「ねえ、金属に触れずにどうやって金属を切るの？」彼は私に尋ねました。
そしてそのとき、私たちはこのビジネスに長く携わってきたため、誰もがワイヤー EDM が何であるかを知っていると思い込んでいることに気づきました。そうではありません。当社のお客様でさえ時々混乱することがありますが、これらのお客様は、許容範囲よりも厳しい公差を必要とする精密部品を注文しているのです…まあ、気にする必要はありません、意味はわかります。
それでは、行きましょう。ワイヤ放電加工を 18 年間行っており、背中の問題を抱えている人がそれを証明する人物がワイヤ放電加工について説明します。
実際の名前 (そして誰もそれを使用しない理由)
ワイヤ放電加工はワイヤ放電加工の略です。これをワイヤー侵食、または火花加工、あるいは、本当に古い学校なら火花侵食と呼ぶ人もいます。-ヤンキースはそれを「チーズカッター」と呼ぶことがありますが、これは面白いと思いますが、どういうわけか正確でもあります。
ただし、問題は、当社の製造現場では実際に「ワイヤ EDM」を完全に言う人は誰もいないということです。それは単なる「ワイヤーマシン」または「ファナック」（なぜなら、私たちが3台持っているブランドだからです）、または時々、それが私たちに悲しみを与えるときの「隅にある血まみれの気まぐれなマシン」です。
言っておきますが、それは私が望むよりも頻繁です。
それで、それは本当のところ何ですか？
そうですね、硬化した鋼鉄のブロックを切断しようとしていると想像してください。硬化しているということは、従来の方法では穴を開けたり、フライス加工したり、ほとんどのことを行うことができないことを意味します。それはまったく硬すぎます – 適切な工具鋼、60 HRC、超硬カッターを嘲笑うようなものです。
ワイヤー放電加工は関係ありません。それはバターのようにそれを切り裂きます。そうですね、非常に遅いバターです。非常に高価で、非常に精密なバターです。
その仕組みは次のとおりです (これは簡略化されたバージョンであることをお約束します)。
極細のワイヤー（通常は 0.25 mm で、ギターの弦よりも細い）が 2 つのガイドの間に張られています。-このワイヤは 1 つの電極として機能します。ワークピースはもう一方の電極です。両方とも脱イオン水に浸されています（この災害については後で詳しく説明します）。
次に、ワイヤに電流を流し、ワイヤと部品の間に小さな稲妻のような小さな火花を毎秒数千個発生させます。火花が出るたびに金属が少しずつ溶け、水がその破片を洗い流します。
ワイヤが実際にワークピースに接触することはありません。すべての火花が発生する場所には、常に小さな隙間 (おそらく 0.01 mm) が存在します。それは物理学であることを除けば魔法に似ており、魔法よりもはるかに高価です。
なぜこれを行うのか（通常の機械加工が存在する場合）
良い質問ですね。通常の CNC フライス加工は、より速く、より安く、より簡単です。では、なぜワイヤー EDM をわざわざ使うのでしょうか?
通常の機械加工では実行できないことを行う必要がある場合があるためです。
高硬度材– すでに言及しましたが、これは非常に大きいです。通常の切削工具では壊れてしまうような工具鋼部品を一日中切削しています。
不可能な形状– 直角の内側コーナーをフライス加工してみてください。さあ、待ってます。それは無理ですよね？カッターは丸いです。しかし、ワイヤ放電加工を使用すると、ワイヤの方向を変えることができるため、適切な鋭い内部コーナーを得ることができます。私たちは先月、医療機器会社（NDA、誰とは言えませんが、手術器具を製造しています）のために、絶対的に重要な内側のコーナーを備えた仕事をしました。ワイヤー放電加工が唯一の選択肢でした。
小さな機能– どのエンドミルよりも狭いスロットですか?問題ない。最近、50mm の硬化鋼に幅 0.3mm のスロットを切り込みました。ぜひミルで試してみてください。
切削抵抗なし– これは人々の心を驚かせる部分です。ワイヤーが部品に触れないため、切断力はゼロです。ゼロ。つまり、非常に繊細な部品や薄肉の部品を歪みなく切断できます。-昨年、私たちは肉厚 0.5 mm の航空宇宙用ブラケットをいくつか切断しました。工場では振動して壊れてしまうだけです。
色々な種類（もちろんあるので）
実際には主に 2 つのフレーバーがあります。
