Введение
Электроэрозионная проволочная вырезка давно стала неотъемлемой частью металлообрабатывающей отрасли. Но вопрос «что выбрать – латунную или молибденовую проволоку?» по-прежнему вызывает споры даже среди опытных специалистов.
И здесь сразу надо дать главный ответ. В электроэрозионной проволочной обработке нет «лучшей» технологии вообще. Есть технология, которая лучше подходит под конкретную задачу. И чаще всего выбор между латунной и молибденовой проволокой – это не вопрос вкуса или бюджета, а вопрос требований к качеству обработки (точности, шероховатости поверхности, скорости резания), стабильности и организации производства.
В чем фундаментальная разница технологий
1. Латунная проволочная вырезка (Brass WEDM)
Классическая технология Brass WEDM построена на одноразовом использовании калиброванной латунной проволоки. Проволока непрерывно, со скоростью 0,15-0,2 м/сек подается в зону обработки и уходит в отход. Это важно: в зоне реза всегда «свежий» электрод со стабильными параметрами. Отклонение диаметра сечения проволоки не более -0,002 мм.
Рабочая среда – деионизированная вода с жестким контролем проводимости и температуры. Именно контроль среды и стабильность проволоки позволяют, выполняя несколько чистовых проходов, добиваться очень высокой геометрической точности и минимальной шероховатости поверхности на изготавливаемой детали, во многих случаях, без какой либо последующей обработки.
По сути, латунная технология – это инструментальное качество обработки со стабильным и достаточно предсказуемым результатом. Но для использования этой технологии необходимы серьезные финансовые инвестиций, с последующими высокими эксплуатационными расходами. Технология требует обязательного использования высококачественных расходных и быстроизнашиваемых материалов.
2. Молибденовая проволочная вырезка (Fast Moli EDM, MS-WEDM/Hybrid)
Под термином «молибденовые станки» обычно подразумевают электроэрозионные проволочно-вырезные станки (серии DK77), где в качестве многоразового электрода используется молибденовая проволока. Первые подобные станки появились в Китае в 1970-х годах, однако их развитие шло медленно, станки имели ограниченную производительность (до 30 мм²/мин) и максимальную высоту резания 50 мм. Однако их низкая стоимость делала их востребованными, особенно в развивающихся странах.
В начале 2000-х годов высокоскоростные станки с молибденовой проволокой (High Speed Wire MoliEDM) начали стремительно развиваться. Инвестиции в исследования и разработки привели к созданию нового поколения станков, оснащенных современными генераторами импульсов, системами ЧПУ и высококачественными комплектующими.
Очередным этапом развития данной технологии стали «среднескоростные» станки, известные как MS-WEDM (Medium Speed EDM), с технологией многопроходной резки на базе многоразовой молибденовой проволоки.
Такие станки, в основном, оснащаются современными системами ЧПУ с возможностью одновременного управления 5 осями, антиэлектролизными генераторами с развитым адаптивным управлением, которые автоматически корректируют параметры для компенсации износа проволоки при многократных проходах. Также оснащение включает в себя: ЧПУ управляемой системой контроля натяжения проволоки, достаточно мощной технологической базой и хорошей комплектацией от ведущих мировых брендов (линейные направляющие, моторы и привода, насосы, подшипники и электроавтоматика).
Технология резания с использованием молибденовой технологии: выполняется реверсивная перемотка проволоки с барабана на барабан со скоростью 6-12 м/сек, а также осуществляется многократное прохождение через зону обработки (300 метров проволоки используется 25-30 часов). Это существенно снижает эксплуатационные расходы, но одновременно делает процесс менее стабильным: свойства электрода постепенно меняются. Но, необходимо отметить, что диаметр сечения проволоки изменяется достаточно медленно, к примеру, износ на 0,01 мм при стандартной многопроходной обработке, происходит при обработке более 180000 мм² (3 метра реза высотой 60мм). Износ проволоки можно измерить в любой момент и на некоторых станках внести коррективы даже в процессе обработки.
Низкий износ молибденовой проволоки обусловлен чрезвычайно высокой температурой плавления, что позволяет проволоке выдерживать экстремальные тепловые нагрузки, сохраняя форму и диаметр (в отличие от латунных аналогов).
Рабочая жидкость – чаще всего обычная, хорошо очищенная вода с добавление специального концентрата, без использования деионизации. Температурный контроль и охлаждение рабочей жидкости, в большинстве случаев отсутствует, т.к. практически не влияют на улучшение технологических параметров станка.
Отличительной особенностью молибденовой технологии является эффективная вырезка с высокой точностью электропроводящих материалов любой твердости, которые сложно или невозможно обработать фрезерованием или точением.
