Onder de meest moderne industriële productietechnieken onderscheidt vonkbewerking zich door de hoge precisie en minimale slijtage van het doelmateriaal. In dit artikel beschrijf ik alles over dit bewerkingsproces, inclusief de toepassingen en de belangrijkste componenten van het vonkvonksysteem.

Bovendien zal ik de voor- en nadelen van EDM-bewerking bespreken om de geschiktheid ervan voor moderne bewerkingen te bepalen. Tot slot zullen we onderzoeken hoe EDM verschilt van andere bewerkingsmethoden zoals CNC. Het artikel beschrijft ook de meest voorkomende materialen die met EDM bewerkt kunnen worden en de gevaren die aan dit bewerkingsproces verbonden zijn.

Geschiedenis van ontwikkeling

Machine-industrie voor elektrische ontladingen werd voor het eerst ontwikkeld in de jaren veertig als een manier om moeilijk te bewerken materialen zoals wolfraam te bewerken. Pas in de jaren zeventig begon EDM op grotere schaal te worden gebruikt, omdat technologische vooruitgang het mogelijk maakte kleinere en nauwkeurigere elektrische ontladingen te creëren. Tegenwoordig wordt EDM in een verscheidenheid aan industrieën gebruikt, van de lucht- en ruimtevaart tot de productie van medische apparatuur.

Wat is elektrische ontladingsbewerking?

Bewerking van elektrische ontlading, of EDM, is een subtractief productieproces dat thermische in plaats van mechanische energie gebruikt om overtollig materiaal van een werkstuk te smelten of te verdampen. In wezen bestaat het proces uit het omzetten van een elektrische ontlading in thermische energie, waardoor een hete elektrische vonk ontstaat die vervolgens op het doelmateriaal inwerkt.

EDM, ook wel vonkverspaning genoemd, werkt op basis van elektrische geleiding en is daarom alleen geschikt voor materialen die goed geleiden. Het proces van vonkverspaning staat bekend om zijn hoge nauwkeurigheid, ongeacht de hardheid of zachtheid van het materiaal. Het is ook geschikt voor het snijden van complexe vormen, in tegenstelling tot traditionele methoden.

Hoe het EDM-proces werkt

Het proces van elektrische ontladingsbewerking bestaat uit twee hoofdonderdelen: 1) een elektrode die de vonken genereert, en 2) het werkstuk, of simpelweg het te bewerken materiaal. Beide componenten zijn aangesloten op een voeding, waarbij de elektrode de ene kant van de lading transporteert en het werkstuk de andere.

Wanneer de twee tegengestelde ladingen dichter bij elkaar komen, ontstaat er een gloeiend hete elektrische vonk van de elektrode die overspringt naar het werkstuk, waardoor hoge temperaturen tussen de 7000 en 1000 graden Celsius (14,500 tot 21,500 graden Fahrenheit) in de vonkbrug ontstaan. Deze impact zorgt ervoor dat het werkstuk/materiaal smelt en erodeert.

Gezien de hoge temperaturen in het systeem fungeert een diëlektrische vloeistof als isolerende component. De elektrode en het werkstuk blijven daarom gedurende het hele proces in de vloeistof. Naast het regelen van de elektrische vonk, koelt de diëlektrische vloeistof ook het systeem en spoelt het de geërodeerde deeltjes weg.

Soorten elektrische ontladingsbewerkingsprocessen

We kunnen vonkbewerkingsprocessen indelen in verschillende typen, afhankelijk van de elektrodevorm en de algemene procesopzet. De drie standaard vonkbewerkingsprocessen zijn:

1. Zinkende EDM

Bij dit type vonkbewerking wordt een matrijs in het werkstuk bevestigd ('verzonken') met de beschikbaarheid van een diëlektrische vloeistof. Hierdoor creëren herhaalde elektrische ontladingen tussen de elektrode en het werkstuk een negatieve indruk van de matrijs direct in het werkstuk.

