"Cara, como ele corta metal sem tocá-lo?" ele me perguntou.
E foi aí que percebi que estamos neste negócio há tanto tempo que presumimos que todos sabem o que é Wire EDM. Eles não. Até nossos clientes às vezes ficam confusos, e são pessoas que encomendam peças de precisão que exigem tolerâncias mais rigorosas do que... bem, não importa, você entendeu.
Então aqui vamos nós. Wire EDM explicado por alguém que faz isso há 18 anos e tem problemas nas costas para provar isso.
O nome real (e por que ninguém o usa)
Wire EDM significa Usinagem por Descarga Elétrica de Fio. Algumas pessoas chamam isso de erosão por fio, ou usinagem por faísca, ou – se você for realmente da velha-escola – erosão por faísca. Os ianques às vezes o chamam de “cortador de queijo”, o que considero hilário, mas também preciso.
Mas o problema é o seguinte: ninguém em nossa loja diz “Wire EDM” por extenso. É apenas "a máquina de arame" ou "a Fanuc" (porque é dessa marca que temos três) ou às vezes "aquela maldita máquina temperamental no canto" quando está nos causando sofrimento.
O que, deixe-me dizer, é mais frequente do que eu gostaria.
Então, o que é isso, realmente?
Certo, imagine que você está tentando cortar um bloco de aço endurecido. Endurecido, o que significa que você não pode furar, fresar ou fazer qualquer coisa com os métodos tradicionais. É muito duro – aço para ferramentas adequado, 60 HRC, o material que ri das fresas de metal duro.
Wire EDM não se importa. Vai cortar como manteiga. Bem, manteiga muito lenta. Manteiga muito cara e muito precisa.
Funciona assim (e prometo que esta é a versão simplificada):
Você tem um fio super-fino (estamos falando de 0,25 mm normalmente, mais fino que uma corda de violão) que é esticado entre duas guias. Este fio atua como um eletrodo. Sua peça de trabalho é o outro eletrodo. Ambos estão submersos em água deionizada (mais sobre esse desastre esperando para acontecer mais tarde).
Então você passa corrente elétrica pelo fio, criando milhares de pequenas faíscas por segundo – como raios em miniatura – entre o fio e sua peça. Cada faísca derrete um pouquinho do metal e a água remove os detritos.
O fio nunca toca a peça de trabalho. Há sempre uma pequena lacuna – talvez 0,01 mm – onde todas as faíscas acontecem. É como magia, exceto que é física, e é muito mais caro que magia.
Por que fazemos isso (quando existe usinagem regular)
Boa pergunta. A fresagem CNC regular é mais rápida, barata e fácil. Então, por que se preocupar com Wire EDM?
Porque às vezes você precisa fazer coisas que a usinagem normal simplesmente não consegue fazer:
Materiais endurecidos– Já mencionei isso, mas é enorme. Cortamos peças de aço para ferramentas o dia todo que destruiriam qualquer ferramenta de corte comum.
Formas impossíveis– Experimente fresar um canto interno quadrado. Vá em frente, vou esperar. Não pode ser feito, certo? O cortador é redondo. Mas com Wire EDM, você pode ter cantos internos afiados porque o fio pode mudar de direção. Fizemos um trabalho no mês passado para uma empresa de dispositivos médicos (NDA, não sei dizer quem, mas eles fabricam instrumentos cirúrgicos) com cantos internos absolutamente críticos. Wire EDM era a única opção.
Recursos minúsculos– Ranhuras mais estreitas que qualquer fresa de topo? Sem problemas. Recentemente cortamos ranhuras de 0,3 mm de largura em 50 mm de aço endurecido. Experimente isso em um moinho, eu te desafio.
Sem forças de corte– Essa é a parte que impressiona as pessoas. Como o fio nunca toca a peça, a força de corte é zero. Zero. O que significa que você pode cortar peças incrivelmente delicadas ou com paredes-finas sem distorção. No ano passado, cortamos alguns suportes aeroespaciais com espessura de parede de 0,5 mm. Num moinho eles simplesmente vibravam e quebravam.
Os diferentes tipos (porque é claro que existem)
Na verdade, existem dois sabores principais:
Máquinas de dois-eixos– O tipo básico. O fio sobe e desce direto, corta paredes verticais. Isso é o que mais temos na loja. Nossas três máquinas Fanuc são todas de dois{3}}eixos e provavelmente realizam 80% do nosso trabalho.
