发信人: bigapple (红富士), 信区: NTM
标  题: Why we couldn't live without EDM 
发信站: 紫 丁 香 (Fri Dec 31 14:57:09 1999), 转信

by Mark Albert


Lavelle Machine installed its first electrical discharge machine (EDM), a F
anuc wire unit from Methods EDM (Sudbury, Massachusetts), about five years a
go. This shop in Westford, Massachusetts, quickly discovered that this new w
ire machine was not just a way to bring secondary operations in house, but a
 process that would expand the capabilities that could be offered to custome
rs. Soon the shop was using wire EDM in many ways it had not originally imag
ined.
In 1998, realizing the value of in-house EDM capabilities, Lavelle Machine a
dded three more Fanuc auto-threader/submersible wire EDM units along with tw
o Workman model ram EDM units from Hansvedt Industries, Inc., A Hardinge Com
pany (Elmira, New York), plus a HoleMaster small-hole EDM, also from Methods
 EDM. As remarkable as the growth of EDM at this shop is, more remarkable is
 how EDM changed the shop's approach to manufacturing.
"EDM taught us to look at producing parts from a totally new perspective," s
ays Ed Lavelle, Jr., company vice president. "It has allowed us to produce p
arts with greater consistency, repeatability, and efficiency."
And yet, the shop does not see itself turning into an EDM specialty shop, go
ing after exotic or extreme applications. "We're not trying to take EDM to a
 new level," Mr. Lavelle explains. "We're using EDM to take our shop to a ne
w level."
For this user, ordinary EDM is having extraordinary results. It's a good exa
mple of what EDM can do, and many other shops can see how valuable wire, ram
 and small-hole EDM can be for the machine shop. Even a small sample of typi
cal parts from Lavelle Machine makes this clear.
Small Corner Radii
The need to produce openings, slots or other workpiece features with corners
 having small radii is common. If you think of the wire electrode as a kind 
of cutter with a very small diameter, you can imagine its ability to cut ver
y small radii.
Fig. 1 - Inside corners with a small radius, thin walls, straight walls -- a
 perfect candidate for wire EDM.
"We frequently use wire diameters of 0.004 or 0.006 [inch], allowing us to p
roduce corner radii of 0.0035 to 0.0040 with no special effort to obtain the
se results on a consistent basis," says Mr. Lavelle. Although the most commo
nly used wire diameters within the industry are 0.010 and 0.012 inch, most o
f the wire machines produced today can easily handle wire of much smaller di
ameter. (EDMing with wire sizes below 0.004 inch diameter will require speci
al guides supplied by the various machine manufacturers.)
The workpiece shown in Figure 1 is a good example of how Lavelle Machine use
s wire EDM to its advantage for sharp internal corners and other benefits. A
lthough the workpiece would appear to have a very simple contour, the sharp 
internal corners of this 6061-T6 aluminum part would be virtually impossible
 to make with any other method of machining. Using a wire diameter of 0.004 
inch allowed an internal corner radii of approximately 0.0032 inch (one half
 the diameter of the wire plus the expected overburn). Moreover, the straigh
tness and consistency of the wall thickness was a critical requirement.
Mr. Lavelle also points out that cutting with wire EDM produces no significa
nt pressure on the workpiece. "Actually, what we have to pay attention to is
 the high pressure flushing available on today's wire machines," he says. "E
nhanced flushing is one of the major improvements made to wire EDM machines 
and it contributes to faster cutting speeds, but the high pressures have to 
be used carefully on delicate parts." In any case, flushing pressures can be
 controlled manually or automatically by the machine's control.
Fig. 2. - These parts were wire-cut in the hardened state. Cutting a stack o
f parts at one time makes wire EDM very productive. Each part is slightly la
rger than a postage stamp.
The shop produces this type of part in quantity, utilizing automation to run
 the machines in the unattended mode whenever possible. Blank plates are sta
cked together in various thickness, depending on the required geometry. The 
plates are held together by various means (welding, pinning or fastening wit
h screws). The small-hole EDM is used to produce wire start holes in exact l
ocations, with diameters from 0.015 to 0.080 inch. Typically, wire start hol
es are located inside and outside the specified contours.