2 軸マシン-– ベーシックタイプ。ワイヤーが真っ直ぐ上下に伸び、垂直の壁を切断します。当店で扱っているほとんどがこれです。当社の 3 台のファナック マシンはすべて 2 軸であり、おそらく作業の 80% を処理します。-
4 軸機械-– 上下のワイヤーガイドが独立して動く派手なもの。これは、テーパー壁、複雑な 3D 形状、タービンブレードなどを切断できることを意味します。うちには三菱の 4 軸ユニットが 1 台ありますが、その値段は家よりも高かったです（文字通り、2019 年に購入したときの請求書を確認し、住宅ローンを調べて少し泣きました）。
かつては「走行ワイヤー」と「固定ワイヤー」の区別がありましたが、数十年前には走行ワイヤーがその戦いに勝ちました。今では、固定式のワイヤーマシンを見つけるには博物館に行かなければなりません。
ワイヤー自体 (とても単純なこと、とても悪夢)
ワイヤーなら簡単だと思いますよね？ただのワイヤーです。
ああ、可愛い夏の子よ。
私たちは主に真鍮線を使用します。これは亜鉛でコーティングされた真鍮で、電気をよく通し、簡単には切れません。{0}一般的なサイズは直径 0.25 mm ですが、当社では 0.1 mm (非常に細かい作業用) から 0.3 mm (粗い切断用) までのすべてを在庫しています。
ワイヤーは高価です。 「高級車」ほど高価なものではありませんが、5kg のスプールはグレードに応じて約 £80 ～ 120 かかります。これらの機械は、次のように処理します。まあ、途中で捨てられるワイヤーで編むことを想像してみてください。おそらく私たちは通信だけで年間 15,000 ポンドを費やしているでしょう。アカウントのジェニーがエブリィにこのことを持ちかけます。シングル。予算。ミーティング。
そして、ここが楽しい部分です。ワイヤーは一度使用され、その後ビンに入れられます。カットゾーンをちょうど 1 回通過し、電気的に浸食されて弱くなり、そのままスクラップ箱に送られます。店の隅に使用済みワイヤーの大量の箱があります。リサイクル回収は隔週火曜日に行われますが、私たちが発生する電線の量に彼らも困惑しているようです。
断線は私たちの生存の悩みです。機械は順調に動作し、部品を切断し、スナップします。ワイヤーが切れる。機械が停止します。新しいワイヤーを通し（部品によっては 20 分かかる場合があります）、切断箇所の位置を見つけて、再スタートする必要があります。時間のロス、お金のロス、そしてもしあなたが私なら、今日は 3 回目の休憩なので忍耐力を失っているでしょう。
ワイヤーが切れるのはなぜですか?選択してください:
スパーク設定が強すぎる
ワイヤーの張力が間違っている
汚染された誘電性流体
運が悪かった（これは正当な理由です）
逆行中の水星（冗談ですが、あくまで）
水の状況 (または: 電気代が異常な理由)
脱イオン水について話したのを覚えていますか?はい、それはすべてです。
ワイヤー EDM マシン内の水は、次のような複数の目的に使用されます。
スパークゾーンを冷却します
金属の破片を洗い流します
誘電体として機能します（電圧が火花を発生させるのに十分な高さになるまでは電気絶縁体です）
ただし、脱イオンする必要があります。つまり、すべてのミネラルとイオンが除去されます。通常の水道水は電気を通しやすく、制御された火花が発生せずに短絡が発生するだけです。
そこで私たちはこの大規模な脱イオンシステムを導入しました。基本的には私たちの作業場の隅にある水処理プラントです。フィルター、樹脂タンク、ポンプ、作業。これのメンテナンスだけでも年間約3,000ポンドかかります。
そして水の流量！私たちはこれらの機械を通して毎分数百リットルの水を汲み上げています。三菱自動車は毎分約60リットルを使用します。それは2〜3分ごとに浴槽に入るということです。常に循環、濾過、冷却、再循環するだけです。
私たちの環境検査官が昨年訪問し（素敵な女性で、とても丁寧で、私たちを本当に怖がらせました）、私たちの水管理がいかに清潔であるかに実際に感銘を受けました。どうやらほとんどの店はもっとひどいようです。私たちは、あなたの義母があなたの家事を褒めてくれたときのように、奇妙に誇らしく感じました。--
これらの獣をプログラムする (または、なぜジェームズに高額の報酬を支払うのか)
ワイヤー EDM プログラミングは…特別です。
