Badania nad praktycznym zastosowaniem zasad elektroerozji zostały podjęte przez wielu naukowców z całego świata od momentu odkrycia zasady elektroerozji w 1770 r.
Naukowiec ten, pochodzący ze Stanów Zjednoczonych, profesor Mark Otto, pracuje przy rozwijaniu technologii EDM od lat siedemdziesiątych. Może pochwalić się zbiorem ponad 80 patentów związanych najważniejszymi odkryciami w dziedzinie obróbki elektroerozyjnej.
Aby wprowadzić nieco w temat elektrodrążenia, zrobimy parę kroków wstecz w historii, do samego początku elektroerozji. W 1770 roku, anglik Joseph Priestley odkrył, że wyładowanie elektryczne może powodować erozję metali. Nikomu jednak nie udało się odnaleźć praktycznego zastosowania tego zjawiska przez 173 lata. Dopiero Boris R. Lazarenko i Natalii L. Lazarenko, dwaj naukowcy z ówczesnego Związku Radzieckiego, odkryli w 1943 r., że zanurzenie elektrody i materiału obrabianego w płynie o właściwościach dielektryka umożliwia wytworzenie stabilnego wyładowania elektrycznego. W latach 50. kraje socjalistyczne były z przodu w wyścigu technologicznym, jeśli chodzi o elektrodrążenie. Wielu młodych naukowców po powrocie ze studiów w Moskwie do swoich rodzinnych krajów nadal rozwijało nowe technologie, jak na przykład dr Stanėk z Czech, który rozpoczął badania nad EDM w VÜMA w Novem. W czasach ZSRR jego wynalazki były patentowane dla głównych producentów EDM w Szwajcarii, we Włoszech i na Węgrzech. W latach 50. XX w. do znaczących postępów w rozwoju technologii elektrodrążenia przyczynił się Instytut Badawczy ENIMS w Moskwie. We współpracy z Instytutem Projektowania Obrabiarek i organizacją rozwojową ZNIL-Elektrom udało im się stworzyć pierwsze technologie, oprzyrządowanie i dobrać materiały na elektrody.
W Europie Zachodniej ożywienie rozwoju tych obrabiarek prawdopodobnie rozpoczęło się dopiero w drugiej połowie lat 50. XX wieku, między innymi na pierwszej wystawie w Mediolanie w 1954 r. W 1965 r. Firma Digital Equipment uruchomiła produkcję pierwszych minikomputerów maszynowych, siłowników i układów pomiarowych. W 1971 roku Intel wprowadził pierwszy mikroprocesor, rewolucyjny krok w rozwoju maszyn CNC. Kraje socjalistyczne nie miały natychmiastowego dostępu do najnowszej wiedzy, co doprowadziło do ich wycofania się z wiodących pozycji w zakresie rozwoju i produkcji obrabiarek CNC. Rolę lidera na rynku światowym przejęli w dużej mierze japońscy producenci, którzy przechodzili z przemysłu ciężkiego do wyspecjalizowanej mechaniki i elektroniki.
Jak wpisał się w tą historię współtwórca naszej technologii? Dr. Mark Otto ukończył Kijowski Instytut Technologii w 1961 r. w dziedzinie inżynierii elektromechanicznej i automatyki przemysłowej. W 1964 r. rozpoczął pracę w dziale EDM na wydziale ENIMS zajmującym się nową wtedy technologią elektrodrążenia, gdzie w 1968r. zdobył swój pierwszy doktorat. W latach 1970-1990 pełnił funkcję Głównego Naukowca w Laboratorium „Zasoby i kontrola procesu generatorów”. W 1988 r. na tym samym wydziale uzyskał drugi doktorat za opracowanie i wdrożenie płyt generatora z wbudowanymi systemami sterowania oraz rozwój technologii EDM dla tych generatorów. Dr Otto wyemigrował z Rosji w 1990 r. Następnie, do 1994 r. pracował jako konsultant technologii EDM dla wiodącego producenta elektrodrążarek. We Włoszech i Niemczech dr Otto projektuje, rozwija, wdraża i sprzedaje swoje wynalazki EDM, a także, od 1994 roku, dzieli się wiedzą z technologami jako konsultant elektrodrążenia. Po emigracji do USA zaprojektował, opracował i wdrożył pierwszy na świecie system ochrony przed zapłonem elektrycznym, co znacznie poprawiło możliwości i prędkość elektrodrążarek. Wynalazek zdobył liczne nagrody i złote medale na różnych wystawach zaawansowanych technologii w Belgii, Niemczech, Stanach Zjednoczonych i Słowenii. Obecnie jest nadal aktywny w dziedzinie badań i zastosowań EDM i wykłada swoją wiedzę na światowych sympozjach naukowych i targach inżynieryjnych.