By nesting multiple contours, material consumption can be maximized and unat
tended operation extended as far as possible. When the entire array of parts
 is completed, the wire path is retraced with the power supply turned off un
til the wire reaches the holding tabs left between the contours. Power is tu
rned on and the wire cuts through, allowing finished parts to drop free.
"Cutting nested parts from stacks of plates is a strategy we employ as often
 as we can," reports Pete Smith, who is in charge of EDM/technical sales at 
Lavelle Machine. "It's perfect for production jobs but has its place even in
 prototype work." Figure 2 shows a good example.
Prototypes In A Hurry
These two pieces were part of an R&D project Lavelle Machine produced for a 
medical industry customer. Mr. Lavelle explains: "We're not sure what the in
tended application was, but the customer e-mailed us the geometry as a DFX f
ile, which we imported directly to our CAM software to produce the wire path
. We didn't have to touch the geometry to do the programming."
The customer supplied the blank workpieces, made of 17-4PH stainless steel. 
These were stacked and cut to produce six sets of parts. Turnaround time was
 two days.
"Another big plus for EDM," notes Mr. Smith, "is cutting workpieces in a har
dened condition." These workpieces had been heat treated to 42-44 Rockwell C
 and were wire-cut as is. "There was no distortion to affect the intricate g
eometry or the flatness of the part," Mr. Smith adds. "When we look at how t
o produce a part, EDM gives us some options for machining after heat treatin
g or when working with prehardened materials. Often, we can eliminate operat
ions for correcting geometry changes that occur in heat treat."
No Deburring
Another operation that wire-cutting eliminates is deburring. Figure 3 shows 
a couple of workpieces where burr-free cutting was a definite plus. These 31
6 stainless components are part of a motor housing assembly. The slots allow
 these parts to be compressed as other components grow in size due to heat g
enerated by the motor.
Fig. 3 - The slots on these workpieces could have been made with slitting sa
ws, but wire EDM had the advantage of producing no burrs. the large one is a
bout one inch in diameter.
Lavelle Machine produces these parts by the thousands. According to Mr. Lave
lle, the parts are turned from tube stock on CNC lathes, but the slots are w
ire-cut. "Cutting the slots with slitting saws was an obvious possibility bu
t having to remove the burrs from the inside of the part made this unattract
ive, even though the slitting saws are very fast," he says. "What makes wire
 EDM a preferred alternative is unattended operation."
The parts are mounted on fixtures in six rows, each row three parts high. Sl
ots are wire-cut from both directions prior to moving down the line to the n
ext row. Multiple rows as well as stacked parts allow for longer unattended 
machine time. This type of multiple fixturing has proved to be more economic
al than a "chip cutting" operation.
Mr. Smith points out that automation is the key. "When we run this part, we 
set up a fixture block, hit the cycle-start button, and walk away. When we c
ome back, we reload the fixture and start over." Submerged cutting is essent
ial in this approach, he says. "The wire enters the parts from the side, mak
es a U turn, and finishes the cut on the way out. Because the parts are cyli
ndrical, cutting conditions are changing constantly as the wire passes throu
gh. Efficient flushing would very difficult to maintain without submerged cu
tting."
The Fanuc OC machines that produce this type of part operate with the workpi
eces totally submerged. The recycling water system on these machines uses or
dinary tap water that has been deionized to remove conductivity. The water c
ontinually circulates through the filters and the machine-controlled deioniz
ing unit. The advantages of a submerged cutting machine are temperature stab
ilization and closely controlled flushing even in difficult cases where the 
workpiece has varying thickness along the wire path.
Medical Parts
Burr-free cutting is especially valuable in the production of surgical instr
uments and other items for the medical industry. A burr left behind by manuf
acturing has the potential to be detached and to contaminate a medical proce
dure. The regulations governing medical devices are very strict regarding th
is issue. Figure 4 shows another unusual workpiece, manufactured by Lavelle 
Machine, in which burr-free cutting was important.
The part is a sheath for a device that injects soft tissue anchors. These an
chors are like miniature staples that clip tissue together to repair tears o
r cuts. The anchors are absorbed into the body as it heals. The tips of the 
sheath are pointed to hold tissue in place as the anchor is inserted.
"We could have ground the contour that forms these tips using a formed and d
ressed grinding wheel," explains Mr. Lavelle. "Grinding would be faster than
 EDM but deburring would have taken up the time saved. With EDM, the points 
need only a brief electro-polishing step to round off edges so that the poin
ts grip tissue without severing it.