Hierdoor neemt het werkstuk de negatieve vorm van de matrijs aan. Andere namen voor dit conventionele EDM-proces zijn holte-EDM, zinkvonk-EDM of ram-EDM.

2. Draadvonken

Dit type EDM-proces maakt gebruik van een haardunne draad (ongeveer 0.05 mm tot 0.35 mm) om elektrische ontlading naar het doelmateriaal te geleiden. Terwijl de draad als elektrode voor het proces dient, gaat hij verticaal door het materiaal, waardoor twee microscopisch geërodeerde dimensies ontstaan. De draad, voornamelijk gemaakt van messing of koper, wordt tussen diamantgeleiders geplaatst terwijl hij blijft branden.

Tegelijkertijd wordt er voortdurend een nieuwe draad van een spoel uitgeworpen om de nauwkeurigheid en precisie van het eindproduct te waarborgen.

3. Gaten boren EDM

Tijdens gebruik maakt deze EDM-methode gebruik van buisvormige elektroden om kleine maar diepe gaten in het doelmateriaal te boren. Deze techniek wordt meestal gebruikt bij het aanbrengen van ingewikkelde holtes in een materiaal. Hoewel de werking vergelijkbaar is met de andere twee methoden, wordt de diëlektrische vloeistof bij het boren van gaten door de elektrode zelf aangevoerd.

In tegenstelling tot de meeste traditionele bewerkingsprocessen ontstaan er bij EDM geen bramen.

Wat zijn de belangrijkste componenten van een EDM-systeem?

Een efficiënt elektrisch vonkbewerkingssysteem bestaat uit de volgende kernonderdelen:

Stroomvoorziening: Levert de benodigde elektrische energie om materiaal van het werkstuk te eroderen.
Elektrode: Normaal gesproken bestaat dit uit een geleidend materiaal, zoals koper of grafiet. Dit wordt gebruikt om ingewikkelde vormen in het werkstuk te creëren.
Diëlektrische vloeistof: Fungeert als koelmiddel van het systeem en helpt het geërodeerde materiaal weg te duwen van het bewerkte gebied.
Controle-eenheid: Beheert de beweging van machineonderdelen en de nauwkeurige vrijgave van elektrische ontladingen.
Werktank: In dit onderdeel bevinden zich het werkstuk en de diëlektrische vloeistof, waardoor het systeem het ruwe materiaal nauwkeurig kan omzetten in het gewenste eindproduct.
Spoelsysteem: Zorgt voor een constante stroom diëlektrische vloeistof naar het EDM-systeem, koelt de andere componenten en ondersteunt de juiste verwijdering van geërodeerde deeltjes.
Servobesturingssysteem: Handhaaft en stelt de afstand tussen de elektrode en het werkstuk bij, waardoor het vonkgeneratieproces wordt beheerd.
Werkstukhouder en bevestiging: Helpt het werkstuk op zijn plaats te houden tijdens het gehele bewerkingsproces, zodat het stabiel blijft en de elektrode nauwkeurig werkt.

Toepassingsgebieden van elektrische ontladingsbewerking

Dankzij de precisie en veelzijdigheid is EDM toepasbaar in verschillende industriële processen, vooral waar traditionele bewerkingsmethoden tekortschieten. De meest voorkomende industrieën voor dit type bewerking zijn:

Medische apparaten: Fabrikanten gebruiken EDM om chirurgische instrumenten en complexe implantaten te produceren.
Aerospace: Voor de productie van kritische componenten zoals motoronderdelen en turbines.
Verdediging: Ontwikkel essentiële onderdelen voor militaire uitrusting en voertuigen.
Gereedschap- en matrijzenbouw: Met EDM kunnen matrijzen, mallen en stempels worden gemaakt.
Onderzoek en ontwikkeling: Wordt gebruikt om experimentele onderdelen en prototypes te maken.
Automotive: Productie van mallen en matrijzen voor auto-onderdelen.
Productiemachines: Wordt gebruikt om complexe machineonderdelen te genereren, inclusief tandwielen en schroefdraden.
Elektronica: Wordt gebruikt bij de grootschalige productie van halfgeleideronderdelen en andere connectoren.

