naar top
Menu
Logo Print

VONKEROSIE ZOEKTNIEUWE GRENZEN EN APPLICATIES OP

ELEKTRONICA EN DIGITALISERING AAN DE BASIS VAN DE HEROPLEVING

VonkerosieVonkeroderen zit in de lift. Geen verrassing menen insiders, want het proces wordt vanouds gewaardeerd dankzij het slimme karakter van de techniek. Geen enkele andere verspaningstechnologie gebruikt immers gereedschap als middel om precies uit te richten, verandert autonoom parameters binnen nauwe toleranties afhankelijk van de contour, kent al zo lang adaptief instellen alsmede kunstmatige intelligentie én zet vandaag nog stappen naar manarm functioneren in de zelflerende fase. Vooral dankzij de digitaliseringstrend is vonkerosie als contactloze metaalbewerking op weg naar nieuwe grenzen en applicaties.


EDM IN DE LIFT

Hoewel alle pro's en contra's van vonkerosief bewerken bij lange na niet bekend zijn, maakte het alternatieve proces de voorbije decennia immense vorderingen. Ruim zestig jaar streven pioniers, onder wie Nederlandse en Belgische vonktechnologen, naar het terugdringen van de grootste manco's van EDM (Electric Discharge Machining): relatief lage materiaalafname en ongewenste elektrodeslijtage, en dit door het verhogen van de productiviteit en efficiëntie. Aanvankelijk vooral vanuit machinebouw en elektrotechniek, tegenwoordig via elektronica en software.
Doorwinterde vonktechnologen gebruiken de functionele mogelijkheden van zinken optimaal. Dit kan - ondanks het grote aantal instellingen die de job beïnvloeden - met specifieke sets vonkparameters uit het CNC-geheugen: respectievelijk voor beste oppervlaktegesteldheid, optimale nauwkeurigheid of pure snelheid. Intelligenter wordt er nu ingezet op die mogelijkheden met digitale processturing in en om de - door een diëlektrische vloeistof - goed doorstroomde vonkspleet. Bijgevolg blijft vonkverspanen - als geaccepteerd proces, met een hoog precieze reputatie (>1 µm positie, ± 2 µm maat) - begin 2018 onmisbaar in veel enkelstuks- tot kleinseriewerktoepassingen. Elke nieuwe ontwikkeling verlegt weliswaar grenzen, maar de maximale potentie is volgens specialisten nog niet in zicht. Bij alle varianten (zinken, snijden, boren, dressen en slijpen) is het proces bedrijfszekerder, voorspelbaarder en sneller geworden dan ooit. We noteren dat EDM door de toenemende digitalisering een extra opleving krijgt. Die komt net op tijd om in te spelen op de groei in straalmotoren en ope-mobiliteit met een stijgende vraag naar elektrische voertuigen.


DIGITALE PULSSTURING BRENGT EXTRA FUNCTIONALITEIT

VonkerosieDe jongste machinegeneraties voor EDM bestaan voor ongeveer 90% uit elektrische of elektronische componenten. Steeds meer 'open' softwaresystemen laten nu aan geautoriseerde gebruikers toe zelf procesrelevante basisparameters bij te stellen om bedrijfseigen technologie te perfectioneren, te bewaken en te registreren. Met de hoeveelheid technologische en strategische expertise uit praktijk staat een enorme databank ter beschikking. Die brengt nieuwe ontwikkelingen op gang, gecombineerd met de nieuwste dynamisch regelende machines, volgsystemen en tal van sensoren in mechanische, elektronische en hydraulische aggregaten en geavanceerde digitale generatoren.


