برنامه ریزی تولید اهمیت دارد. رتبه‌بندی زیر کیفی است و به‌عنوان راهنمای برنامه‌ریزی ارائه می‌شود، نه به عنوان مقادیر اندازه‌گیری شده - نتیجه واقعی به ارتفاع قطعه کار، قطر سیم، شرایط شستشو و تنظیمات ژنراتور بستگی دارد.

این رتبه بندی پیامدهای عملی دارد. یک کار در آلومینیوم می تواند چندین برابر سریعتر از یک کار کاربید معادل انجام شود. همین تفاوت‌ها بر انتخاب ماشین تأثیر می‌گذارد: یک کارگاه برش عمدتاً سوپرآلیاژها از کنترل پالس ریز و یک سیم درایو قوی بهره می‌برد، در حالی که یک کارخانه برش آلومینیوم و فولاد می‌تواند ماشین‌های ساده‌تری را با توان بالاتر کار کند. همچنین توضیح می‌دهد که چرا استراتژی‌های چند برش استاندارد در هوافضا هستند - اولین برش شکل را ایجاد می‌کند و یک یا دو پاس کوتاه باعث بهبود سطح می‌شود و بیشتر لایه‌های بازسازی‌شده را حذف می‌کند. در قطعات تیتانیوم و اینکونل، آن پاس‌های تریم اغلب تفاوت بین قطعه رد شده و تایید شده است.

چهار نکته کاربردی قبل از تنظیم پارامترها:

• پودر تیتانیوم حاصل از برش ساینده است. دی الکتریک را با دقت فیلتر کنید و رسانه فیلتر را طبق برنامه تغییر دهید.
• سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل در صورت قطع شدن برش می توانند سخت شوند. فشار شستشو را ثابت نگه دارید و مراقب ولتاژ شکاف باشید.
• کاربید باید با یک سیم جدید یا تقریباً جدید بریده شود تا از مخروط شدن ناشی از سایش سیم جلوگیری شود.
• برای قطعات آلومینیومی انباشته، یک ورق رویی قربانی اضافه کنید تا از لایه اول در برابر آسیب ورود سیم محافظت کنید.

سیم EDM در مقابل فرز CNC، برش لیزری و واترجت

قرائت مهم این جدول این نیست که سیم EDM برنده هر خط است. فرزکاری اغلب برای جیب‌های بزرگ با مواد نرم سریع‌تر است و واترجت برای صفحات بسیار ضخیم که در آن پرداخت سطح حیاتی نیست ترجیح داده می‌شود. سیم EDM زمانی بهترین حالت خود را دارد که قطعه نازک، پیچیده، ساخته شده از مواد سخت شده باشد یا در پشته ای بریده شده باشد که کیفیت لبه باید در بسیاری از لایه ها یکسان باشد.

در عمل، قطعات هوافضا اغلب با ترکیب فرآیندها تولید می شوند. ممکن است یک جزء آسیاب شود تا مواد حجیم حذف شود، عملیات حرارتی شود و سپس سیم به شکل نهایی بریده شود. این مسیر ترکیبی زمان چرخه را کوتاه می کند و دقت ویژگی های وابسته به سختی را حفظ می کند. از آنجایی که این فرآیند پس از اولین راه‌اندازی بدون مراقبت اجرا می‌شود، یک اپراتور می‌تواند چندین ماشین را در ساعات کم بار نظارت کند، که استفاده از دستگاه را بهبود می‌بخشد.

تحمل ها، سطح پایان و یکپارچگی سطح

نقشه های هوافضا سه ویژگی مرتبط با سطح را کنترل می کنند: دقت ابعادی، زبری سطح و یکپارچگی متالورژیکی. Wire EDM آنها را عمدتاً از طریق تعداد گذرها آدرس دهی می کند. اولین پاس، برش خشن است. هر گذر بعدی با انرژی کمتر با یک افست اجرا می‌شود و پایان را بهبود می‌بخشد و بیشتر لایه بازسازی شده را حذف می‌کند. سیستم کنترل مسیر سیم یکسانی را برای هر عبور نگه می‌دارد، بنابراین آنچه بین پاس‌ها تغییر می‌کند انرژی پالس، افست و نرخ تغذیه است.

اینکه یک قطعه معین به چند پاس نیاز دارد و چه پایانی قابل دستیابی است به ماشین، مواد، استحکام قطعه کار و تنظیمات ژنراتور بستگی دارد. به همین دلیل است که آزمایش برش روی قطعه کار خودتان راه عملی برای تأیید آن است. برای مرجع، خط پایه سری منتشر شده POOSN دقت ماشینکاری 0.02 میلی متر، تا 0.012 ± میلی متر در آخرین تکرار، با زبری سطح به Ra ≤ 1.2 میکرومتر است.