Máquinas de quatro{0}}eixos– Os sofisticados onde as guias de fio superior e inferior podem se mover de forma independente. Isso significa que você pode cortar paredes cônicas, formas 3D complexas, pás de turbinas, esse tipo de coisa. Temos uma unidade Mitsubishi de quatro-eixos que custa mais do que minha casa (literalmente – verifiquei a fatura quando a compramos em 2019, procurei minha hipoteca e chorei um pouco).
Costumava haver distinções entre "fio móvel" e "fio estacionário", mas o fio móvel venceu essa batalha décadas atrás. Você teria que ir a um museu para encontrar uma máquina de arame estacionária agora.
O próprio fio (uma coisa tão simples, um pesadelo)
Você pensaria que o fio seria simples, certo? É apenas fio.
Oh, sua doce criança do verão.
Usamos principalmente fio de latão. Na verdade, é latão-revestido de zinco, que conduz bem a eletricidade e não quebra tão facilmente. O tamanho típico é de 0,25 mm de diâmetro, embora tenhamos em estoque tudo, desde 0,1 mm (para trabalhos realmente finos) até 0,3 mm (para cortes brutos).
O fio é caro. Não é um "carro de luxo" caro, mas um carretel de 5 kg custa cerca de £ 80-120 dependendo do tipo, e essas máquinas passam por isso como... bem, imagine tricotar com arame que você joga fora no caminho. Provavelmente gastamos £ 15.000 por ano apenas em transferência. Jenny, das contas, traz isso à tona a cada. Solteiro. Orçamento. Reunião.
E aqui está a parte divertida: o fio é usado uma vez e depois descartado. Ele passa pela zona de corte exatamente uma vez, fica eletricamente corroído e enfraquecido e depois vai direto para a lixeira. Temos um enorme depósito de arame usado no canto da loja. A coleta de reciclagem ocorre terça-feira sim, dia não, e até eles parecem confusos com a quantidade de fio que geramos.
Quebras de fios são a ruína da nossa existência. A máquina está funcionando bem, cortando uma peça e depois SNAP. Fio quebrado. A máquina para. Você tem que passar o novo fio (o que em algumas partes pode levar 20 minutos), descobrir onde você estava no corte e reiniciar. Perdeu tempo, perdeu dinheiro, e se você for eu, perdeu a paciência porque esta é a TERCEIRA folga de hoje.
Por que o fio quebra? Faça a sua escolha:
Configurações de Spark muito agressivas
Tensão do fio errada
Fluido dielétrico contaminado
Má sorte (este é um motivo legítimo)
Mercúrio retrógrado (brincadeira, mas só)
A situação da água (ou: por que nossas contas de luz são absurdas)
Lembra que mencionei água deionizada? Sim, isso é uma coisa toda.
A água em uma máquina Wire EDM serve a vários propósitos:
Resfria a zona de faísca
Elimina os detritos de metal
Atua como um dielétrico (isolador elétrico até que a tensão fique alta o suficiente para gerar faíscas)
Mas TEM que ser deionizado – o que significa que todos os minerais e íons são removidos. A água normal da torneira conduziria eletricidade com muita facilidade e você teria apenas um curto-circuito em vez de faíscas controladas.
Portanto, temos este sistema de deionização massivo. É basicamente uma estação de tratamento de água no canto da nossa oficina. Filtros, tanques de resina, bombas, tudo. Só a manutenção desta coisa nos custa cerca de £ 3.000 por ano.
E as taxas de fluxo de água! Estamos bombeando centenas de litros por minuto através dessas máquinas. O Mitsubishi consome cerca de 60 litros por minuto. Isso é uma banheira a cada 2-3 minutos. Apenas circulando, filtrando, resfriando, recirculando constantemente.
Nossa inspetora ambiental nos visitou no ano passado (mulher simpática, muito meticulosa, nos deixou absolutamente aterrorizadas) e ficou realmente impressionada com o quão limpa é nossa gestão de água. Aparentemente, a maioria das lojas é muito pior. Ficamos estranhamente orgulhosos, como quando sua-sogra-elogia suas tarefas domésticas.
Programando essas feras (ou: por que pagamos tanto ao James)
A programação Wire EDM é… especial.
Não é como a programação CNC normal, onde você pode simplesmente improvisar e ajustar conforme avança. Se errar, ou você arruinou um espaço em branco muito caro ou ficará sentado lá por 20 horas cortando o ar porque seus deslocamentos estão errados.
