Langanpurkauksen tehon ymmärtäminen

Kuvan tarjoaa Makino.

Langanpurkauksen sähköpurkauskoneistus (EDM) on ollut käytössä jo vuosikymmeniä, mutta tämä tekniikka ei ole koskaan jättänyt varjoonsa muita työstöprosesseja tuotantotiloissa. Tämä johtuu siitä, että EDM tarjoaa mielenkiintoisen arvolupauksen – sillä voidaan leikata mitä tahansa johtavaa kappaletta sen kovuudesta riippumatta, jolloin perinteinen metallinpoisto on haastavaa tai mahdotonta, mutta itse prosessi on asteittainen. Asiantuntijat ovat yhtä mieltä siitä, että liikkeet ovat aina suhtautuneet jonkin verran varauksellisesti tämän tekniikan käyttöönottoon.

”EDM:llä on ollut mustan taiteen leima”, sanoo Brian Pfluger, EDM-tuotelinjan päällikkö, Makino, Mason, Ohio. ”Ilmailu- ja avaruusteollisuus ja lääketiede ovat joitakin EDM:ää käyttäviä teollisuudenaloja, mutta myös ampuma-aseteollisuus on suuri toimija EDM-markkinoilla. EDM on hidas prosessi, mutta silti on olemassa osia, jotka on valmistettava langalla. Joskus ei ole muuta tapaa tehdä sitä.”

Valmistajat ovat keskittyneet siihen, miten pieneksi ja hienoksi EDM-prosessi voidaan tehdä. Viime vuosina prosessi itsessään on kuitenkin ajautunut jonkinlaiselle tasolle. Joitakin parannusalueita on ollut. Asiantuntijat väittivät esimerkiksi, että vielä 10 vuotta sitten turvallisuuskriittisiä ilmailu- ja avaruusalan komponentteja ei olisi koskaan valmistettu EDM:llä. Teholähteitä ja lankaa on kuitenkin mukautettu niin, että osia voidaan valmistaa helposti ilman uudelleenvalua ja vaihtelevalla materiaalipaksuudella.

”Kun on tuotettava teräviä kulmia tai syviä kylkiluita, ominaisuuksia, joihin perinteinen jyrsintätyökalu ei pääse käsiksi, lankasynkronointi on loistava vaihtoehto”, sanoi Sean Smith, myyntipäällikkö-Kanada, GF Machining Solutions, Mississauga, Ont. ”Nämä koneet ovat monipuolisia, ja näemme tarvetta erityisesti aloilla, joilla materiaaleista on tulossa kovempia ja niissä on korkea nikkelipitoisuus, mikä lisää painetta työkaluille ja karoille. EDM sopii täydellisesti näihin sovelluksiin.”

EDM on vallannut ainutlaatuisen markkinaosuuden, ja vaikka tietyt ominaisuudet ovatkin pysähtyneet, yksi kehitysaskel on tapahtunut työstökuoren koossa.

”Näemme kappaleiden koon kasvavan niillä teollisuudenaloilla, joilla EDM:llä on taipumus palvella”, sanoo Evan Syverson, Additive and HSM Business Manager, Sodick Inc., Schaumburg, Ill. ”Se on alkanut vaikuttaa näiden koneiden spesifikaatioihin ja muotoiluun”. Koneen jalanjälki kasvaa vastauksena siihen, millaisia töitä näemme, erityisesti Z-akselilla.”

EDMS FOR ADDITIVE MANUFACTURING

Traditionaalisten alojen lisäksi metallin additiivinen valmistus (AM) on uusi markkinamahdollisuus EDM:lle. Useimmat valmistajat tarjoavat erilaisia sähkösorvauskoneita perusmalleista huippukoneisiin, joissa on kaikki kellot ja pillit. Metallisille 3D-tulostetuille osille suunnitelluilla koneilla on kuitenkin hyvin erityinen tehtävä.

”Metalliset 3D-osat rakennetaan peruslevyn päälle, joka on poistettava”, Syverson selitti. ”Kun osa tulostetaan, sillä on yleensä suhteellisen laaja XY-akselin liike, mutta jotta se voidaan irrottaa levyltä, se on suunnattava uudelleen, jotta se voidaan nostaa pystyyn ja irrottaa langankorotuskoneella.”

Tällaiset koneet tarvitsevat suhteellisen korkean Z-akselin, jotta niihin mahtuu osia, eikä niiden tarvitse pystyä suorittamaan useita osan läpivientikierroksia tai tuottamaan erittäin suurta tarkkuutta. 3D-tulostettujen osien särmäys vaatii yleistä nopeutta ja peruskykyä irrottaa osa pohjalevystä. Yhä useammat valmistajat keskittyvät tarjoamaan tähän markkinasegmenttiin suunniteltuja koneita AM:n yleistyessä.

