Erkunden von Nischen mit neuen EDM-Technologien

Extreme Wire EDM mit Sitz in Grandville, Michigan, ist eine Maschinenwerkstatt mit fortschrittlichen Drehmöglichkeiten. In der sauberen Einrichtung im Mittleren Westen werden Sie jedoch keine konventionellen Drehmaschinen finden.

Das Geschäft ist auf Drahterosion (EDM) spezialisiert und öffnete seine Türen im Jahr 1998. Bald darauf konzentrierte es sich auf Drahterodierarbeiten für große Form- und Werkzeugkomponenten. Die Brüder und Geschäftsinhaber Karl und Brian Bernt erkennen, dass diese Art von Arbeit wahrscheinlich in den Vereinigten Staaten verbleiben wird, und kaufen weiterhin Drahtmaschinen mit großer Kapazität für diese Industriesegmente. Tatsächlich ist Extreme Wire EDM das erste Geschäft in den USA, das eine Robofil 640CC installiert hat, eine Drahtmaschine, die von AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois) hergestellt wird und Werkstücke mit einem Gewicht von bis zu 6.614 Pfund und einer Größe von 1.300 × 1.000 × 510 mm aufnehmen kann. Eine zweite solche Maschine ist derzeit bestellt, weil die erste so ausgelastet ist.

Trotzdem haben die Brüder keinen Tunnelblick; Sie suchen ständig nach anderen potenziellen Bearbeitungsnischen, die sie mit den neuesten EDM-Technologien verfolgen könnten. In letzter Zeit hat die Werkstatt komplexe Drehaufträge mit Spindeltechnologien gewonnen, die speziell für die Drahterosion entwickelt wurden. Während ein Teil dieser Arbeit die kräftigen Formkomponenten ergänzt, die die Werkstatt durchlaufen – beispielsweise gehärtete Kern- und Auswerferstifte –, können Teile praktisch jeder Härte bis zu einem Durchmesser von 0,19 Zoll gedreht werden, ohne den Werkzeugdruck und die Hitze, die mit dem Drehen verbunden sind neue Möglichkeiten in neuen Märkten eröffnet.

Beeindruckend ist, dass die Werkstatt EDM-Drehmöglichkeiten hinzufügte, während die Technologien noch frisch waren und obwohl noch keine Arbeit für die Ausrüstung anstand. Das Hinzufügen führender Bearbeitungstechnologien auf solch proaktive Weise erfordert ein gewisses Maß an Disziplin und eine Prise Chuzpe. Denn die Anfangsinvestitionen für die Implementierung einer neuen Bearbeitungstechnologie sind in der Regel hoch. Die Kosten sinken dann oft, wenn weitere Shops beginnen, die Technologie zu akzeptieren und zu übernehmen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die teuren neuen Geräte eine Weile stehen bleiben, bevor sie Geld verdienen, da die Kunden mit der alternativen Technologie und ihrem Potenzial für ihre speziellen Anwendungen nicht vertraut sind.

Extreme Wire EDM kann dies rechtfertigen. Durch die Integration neuer Technologien, ohne dafür Arbeit in der Warteschlange zu haben, kann sich der Shop mit seinen Möglichkeiten, Nuancen und Einschränkungen vertraut machen. Diese "Übungszeit" ermöglicht es dem Geschäft, einen Vorsprung in der Lernkurve zu bekommen und den Prozess zu verfeinern, bevor es seinen Kunden die Fähigkeit anbietet.

Hochgeschwindigkeits-EDM-Drehen

Die Werkstatt bietet derzeit zwei EDM-Drehverfahren an – das Drehen durch kontinuierliche Werkstückrotation und die „Turn-while-burn“-Technik von AgieCharmilles, die die Werkstückindexierung mit dem Drahtvorschub synchronisiert. Beide eignen sich für Werkstücke nahezu jeder Härte.

Die erste Methode verwendet eine tragbare Hochgeschwindigkeitsspindel H80R.MAC von Hirschmann Engineering USA (Elgin, Illinois), die vor einigen Jahren gekauft wurde. Diese Spindel dreht Werkstücke mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1.500 U/min, während sich der Draht der Maschine in X- und Y-Achse bewegt, um das gewünschte Teilprofil zu brennen. Diese Hilfsspindel kann auf jeder der sechs EDM-Einheiten der Werkstatt verwendet werden. Es kann eine Drehung um die A- oder B-Achse ermöglichen, je nachdem, ob es in einer Linie mit der X- oder Y-Achse der Maschine ausgerichtet ist.

Die in Edelstahl untergebrachte Tauchspindel misst 180 × 195 × 98 mm und verfügt über einen Wechselstromantrieb mit variabler Drehzahl. Es wird auf den Tisch einer Maschine geschraubt und mit einer Steuereinheit verbunden, die die Geschwindigkeit regelt. Extreme Wire EDM hält die Steuereinheit auf einem Wagen, damit sie zu jeder Maschine gefahren werden kann, die die Spindel benötigt. Präzisions-Spannzangen dienen zum Fixieren der Werkstücke beim Drehen.