Procesy elektrodrążenia wgłębnego są bardzo często uważane za nieopłacalne w kwestii codziennego wykorzystania, nie licząc sytuacji, w których użycie ich jest wymuszone przez kształt detalu (potrzeba wykonania głębokich żeber, uzyskania kształtów “na ostro” na powierzchniach wewnętrznych) lub rodzaj obrabianego materiału, jak obróbka węglików spiekanych, stali narzędziowych czy polikrystalicznych diamentów. Faktem jest, że niemal każdy zakład określający się jako narzędziownia, posiada na wyposażeniu swojego parku maszynowego elektrodrążarkę.
Te nastawy są niemal zawsze dostarczane przez producenta albo w formie tabelarycznej w manualu - w przypadku starszych modeli, albo w formie zapisanych technologii w oprogramowaniu drążarek - w przypadku nowocześniejszych maszyn. W większości przypadków technologie dostarczane przez producentów w zupełności wystarczają, a nawet jeśli uda nam się je odrobinę poprawić, nie są to kolosalne różnice. I tutaj wiele osób kończy poszukiwania oszczędności w procesach elektrodrążenia, my jednak będziemy walczyć dalej.
Rozłóżmy koszt roboczogodziny elektrodrążarki na części. Procentowy udział (bardzo ogólnie zakładając) - 30% amortyzacja maszyny, 40% koszt pracownika, 30% utrzymanie, czyli prąd, utrzymanie hali, filtry, okresowa wymiana nafty, zakup narzędzi itp. Zgodzić się można, że jeśli chodzi o koszty eksploatacyjne, to dla każdej sytuacji są one indywidualne i niewiele jest tutaj możliwości poprawy. W szczególności ma to miejsce w przypadku elektrodrążarek wgłębnych, gdzie nieliczne części ulegają zużyciu - filtry papierowe lub rzadziej szczotki kontaktowe czy dielektryk. Uznajmy, że są one stałe. Amortyzacja maszyny - tutaj pojawia się już trochę więcej możliwości.
Bardzo ważnym elementem planowania parku maszynowego jest określenie, jakiej precyzji i prędkości wymagać będą od nas nasi klienci. Jeśli wykonujemy obróbkę seryjną i naszymi odbiorcami jest, na przykład, branża budowlana lub mamy zakontraktowane detale, o których wiemy, że nie muszą być wykonane w wąskich tolerancjach, możemy sobie pozwolić na szukanie oszczędności w wyborze maszyny. Dla narzędziowni jednak sytuacja nie jest taka prosta, ponieważ różnorodność detali i ich wąskie tolerancje najczęściej wymuszają zakup maszyn z najwyższej półki. Tutaj gama producentów jest szeroka, a możliwości maszyn podobne, jednak precyzja ma swoją cenę.
Biorąc pod uwagę niskie zużycie podzespołów elektrodrążarek, wynikające z niewielkich sił towarzyszących obróbce, maszyny starej daty są często w doskonałej kondycji mechanicznej, a jedyne, czego im brakuje, to nowego serca - czyli generatorów, sterowania, odrobiny wygodnej nowoczesności. Pomocną dłoń, dla tych szukających oszczędności, wyciągają firmy zajmujące się modernizacją drążarek (można znaleźć wpisując w google “zmodernizowane edm”) . Oferują one wymianę generatora, sterowania. Te lepsze pozwalają także na dobudowanie dodatkowych modułów do naszych maszyn, jak oś obrotowa, wymiennik narzędzi, automatyczne systemy gaśnicze czy inne rzeczy, które uważamy za potrzebne. Koszt takiej modernizacji potrafi być nawet 70% niższy niż zakup całkiem nowej maszyny. Jaki jest efekt takiej decyzji biznesowej? Nasz koszt roboczogodziny maleje względem konkurencji nawet o 15-20%, a precyzja i możliwości parku maszynowego pozostają na tym samym poziomie.
Ostatnim elementem składowym naszego kosztu, w którym możemy poszukiwać oszczędności, jest koszt pracownika. A właściwie czas pracownika - bo im więcej go zaoszczędzimy, tym więcej możemy zaangażować go w inne prace. Co zatem zrobić, aby zminimalizować czas, w którym pracownik musi być przy maszynie? Należy zrobić wszystko, żeby nasza maszyna mogła pracować bezobsługowo jak najdłużej, nie ponosząc przy tym ryzyka. Czyli kalkulacja jest bardzo prosta - maszyna musi być wyposażona w certyfikowany automatyczny system gaśniczy oraz jak największy magazyn narzędzi.
Do tego dochodzi wiele możliwości zmniejszania czasów przygotowawczych, jak wykorzystanie systemów mocowania np. Erowa, systemów paletyzacji maszyn, czy też systemów automatycznej identyfikacji elektrody. Każda z tych rzeczy jest inwestycją, która sprowadza się do jednego - finalnego zmniejszenia kosztu roboczogodziny. Jeśli pracownik w piątek ustawi detal i na przykład 12 elektrod, które będą drążyły cały weekend, mamy 70 godzin, za które płacimy tylko 60% stawki. To są zaoszczędzone tysiące złotych w jeden weekend . Podsumowując - aby oszczędzać, trzeba inwestować, zarówno w wyposażenie, jak i w maszyny. Ale trzeba to też zrobić mądrze i wziąć pod uwagę nasze zapotrzebowanie na obróbkę elektroerozyjną.