Uudemmat intuitiiviset hallintalaitteet mahdollistavat sen, että kokematonkin käyttäjä voi tehdä erittäin tarkkoja, asiantuntijatason säätöjä koneeseen ilman, että hänen tarvitsee tuntea taustalla olevaa teknologiaa. Photo courtesy of Makino.

OHJAUKSEN KÄYTTÖÖNOTTO

Teknologian valmistajat ovat muokanneet järjestelmää helppokäyttöiseksi, mikä hälventää käsitystä, että EDM olisi jonkinlaista ”mustaa magiaa”, jota vain alan asiantuntijat osaavat käyttää.

”Ohjausjärjestelmien päivittäminen on auttanut poistamaan tuntemattoman pelon, jossa koneenkäyttäjät eivät halua painaa vääriä painikkeita tai eivät ymmärrä, miten koneen kanssa toimitaan”, Pfluger sanoo.”

Uudemmat intuitiiviset ohjaukset mahdollistavat sen, että jopa kaikkein kokematonkin koneenkäyttäjä voi tehdä hyvin tarkkoja, asiantuntijatasoisia säätöjä koneeseen ilman, että hänen tarvitsee välttämättä tuntea taustalla olevaa tekniikkaa. Graafiset käyttöliittymät, jotka tarjoavat lukuisia mukautuvia hallintalaitteita, helpottavat käyttäjää säätämään parametreja työtehtävään sopiviksi. Tämä on erityisen tärkeää, koska usein voi olla haastavaa löytää päteviä operaattoreita, joilla on aiempaa kokemusta EDM-työstöstä.

”Hallintalaitteet ja teknologia ovat muuttuneet yksinkertaisemmiksi ja helppokäyttöisemmiksi kuin vielä 10 vuotta sitten”, Raucci sanoi. ”Käyttöliittymän avulla käyttäjä voi valita langan halkaisijan, materiaalin paksuuden ja niin edelleen. Kone laskee leikkausparametrit, joita tarvitaan työn suorittamiseen.” Raucci lisäsi, että tämä on merkittävä parannus viime vuosiin verrattuna. Kun hän aloitti alalla, leikkausparametrit löytyivät käsikirjoista, ja jos koneen käyttäjä ei löytänyt sitä, mitä hän halusi, hän joutui leikkimään spesifikaatioiden kanssa saadakseen oikeat vaihtoehdot.

”Nyt sinun tarvitsee oikeastaan vain tietää työkappaleen koko, haluttu toleranssi ja pinnanlaatu, jonka haluat saavuttaa, sekä valitsemasi lanka”, Smith sanoi. ”Se on nyt yhtä helppoa kuin tyhjien kohtien täyttäminen ohjauksessa. Kone huolehtii siitä eteenpäin.”

Koneissa on myös ominaisuuksia, jotka auttavat tuottavuuden parantamisessa. Valmistajat ovat huomanneet, että säästötilan tai virransäästövaihtoehtojen lisääminen on hyödyllistä käyttäjille, jotka käyttävät konetta valottomissa tilanteissa.

Smith mainitsee esimerkkinä viikonloppuna suoritettavan työn, jossa ei ole kiire saada osaa valmiiksi mahdollisimman nopeasti. Säästötilan kaltaiset ominaisuudet vähentävät käyttöparametreja, mikä säästää johtoa ja virrankulutusta. Sen sijaan, että osa valmistuisi lauantaina iltapäivällä täydillä käyttökustannuksilla, osa voidaan valmistaa useita tunteja myöhemmin koneen toimiessa virtaa säästävässä tilassa.

LANKA

”Yksi markkinoiden suurista työntökohteista näinä päivinä on mahdollisuus kierteittää lanka aukkoon”, Pfluger sanoo. Kun lanka katkeaa, mitä voi tapahtua, tämä ominaisuus mahdollistaa langan kierteittämisen uudelleen suoraan katkeamiskohtaan sen sijaan, että langan pitäisi palata takaisin alkuun asti.

”Melkeinpä ei voisi olla valo-ohjattuja toimintoja, jos siinä ei olisi katkeamisen havaitsemisjärjestelmää”, sanoi Syverson.

Valmistajat keskittyvät kehittämään kehittyneitä langankierteittimiä, jotka lisäävät tuottavuutta, tarjoavat parempaa luotettavuutta ja parantavat kappaleiden käsittelyä. Kun käytössä on järjestelmä, joka havaitsee myös langan katkeamisen ja hälyttää käyttäjää, kone on helpompi saada takaisin tehokkaaseen toimintaan.

Langanpidike estää lankojen putoamisen ja eliminoi puristimien tarpeen. Automaattinen langansyöttöjärjestelmä voi pujottaa langan viillon läpi, mikä mahdollistaa tämän ominaisuuden täyden hyödyntämisen. Photo courtesy of Methods Machine Tools.