Сравнительно невысокая стоимость оборудования в сочетании с низкой себестоимостью обработки – оптимальный выбор для точной, экономичной и надежной резки, особенно когда критична стоимость расходных материалов на производстве.
То есть здесь концепция иная: технологическая достаточность при умеренных инвестициях.
Сравнение производительности резания (скорость удаления материала)
Скорость резания в электроэрозионной проволочной обработке измеряется площадью снимаемого слоя в единицу времени – мм²/мин. Это позволяет сравнивать производительность независимо от того, что обрабатывается: тонкий лист или высокая деталь. Линейная скорость реза (мм/мин) можно рассчитать, разделив скорость резания на высоту реза.
Считается, что станки с латунной проволокой (Brass WEDM) обладают более высокой производительностью при черновой обработке. На современных станках можно достичь скорости резания до 350–400 мм²/мин и выше. Однако получить такие результаты возможно при использовании специальной проволоки с покрытием диаметром 0,3-0,33 мм, при условии очень хорошей промывки межэлектродного зазора, фактически при резании плоской шлифованной заготовки без изменения высоты резания. Такая технология является очень затратной и очень редко используется.
Основным применением технологии Brass WEDM является многопроходная обработка с использованием латунной проволоки диаметром 0,25 мм. В этом случае скорость резания на черновом режиме составляет 160-180 мм²/мин при условии хорошей промывки межэлектродного зазора. Причем промывка в данной технологии играет ключевую роль, так как скорость резания при недостаточной промывке или ее отсутствия может снизиться в разы и привести к нестабильной обработке и частым обрывам проволоки.
Также достаточно проблематичной является вырезка высоких деталей, свыше 300 мм. Это связано и с плохими условиями промывки зазора, и с механическими свойствами латунной проволоки, которые влияют на геометрическую точность: седло или бочка из-за недостаточного натяжения (низкий предел прочности на разрыв), большая конусность за счет износа поволоки. Резка тонких деталей (менее 1 мм) также является непростой задачей, в основном из-за вибрации детали при давления промывке.
Станки с молибденовый проволокой Moli EDM имеют меньшую скорость резания по сравнению с топовыми латунными станками. Типичный показатель для популярных моделей, например, серии DK77, составляют 60–120 мм²/мин. Однако современные станки MS-WEDM/Hybrid с многопроходной технологией, которые оснащаются более совершенными ЧПУ и антиэлектролизным генераторами (до 10А) с развитым адаптивным управлением, позволяют достичь максимальной скорости резания до 300 мм²/мин, с использованием стандартной молибденовой проволоки диаметром 0,18 мм. Причем промывка в данной технологии не имеет решающего влияния на скорость резания.
Поэтому эта технология имеет существенные преимущества по скорости резания при обработке деталей с переменным сечением, установленных наклонно, при пакетной обработке и других задач с плохими условиями промывки.
Также молибденовая технология производительнее при обработке высоких деталей (300-1000 мм). Из-за высокого предела прочности молибденовой проволоки (более чем в два раза выше, чем у латуни) и очень низкого износа геометрические отклонения (конусность, бочка или седло) после черновой обработки минимальны (0,02 мм и менее) и легко корректируются, в отличии от латунной технологии, одним чистовым проходом.
Можно ли изготовить матрицу вырубного штампа на молибденовой проволоке
Технически – да. Практически – зависит от требований.
Если речь идет о простом штампе средней точности, где допускается последующая доводка или шлифование, молибденовая вырезка справится. Особенно если производство ориентировано на небольшие партии или ремонт оснастки.
Но, если требуется высокая повторяемость, минимальный зазор и идеальная сопрягаемость деталей без дополнительной доводки, молибденовая технология начинает ограничивать. Повторное использование проволоки, менее стабильная среда, ограниченные возможности многопроходной чистовой обработки – все это влияет на конечную геометрию.
Поэтому для сложных высокоточных штампов и прогрессивных инструментальных решений почти всегда применяется латунная Wire EDM.
Почему на молибденовых станках не применяют полноценное охлаждение диэлектрика в отличие от латунных
Ответ кроется в философии конструкции. Молибденовые станки создавались как более простая и доступная альтернатива латунной ЭЭ вырезки (Brass WEDM). Строгий контроль температуры и проводимости среды не являются критичными для данной технологии. Процесс резания менее энергонапряженный, с незначительным тепловыделением в процессе резания и маломощными насосами фильтрации и промывки. Охлаждение станка и диэлектрика происходит естественным способом за счет окружающей среды.
