ما هي المواد التي يمكن قطعها باستخدام سلك EDM؟

في قطاع التصنيع، تُستخدم آلات القطع السلكية تدريجيًا على نطاق واسع. تشتهر هذه الآلات بدقة قطعها العالية. تُعد تقنية WEDM من المعدات المتطورة، حيث تستخدم سلكًا معدنيًا دقيقًا (سلك قطب كهربائي) كقطب كهربائي للأداة. بالإضافة إلى ذلك، تمرر تيارًا نبضيًا بين السلك وقطعة العمل. تقطع هذه التقنية قطعة العمل باستخدام التأثير التآكلي الكهربائي الناتج عن التفريغ النبضي، متجاوزةً بذلك حدود الطرق التقليدية، ما يسمح لها بمعالجة قطع عمل معقدة ودقيقة.

ستأخذكم هذه المقالة في رحلة لاستكشاف مبدأ معالجة أدوات آلات القطع السلكي، وأنواع الآلات. أنواع المواد التي يمكنها قطعها وخصائصها. مزايا وعيوب استخدامها في معالجة المواد. تطبيقاتها وتقنيات التشغيل في معالجة المواد المختلفة. بفهم هذه الجوانب، يُمكننا أن نرى بوضوح أكبر. كما تُوضح الدور الرئيسي لآلات القطع السلكي في التصنيع الحديث.

ما هي عملية قطع الأسلاك الكهربائية بالتفريغ؟

معالجة القطع السلكي بالتفريغ الكهربائي (WEDM)، والمعروفة أيضًا باسم معالجة القطع السلكي بالتفريغ الكهربائي، هي نوع خاص من المعالجة. يقوم مبدأها الأساسي على استخدام سلك معدني رفيع متحرك (سلك قطب كهربائي) لتفريغ شرارات نبضية على قطعة العمل. يؤدي هذا إلى إذابة وتبخير مادة قطعة العمل، ثم قطعها.

كيف يعمل Wire EDM؟

يعتمد مبدأ عمل تقنية WEDM على ظاهرة تفريغ الشرارة الكهربائية. في هذه العملية، يتصل سلك القطب الكهربائي وقطعة العمل بالأقطاب الموجبة والسالبة لمصدر الطاقة. عند اقترابهما من مسافة معينة، يتشكل مجال كهربائي في سائل العمل (عادةً ما يكون ماءً منزوع الأيونات أو سائلًا عازلًا آخر). تزداد شدة المجال الكهربائي، مما يؤدي إلى تشكل شرارات بين قطعة العمل وسلك القطب الكهربائي عند جهد التفريغ. تُذيب حرارة الشرارة قطعة العمل وتُبخّرها. ثم تجرف عملية التفجير المادة المنصهرة، مما يُزيل المواد.

مكونات آلة EDM السلكية

تتكون الآلة من عدة أجزاء تعمل معًا لإعطاء المادة الشكل المطلوب. فيما يلي مكونات الآلة.

أدوات CNC

تتحكم أدوات CNC في كامل عملية تشغيل آلات القطع بالشرارة الكهربائية للأسلاك. ويشمل التحكم في جميع العمليات التحكم في تسلسل مسار الأسلاك والقدرة على إدارة عملية القطع تلقائيًا. تجدر الإشارة إلى أن تطور أداة CNC يحدد مستوى الخطأ ووقت التشغيل.

مزود الطاقة

وحدة إمداد الطاقة هي المُكوّن الذي يُوصل نبضات (من ١٠٠ فولت إلى ٣٠٠ فولت) إلى القطب السلكي وقطعة العمل. كما أنها تتحكم في تردد وقوة الشحنات الكهربائية التي تمر عبر القطب السلكي لتتفاعل مع قطعة العمل. ولتوفير الجودة والنوعية اللازمين للشحنة أثناء عملية قطع الأسلاك، يلزم وجود وحدة إمداد طاقة متطورة للغاية.

