Повышение эффективности: переход от ЭРС к ЧПУ-фрезеровке для инструментов форм

Для производства инструментов форм используются разные процессы. Большинство — ЧПУ-фрезеровка (вычитающая обработка). Также — аддитивное производство и ЭРС-операции.

Производители под давлением: детали быстрее чем когда-либо. ЭРС (Electrical Discharge Machining) уместен во многих случаях, но важно исследовать, можно ли заменить некоторые случаи более быстрыми методами — ЧПУ-обработкой.

Что такое ЭРС?

ЭРС — электроэрозионная обработка («искровая обработка», «ЭРС-погружение»). Электрический ток проходит через электрод в диэлектрической среде. Электрод изготовлен по форме удаляемого материала. Разряд эродирует материал до нужной формы. Разработали братья Лазаренко в СССР во Вторую мировую.

Электроды обычно из углеродного графита. Также медь, латунь, сплавы. Электроды нужно предварительно изготовить перед работой на ЭРС-станке.

Сценарии применения ЭРС

Долгосрочные воспринимаемые преимущества ЭРС:

• Острые внутренние углы — главное преимущество: создание острых внутренних углов, иначе требующих микромельчайших фрез или невозможных на ЧПУ-фрезерном станке.
• Глубокие зоны формы — ЭРС использовали, когда режущие инструменты не могли достать достаточно глубоко.
• Очень сложная геометрия — convencional wisdom: сложные формы проще получить ЭРС.
• Обработка ребер — ребра в формах тонкие и глубокие, ЭРС там обычное дело.
• Беспилотные операции — раньше ЭРС-пористочные станки чаще запускали беспилотно, чем ЧПУ-фрезеры.
• Заданная ЭРС-чистота поверхности — чистота от ЭРС стабильна, без скаллопов и вихрей. Иногда указана в ТЗ.

Недостатки ЭРС

• Зоны термического влияния (HAZ): зоны сварки и др., где тепло ЭРС создает больше проблем, чем решает.
• Высокая точность: из-за накопления допусков электродов, держателей и неизвестного точного размера искры — зоны с высокими требованиями к точности часто не подходят для ЭРС.

ЭРС — медленно

Главный минус — длительный процесс. Сначала ЧПУ-фрезер изготавливает электрод(ы). Часто нужно несколько электродов на одну зону (они тоже изнашиваются). Затем сам ЭРС-процесс — скорость удаления металла ниже, чем у фрезеровки.

Не только ЭРС медленнее, но еще и ЧПУ-станок занят фрезеровкой графитовых электродов. Пыль от графита требует выделенного станка с мощной всасывающим системой — иначе простой при каждом переключении металл/графит.

Если ЭРС в вашем процессе и нужно повысить выход для конкурентоспособности — замена ЭРС на ЧПУ-фрезеровку один из путей.

Хотя по острым внутренним углам ЧПУ мало что может сделать, новые аппаратные и программные технологии нивелируют остальные преимущества ЭРС.

Фрезеровка глубоких зон

Рост 5-осевых ЧПУ-фрезеров в формообразовании изменил парадигму. Большинство 5-осевых станков в формообразовании работают в режиме 3+2, а не полной одновременной 5-осевой.

Операторы/программисты поворачивают ось инструмента не по Z и фрезеруют глубокие зоны без ЭРС. Современные CAD/CAM (Fusion 360) упростили и улучшили многоосевую обработку наравне со станками. Fusion 360 сокращает лид-таймы и ускоряет выпуск деталей.

Успешная фрезеровка глубоких зон 3+2/5-осевой требует избегания коллизий и симуляцию инструмента, держателя, шпинделя и других частей станка. Обычно в CAM-системе (Fusion 360) или стороннем ПО (CAMplete).

Фрезеровка ребер

Ребра в формах требуют инструмента с большим L/D (длина к диаметру). Такие инструменты склонны к дефлекции, вибрации, ломке. Вывоз стружки из ребра — критично.

Несмотря на сложности, фрезеровка ребер значительно быстрее ЭРС. Специализированные CAM-системы с функциями для ребер упрощают программирование: пошаговое погружение по оси инструмента, морфинг или следование контуру ребра. Малые аксиальные глубины резания обеспечивают безопасную фрезеровку.

На стороне ЧПУ: термоусадочные держатели для жесткости, резьба с хорошим вывозом стружки, сильное поддувание воздухом/СОЖ для вывоза стружки.

Сложная геометрия

Сложная геометрия — бывшее козыри ЭРС — во многом заменяется фрезеровкой благодаря улучшениям во всех областях ЧПУ:

• Термоусадочные держатели и другие технологии инструментоудержания — больше жесткость.
• Фрезерные станки плавнее с встроенными возможностями HSM (High-Speed Machining) и сглаживанием.
• CAM-ПО (Fusion 360) — больше опций и методов программирования, включая автоматическую реставрационную обработку (rest machining) для сложных форм.

Беспилотная обработка

Запуск дорогого 5-осевого станка беспилотно пугает, но передовые цеха так делают для эффективности и загрузки. Чем дольше станки работают — быстрее детали уходят, больше бизнеса выигрываете.

Симуляционное ПО для многоосевой обработки верифицирует отсутствие коллизий для беспилотного запуска. Алгоритмы автоматически меняют резы на свежие после определенного износа — дольшие беспилотные заезды. Особенно для крупногабаритных деталей.

Контроль — ключ к беспилотной работе. Fusion 360 включает интегрированные впроцессные зондирующие операции: ключевые элементы зондируются на размер, чтобы последующие детали оставались в допуске при износе реза. Другие операции останавливают станок при выходе за допуск по размеру или положению. Предотвращают катастрофические ошибки, срывающие производство.

Переход на ЧПУ-фрезеровку

Фрезеровка в формообразовании дает более высокую скорость удаления материала, чем ЭРС. Переход от ЭРС сокращает сроки поставки и повышает выход. Прогресс в инструментоудержании, 5-осевых станках и CAM-ПО (Fusion 360) позволил заменить многие ЭРС-операции ЧПУ-фрезеровкой.

Готовы перейти от ЭРС к ЧПУ-фрезеровке? Узнайте, как максимизировать потенциал ваших станков с Fusion 360.