Следует отметить, что при использовании дополнительного агрегата охлаждения, струйная промывка с небольшим потоком жидкости не способна эффективно термостабилизировать станок и обрабатываемую деталь. Поэтому при установке станка в том или ином помещении необходимо отталкиваться от задач и требуемой точности. Для обработки деталей с высокой точностью, рекомендуется размещать оборудование в помещении с температурой 20+/-3,0 град. С, с малым градиентом изменения.
В процессе электроэрозионной обработки на станках с латунной проволокой образуется существенно больше тепла, что обусловлено использованием генераторов импульсов с более высокой электрической мощностью и производительных насосов, которые обеспечивают высокое давление промывки межэлектродного зазора, фильтрацию, деионизацию диэлектрика, циркуляцию и быстрое наполнение рабочей ванны.
Выделяемое тепло поглощается рабочей жидкостью, которая охлаждается холодильным агрегатом (чиллером) и возвращается в бак подготовки диэлектрика с заданной температурой. Погружная технология обеспечивает эффективную термостабилизацию заготовки за счет промывки межэлектродного зазора и постоянной циркуляции жидкости по рабочей ванне. Температура рабочей жидкости точно синхронизируется с температурой стола и других частей станка.
Это обеспечивает температурную стабильность всей системы и заготовки, что напрямую влияет на точность и качество конечного изделия, предотвращая тепловые деформации.
При использовании латунной технологии даже незначительное изменение температуры диэлектрика способно привести к отклонению размеров, нестабильности обработки и обрывам проволоки, перегреву чувствительных электронных компонентов станка, в первую очередь генератора импульсов. Таким образом, холодильник является неотъемлемой частью Brass WEDM станка, обеспечивая контроль температуры для высокоточной и надежной работы оборудования.
Иными словами, различия не в «экономии на охлаждении», а в технологической достаточности и достижимых параметров качества.
Почему операторы латунных станков часто скептически относятся к молибденовым
Здесь играет роль профессиональная привычка. Оператор, работающий на современном латунном станке, привык к высокой автоматизации, стабильному и прогнозируемому результату, к широким функциональным возможностям, к сравнительно чистому рабочему месту с минимальными трудозатратами по обслуживанию.
Одним из недостатков молибденовой технологии является достаточно грязная рабочая среда и наличие небольшого масляного тумана в рабочей зоне. На современных станках MS-WEDM, которые представляют собой эволюцию молибденовых станков Fast Wire существенно улучшена система фильтрации, увеличены периоды и снижены трудозатраты по обслуживания.
В молибденовой технологии больше ручной настройки, больше влияния оператора на процесс, выше вариативность результата, значительно больше времени необходимо на обслуживание станка.
Это не означает, что молибден хуже. Просто он требует иной культуры эксплуатации и чаще используется там, где допустимы технологические компромиссы.
Автоматизация электроэрозионной обработки: где граница возможностей
Если предприятие стремится к безлюдным сменам и интеграции оборудования в цифровую систему управления производством, латунная технология дает больше инструментов. Автоматическая заправка и перезаправка проволоки с выбором различных стратегий, большие катушки с проволокой, удаленный контроль и управление позволяют использовать оборудование в автономном режиме обработки до нескольких суток.
Сбор и анализ информации с ее последующем использованием в системе управления производством на предприятии, различные варианты роботизации – все это возможно реализовать на современных станках Brass EDM.
Молибденовые станки чаще работают в режиме операторского присутствия. Они хорошо подходят для гибких, небольших производств, где важна универсальность и низкая стоимость владения.
В последнее время с применением системы автоматической заправки, световой сигнализации и с внедрением удаленного контроля, количество станков для обслуживания одним оператором значительно увеличилось, что способствует существенному снижению затрат – основному критерию использования данной технологии.
Когда латунная проволочная вырезка (Brass WEDM) становится незаменимой
Есть категории задач, где альтернативы Brass WEDM фактически нет.
- Высокая точность и стабильность. Необходим стабильный результат в пределах ±0.005 мм и лучше.
- Чистота поверхности. Требуется шероховатость Ra < 0.5 мкм и менее.
- Сложная геометрия. Требуется получение идеальных радиусов и внутренних углов. Коническая обработка с наклоном проволоки более 15 град. Микрообработка с использованием тонкой проволоки менее 0,15 мм.
- Обработка твердых и сверхвердых материалов. Требуется обработка твердого сплава с минимальным измененным слоем и отсутствием микротрещин, а также высококачественная обработка изделий из поликристаллического алмаза (PCD).