James é nosso principal programador Wire EDM. Ele está aqui desde 2007, conhece essas máquinas melhor do que seus próprios filhos (palavras dele, não minhas, embora sua esposa tenha rido quando ele disse isso na festa de Natal do ano passado). Nós pagamos muito bem a ele porque encontrar alguém que realmente entende de programação Wire EDM é como encontrar um unicórnio. Um unicórnio que é bom em matemática e não se importa de ficar olhando modelos CAD o dia todo.
O software gera o percurso, mas você precisa levar em conta:
Deslocamento do fio (a distância entre o fio e a peça)
Múltiplas passagens (corte bruto, cortes rasos, corte de acabamento)
Compensação de conicidade (para trabalho em quatro-eixos)
Estratégias de entrada/saída
Condições de canto
A maioria das peças precisa de pelo menos duas passagens. A primeira passagem – chamada de corte bruto – remove a maior parte do material rapidamente. Em seguida, você faz uma ou mais passagens desnatadas com configurações muito mais refinadas para obter o acabamento superficial e a precisão dimensional.
Aquele trabalho que mencionei anteriormente para a empresa de dispositivos médicos? Cinco passes no total. O corte bruto demorou cerca de 6 horas. Cada passagem superficial adicionou mais 3-4 horas. James passou mais tempo programando do que a máquina cortando.
Os números que todo mundo quer (mas fique sentado)
“Quão preciso é isso?” – Cada cliente, sempre.
Rotineiramente mantemos ±0,005 mm na maioria dos trabalhos. São cinco milésimos de milímetro. Cinco mícrons. Cerca de 1/10 da espessura de um fio de cabelo humano.
Em nosso Mitsubishi de quatro-eixos, quando James está tendo um bom dia e os deuses das máquinas estão sorrindo, podemos atingir ±0,002 mm. Isso significa entrar num território de incerteza de medição, onde não temos certeza absoluta de que nosso equipamento de medição é preciso o suficiente para verificar o que realmente fizemos.
Acabamento de superfície? Geralmente em torno de 0,2-0,4 Ra (que é uma medida de rugosidade) em cortes rasos. Desça para 0,1 Ra se estivermos realmente tentando, embora nesse ponto você esteja gastando anos em passes finais.
Mas aqui está o segredo sujo que ninguém lhe conta:Wire EDM é LENTO.
Aquela placa de aço com 50 mm de espessura que mencionei anteriormente? Corte bruto em nossas configurações típicas? Cerca de 30-40 milímetros quadrados por minuto. Portanto, um recorte de 100 mm x 100 mm leva de 3 a 4 horas. ENTÃO você faz seus passes rápidos.
Citamos um trabalho na semana passada em que o cliente ficou chocado com o fato de que seriam necessárias 40 horas de tempo de máquina. "Você não pode simplesmente... acelerar?" eles perguntaram. Bem, sim, tecnicamente, mas então sua peça parece lixo e a precisão dimensional vai embora. Não há almoço grátis no Wire EDM.
Velocidade versus finalização versus precisão – escolha duas, você não pode ter todas as três.
Quando NÃO usar Wire EDM (a parte honesta que meu chefe gostaria que eu não escrevesse)
Olha, ganhamos dinheiro quando você usa nossos serviços de Wire EDM. Mas deixe-me economizar algum tempo e dinheiro:
Se você pode moer, moa. A usinagem CNC regular é provavelmente 10x mais rápida e custa metade do custo para a maioria dos trabalhos.
Se suas tolerâncias forem menores que ±0,02 mm, você provavelmente não precisará do Wire EDM.
Se o seu material for macio (alumínio, aço-carbono, plástico), definitivamente não use Wire EDM. Vai funcionar, mas é um exagero enorme.
Se você precisar apenas de formas externas e elas não forem muito complexas, o corte por jato de água provavelmente será mais barato.
Recusamos um trabalho no mês passado – o cara queria que fizéssemos EDM e cortasse alguns suportes de alumínio. Eu disse a ele francamente: "Cara, mande fresar isso. Qualquer oficina mecânica pode fazer isso em um quarto do tempo pela metade do preço." Ele apreciou a honestidade e acabou nos enviando um trabalho diferente que realmente precisava de Wire EDM. Às vezes, ser honesto compensa.
