ماشین کاری وایرکات (EDM) چیست و در چه قطعاتی کاربرد دارد؟ (راهنمای کامل)

امروزه با پیشرفت صنعت، نیاز است تمامی قطعاتی که تولید می کنید، با دقت میکرونی باشند. وقتی بحث برش فلزات بسیار سخت یا ایجاد اشکال هندسی فوق العاده پیچیده می شود، روش های سنتی ماشین کاری مانند تراشکاری یا فرزکاری دیگر جوابگو نیستند. در این نقطه است که مهندسان و صنعتگران به سراغ تکونولوژی دیگری می روند. اما به راستی ماشین کاری وایرکات (EDM) چیست ؟

 ما در این راهنمای جامع از فراتک صنعت، به زبان ساده اما کاملا تخصصی، تمام زوایای پنهان این تکنولوژی را بررسی می کنیم. از نحوه عملکرد جرقه های الکتریکی گرفته تا مقایسه آن با دستگاه های لیزر و سی ان سی، همه چیز را مو به مو باز خواهیم کرد تا در نهایت بتوانید بهترین تصمیم را برای پروژه های صنعتی خود بگیرید. تا انتهای مقاله همراه ما باشید.

وایرکات یا Wire EDM دقیقا یعنی چه؟

شاید در نگاه اول، کلمه وایرکات یا همان Wire Cut برای شما تداعی کننده یک اره سیمی ساده باشد که فلزات را می برد. اما این دستگاه حرفه ای تر عمل می کند. کلمه EDM مخفف عبارت Electrical Discharge Machining است که در زبان فارسی به آن ماشین کاری تخلیه الکتریکی می گویند. در واقع، در این روش هیچ گونه تماس فیزیکی مستقیمی بین ابزار برش (که در اینجا یک سیم بسیار نازک است) و قطعه کار وجود ندارد.

برای درک بهتر این موضوع، تصور کنید که رعد و برق با یک فلز برخورد می کند. حرارت ناشی از این تخلیه بار الکتریکی به قدری زیاد است که فلز را در یک نقطه بسیار کوچک ذوب و تبخیر می کند. دستگاه وایرکات دقیقا همین پدیده طبیعی را در یک مقیاس بسیار کوچک، کنترل شده و ممتد شبیه سازی می کند. در این فرآیند، یک سیم بسیار نازک که معمولا از جنس برنج است، به عنوان الکترود عمل می کند. با اعمال جریان الکتریکی قدرتمند، هزاران جرقه در ثانیه بین این سیم و قطعه کار زده می شود. این جرقه ها با ایجاد حرارتی بالغ بر هشت هزار تا دوازده هزار درجه سانتی گراد، فلز را ذره ذره ذوب کرده و یک برش فوق العاده تمیز و دقیق ایجاد می کنند.

دلیل اینکه به این تکنولوژی خفن ترین روش برش سیمی می گویند این است که می تواند سخت ترین فلزات روی کره زمین مانند تیتانیوم یا کاربید تنگستن را مانند یک قالب کره نرم برش دهد، بدون اینکه کمترین فشار مکانیکی به قطعه وارد شود. این عدم تماس فیزیکی باعث می شود تا قطعات ظریف بدون هیچ گونه خمیدگی یا شکستگی ماشین کاری شوند.

مراحل برشکاری با دستگاه وایرکات از صفر تا صد

برای اینکه به طور کامل درک کنیم که دستگاه وایرکات چگونه فلزات سخت را برش می دهد، باید نگاهی به ساختار داخلی و مراحل عملیاتی آن بیندازیم. فرآیند برشکاری با وایرکات شامل یک سیستم بسیار هماهنگ از قطعات مکانیکی، الکترونیکی و سیالات است. همه چیز از یک نرم افزار طراحی کامپیوتری (CAD) شروع می شود. مهندس طراح، نقشه دقیق قطعه را با تمام جزئیات و تلرانس ها رسم می کند. سپس این نقشه به کدهای قابل فهم برای ماشین (G-Code) تبدیل شده و به کامپیوتر دستگاه منتقل می شود.

