Drutowa EDM stali narzędziowej: warstwa przetopiona, odprężanie i cięcia wygładzające

Co pozostawia EDM

Drutowa EDM eroduje metal iskrami, a każda iskra topi mikroskopijny krater. Powierzchnia ponownie zestalona — warstwa przetopiona, często nazywana białą warstwą, ponieważ po wytrawieniu pozostaje biała i pozbawiona cech — ma zazwyczaj grubość rzędu od kilku mikrometrów do kilkudziesięciu mikrometrów w zależności od energii cięcia. Jej właściwości różnią się wyraźnie od stali rodzimej:

• Jest to nieodpuszczony, kruchy martenzyt, często twardszy od materiału rdzenia, nierzadko zawierający mikropęknięcia.
• Pod nią znajduje się płytka strefa wpływu ciepła, której odpuszczenie uległo zmianie.

Na krawędzi stempla lub matrycy to właśnie w warstwie przetopionej zaczynają się wykruszenia i przedwczesne pęknięcia zmęczeniowe. Na częściach o niskim obciążeniu może być ona dopuszczalna w stanie po cięciu; na roboczych krawędziach narzędzi jest ona traktowana w sposób zamierzony.

Cięcia wygładzające: standardowy środek zaradczy

Produkcyjna praca matrycowa rzadko wykorzystuje jedno cięcie. Zwykła sekwencja to:

1. Jedno cięcie zgrubne o wysokiej energii dla szybkości — gruba warstwa przetopiona, chropowata powierzchnia (często Ra 1.6 µm lub grubsza).
2. Dwa do czterech cięć wygładzających (przycinających) o stopniowo niższej energii wyładowania, z których każde usuwa kilka setnych milimetra lub mniej. Każde cięcie wygładzające usuwa uszkodzenia po poprzedniej warstwie i pozostawia własną, cieńszą i mniej popękaną warstwę.

Przy wielu cięciach wygładzających końcową warstwę przetopioną można zmniejszyć do mniej więcej 1–2 µm lub mniej, wykończenie powierzchni poprawia się w kierunku Ra 0.2–0.4 µm, a dokładność wymiarowa rośnie, ponieważ cięcia o niskiej energii mniej odchylają drut. Kosztem jest czas maszynowy, dlatego liczba cięć wygładzających jest określana dla każdej klasy części — matryce tnące i narzędzia do wykrawania precyzyjnego znajdują się na hojnym końcu, a zgrubne prace z luzem na oszczędnym końcu.

Po cięciu docieranie kamieniami lub lekkie polerowanie krytycznych krawędzi usuwa mechanicznie ostatnią warstwę przetopioną; przy stemplach krytycznych pod względem zmęczeniowym etap ten nie ma charakteru kosmetycznego.

Odprężanie i odkształcenia

Hartowana stal narzędziowa zawiera naprężenia szczątkowe po hartowaniu, a drutowa EDM usuwa materiał bez wprowadzania naprężeń mechanicznych — ale rozdzielenie bloku pozwala istniejącym naprężeniom rozłożyć się na nowo i część się przemieszcza. Klasyczne objawy: rozcięta płyta zamykająca się na drucie lub odskakująca od niego oraz długie części wyginające się po usunięciu środkowej sekcji.

Standardowe środki zaradcze:

• Odprężanie przed EDM, tam gdzie pozwala na to odpuszczenie stali — odpuszczenie mniej więcej 25–30 °C poniżej końcowej temperatury odpuszczania, po obróbce zgrubnej, stabilizuje półfabrykaty do prac wykańczających.
• Strategia cięcia: należy pozostawiać zakładki/mostki, aby odpad i rama pozostały połączone do końca; najpierw należy zgrubnie wykonać duże otwory, a potem wykończyć; należy unikać cięcia hartowanego półfabrykatu na długie, cienkie, niepodparte sekcje w jednym przejściu.
• Obróbka zgrubna z naddatkiem, odprężanie, a następnie wykańczająca EDM na wymiar — sekwencja stosowana przy precyzyjnych płytach matrycowych.

Uwagi dotyczące drutu i procesu

Drut mosiężny jest ogólnym standardem; druty powlekane i cienkie służą do małych promieni i prac stożkowych. Ponieważ EDM jest obojętna na twardość, jest to w równym stopniu metoda naprawy i modyfikacji gotowych matryc — przy czym naprawiana krawędź podlega tej samej dyscyplinie dotyczącej warstwy przetopionej co nowa krawędź.