Mas não diga ao pessoal de vendas que estou dando trabalho. Eles já estão irritados comigo pela postagem que escrevi em agosto sobre ferramentas caras. Isso causou algumas... discussões.
Problemas comuns (ou: por que tenho sonhos estressantes com fios quebrados)
Quebra de fio– Já mencionei, mas falando sério, isso representa 80% dos nossos problemas. Tentamos fios diferentes, tensões diferentes, sacrificando uma galinha aos deuses das máquinas (brincadeira… principalmente). Alguns dias a máquina simplesmente decide que te odeia.
Contaminação dielétrica– Os detritos metálicos acumulam-se na água, a condutividade aumenta, as faíscas tornam-se inconsistentes, as peças saem com um aspecto áspero. Mudamos nossos filtros religiosamente todas as semanas. Religiosamente. Está na agenda, em caneta vermelha, sublinhado duas vezes.
Camada de reformulação– O processo de centelhamento derrete o metal e pequenas quantidades dele se solidificam na superfície cortada. Essa "camada reformulada" tem talvez 0,001-0,01 mm de espessura, mas é mais dura e mais quebradiça do que o material de base. Para algumas aplicações isso não importa. Para outros (peças críticas à fadiga, por exemplo), é um grande problema e precisa ser removido com polimento manual. Fizemos um lote de peças para uma equipe de F1 no ano passado (de novo, NDA, mas são vermelhas), onde a remoção da camada reformulada adicionou 2 horas de trabalho manual por peça.
Cônico– Mesmo em máquinas de dois{0}}eixos, se o fio não estiver perfeitamente vertical, você obterá conicidade. Geralmente minúsculo – talvez 0,01 mm acima de 50 mm de altura – mas está lá. Em peças críticas, James passa muito tempo verificando e ajustando a verticalidade dos fios. Ele tem todo esse ritual com um relógio comparador que tenho certeza que é pelo menos 50% superstição, mas as partes saem corretas, então quem sou eu para julgar?
Lavagem de canto– Nos cantos internos, o flushing não é tão bom, então você consegue cortes inconsistentes. Existem estratégias de compensação para isso, mas isso significa mais tempo de programação e geralmente um passe extra. A lavagem dos cantos é a razão pela qual James murmura para si mesmo enquanto programa.
O futuro (ou: o que mantém os engenheiros acordados à noite)
Para onde vai a tecnologia Wire EDM?
Corte mais rápido– Cada nova geração de máquinas reivindica velocidades de corte 20{3}}30% mais rápidas. Na realidade, é algo em torno de 10-15% e geralmente vem com compensações no acabamento superficial. Mas nós aceitaremos. Nosso mais novo Fanuc (entregue em março deste ano, ainda valendo a pena) é visivelmente mais rápido que nosso modelo de 2015.
Melhor automação– Nosso Mitsubishi pode funcionar sem supervisão durante a noite SE tudo correr perfeitamente. Grande "se" aí. As máquinas mais novas têm melhores sistemas de passagem de fio, ajuste automático de tensão do fio, todas essas coisas boas. O sonho é a usinagem com luzes apagadas. A realidade é que Steve ainda chega às 6h na maioria das manhãs para verificar as corridas noturnas, porque todos nós já nos queimamos antes.
Medição integrada– Algumas máquinas-de última geração agora possuem sistemas de medição que podem medir a peça sem removê-la da máquina. Ainda não temos isso (£ 40,000+ complemento-), mas já vi uma demonstração e é realmente impressionante. Economizaria para James cerca de 30 minutos por peça em trabalhos complexos.
Melhor tecnologia de faíscas– Novos geradores com maior controle sobre as características da faísca. Acabamentos superficiais mais finos, menos reformulação, melhor precisão de canto. Essas coisas estão ficando genuinamente melhores, não apenas boatos de marketing.
Dicas práticas (de alguém que cometeu todos os erros)
Como você provavelmente está pensando em trabalhar com Wire EDM, aqui estão alguns conhecimentos-adquiridos a duras penas:
1. Projeto para EDM de fio– Os cantos internos devem ter raios pelo menos iguais ao diâmetro do fio + deslocamento. Portanto, fio de 0,25 mm com + 0.05 mm de deslocamento=0.3 mm de raio mínimo. Recebemos desenhos o tempo todo com cantos agudos especificados e temos que explicar a física aos designers. Envelhece rápido.