هنگامی که دکمه شروع فشرده می شود، قطعه کار که باید حتما رسانای جریان الکتریسیته باشد، روی میز کار محکم می شود. سیم نازک برش از داخل یک سوراخ اولیه (Start Hole) که قبلا روی قطعه ایجاد شده است عبور می کند. با برقراری جریان برق، سیم به قطعه نزدیک می شود اما هرگز به آن نمی چسبد. در فاصله ای در حد چند میکرون، ولتاژ برق بر مقاومت مایع دی الکتریک غلبه کرده و یک جرقه قدرتمند پرتاب می شود. این فرآیند جرقه زنی با فرکانس بسیار بالا تکرار می شود و همزمان، میز دستگاه بر اساس برنامه کامپیوتری در محورهای مختلف حرکت می کند تا شکل نهایی برش خورده و قطعه از درون بلوک فلزی خام بیرون بیاید.

نقش مایع دی الکتریک (آب مقطر) در خنک کردن

شاید از خود بپرسید با وجود هزاران جرقه با دمای چند هزار درجه، چرا سیم نازک برش ذوب نمی شود یا کل قطعه فلزی آتش نمی گیرد؟ علت ان وجود مایع دی الکتریک است. در ماشین کاری وایرکات، تمام فرآیند جرقه زنی در داخل یک استخر از مایع (معمولا آب مقطر یا آب دیونیزه) انجام می شود.

این مایع سه وظیفه بسیار مهم را بر عهده دارد.

• اول اینکه به عنوان یک عایق عمل می کند تا جرقه ها فقط در فاصله بسیار نزدیک و محاسبه شده زده شوند.
• دومین وظیفه مهم، خنک کاری شدید و لحظه ای منطقه برش است. به محض اینکه یک جرقه فلز را ذوب می کند، مایع دی الکتریک وارد عمل شده و اجازه نمی دهد حرارت به سایر بخش های قطعه نفوذ کند.
• وظیفه سوم که به آن فلاشینگ (Flushing) می گویند، شستشو و دور کردن ذرات بسیار ریز فلز ذوب شده از منطقه برش است تا مسیر برای جرقه های بعدی باز بماند. اگر کیفیت و فشار این آب مقطر مناسب نباشد، فرآیند ماشین کاری بلافاصله مختل خواهد شد.

سیم برنجی استفاده می شود یا مسی ؟

سیم مصرفی در دستگاه وایرکات، یکی از مهم ترین اجزای این سیستم است. قطر این سیم ها معمولا بین یک دهم تا سه دهم میلی متر است؛ یعنی تقریبا به ضخامت یک تار موی ضخیم. در گذشته بیشتر از سیم های مسی استفاده می شد، اما امروزه سیم های برنجی به دلیل استحکام کششی بالاتر و سرعت برش بهتر، کاربرد بسیار گسترده تری دارند.

نکته بسیار جالب در مورد سیم وایرکات این است که این سیم در حین فرآیند برش، به دلیل تحمل حرارت جرقه ها دچار فرسایش می شود. به همین دلیل، نمی توان از یک قسمت سیم برای مدت طولانی استفاده کرد. در دستگاه وایرکات، سیم به طور پیوسته از یک قرقره بزرگ باز شده، از منطقه برش عبور می کند و سپس در یک سطل زباله جمع آوری می شود. این مکانیزم تضمین می کند که همیشه یک سیم تازه با قطر دقیق و بدون خوردگی در حال برش دادن قطعه است و همین موضوع، دقت بی نظیر ابعادی را در طول مسیر برش حفظ می کند.

وایرکات چه قطعاتی را می سازد؟

حال که با مکانیزم کار آشنا شدیم، وقت آن است که ببینیم این تکنولوژی ساختن چه قطعاتی است. قابلیت برش اشکال هندسی بسیار پیچیده، آن هم در فلزاتی که با هیچ ابزار دیگری قابل ماشین کاری نیستند، وایرکات را به یک معجزه صنعتی تبدیل کرده است. از صنایع سنگین نظامی گرفته تا ساعت سازی های شیک سوئیسی، همه به نوعی به این ماشین وابسته هستند. در ادامه به مهم ترین کاربردهای این دستگاه در صنایع مختلف می پردازیم تا درک بهتری از ارزش این خدمات به دست آورید.

طراحی و ساخت قالب های سنبه ماتریس و اکستروژن

یکی از بزرگ ترین و اصلی ترین بازارهای هدف برای خدمات وایرکات، صنعت قالب سازی است. قالب های فلزی که برای تولید قطعات پلاستیکی، تولید پروفیل های آلومینیومی (قالب اکستروژن) و یا برش و فرم دهی ورق های فلزی (سنبه ماتریس) استفاده می شوند، نیاز به دقت بسیار بالایی دارند.