EDM is ook toepasbaar in andere sectoren binnen de energie-, telecommunicatie- en productiesector.

Wat zijn de voor- en nadelen van EDM?

Om te bepalen of vonkverspaning de juiste keuze is, is het belangrijk om de voor- en nadelen ervan te analyseren. We kunnen dit productieproces als volgt analyseren op basis van de voordelen en uitdagingen:

Voordelen van bewerking met elektrische ontlading

Er kunnen ingewikkelde en complexe vormen mee worden gemaakt, iets wat met de meeste conventionele bewerkingsmethoden niet mogelijk is.
Minimaliseert mechanische spanning en slijtage van gereedschap omdat er geen direct contact is met het werkstuk.
Het biedt een hoge precisie en nauwkeurigheid, wat van cruciaal belang is voor de lucht- en ruimtevaartindustrie en de productie van medische apparatuur.
Het bewerkt op een handige manier harde materialen die vaak lastig te bewerken zijn met traditionele methoden.
Hoogwaardige oppervlakteafwerking van het eindproduct.
Het kan op verschillende materialen werken, zolang ze maar een elektrische stroom kunnen geleiden.

Nadelen van machinale bewerking door elektrische ontlading

Ondersteunt alleen elektrisch geleidend materiaal.
Heeft hoge operationele kosten, variërend van energieverbruik tot onderhoud aan apparatuur.
Als de gebruikte diëlektrische vloeistof niet op de juiste manier wordt afgevoerd, kan dit leiden tot milieuproblemen.
Het instellen van een EDM-machine is lastig, vooral als het om een complexe klus gaat.

EDM versus CNC-bewerking: wat is het verschil?

Zowel vonkverspaning (EDM) als computergestuurde (CNC) bewerking zijn moderne productiemethoden. Hoewel vonkverspaning geschikt is voor harde, complexe en delicate onderdelen, CNC-bewerking gedijt goed in algemene productie. De onderstaande tabel toont een gedetailleerde vergelijking van beide bewerkingsmethoden.

Vergelijkingstabel EDM- en CNC-bewerking

Document

Parameter	EDM	CNC Machining
Methode voor het verwijderen van materiaal	Thermisch (met behulp van elektrische ontladingen)	Mechanisch (via snijgereedschappen)
Materiaalcompatibiliteit:	Werkt alleen op geleidend materiaal	Ondersteunt zowel geleidende als niet-geleidende materialen
Precisie en afwerking	Uiterst nauwkeurig en uitstekende oppervlakteafwerking	Zeer nauwkeurig, maar het eindproduct moet mogelijk gepolijst worden
Gereedschap-werkstukcontact	Geen direct contact	Er is direct contact tussen de snijapparatuur en het werkstuk
Bewerkingssnelheid	Langzamer door vonkerosie	Sneller
Slijtage van gereedschap	Minder mechanische slijtage	Het snijgereedschap kan na verloop van tijd slijten
beste voor	Harde metalen, mallen, matrijzen en complexe vormen	Grote productieseries, algemene productie en prototypes

EDM is over het algemeen het meest geschikt voor precisiewerk aan harde geleidende materialen, terwijl CNC-bewerking vooral geschikt is voor de vervaardiging van meerdere materialen en massaproductie.

Wanneer EDM gebruiken?

Productie van ponsmatrijzen, smeedmatrijzen en spuitgietmatrijzen,
Bewerken van kleine gaten, misvormde gaten en schroefgaten,
Knip onderdelen uit plaatmetaal,
Bewerken van onderdelen met een complexe vorm,
Verwerking van kleine spiegelonderdelen, oppervlakteruwheid Ra<0.2 μM,
Diepgatverwerking, verwerking van gaasonderdelen.

EDM wordt doorgaans gebruikt wanneer andere bewerkingsprocessen niet de gewenste resultaten opleveren. EDM kan worden gebruikt voor het bewerken van onderdelen met zeer complexe vormen en nauwe toleranties. EDM kan ook worden gebruikt voor het bewerken van onderdelen gemaakt van harde materialen die met andere methoden moeilijk te bewerken zijn.