سلك

يعمل السلك كقطب كهربائي لتوليد التفريغ الكهربائي. يؤثر شكل وسمك قطعة العمل بشكل مباشر على قطر السلك. عادةً، يمكن استخدام أسلاك بأقطار تتراوح بين 0.05 و0.25 مم. تشمل الأنواع الرئيسية للأسلاك المستخدمة ما يلي:

أسلاك نحاسية

يُعد النحاس الأصفر أكثر مواد أسلاك التفريغ الكهربائي شيوعًا نظرًا لخصائصه التوصيلية الممتازة. وهو سبيكة من النحاس والزنك، وكلما زاد محتوى الزنك، زادت سرعة قطع السلك. مع ذلك، يجب تحقيق التوازن. فعندما يزيد محتوى الزنك عن 40%، ينخفض معدل تآكل سلك النحاس الأصفر.

أسلاك مطلية بالزنك

كما يوحي الاسم، يتم الحصول عليه بوضع طبقة من الزنك النقي أو أكسيد الزنك على سطح السلك. يستخدم المصنعون الأسلاك المطلية بالزنك لتحسين سرعة التشغيل.

أسلاك مُلَدَّدة بالانتشار

تساعد عملية التلدين الانتشاري على إنتاج أسلاك ذات محتوى زنك أعلى (أكثر من زنك 40%). تتضمن هذه العملية طلاء الأسلاك بطبقات من الزنك النقي. تُعد هذه الأسلاك مثالية للإنتاج بالجملة، ويمكنها تشغيل العديد من المواد.

وسط عازل

يجب أن تُجرى عملية التفريغ الكهربائي السلكي (EDM) في خزان مملوء بسائل عازل. يمنع هذا السائل التصاق الجسيمات الدقيقة من قطعة العمل بقطب السلك. الوسط الأكثر شيوعًا هو الماء منزوع الأيونات، لأنه يُبرّد العملية ويُعطي قطعة العمل سطحًا أملسًا.

الأقطاب الكهربائية

الأقطاب الكهربائية في الآلة هي السلك (الكاثود) وقطعة العمل (الأنود). يتحكم محرك السيرفو في قطب السلك، مما يضمن عدم ملامسته لقطعة العمل في أي وقت أثناء عملية القطع بالتفريغ الكهربائي للأسلاك.

أنواع آلات WEDM

لفهم أنواع آلات WEDM، يجب أولاً معرفة إمكانية تصنيفها وفقًا لمعايير مختلفة. على سبيل المثال، حسب نوع المسافر، أو مجال الاستخدام، أو طريقة البناء. فيما يلي بعض الأنواع الشائعة لآلات WEDM:

التصنيف حسب نوع المسافر السلكي

آلة قطع الأسلاك سريعة الحركة هي آلة تعمل فيها أسلاك القطب الكهربائي بسرعة أكبر. وعادةً ما تستخدم سلك الموليبدينوم كسلك قطب كهربائي. تتميز هذه الآلة بدقة معالجة وجودة سطح منخفضة نسبيًا، وتكلفة معالجة منخفضة أيضًا، وهي مناسبة لمعالجة الأجزاء التي لا تتطلب دقة عالية جدًا. أما آلة قطع الأسلاك بطيئة التغذية، فهي بطيئة نسبيًا في تشغيل أسلاك القطب الكهربائي، وعادةً ما تستخدم سلكًا نحاسيًا. تتميز هذه الآلة بدقة معالجة عالية وجودة سطح جيدة، لكن تكلفة المعالجة أعلى، وتُستخدم عادةً في معالجة الأجزاء عالية الدقة. أجزاء ذات أشكال معقدة.

مقسمة حسب مجال التطبيق

تستخدم آلة قطع الأسلاك العادية آلية التفريغ الكهربائي التقليدية، وعادةً ما تستخدم تقنية الأسلاك السريعة. كما تُستخدم في معالجة الأجزاء الصناعية العامة، مثل الأجزاء الميكانيكية والقوالب، وغيرها. وهي تختلف عن أداة آلة قطع الأسلاك الدقيقة، حيث تستخدم آلية تفريغ كهربائي متقدمة، وتتميز بثبات عالٍ ودقة تحكم عالية. وتستخدم عادةً تقنية الأسلاك البطيئة التغذية.