برای مثال، قالب های سنبه و ماتریس باید با چنان دقتی در داخل یکدیگر چفت شوند که حتی یک برگ کاغذ هم از بین آن ها عبور نکند. ایجاد گوشه های داخلی کاملا تیز با زاویه نود درجه در داخل یک بلوک فولادی توپر، کاری است که دستگاه فرز قادر به انجام آن نیست زیرا ابزار فرز همیشه یک شعاع گردی از خود به جا می گذارد. اما وایرکات با سیم بسیار نازک خود می تواند گوشه هایی کاملا تیز و هندسه هایی به شدت پیچیده را در داخل فولادهای ابزار گرم کار و سرد کار با کیفیتی بی نظیر پیاده سازی کند.

تولید قطعات حساس پزشکی، ایمپلنت ها و تجهیزات هوافضا

در صنایع پزشکی و هوافضا، هیچ جای خطایی وجود ندارد. کوچک ترین انحراف از نقشه اصلی می تواند به قیمت جان انسان ها تمام شود. تولید ابزارهای جراحی ظریف، قطعات میکروسکوپی مورد استفاده در دستگاه های ضربان ساز قلب و مفاصل مصنوعی (ایمپلنت ها) نیازمند سطوحی کاملا صاف و بدون هیچ گونه پلیسه یا لبه تیز اضافی است.

ماشین کاری وایرکات به دلیل ماهیت بدون تماس خود، هیچ گونه تنش پسماند یا پلیسه ای روی لبه های قطعه ایجاد نمی کند. همچنین در صنعت هوافضا که از سوپر آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت برای ساخت پره های توربین موتور هواپیما استفاده می شود، وایرکات تنها راه حل اقتصادی و دقیق برای ایجاد شیارها و سوراخ های خنک کننده پیچیده در این قطعات حیاتی محسوب می شود.

تراش و برش فلزات فوق سخت مانند فولاد های آلیاژی

قانون مهم در ماشین کاری سنتی این است که ابزار برش باید همیشه از قطعه کار سخت تر باشد. اما وایرکات این قانون را دور زده است. در این تکنولوژی، سختی قطعه کار هیچ اهمیتی ندارد. تنها شرط لازم این است که ماده مورد نظر رسانای جریان الکتریسیته باشد.

بنابراین، شما می توانید سخت ترین متریال های صنعتی مانند تیتانیوم، اینکونل، فولادهای آلیاژی آبکاری شده، تنگستن و حتی کاربیدها را با همان کیفیتی برش دهید که یک تکه آهن معمولی را می برید. این ویژگی برای مهندسانی که نیاز دارند ابتدا قطعه را سخت کاری (عملیات حرارتی) کنند و سپس روی آن ماشین کاری نهایی را انجام دهند تا از تاب برداشتن قطعه جلوگیری شود، یک مزیت فوق العاده و غیر قابل جایگزین است.

مزایای وایرکات در مقایسه با برش روش های سنتی

تا اینجای کار با کاربردهای بسیار زیاد این دستگاه آشنا شدیم. اما چرا بسیاری از کارفرمایان ترجیح می دهند به جای روش های ارزان تر، بودجه خود را صرف ماشین کاری EDM کنند؟ دلیل این امر، مجموعه ای از مزایای بی بدیل است که در هیچ روش دیگری به طور همزمان یافت نمی شود. در این بخش، این نقاط قوت را بررسی می کنیم تا ببینیم چرا روش های سنتی توان رقابت با این تکنولوژی را ندارند.

دقت و ظرافت بی نظیر (تلرانس های میکرومتری)

وقتی در مورد دقت وایرکات صحبت می کنیم، منظور ما صدم میلی متر نیست، بلکه در مورد میکرون (هزارم میلی متر) حرف می زنیم. دستگاه های مدرن وایرکات می توانند قطعاتی با دقت دو الی سه میکرون تولید کنند. این سطح از دقت باعث می شود که قطعات ساخته شده نیازی به هیچ گونه عملیات پرداخت کاری ثانویه مانند سنگ زنی نداشته باشند. کیفیت سطح (صافی سطح) ایجاد شده توسط این دستگاه به قدری صیقلی و آینه ای است که مستقیما پس از برش قابل استفاده در حساس ترین مکانیزم های مکانیکی می باشد.