W tak gorącym okresie, jaki aktualnie panuje, nikt nie myśli o inwestycjach. Jednak patrząc perspektywicznie - warto wykorzystać ten czas, aby wzmocnić swoją pozycję na rynku. Branża samochodowa, samolotowa, czy agd może przystopować, ale zawsze wróci na swoje poprzednie tory.
Są to oczywiście niepodważalne filary ubytkowej obróbki metali. Jak wiemy, powstanie sterowanych numerycznie obrabiarek było kamieniem milowym, jeśli chodzi o możliwości produkowania detali, zarówno w odniesieniu do ilości, jak i jakości. Jednak tradycyjne metody obróbki skrawaniem również mają swoje limity wynikające z rodzaju materiału, jaki obrabiamy, kształtu narzędzia oraz kształtu, jaki potrzebujemy uzyskać. Wszystkie te elementy są efektem ogromnych sił skrawania, które towarzyszą tradycyjnym metodom obróbki skrawaniem. W celu pozbycia się tej bariery, opracowano sterowaną numerycznie obróbkę ubytkową, która nie generuje sił skrawania - mowa tu o elektrodrążeniu. Wyróżnia się dwa typy elektrodrążenia: elektrodrążenie drutowe (WEDM - Wire Electrical Discharge Machining) oraz elektrodrążenie wgłębne (EDM - Electrical Discharge Machining). Poniżej krótko opiszemy możliwości, jakie otwiera przed nami proces EDM, w szczególności jego wgłębna odmiana
Pierwszym, chyba najczęstszym uzasadnieniem zastosowania obróbki elektroerozyjnej, jest twardość używanego materiału. Jeśli konstrukcyjnie uzasadniona jest potrzeba zastosowania twardych (często hartowanych) materiałów, w połączeniu ze skomplikowanymi kształtami, możliwości obróbki skrawaniem zaczynają nie wystarczać. Wynika to chociażby z ograniczeń wysięgów małych narzędzi skrawających. Tutaj elektrodrążenie pojawia się jako proces niezastąpiony przede wszystkim w trzech branżach - aerospace, przetwórstwa tworzyw sztucznych oraz odlewnictwa. W pierwszym przypadku jest to oczywiste - elementy samolotów, w szczególności występujące w silnikach lotniczych, to często stopy niezwykle wytrzymałe mechanicznie i fizycznie, ale przy tym wysoce trudnoobrabialne.
Elektrodrążenie wykorzystuje się tutaj na przykład w obróbce turbin, łopatek, tarcz cieplnych i wielu wielu innych elementów. Jeśli chodzi o przetwórstwo tworzyw sztucznych i odlewnictwo - możemy je tutaj wrzucić do jednego worka, ponieważ zastosowanie elektrodrążenia w tym przypadku polega na wykończeniu gniazd formujących, np. form wtryskowych do tworzyw sztucznych lub form ciśnieniowych do odlewów aluminium. Formy do tworzyw sztucznych to bardzo szeroka branża, biorąc pod uwagę fakt, że gdzie się nie obejrzymy, otacza nas wszechobecny plastik, a niemal każdy kształt wykonany z tworzywa musiał wziąć się z formy wtryskowej. To samo tyczy się odlewów. Wiele detali produkowanych seryjnie zaczyna się od odlewów, a każdy odlew zaczyna się od formy.
Drugim częstym powodem zastosowania obróbki wgłębnej jest, niemożliwy do wykonania klasycznymi metodami, kształt docelowy elementu. Nawet jeśli zastosowany materiał pozwala na wykorzystanie obróbki skrawaniem, pojawiają się inne przeszkody, jak na przykład żebra (głębokie, wąskie szczeliny), głębokie ślepe otwory, kształty wewnętrzne “na ostro” lub inne, ponieważ fantazja konstruktorska często nie zna granic. W tym wypadku elektrodrążenie niezastąpione jest przede wszystkim w szeroko pojętej branży narzędziowej. Dlaczego szeroko pojętej? Ponieważ mówimy tutaj o spektrum zaliczającym zarówno wszelkiego rodzaju formy jak i narzędzia do przemysłu, jednostkowe elementy maszyn i linii produkcyjnych, prototypy, elementy pomiarowe czy sprawdziany - czyli wszystko, czego może spodziewać się narzędziownia w zapytaniach od swoich klientów.
Znacznie korzystniej będzie projektować elementy tak, aby standardowa obróbka skrawaniem wystarczyła do ich wykonania. Jeśli chodzi jednak o branżę narzędziową - elektrodrążarka wgłębna jest niezbędna, aby móc konkurować na dzisiejszym rynku.