یکپارچگی سطح عاملی است که EDM سیم هوافضا را از برش سیم عمومی جدا می کند. لایه بازسازی شده - لایه سفید - یک فیلم نازک دوباره جامد شده است که پس از عبور ناهموار روی لبه بریده شده باقی می ماند. در عمل صنعتی، برش ناهموار اغلب گزارش می شود که بسته به انرژی پالس، یک لایه سفید بین 15 تا 30 میکرومتر باقی می گذارد. یک برش تریم معمولاً آن را به کمتر از 5 میکرومتر می‌آورد و یک گذر خوب دوباره پایین‌تر می‌آید. اگر آن لایه حاوی ریز ترک ها باشد، می تواند به محل شروع خستگی روی یک دیسک توربین یا یک براکت ساختاری تبدیل شود. نتیجه عملی هر رقم دقیقی باشد یکسان است: یک قطعه هوافضای تایید شده معمولاً باید حداقل یک تریم پاس پس از برش خشن داشته باشد و حد مجاز لایه سفید باید در سفارش خرید یا در نقشه مشخص شود.

هنگامی که یک فرآیند یا ماده جدید واجد شرایط است، خریداران باید یک ارزیابی متالورژیکی بخواهند. روش استاندارد برش دادن قطعه، صیقل دادن و حکاکی کردن سطح مقطع، بررسی لبه زیر میکروسکوپ و ثبت نتیجه است. ارزیابی بخشی از اولین گزارش بازرسی مقاله می شود و تا پایان برنامه حفظ می شود.

برش مخروطی تأثیر خاص خود را بر یکپارچگی سطح دارد. هنگامی که سیم در یک زاویه اجرا می شود، مسیر تخلیه از یک طرف طولانی تر است، که پوشش موضعی را تغییر می دهد و می تواند یک لبه کدرتر در شعاع داخلی ایجاد کند. ماشین‌هایی که برای زوایای مخروطی بزرگ طراحی شده‌اند، با نزدیک نگه داشتن راهنماهای سیم به قطعه کار و حفظ شستشوی مداوم در هر دو طرف، این امر را کاهش می‌دهند - جزئیاتی که برای زمین‌های آب‌بند زاویه‌دار و ویژگی‌های مشابه مهم است. در جایی که قطعه به زاویه مخروطی بزرگ نیاز دارد، ممکن است به دستگاه WEDM مخروطی بزرگ نیاز باشد. در ماشین های استاندارد قابلیت مخروطی بسیار کمتر است.

چگونه یک ماشین EDM سیمی برای هوافضا انتخاب کنیم

سه دسته از دستگاه های EDM سیمی در کار هوافضا رایج هستند: سیم EDM با سرعت بالا، EDM سیم با سرعت متوسط و EDM سیم مخروطی بزرگ. یک ماشین با سرعت متوسط ​​اغلب گزینه مناسبی برای سخت افزار پروازی در نظر گرفته می شود که به تلرانس های محکم و سطح کنترل شده نیاز دارد، زیرا دقت، پرداخت و هزینه عملیاتی را متعادل می کند. ماشین‌های پرسرعت برای برش‌های خشن، آماده‌سازی ابزار و نمونه‌سازی کم‌هزینه مفید هستند. ماشین‌های مخروطی بزرگ در جایی استفاده می‌شوند که خود هندسه زاویه تند را می‌طلبد. از آنجایی که انتخاب صحیح به ترکیب قطعه بستگی دارد، انتخاب باید از کار شروع شود نه از یک شکل مشخص.

با پاکت کار شروع کنید. قطعات هوافضا می‌توانند به طرز شگفت‌آوری بزرگ باشند - برای مثال یک عضو قاب تیتانیومی ممکن است بیش از یک متر عرض داشته باشد - اما اکثر قطعات دقیق به راحتی در یک پاکت با اندازه متوسط ​​قرار می‌گیرند. چک لیست زیر لیستی است که توصیه می کنیم هنگام مقایسه نقل قول ها استفاده کنید:

• هر خانواده قسمت را با اندازه پاکت، جنس، زاویه مخروطی و پوشش مورد نیاز فهرست کنید.
• برش مترها را در ماه محاسبه کنید تا بین یک ماشین و دو تصمیم بگیرید.
• اطمینان حاصل کنید که دستگاه می‌تواند بدون مراقبت کار کند، از جمله سیم‌کشی خودکار قابل اعتماد.
• قبل از صدور سفارش، درخواست تست برش بر روی مواد و هندسه واقعی خود را بدهید.
• برنامه آموزشی و زمان پاسخگویی قطعات یدکی را بین تامین کنندگان مقایسه کنید.

فراتر از کلاس ماشین، پیکربندی مهم است: یک محور سروو با دقت بالا با بازخورد در مقیاس شیشه ای، کنترل کشش سیم خودکار، یک واحد خنک کننده دی الکتریک برای پایداری حرارتی، و یک سیستم فیلتر که به راحتی قابل سرویس است. بسیاری از خریداران همچنین درخواست یک کتابخانه پارامترهای ذخیره شده سازماندهی شده بر اساس مواد می کنند، بنابراین اپراتورها مجبور نیستند تنظیمات را برای هر آلیاژ جدید بازسازی کنند. یک سیم EDM با دقت بالا یک شماره قطعه نیست. این ترکیبی از تراز مکانیکی، کیفیت کنترل و توانایی اپراتور برای خواندن شرایط شکاف است.