これは、ただ動かしながら調整できる通常の CNC プログラミングとは異なります。それを間違えると、非常に高価なブランクを台無しにするか、オフセットが間違っているために空気をカットするために20時間そこに座ることになります。
James は当社のリード EDM プログラマーです。彼は 2007 年からここに来ており、自分の子供たちよりもこれらの機械のことをよく知っています (私の言葉ではなく彼の言葉ですが、昨年のクリスマス パーティーで彼がそう言ったとき妻は笑いましたが)。 Wire EDM プログラミングを実際に理解している人を見つけることは、ユニコーンを見つけるようなものであるため、私たちは彼にとても良い給料を払っています。数学が得意で、一日中 CAD モデルを見つめることを苦にしないユニコーン。
ソフトウェアによってツールパスが生成されますが、次の点を考慮する必要があります。
ワイヤーオフセット（ワイヤーとパーツとの隙間）
複数パス（ラフカット、スキムカット、仕上げカット）
テーパー補正（4 軸作業用）-
参入・退出戦略
コーナーコンディション
ほとんどのパーツには少なくとも 2 つのパスが必要です。最初のパス (ラフカットと呼ばれます) では、材料の大部分が迅速に除去されます。次に、より細かい設定で 1 回以上のスキム パスを実行して、表面仕上げと寸法精度を取得します。
先ほど話した医療機器会社の仕事でしょうか？合計5パス。ラフカットは6時間くらいかかりました。スキムパスごとにさらに 3 ～ 4 時間が追加されました。ジェームスは機械がカットする時間よりもプログラミングに多くの時間を費やしました。
誰もが望む数字 (ただし座ってください)
「それはどのくらい正確ですか？」 – すべての顧客、これまでに。
当社では、ほとんどの作業で±0.005mmを日常的に維持しています。それは1000分の5ミリメートルです。 5ミクロン。髪の毛の約10分の1の太さ。
三菱の 4 軸では、ジェームスが楽しい一日を過ごし、機械の神が微笑んでいるとき、±0.002 mm に達する可能性があります。-これは測定の不確実性の領域に入りつつあり、測定機器が実際に作ったものを検証できるほど正確であるかどうか完全には確信が持てません。
表面仕上げ?通常、スキムカットでは約 0.2 ～ 0.4 Ra (粗さの測定値) です。真剣に取り組むなら 0.1 Ra まで下げますが、その時点ではフィニッシュ パスに何年も費やすことになります。
しかし、誰も教えてくれない汚い秘密がここにあります。ワイヤー放電加工が遅い.
先ほどの厚さ50mmの鉄板ですか？通常の設定では荒削りですか?毎分約30〜40平方ミリメートル。したがって、100mm x 100mm の切り抜きには 3 ～ 4 時間かかります。それからスキムパスを実行します。
私たちは先週、機械時間が 40 時間かかるというジョブについて顧客がショックを受けたと報告しました。 「もっと…スピードを上げられませんか？」彼らは尋ねた。確かに、技術的にはそうなのですが、そうすると部品がゴミのように見え、寸法精度が失われます。 Wire EDM にはフリーランチはありません。
スピード vs フィニッシュ vs 正確さ – 2 つを選んでください。3 つすべてを満たすことはできません。
ワイヤー放電加工を使用すべきではない場合 (上司が私に書かないことを望んでいる正直な部分)
ワイヤー EDM サービスをご利用いただくと、収益が得られます。ただし、時間とお金を節約させてください。
製粉できるなら製粉してください。通常の CNC 加工は、ほとんどの作業でおそらく 10 倍の速度と半分のコストで済みます。
公差が ±0.02mm よりも小さい場合は、おそらくワイヤー EDM は必要ありません。
材質が柔らかい場合 (アルミニウム、軟鋼、プラスチック)、ワイヤー EDM は絶対に使用しないでください。それはうまくいきますが、それは非常にやりすぎです。
外形のみが必要で、それほど複雑ではない場合は、ウォータージェット切断の方がおそらく安価です。
先月、私たちは仕事を断りましたが、ワイヤー放電加工でアルミニウムのブラケットを切断してほしいとのことでした。私は彼に率直にこう言いました。「これをフライス加工してください。どこの機械工場でも半分の価格で 4 分の 1 の時間でできますよ。」彼は誠実さを高く評価し、最終的には実際にワイヤ放電加工が必要な別の仕事を私たちに送ってくれました。正直であることが功を奏することもあります。