Langan kierteittimet ja katkeamisen havaitsemisjärjestelmät ovat tärkeitä komponentteja, mutta Pfluger selitti, että yksi suurimmista koneen käyttökustannuksista koneen käyttämisestä aiheutuvien kustannusten lisäksi on itse lanka. Yhä useammat valmistajat keskittyvät kehittämään tehokkaampia koneasetuksia, jotka kuluttavat vähemmän lankaa samalla kun kappaleiden laatu säilyy.

Tämä on johtanut siihen, että monet valmistajat tarjoavat nykyään suurihalkaisijaista lankatekniikkaa. Pfluger selitti esimerkiksi, että yleisin lanka on halkaisijaltaan 0,25 millimetriä, mutta yhä useammat operaattorit käyttävät paksumpaa lankaa, kuten halkaisijaltaan 0,3 millimetrin lankaa, koska se tarjoaa nopeusetuja. Mitä nopeammin kone toimii, sitä enemmän operaattori joutuu yleensä uhraamaan perinteisten lankakokojen viimeistely- ja tarkkuusominaisuuksia, kun käytetään halkaisijaltaan suurempaa lankaa. Valmistajat ovat kuitenkin kehittämässä koneeseen optimoituja asetuksia, joilla saavutetaan sama pintakäsittely ja tarkkuus suuremmalla lankamitalla kuin perinteisellä langalla. Tämä mahdollistaa jopa 20 prosentin säästöt sykliajassa, erityisesti karkeissa leikkauksissa. Se alentaa myös langankulutusta, mikä johtaa merkittäviin kustannussäästöihin.

LANGANPOISTO-OHJAUSTOIMINNOT

Langanpoistotekniikassa on joitakin sisäänrakennettuja rajoituksia ja koneen muuttujia, jotka tekevät sen automatisoinnista haastavaa, minkä vuoksi robottiautomatiikka ei ole koskaan ollut yleinen trendi tässä tekniikassa. Asiantuntijat ovat kuitenkin yhtä mieltä siitä, että yhä useammat asiakkaat kyselevät tapoja automatisoida prosessia.

”Näemme yhä useampia EDM-soluja, joissa on erikoistunutta automaatiota”, Raucci sanoi. ”Kymmenen vuotta sitten ei ollut mitään tällaista. Soluissa on yleensä useita EDM-koneita, joissa on kiskojärjestelmän automaatio. Tästä suuntauksesta on tulossa yhä suositumpi, koska työvoimakustannukset ovat nousseet ja ammattitaitoisia operaattoreita ei ole riittävästi.”

Raucci totesi, että asiakkaiden toiveissa on edelleen suuri ero. Hän sanoi, että jotkut pitävät tavallisesta koneesta, jossa on yksi operaattori, kun taas toiset hyppäävät mukaan täysillä valo-ohjausominaisuuksilla. Tämä voi sisältää pyörivän pöydän, jossa on lisäautomaatiota ja anturi. Koettimen käyttöönotto varmistaa kappaleiden laadun, mikä voi olla erittäin hyödyllistä kaikille, jotka haluavat suorittaa lights-out-toimintoja.

”Automaation lisääminen on ehdottomasti tapa, jolla asiakkaat voivat olla kilpailukykyisempiä markkinoilla”, Smith lisäsi. ”He voivat siirtyä hyvin yksinkertaisesta kuormalavanvaihtajajärjestelmästä aina moniakselisiin robotteihin, jotka auttavat koneiden lataamisessa.”

Asiantuntijat olivat yhtä mieltä siitä, että automaatio ja lights-out-toiminnot helpottavat liikkeiden pääsyä tekniikkaan. Smith kuitenkin varoitti, että liikkeiden, jotka haluavat ottaa käyttöön robottisolun, on myös varmistettava, että niillä on aina riittävästi johdinsyöttöä, jotta teknologiaa voidaan hyödyntää täysimääräisesti. Suurimmaksi osaksi koneisiin mahtuu nykyään noin 55 kiloa lankaa, mikä antaa noin 80 tuntia valvomatonta leikkausaikaa ja energiaa.

”Teknologia itsessään on kehittynyt niin paljon vuosien varrella”, Syverson sanoi. ”Jos kuljettaja osaa käyttää hallintalaitteita ja sisäistä ohjelmointiohjelmistoa, kone toimii käytännössä itsestään. Ja nyt automaation myötä työpajoilla on enemmän tapoja kuin koskaan hyödyntää EDM:n ainutlaatuisia ominaisuuksia.”

Associate Editor Lindsay Luminoso on tavoitettavissa osoitteesta [email protected].

GF Machining Solutions, www.gfms.com

”Yksi markkinoiden suurista työntökohteista näinä päivinä on kyky kierteittää lanka aukkoon”, sanoi Brian Pfluger. Kuva kohteliaisuudesta Makino.

Makino, www.makino.com

Methods Machine Tools, www.methodsmachine.com

Sodick, www.sodick.com