عدم تغییر شکل و مشکلات حرارتی در قطعه

همان طور که قبلا اشاره کردیم، در طول فرآیند برش سیمی هیچ تماسی بین ابزار و قطعه کار وجود ندارد. در ماشین کاری سنتی مانند فرز یا تراش، نیروی بسیار زیادی از طرف مته یا تیغه به قطعه وارد می شود که می تواند باعث خم شدن، لهیدگی یا تاب برداشتن قطعات نازک و ظریف شود. در وایرکات، چون نیروی مکانیکی وجود ندارد، شما می توانید دیواره هایی به ضخامت چند دهم میلی متر را با خیالی آسوده برش دهید. همچنین وجود استخر آب مقطر باعث می شود تا قطعه کار خنک بماند و از تغییر ساختار متالورژی فلز در اثر حرارت جلوگیری شود.

محدودیت ها و نقاط ضعف ماشین کاری EDM

به عنوان یک متخصص صادق، باید بگوییم که هیچ تکنولوژی ای در دنیا بی نقص نیست. اگرچه ماشین کاری وایرکات یک شاهکار مهندسی است، اما محدودیت هایی هم دارد که باید پیش از سفارش کار از آن ها مطلع باشید. اولین و بزرگ ترین نقطه ضعف این روش، سرعت پایین آن است. برش دادن فلزات با استفاده از جرقه های الکتریکی فرآیندی زمان بر است. به همین دلیل، برای تولید انبوه قطعات ساده به هیچ وجه مقرون به صرفه نیست.

محدودیت دوم، وابستگی به رسانایی الکتریکی است. شما نمی توانید با دستگاه وایرکات موادی مانند پلاستیک، چوب، شیشه یا سرامیک های نارسانا را برش دهید. فلز کار باید بتواند جریان برق را از خود عبور دهد تا جرقه تولید شود. محدودیت سوم، مصرف برق بسیار بالای این دستگاه ها و همچنین هزینه نگهداری و مصرف سیم های گران قیمت است که در نهایت باعث افزایش هزینه خدمات نهایی نسبت به سایر روش های ساده تر می شود.

 وایرکات، لیزر یا فرز CNC؟ (کدام را انتخاب کنیم؟)

یکی از رایج ترین سوالات کارفرمایان این است که برای پروژه خود بین وایرکات، برش لیزر و فرز CNC کدام را انتخاب کنند. هر کدام از این روش ها جایگاه خاص خود را دارند. برای اینکه تصمیم گیری برای شما آسان تر شود، ما یک جدول مقایسه ای کاملا کاربردی را آماده کرده ایم که به شما نشان می دهد در هر شرایطی باید سراغ کدام ماشین بروید.

با توجه به این جدول، اگر شما نیاز به ایجاد یک محفظه سه بعدی در یک بلوک آلومینیومی دارید، فرز CNC بهترین گزینه است. اگر می خواهید هزاران قطعه ساده را از ورق فولادی نازک برش دهید، قطعا باید به سراغ لیزر بروید. اما اگر به دنبال ساخت یک قالب اکستروژن از جنس فولاد سخت کاری شده با تلرانس دو میکرون هستید، هیچ راهی جز استفاده از ماشین کاری تخلیه الکتریکی پیش روی شما نیست.

اشتباهات رایج در طراحی قطعات برای وایرکات

بسیاری از طراحان و مهندسان تازه کار، قطعات خود را بدون در نظر گرفتن محدودیت های عملی دستگاه وایرکات در نرم افزارهایی مانند سالیدورکس (SolidWorks) طراحی می کنند. این اشتباهات باعث می شود تا هنگام تولید، اپراتور دستگاه با مشکل مواجه شده و هزینه و زمان پروژه به شدت بالا برود.

اولین اشتباه رایج، فراموش کردن شعاع سیم است. سیم وایرکات ضخامت دارد (مثلا دو دهم میلی متر). بنابراین، هنگام برش یک گوشه داخلی، شما نمی توانید یک زاویه نود درجه مطلق داشته باشید، بلکه همیشه یک شعاع گردی به اندازه شعاع سیم به علاوه فاصله جرقه زنی در گوشه کار باقی می ماند. طراحان حرفه ای این موضوع را در نقشه خود لحاظ می کنند.

اشتباه دوم، طراحی حفره های کور (Blind Holes) برای وایرکات است. به یاد داشته باشید که سیم باید به طور کامل از ضخامت قطعه عبور کند. دستگاه وایرکات نمی تواند یک جیب یا حفره را تا نیمه ضخامت فلز خالی کند. اشتباه مهلک بعدی، عدم تعبیه سوراخ استارت در نقشه است. برای شروع برش داخلی، باید از قبل یک سوراخ کوچک روی قطعه مته کاری شود تا سیم از آن عبور کند. اگر این سوراخ در جای نامناسبی طراحی شود، کل قطعه خراب خواهد شد.