営業には仕事を譲りますとは言わないでください。彼らは、私が 8 月に高価な工具について書いたブログ投稿にすでに腹を立てています。それはいくつかの議論を引き起こしました。
よくある問題 (または: ストレスで断線の夢を見る理由)
断線– すでに述べましたが、真剣に言うと、これが私たちの問題の 80% です。私たちはさまざまなワイヤー、さまざまな張力を試し、機械の神に鶏を犠牲にしました（ほとんど冗談です）。機械があなたを嫌っていると判断する日もあります。
誘電汚染– 金属の破片が水中に蓄積し、導電率が上昇し、スパークが不安定になり、部品が粗く見えます。私たちは毎週フィルターを宗教的に変更します。宗教的に。スケジュール表に赤ペンで下線が2回引かれています。
リキャスト層– スパークプロセスにより金属が溶け、少量の金属が切断面で再凝固します。この「リキャスト層」の厚さはおそらく 0.001-0.01 mm ですが、母材よりも硬くて脆いです。一部のアプリケーションでは、これは問題ではありません。他の部品 (たとえば、疲労が深刻な部品) では、これは大きな問題となるため、手で磨いて除去する必要があります。私たちは昨年、F1 チームのために一連の部品を作成しました (これも NDA ですが、赤で表示されています)。リキャスト層の除去には、部品ごとに 2 時間の手作業が追加されました。
テーパー– 2 軸マシンであっても、ワイヤが完全に垂直でない場合、テーパーが発生します。通常は小さい – 高さ 50 mm に対しておそらく 0.01 mm – でも、それはそこにあります。重要な部分については、ジェームスはワイヤーの垂直性を確認し、調整することに長い時間を費やしています。彼はダイヤルインジケーターを使ったこの儀式全体を行っていますが、少なくとも50％は迷信であると確信していますが、部品はまっすぐに出てくるので、私は誰を判断できますか？
コーナーウォッシュ– 内側コーナーではフラッシングがあまり良くないため、カットが不安定になります。これに対する補償戦略はありますが、プログラミング時間が長くなり、通常は余分なスキムパスが必要になります。ジェームズがプログラミング中に独り言をつぶやく理由はコーナーウォッシュです。
未来 (または: エンジニアを夜眠れなくさせるもの)
ワイヤー EDM テクノロジーはどこへ向かうのでしょうか?
より速い切断– すべての新しい世代の機械では、切断速度が 20-30% 高速化されています。実際には 10 ～ 15% 程度であり、通常は表面仕上げとのトレードオフが伴います。しかし、私たちはそれを受け入れます。当社の最新のファナック (今年 3 月に納入され、まだ返済を続けています) は、2015 年モデルよりも著しく高速です。
より良い自動化– すべてが完璧に行けば、私たちの三菱は一晩中無人で稼働できます。大きな「もしも」がそこにある。新しい機械には、より優れたワイヤー通しシステム、自動ワイヤー張力調整など、優れた機能が備わっています。夢は自動機械加工です。-現実には、スティーブは今でもほとんど毎朝午前6時に来て、夜のランニングをチェックします。
統合測定– 一部のハイエンド機械には、機械から部品を取り外さずに部品を測定できるプローブ システムが搭載されています。-まだこれを持っていませんが（£40、000+アドオン-）、デモンストレーションされているのを見てきましたが、かなり印象的でした。 James は複雑な作業で 1 つのパーツにつき約 30 分を節約できます。
より優れたスパーク技術– スパーク特性をさらに制御できる新しい発電機。表面仕上げがより細かくなり、再鋳造が少なくなり、コーナー精度が向上します。この機能は単なるマーケティングの単なる宣伝ではなく、本当に良くなってきています。
実践的なヒント（すべての間違いを犯した人から）
おそらくワイヤー EDM 作業を検討していると思いますが、苦労して得た知恵をいくつか紹介します。-
1. ワイヤー放電加工用の設計– 内側のコーナーの半径は、少なくともワイヤの直径 + オフセットに等しい必要があります。したがって、最小半径は 0.25mm ワイヤ + 0.05mm オフセット=0.3mm になります。私たちは常に鋭い角が指定された図面を受け取り、設計者に物理学を説明する必要があります。老けるのが早い。