STEEDS SLIMMER

'Smart' komt ook bij vonkerosie steeds nadrukkelijker in de schijnwerpers. Gebruikelijk is dat geavanceerde generatoren foutieve pulsen zoals kortsluiting, vlambogen en zijdelingse ontlading onderdrukken. Deze neiging tot instabiele condities wordt digitaal gedetecteerd en acuut onderdrukt ter eliminatie van storingen.
Vanouds wordt uitgekiend gebruikgemaakt van de dynamische servogestuurde spleetregeling om met de elektrode (koper, messing, grafiet, wolfraamkoper en molybdeen) op elektrisch geleidende substraten nauwkeuriguit te richten, meetcycli uit te voeren en vervolgens nauwkeurig te (vonk)verspanen. Dit ongeacht hardheid, warmtevastheid, bewerkbaarheid en slijtagebestendigheid.
Op de laatste EMO beurs zagen we slimme draadvonkspoelen - met dataterugkoppeling over de schijnbaar eindeloze draad van Ø 10 - Ø 20 µm (onderste grens) tot Ø 330 µm (bovenste grens). Ook tablet- of smartphonebediening van het CNC-vonkprogramma, eventueel op afstand , omvat vandaag naast procesbewaking (spoeldruk en debietregeling) servicesignalering en updates.


DIGITALE STURING

VonkerosieRond 1980 kreeg EDM (zinkvonken in het bijzonder) een krachtige impuls door koppeling aan de CNC-besturing van de machine. Ondertussen werd ook het gebruik vergemakkelijkt en geoptimaliseerd door rechtstreeks in te zetten technologieën, strategieën en dynamische hoofdassen. Denk daarbij aan geperfectioneerde bewegingsmogelijkheden (onder hoeken, planetaire en schroefvormige beweging enz.). De nieuwste generatie digitale CNC-besturingen en generatoren heeft programmeerbare en per parameter beter in te stellen ultrakorte en onconventionele pulsvormen én zo kort mogelijke toevoerdraden naar de werkruimte beschikbaar (bij Mitsubishi Electric al storingsvrije glasfiberbekabeling). Al deze ontwikkelingen effectueren samen naar een hogere efficiëntie van vonkoverslagen, minimaliseren de elektrodeslijtage en leveren een hogere productiviteit, kwaliteit en oppervlaktegesteldheid. Bovendien laat het verloop van de vonkbewerking zich in digitaal opzet op pulsniveau in real time monitoren en vastleggen tot in details, wat zowel pulsproces als contour betreft, evenals de eindkwaliteit. Overtuigend bewijs van de voordelen door de evolutie vormt de sterk gestegen acceptatie binnen de medische branche en de lucht- en ruimtevaartsector.


VONKBOREN NIEUWE STIJL

Wat oorspronkelijk begon als EDM-boren zonder vonkvloeistof in een pure zinkvonk-mode ('hole burning') veranderde al snel in vonkboren (Electrical Discharge Drilling), gekoppeld aan de rotatie (≤ 1.000 min-1) en diëlektricum al of niet met toevoeging. Holle elektrodes gaven, samen met inwendige hogedrukspoeling, nog extra boost richting vrijstaande HS-vonkboormachines. Zogeheten 'boorduivels' die optimaal voldoen voor startgatfabricage. Als draadvonkoptie heeft het integreren van een startgatvonkkop slechts op een enkel Japans merk doorgezet. Daarmee boort de Seibu W-EDM-machine wel in een enkele opspanning zonder operatoringreep snel startgaten op positie, voert ze automatisch draad in (ook na draadbreuk) en snijdt ze nauwkeurig het profiel. Hierbij bieden de zelflerende en zelfcontrolerende vonkmachines toekomstperspectief. Autonome systemen weten zich in de kortste tijd met wat hulp te redden. Van simpele boorbewerkingen komt een geavanceerde CNC als virtuele operator met grote rekenkracht ongekend snel itererend tot een eindresultaat dat echt 'cutting edge' is. Dit middels expertisesystemen, een bundeling van actuele gegevens en informatie uit de databank, algemene gedragscodes en rekenalgoritmes als data-analyse.