Ram EDM
Just as burr-free cutting favors wire EDM, chipless cutting favors ram EDM i
n some instances. The titanium bone screws shown in Figure 5 are a case in p
oint. The outstanding feature of these screws is the unusual thread form, de
signed for compatibility with the structure of living bone. The shop produce
s a number of different sizes of these screws. The thread form varies accord
ing to the size of the screw. Precision ground form tools cut these threads 
on the shop's Citizen screw machines. Less remarkable but no less important 
is the precisely formed hex-shaped cavity in the top of each screw. This is 
where EDM comes in.
Fig. 4. - The tip of this medical device was produced with wire EDM rather t
han with a formed grinding wheel. The close-up shows the tip's complex conto
ur.
"This is another part we produce in quantity," notes Mr. Smith. "We looked a
t drilling a blind hole and broaching the hex shape but could not be sure th
at all broaching chips could be removed from the bottom of the hole, where b
roaching would tend to lodge them. Because bone screws are implanted in the 
body, the presence of any sort of chip is unacceptable."
Ram EDM was the answer. "Surprisingly, we found this approach to be very pro
ductive, even compared to broaching," remarks Mr. Lavelle.
The shapes are EDMed on a Hansvedt Workman ram unit using tellurium copper e
lectrodes, one for roughing and one for finishing. The screws are mounted in
 fixtures (literally screwed into place) to be EDMed. All roughing burns are
 completed, then all finishing burns are completed to finish the batch.
"Titanium is a difficult material to machine conventionally," says Mr. Smith
, "but for EDM, workpiece hardness is not an obstacle. As long as the materi
al conducts electricity, we can EDM it."
Small-Hole Enhances Wire And Ram
Mr. Lavelle feels that small-hole EDM completes the EDM triad because the sh
op relies on this ability to make small, deep straight holes. For wire EDM w
ork, the small-hole machine is used regularly to make start holes, as has be
en mentioned. Small-hole EDM is also very valuable for drilling flush holes 
in the electrodes used in ram EDM. In fact, EDMing contoured blind pockets i
s a good example of how wire, ram, and small-hole EDM work together. Blind p
ockets can even be formed on the interior of hollow workpieces, a practice L
avelle Machine often follows to complete entire workpieces in one piece.
Fig. 5 - The material is titanium. the hex-shaped blind hole is tightly tole
ranced. Machining can't leave behind chips -- a perfect application for ram 
EDM. These bone screws are 1 inch long.
To make deep contoured pockets, an electrode can be cut with wire EDM. Lavel
le Machine generally uses copper for long, slender electrodes because of the
 superior strength and resistance to wear of copper. Although this material 
can be difficult to machine conventionally, it can be readily cut with wire 
EDM. In most cases, a roughing and a finishing electrode are required. The c
orrectly sized electrode for each operation can be produced on the wire EDM 
by making an offset change and producing a larger or smaller electrode as re
quired.
The electrodes used to make deep pockets require flushing holes, which are f
requently formed down the entire length of the electrode using the small-hol
e EDM. While the pocket is being EDMed, dielectric fluid is forced through t
he hole under pressure. As the fluid exits from the bottom of the electrode,
 the fluid carries away ash and debris as it flows up and out of the gap bet
ween the electrode and the walls of the pocket. By varying the location of t
he flush hole from roughing to finishing electrode, any spike or mark left b
y the hole on the bottom of the pocket is eliminated easily.
According to Mr. Smith, the shop is capable of burning small flush holes thr
ough material as thick as 7.0 inches with the HoleMaster small-hole EDM. The
 ability to make holes this deep while maintaining straightness through the 
electrode is critical, especially on electrodes with a small cross section.
EDM In The Mainstream
"Now that we've had EDM in our shop for five years, we consider it an indisp
ensable complement to our expertise in other machining processes," claims Mr
. Lavelle. "It's never a last resort. We've made it a habit to ask ourselves
, how could we EDM this part? It's part of our initial planning routine." So
metimes EDM, whether ram, wire or small hole, isn't the right choice. "Even 
so, we're more creative in our thinking for having considered EDM," he says.


--
※ 来源:．紫 丁 香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: nusnet-150-88.dy]