Während herkömmliches Drehen mehrere Werkzeugdurchgänge erfordert, um Material zu entfernen, erodiert das EDM-Drehen das gesamte Material, das mit jedem Schrupp- und Schlichtdurchgang geschnitten werden muss. Typischerweise führt die Werkstatt je nach gewünschter Oberflächengüte einen Schruppdurchgang und einen oder mehrere Schlichtdurchgänge durch. Dies unterscheidet sich von typischen Drahterodiervorgängen, bei denen Blöcke aus festem Material aus einem Werkstück geschnitzt werden. Sobald das gedrehte Profil fertiggestellt ist, schneidet der Draht das Teil aus dem Vorrat und das Teil sinkt sanft auf den Boden des mit Dielektrikum gefüllten Tanks der Maschine. Die Werkstatt führt alle Dreharbeiten vollständig untergetaucht durch, um eine effektive Spülung zu gewährleisten.

Mike Wysocki ist der Drahterodiertechniker der Werkstatt, der einen Großteil der anfänglichen Experimente mit der Hochgeschwindigkeitsspindel durchgeführt hat. Herr Wysocki schlägt vor, dass die Optimierung von EDM-Drehvorgängen der Bestimmung der besten Kombination von Spindeldrehzahlen und Vorschubraten für eine herkömmliche CNC-Drehmaschine ähnelt. Beispielsweise sind für Arbeiten mit kleinem Durchmesser höhere Spindeldrehzahlen erforderlich. In den meisten Fällen verwendet die Werkstatt die PEPS-Programmiersoftware von Vero International, Inc. (Wixom, Michigan), um das Teileprofil zu skizzieren und das Teileprogramm aus einer Kundenzeichnung zu erstellen.

Die Gebrüder Bernt geben zu, dass es manchmal schwierig ist, Kunden die Vorteile dieser alternativen Art des Drehens verständlich zu machen. Einige Vorrichtungsbaubetriebe glauben beispielsweise, dass sie gehärtete Komponenten schneller und kostengünstiger im eigenen Haus herstellen können, obwohl mehrere Schritte erforderlich sind. Sie müssen im Allgemeinen das Material auf einer Drehbank drehen, es zur Wärmebehandlung schicken (was das bearbeitete Teil verformen kann) und dann zusätzliche Bearbeitungs- oder Schleifvorgänge durchführen, um das Bauteil auf die endgültige Größe zu bringen. Drahterodieren kann gehärtetes Material in einer Aufspannung präzise drehen, was nicht nur die Anzahl der Male reduziert, die eine Werkstatt ein Teil berühren muss, sondern auch die Gesamtherstellungskosten senkt.

Das Drahterodieren ist auch für Porcerax II effektiv, ein poröses Metall, das Gase durch das Material dringen lässt, um eine gezielte Entlüftung schwer zugänglicher Formbereiche zu ermöglichen. Herkömmliches maschinelles Bearbeiten oder Schleifen neigt dazu, Material in die Poren zu drücken, wodurch die Entlüftungsfähigkeit verringert wird. Dies tritt bei EDM nicht auf.

Gleichzeitiges Drehen und Brennen

Kurz nach dem Kauf der Hochgeschwindigkeitsspindel von Hirschmann investierte die Werkstatt in eine AgieCharmilles Robofil 240 EDM-Einheit, die mit der optionalen „Turn-while-burn“-Funktion ausgestattet war. Die für diese Vorgänge verwendete Spindel sorgt für eine servogesteuerte Indexierrotation im und/oder gegen den Uhrzeigersinn, die mit der X- und Y-Achsen-Drahtzufuhr synchronisiert ist. Dadurch kann die Maschine spiralförmige Geometrien und andere komplexe Formen herstellen. Die Maschine und die Schaltspindel werden als Paket gekauft, da spezielle Servos und zugehörige Komponenten benötigt werden, damit die Maschine ihre sorgfältig choreografierten Bewegungen ausführen kann.

Einige Beispiele sind im Bild oben rechts dargestellt, das eine Sammlung von Komponenten mit helikalen Geometrien enthält. Es ist schwer vorstellbar, dass jedes dieser Merkmale aus EDM-Draht erstellt wurde, der während des gesamten Durchgangs senkrecht zur Mittellinie des Werkstücks blieb.

Extreme Wire EDM führt die meisten Programmierungen für diese Maschine manuell durch. Es hat jedoch mit Vero International kommuniziert, das Programmiersoftware für Turn-while-Burn-Operationen innerhalb seines PEPS CAM-Pakets entwickelt. Das CAD/CAM-Bild rechts zeigt zwei identische, gekrümmte Nockenschlitze auf gegenüberliegenden Seiten, die aus Rohrmaterial gefertigt wurden. Der Trick besteht darin, den Schaft hin und her zu drehen, während der Draht beide Schlitze gleichzeitig schneidet (siehe Videosimulation oben auf dieser Seite). Diese Softwarefunktion ist sehr neu. Tatsächlich führte die Werkstatt während meines Besuchs im August 2008 ihren ersten Testschnitt des Nockenteils mit einem von PEPS generierten Teileprogramm durch.