خدمات تخصصی ماشین کاری وایرکات در فراتک صنعت

اگر برای پروژه های حساس صنعتی خود به دنبال یک شریک مطمئن هستید، مجموعه فراتک صنعت با سال ها تجربه درخشان در زمینه خدمات ماشین کاری وایرکات آماده خدمت رسانی به شماست. ما با بهره گیری از جدیدترین دستگاه های روز دنیا و به کارگیری اپراتورهای متخصص و با تجربه، تضمین می کنیم که پیچیده ترین نقشه های شما را با بالاترین دقت ممکن به واقعیت تبدیل کنیم.

ما از بهترین نوع سیم های برنجی و آب دیونیزه با خلوص بالا استفاده می کنیم تا سطح قطعات شما کاملا آینه ای و بدون نقص تحویل داده شود.چه نیاز به ساخت قالب های پیچیده سنبه ماتریس داشته باشید و چه بخواهید قطعات پزشکی با متریال های خاص را تولید کنید؛ مهندسان ما در کنار شما هستند تا با مشاوره رایگان، بهترین و اقتصادی ترین مسیر تولید را به شما پیشنهاد دهند. برای استعلام قیمت و بررسی نقشه های خود، همین امروز با کارشناسان ما در فراتک صنعت تماس بگیرید.

سوالات متداول درباره ماشین کاری وایرکات (FAQ)

در این بخش به پرتکرارترین سوالاتی که کاربران درباره فرآیند ماشین کاری وایرکات (EDM) چیست و چگونه انجام می شود پرسیده اند، پاسخ می دهیم تا هیچ ابهامی برای شما باقی نماند.

آیا با وایرکات می توان پلاستیک یا چوب را هم برش داد؟

خیر. همان طور که اشاره شد، اساس کار این دستگاه بر پایه جرقه های الکتریکی است. بنابراین متریال مورد نظر باید حتما رسانای جریان برق باشد. پلاستیک، چوب، شیشه و سرامیک های معمولی با این روش قابل ماشین کاری نیستند.

هزینه خدمات ماشین کاری وایرکات چطور محاسبه می شود؟

هزینه کار با این دستگاه معمولا بر اساس زمان ماشین کاری (ساعتی) محاسبه می شود. عواملی مانند ضخامت قطعه، محیط برش، نوع متریال و میزان دقت درخواستی به صورت مستقیم روی زمان برش و در نتیجه قیمت نهایی تاثیر گذار هستند.

حداکثر ضخامت قطعه برای برش با دستگاه وایرکات چقدر است؟

این موضوع کاملا به مدل و ابعاد دستگاه بستگی دارد. اما ماشین های استاندارد صنعتی معمولا می توانند بلوک های فلزی را تا ضخامت سی الی چهل سانتی متر با دقت بسیار بالا برش دهند که این یک مزیت بزرگ نسبت به دستگاه های لیزر است.

سیم مصرفی در دستگاه وایرکات پاره نمی شود؟

بله، پاره شدن سیم یکی از اتفاقات رایج است. اگر تنظیمات برق دستگاه با ضخامت قطعه همخوانی نداشته باشد یا فشار آب مقطر کم شود، حرارت بالا باعث پارگی سیم می شود. دستگاه های مدرن امروزی دارای سیستم نخ کردن اتوماتیک سیم (Auto Wire Threading) هستند که بلافاصله پس از پارگی، سیم را دوباره از داخل کار عبور داده و کار را ادامه می دهند.

تفاوت اصلی وایرکات با اسپارک (Die Sinking EDM) چیست؟

هر دو دستگاه از تکنولوژی تخلیه الکتریکی استفاده می کنند. تفاوت در این است که وایرکات از یک سیم متحرک برای ایجاد برش های دو بعدی و خطی استفاده می کند، اما در اسپارک، یک الکترود مسی یا گرافیتی که دقیقا به شکل حفره مورد نظر تراشیده شده است، به داخل فلز فرو می رود تا طرح سه بعدی خود را روی آن حک کند.

دقت ابعادی در برش وایرکات تا چند میکرون است؟

 

بسته به کیفیت دستگاه، نوع سیم مصرفی و ضخامت قطعه، ماشین های وایرکات امروزی می توانند دقتی بین دو الی پنج میکرون (دو الی پنج هزارم میلی متر) را به راحتی و به صورت پایدار به شما ارائه دهند.