مقسمة حسب الشكل الهيكلي

وفقًا لشكل الهيكل، يمكن تقسيم آلات قطع الأسلاك العمودية إلى آلات قطع أسلاك عمودية وآلات قطع أسلاك غرفة النوم. تتميز الأولى بمغزل عمودي على طاولة العمل، وقطعة العمل موضوعة أفقيًا. وهي مناسبة لمعالجة القطع الصغيرة والمتوسطة الحجم، وسهلة المشاهدة والتشغيل. أما الثانية، فتتميز بمغزل موازٍ لسطح الطاولة، وقطعة العمل موضوعة أفقيًا أو مائلًا. وهي مناسبة بشكل رئيسي لمعالجة القطع الكبيرة والقطع المُشكّلة.

ما هي المواد المناسبة لـ WEDM؟

من أهم العوامل في استخدام تقنية EDM السلكية أن تكون المادة موصلة للكهرباء. تضمن الموصلية الجيدة تدفق التيار بسلاسة، مما ينتج عنه نبضة تفريغ مستقرة تُزيل المادة بكفاءة ودقة. لا يمكن معالجة الأجزاء باستخدام تقنية EDM إلا إذا كانت المادة المعالجة موصلة للكهرباء بشكل جيد. لذا، يُعد اختيار المادة المناسبة لعملية EDM السلكية أمرًا بالغ الأهمية لضمان جودة القطعة النهائية.

المواد المعدنية

تتميز المواد المعدنية عمومًا بموصلية كهربائية جيدة، وتُستخدم على نطاق واسع في مجال الهندسة الميكانيكية. لذلك، يُعدّ التفريغ الكهربائي السلكي أكثر ملاءمةً لمعالجة المواد المعدنية. على سبيل المثال، الفولاذ (بما في ذلك الفولاذ الكربوني، والفولاذ السبائكي، إلخ)، والفولاذ المقاوم للصدأ، والكربيد، والتيتانيوم، وسبائك التيتانيوم، وغيرها من المواد المعدنية. فولاذ التنغستن وكربيد التنغستن في الكربيد الأسمنتي. تتميز هذه المواد بالصلابة ومقاومة التآكل، وهي مناسبة لصنع قوالب وأدوات عالية الدقة باستخدام التفريغ الكهربائي السلكي. تُستخدم السبائك عالية الحرارة بشكل شائع في محركات الطائرات والتوربينات، حيث تحافظ على متانة جيدة في درجات الحرارة العالية. فيما يلي بعض المواد المعدنية الشائعة التي يمكن معالجتها:

الألومنيوم

يتميز الألومنيوم بخصائص توصيل حراري وكهربائي ممتازة. ومع ذلك، فهو لين بطبيعته، وقد يصعب قطعه بهذه الطريقة، لأن الألومنيوم قد يُنتج تراكمًا لزجًا بعد التشغيل.

التيتانيوم

يُعدّ قطع التفريغ الكهربائي السلكي مثاليًا للتيتانيوم، إذ تتحمل هذه العملية لزوجة هذا السبائك وتُكسر الرقائق الطويلة. مع ذلك، يلزم استخدام الماء منزوع الأيونات كوسيط عازل للتحكم في توليد الحرارة أثناء التشغيل.

فُولاَذ

الفولاذ معدن قوي جدًا. ولذلك، يُفضل العديد من المصنّعين استخدام آلة EDM السلكية بدلًا من آلة CNC. مع ذلك، تُولّد هذه المادة حرارة عالية، لذا يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة.

نحاس

يُسهّل قطع النحاس باستخدام الآلة نظرًا لقوة شدّه العالية. مع ذلك، يجب أن تكون سرعة القطع بطيئة نظرًا لكونه معدنًا لينًا.

الجرافيت

قد يكون من الصعب قطع الجرافيت باستخدام أدوات القطع التقليدية. ومع ذلك، تُعدّ عملية التفريغ الكهربائي بالسلك مناسبةً نظرًا لحِدّة السلك، مما يمنع سحب الجسيمات.