В первую очередь, это – инструментальное производство: прогрессивные вырубные штампы, пресс-формы, сложные матрицы с минимальными зазорами. Когда зазор между пуансоном и матрицей считается в микронах, нестабильность процесса недопустима. В таких случаях используется несколько чистовых проходов, каждый из которых снимает минимальный припуск и стабилизирует геометрию.
Отдельный вопрос – тонкая проволока 0,1 мм. Работа с таким диаметром требует высокой стабильности натяжения, точной системы направляющих и стабильной диэлектрической среды. Молибденовые станки декларируют такую обработку, но конструктивно слабо рассчитаны на подобные режимы. Если в производстве есть задачи микрообработки, тонких стенок, узких прорезей – выбор однозначно в пользу латунной технологии.
Также это касается точной и качественной обработки конусных поверхностей, с углом наклона более 15 градусов. Латунная технология позволяет использовать мягкую проволоку, точно контролировать точку перегиба при наклоне и автоматически корректировать отклонения в процессе обработки.
Кроме того, латунная вырезка практически всегда используется там, где важна длительная автономная работа. Современные станки оснащаются автоматической обрезкой и заправкой проволоки, а также перезаправкой (в случае обрыва) с различными алгоритмами заданных действий.
Это позволяет работать ночью и в выходные дни без присутствия оператора и контролировать работу станка с использованием дистанционного мониторинга. Автономная работа - фактор, который напрямую влияет на экономику.
Имеет ли смысл покупать сразу две технологии
Если задачи действительно разнообразны – иногда это самый рациональный и верный путь. Небольшой высокоточный станок с латунной проволокой может закрывать инструментальные задачи и ответственные заказы, где требуется микронная точность и качественная шероховатость поверхности, прецизионная конусная обработка и обработка тонкими проволоками - 0,1-0,15 мм или менее.
Большой станок MS-WEDM (молибденовая проволока) с рабочей зоной 800х600 мм или более, с многопроходной технологией и с автоматической заправкой проволоки прекрасно справится и с общемашиностроительными, ремонтными задачами, и с вырезкой габаритных, в том числе, очень длинных и высоких деталей. Например, изготовление различных деталей для ремонта технологического оборудования, зубчатых и турбинных колес, частей и секций, а также пуансонов и матриц крупногабаритных штампов и многого другого.
Также необходимо отметить как одно из преимуществ молибденовых станков – универсальность, возможность использовать станок без каких либо переналадок и перенастроек, для резки материала с очень высокой скоростью и обрабатывать детали с прецизионной точностью, используя многопроходную обработку.
Станки типа MS-WEDM специально спроектированы для совмещения этих двух режимов, с использованием стандартной молибденовой проволоки, без какой либо переналадки, адаптируя скорость перемотки проволоки и параметры генератора под конкретную задачу, позволяя выбирать между скоростью и качеством в рамках одного технологического цикла.
Такой подход позволит:
- существенно снизить инвестиционные затраты;
- не перегружать дорогостоящее оборудование простыми задачами;
- снизить себестоимость обработки;
- расширить возможности и повысить общую производительность участка.
Но решение должно приниматься не «на всякий случай», а на основе анализа структуры заказов.
Экономика: что дешевле
Если принять за единицу стоимость станка DK77 (XY - 450x320 мм) и себестоимость часа работы, то можно приблизительно сопоставить экономические показатели и возможности.
* При соблюдении температурных параметров в помещении и отсутствия внешней вибрации.
** В зависимости от качества используемых материалов.
Заключение
Латунная проволочная вырезка – это технология высокой точности, автоматизации и инструментального качества.
Молибденовая – это технология технологической достаточности, экономичности и универсальности.
Выбор зависит не от предпочтений, а от того, какие допуски вы обязаны выдерживать, какую шероховатость обеспечить и насколько автоматизированным вы хотите видеть свое производство.
Если задача – микронная точность и безоператорная работа, латунная технология становится незаменимой.
Если приоритет – инвестиционная доступность и широкий спектр среднеточных задач, молибденовая вырезка, особенно с использованием современной технологии MS-WEDM, в том числе, с автозаправкой проволоки, является разумным и очень практичным решением.
Статья подготовлена брен-менеджером компании «Абамет» Юрием Зенкевичем.
С 1990 года компания Abamet занимается комплексным оснащением производств в сфере металлообработки. Станки с ЧПУ по металлу, станочная оснастка, режущий инструмент – в каталоге интернет-магазина. Продажи и поставки по всей России. Познакомиться с нами, а также получить профессиональную консультацию можно на нашем сайте Abamet.ru. Переходите, выбирайте, спрашивайте!