Kiedy obróbka elektroerozyjna jest potrzebna przy hartowanych detalach narzędziowych

Produkcja precyzyjnego oprzyrządowania dla przemysłu wymaga zachowania ścisłych tolerancji wymiarowych na każdym etapie obróbki mechanicznej. Hartowane detale narzędziowe o skomplikowanej geometrii bardzo często przestają być podatne na klasyczne frezowanie CNC bez ryzyka utraty założonych wymiarów. Zbyt wysoka twardość materiału sprawia, że tradycyjna obróbka skrawaniem staje się wysoce nieefektywna i prowadzi do natychmiastowego zużycia frezów. W takich sytuacjach do gry wkracza technologia pozwalająca na swobodne kształtowanie form i wykrojników już po zakończeniu procesu hartowania. Rozwiązaniem tego technologicznego wyzwania jest innowacyjny proces bezstykowy. Opiera się on na zjawisku erozji elektrycznej i gwarantuje wymaganą dokładność niezależnie od tego, z jak twardą stalą narzędziową mamy do czynienia.

Mechanizm bezstykowej obróbki hartowanej stali

Omawiany proces obróbki usuwa materiał w wyniku tysięcy powtarzających się wyładowań elektrycznych. Generują się one bezpośrednio między mosiężną lub miedzianą elektrodą a obrabianym detalem, które przez cały czas pozostają zanurzone w cieczy dielektrycznej. Wysoka temperatura w powstającym kanale plazmowym błyskawicznie topi i odparowuje mikroskopijne cząstki metalu. Zjawisko to zachodzi bez absolutnie żadnego fizycznego kontaktu między narzędziem a materiałem poddawanym formowaniu.

Poszczególne wyładowania potrafią występować nawet z częstotliwością 250 tysięcy razy na sekundę. Dielektryk, będący najczęściej wodą dejonizowaną lub specjalnym olejem, spełnia w tym procesie podwójną funkcję. Odbiera on nadmiar wygenerowanego ciepła z układu oraz skutecznie wypłukuje oderwane cząstki erodowanego materiału ze strefy roboczej. Technologia ta umożliwia skuteczne obrabianie najtwardszych stopów metali bez wprowadzania jakichkolwiek naprężeń mechanicznych do struktury materiału.

Geometria detali narzucająca użycie elektroerozji

Ostre naroża wewnętrzne, bardzo głębokie kieszenie, cienkie ścianki oraz wyjątkowo małe promienie stanowią naturalną granicę możliwości dla tradycyjnych obrabiarek. Ograniczenia te wynikają bezpośrednio z fizycznej średnicy narzędzia obrotowego oraz sił bocznych działających na cienkie, podatne na wyginanie fragmenty materiału. Narzędzie skrawające nie potrafi wybrać naddatku z idealnie ostrego kąta bez pozostawienia promienia odpowiadającego jego obwodowi.

W tak wymagających warunkach technologicznych technologia bezstykowa pozwala na wykonanie niezwykle skomplikowanych cech w stalach ulepszonych cieplnie i węglikach spiekanych. Wąskie szczeliny i głębokie, wklęsłe kształty stają się możliwe do precyzyjnego ukształtowania z dokładnością sięgającą pojedynczych mikrometrów. Pozwala to na projektowanie nowoczesnych złożeń formujących o znacznie wyższym stopniu zintegrowania i miniaturyzacji.

Połączenie erozji i frezowania w produkcji oprzyrządowania

Struktura warstwy wierzchniej po procesie

Działanie intensywnego łuku elektrycznego pozostawia na powierzchni detalu specyficzną warstwę przetopioną o innej strukturze krystalicznej. Zjawisku temu towarzyszy powstanie stosunkowo płytkiej strefy wpływu ciepła tuż pod obrabianą płaszczyzną. Sama chropowatość powierzchni po takim procesie zależy bezpośrednio od zastosowanych parametrów impulsów prądowych, w tym czasu ich trwania oraz natężenia.

Taka specyfika powierzchni wielokrotnie wymusza późniejsze ręczne szlifowanie lub polerowanie poszczególnych elementów formujących. Zabieg wykańczający pozwala uzyskać lustrzaną gładkość niezbędną dla elementów odpowiadających za zewnętrzny wygląd detali z tworzyw sztucznych. Proces ten umożliwia również skorygowanie drobnych odchyleniań wymiarowych i usunięcie kruchej warstwy poprzetopieniowej z krytycznych miejsc matrycy.

Uzupełnienie klasycznych technologii CNC

Erozja elektryczna absolutnie nie wyklucza tradycyjnej obróbki skrawaniem, lecz precyzyjnie z nią współpracuje na różnych etapach powstawania narzędzia. Frezowanie CNC znakomicie radzi sobie z szybkim usuwaniem zgrubnego nadmiaru materiału w stanie miękkim, jeszcze przed procesem hartowania bloku. Tworząc specjalistyczne oprzyrządowanie dla przemysłu, narzędziownia PRODMET S.C. z powodzeniem wykorzystuje tę sprawdzoną synergię procesów obróbczych. Dopiero po obróbce cieplnej detal trafia na maszynę w celu wykończenia gniazda formującego i nadania mu docelowych wymiarów. Takie ułożenie etapów obróbki zapewnia maksymalną dokładność geometryczną przy jednoczesnym zachowaniu bardzo wysokiej wydajności całego cyklu produkcyjnego.

Wytwarzanie nowoczesnych form wtryskowych, wykrojników do blachy oraz specjalistycznych foremników wymaga absolutnej powtarzalności każdego wymiaru. Zastosowane w docelowym procesie wytwarzania drutowe lub wgłębne elektrodrążęnie z łatwością umożliwia wycinanie ostrych kątów wewnętrznych wprost z pełnego bloku twardej stali. Metoda ta pozwala inżynierom realizować złożone projekty konstrukcyjne o geometrii niedostępnej dla tradycyjnych narzędzi obrotowych. Wykorzystanie tej technologii przekłada się bezpośrednio na trwałość oraz bezawaryjną pracę gotowego oprzyrządowania w trudnych warunkach eksploatacji.

Kiedy obróbka prądem jest ostatecznie uzasadniona?

Zastosowanie technologii bezstykowej ma technologiczne i ekonomiczne uzasadnienie wszędzie tam, gdzie najważniejsza staje się mikrometryczna precyzja, a użyty materiał osiągnął już docelową twardość. Sprawdza się ona jako optymalne rozwiązanie dla skomplikowanych brył z ostrymi narożnikami i wyjątkowo cienkimi ściankami, które mogłyby ulec odkształceniu podczas frezowania. W prostszych przypadkach konwencjonalna obróbka na pięcioosiowych centrach skrawających pozostaje jednak rozwiązaniem zdecydowanie szybszym w realizacji. Świadomy dobór i łączenie obu tych metod pozwalają zoptymalizować proces powstawania dedykowanego narzędzia i wyeliminować ryzyko uszkodzenia drogiego materiału na finiszu prac produkcyjnych.