การทำงานของเครื่อง EDM ทำงานอย่างไรบ้าง

เครื่อง EDM (Electrical Discharge Machining) หรือที่เรียกว่า เครื่องจักรคายประจุไฟฟ้า หรือ เครื่องสปาร์ค (Spark Machining) เป็นกระบวนการตัดเฉือนวัสดุที่ไม่ใช้การสัมผัสทางกายภาพ (Non-contact Machining) โดยใช้ พลังงานความร้อนจากประกายไฟฟ้า (Electrical Spark Erosion) เพื่อขจัดเนื้อวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าออกจากชิ้นงาน

1. หลักการทำงานพื้นฐานของ EDM

การทำงานของเครื่อง EDM อาศัยการควบคุมการปล่อยกระแสไฟฟ้าที่มีความต่างศักย์สูงอย่างรวดเร็วและซ้ำ ๆ ระหว่างอิเล็กโทรด (Electrode) กับชิ้นงาน (Workpiece) โดยมีองค์ประกอบและขั้นตอนสำคัญดังนี้:

1.1 องค์ประกอบสำคัญ

1. อิเล็กโทรด (Electrode): ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือตัด ซึ่งอาจเป็นแท่งทองแดง, กราไฟต์, หรือลวดทองเหลือง (ในกรณีของ Wire EDM) อิเล็กโทรดจะถูกต่อเข้ากับขั้วหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟฟ้า

2. ชิ้นงาน (Workpiece): วัสดุที่ต้องการตัดเฉือน ซึ่งต้องเป็น วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (Electrically Conductive Material) ชิ้นงานจะถูกต่อเข้ากับอีกขั้วหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟฟ้า

3. ของเหลวไดอิเล็กทริก (Dielectric Fluid): ชิ้นงานและอิเล็กโทรดจะถูกจุ่มอยู่ในของเหลวนี้ (มักเป็นน้ำมัน EDM หรือน้ำกลั่น) ของเหลวนี้ทำหน้าที่:

   • เป็นฉนวน: ป้องกันไม่ให้เกิดการลัดวงจร

   • ควบคุมการเกิดประกายไฟ: จะแตกตัวเป็นสื่อนำไฟฟ้าเมื่อแรงดันสูงพอ

   • ระบายความร้อน: ดูดซับความร้อนจากประกายไฟ

   • กำจัดเศษวัสดุ: ชะล้างอนุภาคโลหะที่หลอมละลายออกไปจากช่องว่างการตัด

1.2 กระบวนการเกิดประกายไฟ (Spark Erosion)

1. การควบคุมช่องว่าง (Spark Gap): ระบบเซอร์โวจะควบคุมให้อิเล็กโทรดเคลื่อนที่เข้าใกล้ชิ้นงานมากที่สุด (แต่ไม่สัมผัส) เพื่อให้มีช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างกัน (Micro-gap)

2. การแตกตัวของไดอิเล็กทริก (Dielectric Breakdown): เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายระหว่างอิเล็กโทรดและชิ้นงานเพิ่มสูงขึ้น สนามไฟฟ้าในช่องว่างจะสูงขึ้นจนทำให้ของเหลวไดอิเล็กทริกแตกตัวเป็นสื่อนำไฟฟ้า (Ionization)

3. การปล่อยประจุ (Electrical Discharge): เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าอย่างรวดเร็วในรูปของ ประกายไฟ (Spark) ข้ามช่องว่าง

4. การหลอมละลายและการระเหย: ประกายไฟนี้สร้างความร้อนสูงมาก (สูงถึง 8,000 ถึง 12,000 ºC หรือมากกว่า 20,000 °F) ซึ่งจะทำให้เนื้อวัสดุเล็ก ๆ บริเวณที่เกิดประกายไฟบนชิ้นงาน หลอมละลายและระเหย กลายเป็นไอ

5. การชะล้าง (Flushing): เมื่อประกายไฟดับลง ของเหลวไดอิเล็กทริกที่ไหลเวียนอยู่จะรีบชะล้างอนุภาคโลหะที่หลอมละลาย (เศษขี้โลหะหรือ Debris) ออกไปจากช่องว่าง

6. การเกิดซ้ำ (Repetition): กระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่าอย่างรวดเร็ว (หลายพันครั้งต่อวินาที) โดยระบบ CNC จะควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรด ทำให้เกิดการ "กัดเซาะ" เนื้อวัสดุออกตามรูปทรงที่ต้องการได้อย่างต่อเนื่องและแม่นยำ

2. ประเภทหลักของเครื่อง EDM

การทำงานที่เฉพาะเจาะจงจะแตกต่างกันไปตามประเภทของเครื่อง EDM:

ประเภทเครื่อง EDM	เครื่องมือ (Electrode)	ลักษณะการทำงาน	การใช้งานทั่วไป
Sinker EDM (Ram/Die Sinking EDM)	อิเล็กโทรดที่ถูกสร้างขึ้นตามรูปร่าง (เช่น แท่งกราไฟต์หรือทองแดง)	อิเล็กโทรดจะถูก "จม" (Sunk) ลงในชิ้นงานเพื่อสร้างโพรง, ช่อง, หรือรูปทรง 3 มิติเชิงลบ	งานแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก, แม่พิมพ์หล่อ, การสร้างช่องว่างที่ซับซ้อน
Wire EDM (Wire-Cut EDM)	ลวดบาง (มักเป็นทองเหลือง) ที่มีการป้อนต่อเนื่อง (Continuous Feed)	ลวดทำหน้าที่เหมือนเลื่อยสายพานไฟฟ้าที่ตัดผ่านชิ้นงาน ทำให้เกิดการตัดแบบเส้นตรงหรือตัดรูปร่าง 2 มิติที่ซับซ้อน	งานแม่พิมพ์ปั๊มโลหะ, ชิ้นส่วนที่มีความละเอียดสูง, การตัดรูปทรงที่มีผนังบาง
Hole Drilling EDM (Fast Hole Drilling)	ท่ออิเล็กโทรด (Hollow Tube Electrode)	ใช้สร้างรูขนาดเล็ก ลึก และแม่นยำอย่างรวดเร็ว	การเจาะรูเริ่มต้นสำหรับ Wire EDM, การสร้างรูระบายความร้อนในเทอร์ไบน์

ข้อดีของ EDM

• สามารถตัดวัสดุที่ แข็งมาก (เช่น เหล็กกล้าชุบแข็ง) ซึ่งยากต่อการตัดด้วยวิธีการทั่วไป

• เป็นกระบวนการตัดเฉือนที่ ไม่มีแรงทางกล (No Mechanical Force) ทำให้สามารถตัดชิ้นส่วนที่บอบบางได้โดยไม่เกิดการบิดเบี้ยวหรือการเสียรูป

• ให้ ความแม่นยำสูง และได้ผิวงานที่มีคุณภาพดี

• สามารถสร้าง รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน รูเล็ก ๆ และมุมด้านในที่คม (Internal Corners) ที่ไม่สามารถทำได้ด้วยการกัดทั่วไป