Die auf der Turn-while-Burn-Maschine verwendete Spindel kann auch zum diskreten Indexieren verwendet werden. Der rechteckige Formeinsatz im oben erwähnten Bild ist ein gutes Beispiel dafür, wie damit ein prismatisches Teil aus massivem Rundmaterial hergestellt werden kann. Nach Angabe des in der Spindel installierten Materials schneidet die Maschine gegenüberliegende Seiten ab und indexiert das Werkstück dann um 90 Grad, um die anderen beiden Seiten zu schneiden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, das Teil mehrfach anzuzeigen, was bei einer Spindel ohne Indexierfähigkeit erforderlich wäre. Die Indizierung ist auch hilfreich, um Kerben oder andere flache Merkmale in einem Drehteil in einer Aufspannung zu erstellen.

Hirschmann soll eine Hochgeschwindigkeitsspindel entwickeln, die auch für solche Teilungsarbeiten eingesetzt werden kann. Einer der bevorstehenden Spannzangenaufträge des Shops ist ein perfekter Kandidat dafür. Die Werkstatt wird in der Lage sein, das Profil einer Spannzange zu drehen und die Indexierung zu verwenden, um die gleichmäßig beabstandeten Schlitze der Spannzange in einer Einrichtung zu erstellen.

Ressourcen verfügbar und verfügbar halten

Das Geschäft investiert viel, um die erforderlichen EDM-Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien vorrätig zu halten. Zum Beispiel hat es mehrere Arten von Drähten in Größen von 0,01 bis 0,013 Zoll auf Lager. Durch den Wegfall der Zeit für die Bestellung solcher Artikel kann das Geschäft Aufträge für seine Kunden schneller erledigen. Der EDM-Lochbohrer wurde außerdem mit einer universellen Stangenführung ausgestattet, um die Notwendigkeit zu beseitigen, eine Fülle spezieller Führungen für bestimmte Stangendurchmesser zu kaufen. Die universelle Führung passt sich an verschiedene Rutengrößen an, sodass der Shop 40 verschiedene Rutendurchmesser, aber nicht 40 verschiedene Führungen auf Lager haben kann. Obwohl der universelle Leitfaden anfangs kostspielig war, hat er sich wirklich als nützlich erwiesen, um lochknallende Vorgänge für den Laden zu beschleunigen.

Und obwohl die Maschinen der Werkstatt offensichtlich kostspielige Ressourcen sind, macht es den Bernt-Brüdern nichts aus, wenn ein oder zwei untätig herumstehen. Kunden geben oft Bestellungen aus heiterem Himmel auf, sodass eine Maschine im Leerlauf eingerichtet werden kann, um diese Aufträge sofort auszuführen. Wegen dieser heißen Jobs arbeitet Herr Wysocki normalerweise in der Nachtschicht. Auf diese Weise kommt ein Job um 17 Uhr herein. kann so eingerichtet werden, dass es abends läuft und am nächsten Morgen bereit ist. Da die Arbeit in der Nachtschicht den meisten Menschen nicht besonders viel Spaß macht, erlauben die Brüder Bernt Herrn Wysocki, vier Tage die Woche zu arbeiten, damit er mit dreitägigen Wochenenden belohnt wird.

Was kommt als Nächstes?

Obwohl einige der Werkstücke, die die Werkstatt erhält, ein Startloch haben, bewirbt die Werkstatt ihre Fähigkeit zum Bohren von Löchern als Dienstleistung für ihre Kunden. Die Werkstatt gewinnt weiterhin sehr große Werkstücke, und ihr vorhandener EDM-Lochbohrer hat kaum die Kapazität, solche Werkstücke aufzunehmen. Vorerst wurde ein kundenspezifischer 6-Zoll-Riser-Block hinzugefügt, um die Säule des Lochbohrers anzuheben, sodass Startlöcher für Teile mit einer Höhe von bis zu 20 Zoll erstellt werden können. Das Geschäft wird jedoch wahrscheinlich einen größeren Lochbohrer mit festem Tisch hinzufügen.

Und obwohl Drahterodieren ihre Spezialität ist, haben die Brüder auch Geräte zur Chipherstellung im Auge. Im Einklang mit ihrem Wunsch, fortschrittliche Technologien zu integrieren, ziehen sie in Betracht, Werkzeugmaschinen hinzuzufügen, die eine simultane Fünf-Achsen-Bearbeitung durchführen können, da nicht alle Werkstätten diese Fähigkeit bieten. In diesem Fall werden wir diesen Shop möglicherweise irgendwann in der Zukunft erneut besuchen, um seine Erfolge bei der Implementierung einer weiteren fortschrittlichen Bearbeitungstechnik zu profilieren.

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