2. Dê tempo– Não nos ligue na sexta à tarde precisando de peças na segunda de manhã. Isso não está acontecendo. Wire EDM leva TEMPO. Uma peça pequena típica dura de 8 a 12 horas no mínimo. Peças complexas podem levar dias.
3. A preparação do material é importante– Se a peça bruta não for aliviada-de tensão, ela poderá deformar conforme o cortamos devido à liberação de tensões internas. Então suas tolerâncias são uma porcaria. Não pule o alívio do estresse em partes críticas.
4. Comece buracos– Precisamos de um furo para passar o fio e começar a cortar. A maioria das peças precisa primeiro de um furo de 2-3 mm. Inclua-os em seu projeto ou cobraremos para perfurá-los.
5. O custo não é linear– Adicionar uma segunda passagem dobra o tempo da máquina. Tolerâncias mais restritas significam mais passagens desnatadas. 0.01mm, a tolerância custa talvez 20% mais do que 0,02 mm. Mas tolerância de 0,002 mm? Isso é duplo ou triplo porque precisamos de vários passes extras de finalização e tudo tem que estar perfeito.
6. Acabamento superficial versus tolerância– Eles estão relacionados, mas não são iguais. Você pode ter tolerância restrita com acabamento áspero ou tolerância fraca com acabamento espelhado. Deixe claro o que é mais importante para sua aplicação.
As aplicações realmente realistas
Onde vemos mais o Wire EDM?
Fabricação de ferramentas e matrizes– Este é o trabalho do pão com manteiga. Matrizes de puncionamento, matrizes de conformação, inserções de moldes de injeção. Qualquer coisa que precise de formas complexas em aço temperado. Provavelmente fazemos 40% do nosso trabalho para fabricantes de ferramentas.
Componentes aeroespaciais– Serrilhadas das pás da turbina, acessórios estruturais com recortes precisos para economizar peso-, qualquer coisa de titânio (que é horrível de usinar convencionalmente). Fiz um lote de braquetes de titânio no mês passado que teria sido genuinamente impossível de outra forma.
Dispositivos médicos– Instrumentos cirúrgicos, componentes de implantes, tudo que necessite de precisão e bom acabamento superficial. Embora a papelada regulatória para o trabalho médico quase nos tenha matado. Jenny passou TRÊS SEMANAS documentando nossa certificação ISO 13485. Ela ainda está ressentida com isso.
Medidores de precisão– Pinos medidores, blocos padrão, dispositivos de inspeção. O laboratório de calibração mais próximo é um de nossos clientes regulares.
Automotivo– Principalmente protótipos e trabalhos de automobilismo. Os volumes de produção são geralmente muito altos para a economia da eletroerosão a fio. Mas para aquela equipe de F1? O dinheiro não é realmente uma preocupação quando você precisa de peças com bom desempenho.
Conclusão-(porque isso está ficando longo)
Então, o que é Wire EDM?
É um processo de corte de metal de precisão que utiliza faíscas elétricas para erodir o metal, capaz de uma precisão incrível e capaz de cortar materiais e formas que seriam impossíveis com a usinagem regular. É lento, um tanto caro, ocasionalmente temperamental e absolutamente essencial para certos tipos de trabalho.
Vale a pena aprender? Se você está na fabricação, com certeza. Se você precisar de peças complexas feitas de materiais duros, provavelmente acabará conversando com alguém como eu.
Somos tendenciosos porque possuímos quatro máquinas Wire EDM e precisamos mantê-las ocupadas para justificar sua existência para Jenny na contabilidade? Talvez. Mas são máquinas verdadeiramente notáveis quando você precisa do que elas podem fazer.
Se você quiser vê-los em ação, fazemos visitas às lojas na primeira quinta-feira de cada mês (a próxima é 1º de dezembro, envie um e-mail para Sandra para reservar uma vaga). Aviso justo: eles não são emocionantes de assistir – apenas um fio fino movendo-se lentamente através do metal sem que nada dramático aconteça. Mas os resultados são espetaculares.
E traga protetores de ouvido. As bombas dielétricas são ALTAS.
P.S.– Ah, e se o Wire EDM lhe interessa, você deve conhecer seu primo:Chumbada EDM(também chamado de Ram EDM). Usa um eletrodo moldado que mergulha para queimar cavidades em metal - brilhante para fazer moldes. O mesmo princípio de faísca, aplicações completamente diferentes. Não temos, o que me poupa de explicar mais uma enorme conta de luz para Jenny.