2.時間を置く– 部品が必要な金曜日の午後に月曜日の朝に電話をかけないでください。それは起こっていません。ワイヤー放電加工は時間がかかります。一般的な小さな部品の場合、最低 8 ～ 12 時間かかります。複雑な部分は数日かかる場合もあります。
3. 材料の準備に関する事項– ブランク材の応力が緩和されていない場合、切断時に内部応力が解放されるため、ブランク材が歪む可能性があります。-それならあなたの許容範囲はゴミです。重要な部分のストレスを軽減することを怠らないでください。
4. 開始穴– 切断を開始するには、ワイヤーを通すための穴が必要です。ほとんどの部品は、最初に 2 ～ 3 mm の穴を開ける必要があります。これらをデザインに含めない場合は、穴あけの費用を請求させていただきます。
5. コストは直線的ではありません– 2 番目のパスを追加すると、マシン時間が 2 倍になります。公差が厳しくなると、スキム パスが多くなります。. 0.01mm 公差のコストは、0.02 mm よりも 20% 高くなります。でも公差0.002mm？複数の追加の仕上げパスが必要であり、すべてが完璧でなければならないため、これは 2 倍または 3 倍になります。
6. 表面仕上げと公差– それらは関連していますが、同じではありません。荒仕上げでは公差を厳しく、鏡面仕上げでは公差を緩くすることができます。アプリケーションにとってどちらがより重要かを明確にしてください。
実際に現実的なアプリケーション
ワイヤー放電加工機はどこで最もよく見られますか?
工具と金型の製作– これは基本的な仕事です。パンチ金型、成形金型、射出成形用インサート。硬化鋼の複雑な形状が必要なあらゆるもの。私たちはおそらく仕事の 40% を工具メーカーのために行っています。
航空宇宙部品– タービン ブレードのセレーション、正確な軽量化カットアウトを備えた構造フィッティング、{0}}チタン製のものなら何でも（従来の方法では機械加工が困難でした）。先月、他の方法では本当に不可能だったチタンブラケットを大量に作りました。
医療機器– 外科器具、インプラント部品など、精度と良好な表面仕上げの両方が必要なあらゆるもの。とはいえ、医療関連の規制事務手続きのせいで私たちは危うく命を落としそうになった。ジェニーは、ISO 13485 認証の文書化に 3 週間を費やしました。彼女はそのことについて今でも苦い気持ちを抱いている。
精密ゲージ– ピンゲージ、ゲージブロック、検査治具。この先にある校正ラボは当社の常連顧客の 1 つです。
自動車– 主にプロトタイプとモータースポーツの仕事。通常、ワイヤー EDM の経済性を考えると、生産量が多すぎます。しかし、そのF1チームにとっては？機能する部品が必要な場合、お金はあまり心配しません。
まとめ（長くなりましたので）-
では、ワイヤー放電加工とは何でしょうか?
これは、電気スパークを使用して金属を侵食する精密金属切断プロセスであり、信じられないほどの精度で、通常の機械加工では不可能な材料や形状を切断することができます。これは遅く、やや高価で、時々気分が不安定になることがありますが、特定の種類の作業には絶対に必要です。
学ぶ価値はありますか?製造業なら絶対そう。硬い材料で作られた複雑な部品が必要になったら、最終的には私のような人に相談することになるでしょう。
私たちはワイヤ放電加工機を 4 台所有しており、会計担当のジェニーにその存在を正当化するためにそれらのマシンを忙しくしておく必要があるという理由で偏見を持っているのでしょうか?多分。しかし、必要なときにこそ、これらのマシンは本当に素晴らしいマシンになります。
実際に動いているところを見たい場合は、毎月第 1 木曜日にショップ ツアーを開催します (次回は 12 月 1 日です。サンドラにメールで予約してください)。厳重な警告: 見ていて興奮するものではありません。細いワイヤーが金属の中をゆっくりと移動しているだけで、劇的な出来事は何も起こりません。しかし、その結果は非常に素晴らしいものです。
そして耳栓を持参してください。誘電体ポンプの騒音は大きいです。
P.S.– ああ、ワイヤー EDM に興味があるなら、そのいとこについても知っておくべきです。彫り放電加工機(ラム EDM とも呼ばれます)。金属に空洞を焼き込むために急降下する成形電極を使用しており、金型の製作に最適です。同じスパーク原理でも、まったく異なる用途に使用できます。うちには電気代がないので、また莫大な電気代についてジェニーに説明する手間が省けます。