المواد غير المعدنية

تُعالج تقنية التفريغ الكهربائي السلكي (Wire EDM) المواد الموصلة بشكل أساسي. ومن خلال تقنيات خاصة، يُمكنها أيضًا معالجة المواد غير المعدنية مثل الجرافيت والسيراميك. الجرافيت نفسه موصل للكهرباء، وبالتالي يُمكن معالجته مباشرةً باستخدام تقنية التفريغ الكهربائي السلكي. مع ذلك، عادةً ما تكون المواد السيراميكية غير موصلة للكهرباء، وبالتالي تكون العملية أكثر تعقيدًا بعض الشيء. قبل التشغيل، يُطلى سطح السيراميك بطبقة رقيقة من مادة موصلة للكهرباء مثل طلاء النحاس أو الفضة. كبديل، يُمكن استخدام تركيبات موصلة خاصة تُثبت قطعة السيراميك وتدعمها، وتضمن مرور التيار الكهربائي خلالها أثناء التشغيل. كما يُمكن غمر السيراميك في سائل عمل يحتوي على جزيئات موصلة، مما يُعطيه خصائص موصلة مؤقتة. يُمكن استخدام هذه التركيبات مع أسلاك أقطاب كهربائية مناسبة لعملية قطع المواد السيراميكية.

مواد خاصة

يمكن أيضًا معالجة بعض المواد المركبة الجديدة بالقطع السلكي، بما في ذلك مركبات المصفوفة المعدنية وألياف الكربون. ولكن هذا ممكن فقط في ظل ظروف خاصة. يجب أن يكون المعدن في مركب المصفوفة المعدنية موزعًا جيدًا، وأن يتمتع بموصلية كهربائية جيدة. بعد ذلك، يمكن إجراء القطع السلكي. تعتمد قابلية تشغيل مركبات المصفوفة المعدنية بشكل أساسي على بنيتها الدقيقة وطبيعة أطوارها المكونة. يمكن أيضًا معالجة المركبات المقواة بألياف الكربون باستخدام تفريغ القطع السلكي، ولكنها لا تستخدم عادةً، وعادةً ما تستخدم طرق معالجة أخرى أكثر ملاءمة، مثل المعالجة الميكانيكية والمعالجة بالليزر، وما إلى ذلك.

مزايا معالجة التفريغ الكهربائي المقطوع بالأسلاك

بالمقارنة مع طرق المعالجة الأخرى، تتمتع تقنية EDM السلكية بالمزايا التالية:

• دقة عالية: يمكن لآلات التفريغ الكهربائي المقطوعة سلكيًا تحقيق دقة تصنيع عالية، خاصةً للأشكال المعقدة والأجزاء صغيرة الحجم، مما يتميز بمزايا كبيرة. كما أنها تُحقق تشطيبًا سطحيًا ممتازًا. لتحقيق ذلك، أفضل تشطيب للسطح في EDM, يجب الاهتمام بتحسين المعاملات الكهربائية، واختيار مواد الأقطاب الكهربائية، واختيار سوائل التشغيل، وتكنولوجيا الاهتزاز عالي التردد، والتحكم الدقيق في المؤازرة، والمعالجة اللاحقة المناسبة للسطح. من خلال تطبيق هذه التقنيات، يمكن تحسين تشطيب السطح بشكل ملحوظ لتلبية متطلبات التشغيل للأجزاء عالية الدقة.
• معالجة مجموعة واسعة من المواد الموصلة: طالما أن المادة الموصلة قابلة للمعالجة، بغض النظر عن سمكها وحجمها وصلابتها، فهي مناسبة لجميع أنواع المواد ذات الصلابة، بما في ذلك كربيد الأسمنت والسيراميك والمعادن، وتتميز بقدرة تكيف عالية.
• مناسب لتصنيع الأجزاء ذات الأشكال المعقدة: يمكن لآلات القطع السلكي معالجة منحنيات CNC المعقدة. كما يمكنها التعامل مع أشكال مرنة، مثل مزيج من الخطوط المستقيمة والأقواس. ويمكنها أيضًا التعامل مع الأشكال المدببة عن طريق تحريك الخطوط العلوية والسفلية.
• لا يسبب ضغطًا ميكانيكيًا: لا تتطلب عملية التشغيل الآلي قوة قطع، مما يقلل من تأثيرها وحرارتها على قطعة العمل. وهي مناسبة للأجزاء رقيقة الجدران والمواد الهشة، كما أنها تقلل من تشوه قطعة العمل وإجهادها.