INDUSTRIELE EDM-VARIANT

Gecontroleerd onderdrukken van beschadigingen als in-/uitloopeffecten en detectie van doorkomen van de buiselektrode is de stand der techniek. Daarmee voorkomt men dat de tegenoverliggende wand ook wordt doorboord, terwijl minder weg gevonkte deeltjes terugslaan op geometrie-elementen eromheen.
Verschillende machinefabrikanten, zoals Makino (EDBV-3 en -8) en Posalux (Microfor 4), staan bekend om hun professionele multi-assige EDD-opstellingen. Die voeren in de productie continu - al of niet met vergaande automatisering - aaneengesloten (profiel)boorbewerkingen uit, inclusief metingen. Ook presenteerde Heun (zie foto onderaan) als optie een geïntegreerd - ook achteraf aan te brengen - in-proces visionsysteem. Een dergelijke camera (van Keyence) meet en analyseert gekoppeld aan een beeldverwerkingssysteem in real time verschillende kwaliteitsaspecten zoals positie en contour, herkent gatenpatronen en signaleert fouten tijdens boren.


NOG ALTIJD XXL-MACHINES

Reusachtige vonkmachines (van zwembadafmetingen voor zinken met voorgevormde elektrodes) zijn vrijwel van de aardbodem verdwenen. Wel brengen verschillende fabrikanten grotere types of versies op de markt met verlengde hoofdassen, vooral in verticale zin. Zo levert het Spaanse ONA met de QX een van 's werelds grootste zinkvonkers in een weinig gangbare uitvoering met dubbele verticale kop, zoals ook Makino nog steeds in het leverspectrum heeft. Sodick introduceerde op de EMO in Hannover de VL600QH, met een tweeassige ITS rotatie/zwenkoptie, waarbij de Z‑ashoogte tot maximaal 500 mm verhoogd is. GF Machining Solutions kwam met het grootste model Cut 1250 uit de nieuwe P-serie. Die draait compleet op een identiek - met pc en EtherCAT ondersteund - CNC-platform van Beckhoff, bedrijfsintern en extern gelinkt. Weer terug op zinkvonkers is de volledig gesloten kap, zoals bij de nieuwste Eagle G5 van OPS Ingersoll, weliswaar met een transparante voorkant.Als voordeel claimt de fabrikant aanzienlijk geringere temperatuurfluctuaties in de vonkzone met een hogere precisie. Bovendien verbetert de veiligheid gelet op de effectievere dampafzuiging en een geringe kans om met stroomvoerende delen of het diëlektricum in aanraking te komen.


MULTIASSIG UNIVERSEEL VONKEN

VonkerosieIn W-EDM komt vrijwel uitsluitend de configuratie voor met verticale draad voor vijf tot zevenassig (deels simultaan) snijden middels een stelsel van X, Y, Z, U, V, A of B en C-assen. Softwarepakketten helpen draadvonkcontouren vast te stellen en vergaand automatisch voor te bereiden om gekoppeld met het expertsysteem snel een snijprogramma te realiseren. Simulatie vooraf garandeert zodoende een nagenoeg met de werkelijkheid overeenkomende praktijkcyclus zonder problemen, die 'first time right' garandeert. Met extra draai-/index- en zwenkopties zijn op verrassend simpele wijze complexe geometrieën uit te snijden zoals de draaischakelaar uit pijp. Enkele softwarepakketten voorzien eveneens in (deels) automatisch construeren van elektroden voor zinken. Die 3D-CAD- contouren worden, zonder ingrijpen van de programmeur, vooraf geselecteerd, afgeleid uit de te vonken digitale werkstukelementen en indien gewenst al gekoppeld aan de elektrodehouder die de voorkeur heeft.