Wanneer u CNC-bewerking moet gebruiken

Elk onderdeel kan CNC-bewerking gebruiken, andere productieprocessen kosten minder dan CNC-bewerking voor sommige speciale onderdelen.
Geschikt voor niet-decoratieve oppervlakken, maar ook voor gestructureerde oppervlakken.
Er zijn nauwkeurigere onderdelen nodig. Frezen maakt het gemakkelijker om nauwe toleranties te handhaven.
Niet-geleidende materialen, EDM kan alleen geleidende materialen verwerken.

CNC-bewerking wordt doorgaans gebruikt wanneer onderdelen geen zeer nauwe toleranties of complexe vormen vereisen. CNC-bewerking is ook een goede keuze voor productieruns met een laag volume. CNC-bewerking kan worden gebruikt om onderdelen te maken van een verscheidenheid aan materialen, waaronder metalen, kunststoffen en composieten.

Welke materialen kunnen met EDM worden bewerkt?

Zoals ik al heb aangegeven, werkt vonkverspaning voornamelijk met materialen die elektrische stroom geleiden. Daarom zijn niet-geleidende materialen zoals kunststoffen, glas, keramiek of hout niet geschikt voor dit bewerkingsproces. De meest voorkomende materialen die fabrikanten kunnen gebruiken bij vonkverspaning zijn onder andere:

Grafiet.
Staal.
Wolfraamcarbide.
Aluminium.
Koper.
Titaan.
Gold.
Messing.
Inconel.
Kovar.
Nikkel.

Wanneer moet u elektrische vonkbewerking (EDM-machines) gebruiken?

De meest voorkomende scenario's waarin EDM ideaal is, zijn onder meer:

Wanneer u complexe geometrieën of fijne details nodig hebt.
Wanneer er geen mechanische spanning op het werkstuk getolereerd kan worden.
Alleen bij werkzaamheden met geleidende materialen.
Bij het bewerken van harde materialen zoals wolfraamcarbide of gehard staal.
Wanneer het proces een hoge precisie en een glad oppervlakteafwerking vereist.
Bij het werken aan moeilijke vormen of blinde gaten.

Gevaren verbonden aan elektrische ontladingsbewerking

Hoewel het een zeer nauwkeurig bewerkingsproces is, brengt EDM ook enkele risico's met zich mee die strikte veiligheidsmaatregelen vereisen. Zo kunnen de hoge spanningen die tijdens de productie worden toegepast, leiden tot elektrocutiegevaar als u de juiste veiligheidsprotocollen niet volgt. Werknemers moeten daarom de juiste veiligheidsrichtlijnen volgen om elektrocutiegevaar te minimaliseren.

Bovendien kan de diëlektrische vloeistof die in de EDM-machine wordt gebruikt brandgevaar opleveren vanwege de hoge temperaturen die ontstaan door de elektrische vonken. Daarom zijn geschikte koelsystemen noodzakelijk. Zorg er ook voor dat uw werkruimte goed geventileerd is om de ophoping van giftige dampen die vrijkomen bij het afbreken van de vloeistof te voorkomen.

Conclusie

In dit artikel leest u alles wat u moet weten over vonkverspaning, inclusief hoe het werkt, de verschillende soorten vonkverspaning, de belangrijkste componenten, toepassingen en voor- en nadelen. vonkverspaning onderscheidt zich van andere technieken door de nauwkeurigheid, hoge precisie en de mogelijkheid om complexe vormen te bewerken.

EDM is dé oplossing als u op zoek bent naar een alternatieve bewerkingsmethode met minimale mechanische belasting en gereedschapsslijtage. Heeft u nog vragen of wilt u gewoon meer weten over dit veelzijdige bewerkingsproces? Neem vandaag nog contact met ons op. We beantwoorden graag al uw vragen.

Wat is elektrische ontladingsbewerking?

Bijgewerkt door

Geschiedenis van ontwikkeling