حدود تشغيل الآلات المقطوعة بالأسلاك

على الرغم من وجود العديد من مزايا معالجة قطع الأسلاك، إلا أنها تتمتع أيضًا بعض القيود. العيوب هي كما يلي:

• سرعة المعالجة بطيئة نسبيًا. قطع الأسلاك سريع. لكن بالنسبة للمواد السميكة والصلبة، تكون أبطأ من الطرق الأخرى. وهي مناسبة للتشغيل الآلي الدقيق والإنتاج بكميات صغيرة، وليست مناسبة للتشغيل الآلي السريع بكميات كبيرة.
• نطاق المعالجة محدود. لا يمكن معالجة المواد الموصلة إلا عن طريق قطع الأسلاك، بينما لا يمكن معالجة المواد غير الموصلة، مثل البلاستيك والمطاط، إلخ.
• استبدال متكرر لسلك القطب. أثناء المعالجة، يستمر استهلاك سلك القطب، ويتآكل باستمرار بفعل الشرارة الكهربائية، ويسهل كسره، لذا يلزم استبداله بشكل متكرر، مما يزيد من... تكلفة المعالجة.

التطبيقات الشائعة لمعالجة القطع السلكي

تُستخدم عملية القطع السلكي على نطاق واسع في العديد من المجالات الصناعية نظرًا لخصائصها المادية المتمثلة في الدقة العالية والقدرة على معالجة الأشكال المعقدة.

تصنيع القوالب

نظرًا لأن القوالب تتطلب دقة عالية، ويتم معالجة العديد منها باستخدام المعدن كمادة خام بدقة عالية وقدرة على معالجة الأشكال المعقدة، فإن معالجة القطع السلكي تُستخدم على نطاق واسع في مجال تصنيع القوالب، مثل قوالب الحقن، وقوالب الختم، وقوالب الصب، وقوالب البثق. معالجة دقيقة تجاويف وأنوية وهياكل مُشكَّلة مُعقَّدة لضمان دقة وجودة القوالب. في تصنيع القوالب، يُعدُّ التفريغ الكهربائي السلكي (EDM) من أفضل طرق المعالجة.

مجال الفضاء الجوي

تتطلب القطع المستخدمة في مجالي الطيران والفضاء دقةً وموثوقيةً وسلامةً عاليتين، لأن أي عيبٍ صغيرٍ في التصنيع قد يؤدي إلى كارثةٍ جسيمة. لذلك، يُحسّن استخدام تقنية التفريغ الكهربائي بالسلك متطلبات التصميم ويُحسّن دقتها. تُستخدم تقنية التفريغ الكهربائي بالسلك في معالجة شفرات محركات الطائرات وأجزاء المركبات الفضائية، وغيرها، لتلبية متطلبات الدقة العالية والشكل المعقد.

تصنيع المنتجات الإلكترونية

يشهد المجتمع اليوم تطورًا سريعًا، وتزداد شعبية المنتجات الإلكترونية، وتزداد متطلبات وظائفها وأدائها. في صناعة الإلكترونيات، تُستخدم تقنية قطع الأسلاك لمعالجة جميع أنواع الموصلات الإلكترونية، بما في ذلك الموصلات، والأجزاء الدقيقة الأخرى.

تصنيع المعدات الطبية

في تصنيع الأجهزة الطبية، يتم استخدام آلات التفريغ الكهربائي المقطوعة بالأسلاك لتصنيع الأدوات الجراحية عالية الدقة والغرسات وأدوات الأسنان وما إلى ذلك.

صناعة السيارات

في مجال تصنيع السيارات، يتم استخدام آلات التفريغ الكهربائي المقطوعة بالأسلاك بشكل أساسي في معالجة قوالب السيارات وأجزاء المحرك وأجزاء نظام ناقل الحركة وما إلى ذلك.

الأجهزة والمعدات الدقيقة

بالنسبة للعديد من الأدوات الدقيقة، فإن متطلبات التسامح للأجزاء صارمة نسبيًا، وحجم الأجزاء ليس كبيرًا بشكل خاص، لذا فإن معالجة التفريغ الكهربائي المقطوع بالأسلاك في تصنيع الأدوات الدقيقة وأجزاء المعدات تلعب دورًا مهمًا، مثل الأدوات البصرية والمعدات الطبية وأدوات القياس وما إلى ذلك، هناك مجموعة واسعة من التطبيقات، ويمكن معالجة الأجزاء الصغيرة والمكونات عالية الدقة وتوفير تشطيب سطح جيد.