AUTOMATISCH DRAADVONKEN

Twintig jaar geleden werd al volautomatisch gewerkt in enkele uitontwikkelde nicheapplicaties door twee vonkpioniers. In principe leent vonkerosief snijden zich perfect voor productie door de mogelijkheid horizontaal en verticaal te nesten. Het op die manier waarmaken van een 24/7 volledig beheerste keten, kent echter enkele stoorfactoren zoals het uitvalstuk en draadbreuk. Al snijdt een draadvonker relatief traag, toch levert dat winst op vergeleken met compleet verspanen als het contourende losgesneden restmateriaal te verwijderen is. Voorwaarde is dan wel een geplande stop om het uitvalstuk ('slug') handmatig middels lijm, vulplaatjes of magneten vast te zetten en op het einde van de snijcyclus uit te nemen. Restloos wegsnijden kan ook maar kost veel tijd. Laten vastzitten op dunne verbindingsbruggetjes en die met de hand losbreken komt eveneens voor. Intussen is het hechten door 'minilasjes' frequent voorkomend. Recent presenteerde GFMS een moderne ASM pick-up voor 24/7 doorvonken met inzet van RFID-chips. De gepatenteerde Automatic Slug Management unit zwenkt automatisch in de gewenste positie vlak boven het werkstuk. Met perslucht creëert de Zwitserse fabrikant daartussen een Bernoulli-effect dat het reststuk aanzuigt, wat vervolgens contactloos, sensorgestuurd uit de vonkzone verwijderd wordt. GF Machining Solutions levert een duodraadloopsysteem om met twee op draadsoort (blank of gecoat) of diameter (dik of dun) geselecteerde draden sneller te draadvonken. Deze handige extra's passen naadloos in het autonoom, steeds meer digitaal gekoppelde bewerken van de toekomst. Autonoom de elektrode foutloos invoeren na draadbreuk is vandaag stand der techniek op W-EDM-machines. Dat automatisme werd zo geperfectioneerd, dat niet meer teruggekeerd hoeft te worden naar het laatste startgat; de smalle snijgleuf voldoet.


OPSCHERPEN EN PROFILEREN

Vonkerosie

Draadvonken concurreert met slijpen en dressen van fijnkorrelige cBN- en diamantslijpschijven. De metaalbinding zorgt voor de essentiële elektrische geleiding. Die niet zelfscherpende, abrasieve gereedschappen kunnen hoogwaardig materiaal nauwkeurig gladslijpen. Het nadeel (moeilijk tussentijds dressbaar) werd opgelost door profielherstellen en opscherpen bij schijffabrikanten onder te brengen.
Fabrikanten als EWAG, Walter en Vollmer leveren intussen draadvonk- en vonkslijpmachines voor rotatiesymmetrische snijgereedschappen en wisselplaten met een modulaire, automatiseringsoptie om die gedurende lange periodes simultaan vijfassig als dienst te fabriceren uit veelgevraagd hardmetaal en polykristallijne diamant.


INHAALBEWEGING MICROVONKEN

Micro- en precisiebewerking kenden de voorbije jaren een aanzienlijke groei. µ-EDM past hier naadloos in met de kleinst haalbare profielen, radii en dunste elektroden voor de allerfijnste detaillering en microstructurering. Op dit moment is er echter slechts een beperkt aantal machinebouwers op de markt met specifieke microvonkapparaten van de laatste generatie. Nochtans, de kritische hantering van fragiele elektroden en werkstukken wordt drastisch vergemakkelijkt door de introductie van nieuwe ontwikkelingen op de EMO in Hannover. Een ervan is, na het Matrix-referentiesysteem met open center, het uitkomen van een kleine, vrij instelbare System 3R indexeeropstelling voor vooral precisiedraadvonken. Een compact digitale uitlezing geeft uiterst nauwkeurig de hoek aan waaronder het werkstuk staat ingesteld. Een knap staaltje bijdetijdse automatisering vormt de integratie van een industriële cobot op de specifiek voor microvonken ontworpen modellen van het Zwitserse Sarix met Pulsar5 generator. Deze machines kunnen roterend zelf micro-elektrodes fabriceren en daarmee boren tot Ø 50 µm. De configuratie van de SX100 Cobot is geslaagd binnen de uitermate kleine footprint en zonder verlies in werkbereik.