نصائح لاستخدام الآلات المقطوعة بالأسلاك

WEDM هي طريقة تصنيع عالية الدقة مناسبة لتصنيع الأجزاء ذات الأشكال المعقدة والمواد عالية الصلابة. تتمتع شركة Yonglihao Machinery بسنوات عديدة من الخبرة والمعرفة المهنية في WEDM، وهناك بعض تقنيات التصنيع باستخدام WEDM، كما هو موضح أدناه:

اختيار سلك القطب الكهربائي المناسب

يعتمد اختيار مادة سلك القطب الكهربائي المناسبة (مثل الموليبدينوم أو التنغستن) وقطره على متطلبات الدقة وظروف معالجة المواد. يُحسّن سلك القطب الكهربائي الرقيق الدقة، ولكنه سهل الكسر ويُستخدم في المعالجة الدقيقة. أما سلك القطب الكهربائي السميك، فهو أكثر ثباتًا ولكنه أقل دقة. وهو مناسب للأجزاء الكبيرة والقطع السريع.

تحسين معلمات المعالجة والمسار

من ناحية، يشمل التحسين عرض النبضة، وفترة النبضة، وتيار التفريغ، وسرعة القطع، وغيرها من معلمات المعالجة. ومن خلال التجربة والممارسة، يتم تحديد أفضل معلمات معالجة المواد وأشكال القطع، مما يُحسّن الكفاءة وجودة السطح. من ناحية أخرى، يتم ترتيب نقطة بداية القطع ومساره بشكل معقول لتجنب التوجيه المتكرر والقطع المتكرر، مما يُقلل من وقت المعالجة وفقدان سلك القطب.

استخدم سائل تبريد فعال

استخدم سائل تبريد عالي الكفاءة (مثل الماء منزوع الأيونات) للتبريد والشطف لتقليل التأثير الحراري ومنع تراكم منتجات التفريغ على سطح سلك القطب وقطعة العمل.

الصيانة الدورية للمعدات

معايرة معدات قطع الأسلاك بانتظام لضمان دقة المعالجة واستقرارها. واستبدال الأجزاء البالية أو القديمة في الوقت المناسب.

خاتمة

تُقدّم هذه الورقة تعريف ومبدأ عملية التفريغ الكهربائي بالسلك (WEDM). ثم تُقدّم أنواع الأدوات الآلية. ثم تُغطّي المواد المناسبة لهذه العملية. كما تُناقش إيجابيات وسلبيات هذه العملية. وأخيرًا، تُناقش الاستخدامات الشائعة. وتُشارك تقنيات التشغيل الآلي لمساعدتك على فهم عملية التفريغ الكهربائي بالسلك. إذا كانت لديك أي أسئلة أخرى حول جوانب أخرى من عملية التفريغ الكهربائي بالسلك، يُمكنك التواصل معنا وسنواصل الإجابة عليها. إذا كانت لديك أي أسئلة ذات صلة، سلك EDM إذا كانت لديك احتياجات ومشاريع، تواصل معنا. سنقدم لك عروض أسعار أولية ومساعدة احترافية. نتطلع إلى التواصل معك.

التعليمات

هل يمكن لـ WEDM قطع المواد غير المعدنية؟

بشكل عام، تُعدّ تقنية WEDM مناسبة فقط للمواد الموصلة. لا يُمكن معالجة المواد غير المعدنية، مثل البلاستيك والسيراميك، بهذه الطريقة. مع ذلك، في بعض الحالات، يُمكن معالجة المواد غير المعدنية المُعالجة بشكل خاص أو المُضافة إليها أجزاء موصلة، ولكن هذا نادر.

ما هي دقة معالجة WEDM؟

تتميز تقنية WEDM بدقة عالية جدًا، حيث تصل تفاوتاتها إلى 0.0001 بوصة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات الدقيقة.

هل تعتبر تقنية WEDM فعالة من حيث التكلفة للإنتاج بكميات كبيرة؟

عادةً ما يكون WEDM أقل تكلفةً للإنتاج بكميات صغيرة ومتوسطة. كما أنه مناسب للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية. أما بالنسبة للإنتاج بكميات كبيرة، فقد تكون طرق أخرى أكثر توفيرًا.