برش وایرکات چیست و چگونه کار می کند؟

برش وایرکات یکی از پیشرفته ترین روش های ماشین کاری و برش فلزات در صنایع مدرن است که با نام Wire EDM نیز شناخته می شود. در این روش، قطعه فلزی بدون تماس مستقیم ابزار با سطح، به کمک جرقه های الکتریکی بسیار دقیق برش داده می شود. این فناوری توانسته تحولی بزرگ در تولید قطعات دقیق، قالب سازی و صنایع حساس ایجاد کند و به دلیل دقت بالا، کیفیت سطح عالی و قابلیت برش اشکال پیچیده، به یکی از روش های پرکاربرد در صنعت تبدیل شده است.

در سال های اخیر با افزایش نیاز صنایع به قطعات دقیق، استفاده از دستگاه برش وایرکات رشد چشمگیری داشته است. بسیاری از کارخانه ها برای تولید قطعات ظریف و حساس به جای روش های سنتی مانند برش آهن مکانیکی، از وایرکات استفاده می کنند زیرا این روش تنش مکانیکی روی قطعه ایجاد نمی کند و احتمال تغییر شکل فلز بسیار کم است.

یکی از دلایل محبوبیت این فناوری، توانایی برش انواع فلزات سخت و آلیاژهای خاص است. حتی فلزاتی که ماشین کاری آن ها با ابزارهای معمول دشوار است، به راحتی توسط وایرکات قابل برش هستند. از طرفی، با توجه به نوسانات بازار فلزات و اهمیت مدیریت هزینه تولید، آگاهی از قیمت آهن و انتخاب روش برش مناسب می تواند تاثیر زیادی بر هزینه نهایی قطعات داشته باشد. در این مقاله به طور کامل بررسی می کنیم که برش وایرکات چیست، چگونه کار می کند، چه کاربردهایی دارد و چه مزایا و معایبی برای صنایع مختلف به همراه دارد.

برش وایرکات چیست؟

اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم برش وایرکات چیست، باید آن را روشی از ماشین کاری تخلیه الکتریکی (EDM) بدانیم که در آن از یک سیم بسیار نازک به عنوان ابزار برش استفاده می شود. این سیم معمولا از جنس برنج یا مس ساخته شده و جریان الکتریکی از آن عبور می کند. هنگامی که سیم به قطعه فلزی نزدیک می شود، جرقه های الکتریکی بسیار ریزی بین سیم و قطعه ایجاد شده و همین جرقه ها باعث ذوب و تبخیر فلز می شوند. در این فرآیند هیچ تماس فیزیکی میان ابزار و قطعه وجود ندارد؛ به همین دلیل نیرو یا فشار مکانیکی به قطعه وارد نمی شود. همین ویژگی باعث شده وایرکات برای تولید قطعات ظریف، پیچیده و حساس به تنش، گزینه ای ایده آل باشد.

نکته مهم این است که این روش فقط برای مواد رسانا قابل استفاده است؛ یعنی فلزات و آلیاژهایی که قابلیت هدایت جریان برق دارند. به همین دلیل از وایرکات در صنایع فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم، مس و حتی آلیاژهای سخت استفاده می شود. به عنوان مثال، برش آلومینیوم با وایرکات یکی از کاربردهای رایج در صنایع هوافضا و خودروسازی است. در مقایسه با روش هایی مانند برش لیزری، وایرکات توانایی برش قطعات ضخیم تر و بسیار دقیق تر را دارد، هرچند سرعت آن معمولا کمتر است. همین تفاوت ها باعث می شود هر روش بر اساس نوع پروژه و نیاز صنعت انتخاب شود.

انواع برش وایرکات

برش وایرکات با توجه به نوع دستگاه، دقت موردنیاز، ضخامت قطعه و کاربرد صنعتی در مدل های مختلفی انجام می شود. اگرچه اساس عملکرد همه آن ها مبتنی بر تخلیه الکتریکی و استفاده از سیم رسانا است، اما تفاوت در تکنولوژی کنترل، قطر سیم، سرعت برش و میزان دقت باعث شده چند نوع اصلی از این فناوری در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد. شناخت انواع برش وایرکات کمک می کند تا بسته به نوع پروژه، مناسب ترین روش انتخاب شود و هزینه و زمان تولید بهینه گردد. به طور کلی، هرچه دقت موردنیاز بیشتر باشد، دستگاه پیشرفته تر و سرعت برش کمتر خواهد بود. در مقابل برای قطعات ضخیم و صنعتی که حساسیت کمتری دارند، از مدل های پرسرعت استفاده می شود. در ادامه مهم ترین انواع این روش را بررسی می کنیم.

برش وایرکات CNC

وایرکات CNC رایج ترین نوع دستگاه برش وایرکات است که به کمک سیستم کنترل عددی کامپیوتری (CNC) کار می کند. در این نوع دستگاه، مسیر حرکت سیم به صورت کاملا دقیق توسط نرم افزار طراحی و کنترل می شود. اپراتور ابتدا مدل سه بعدی قطعه را طراحی کرده و سپس دستگاه مسیر حرکت سیم را با دقت میکرونی اجرا می کند.

این نوع وایرکات در تولید قالب ها، قطعات صنعتی و خدمات برش وایرکات کاربرد فراوانی دارد. سرعت برش وایرکات در مدل های CNC نسبت به نسل های قدیمی بسیار بیشتر بوده و امکان تولید انبوه قطعات با کیفیت یکسان را فراهم می کند. علاوه بر این، خطای انسانی به حداقل رسیده و تکرارپذیری فرآیند به شکل چشمگیری افزایش یافته است.

قابلیت برش اشکال پیچیده، سوراخ کاری دقیق و ایجاد گوشه های بسیار تیز از ویژگی های مهم وایرکات CNC محسوب می شود. بسیاری از صنایع پیشرفته بدون استفاده از این فناوری قادر به تولید قطعات خود نیستند.

برش وایرکات دقیق (Micro Wire EDM)

Micro Wire EDM یا وایرکات میکرو نسخه پیشرفته تر این فناوری است که برای تولید قطعات بسیار کوچک و فوق دقیق استفاده می شود. در این روش از سیم هایی با قطر بسیار کم (حتی کمتر از 0.1 میلی متر) استفاده می شود تا امکان برش قطعات میکروسکوپی فراهم گردد.

این فناوری در صنایع پزشکی، الکترونیک، ابزارسازی و تولید قطعات ساعت سازی کاربرد دارد. دقت برش در این روش به چند میکرون می رسد و کیفیت سطح نهایی بسیار بالا است. یکی از ویژگی های مهم وایرکات میکرو، امکان ایجاد سوراخ ها و شیارهای بسیار ریز در قطعات سخت است. به همین دلیل، در تولید قطعات ایمپلنت پزشکی و ابزارهای جراحی نقش بسیار مهمی دارد.

ویژگی‌ها	برش وایرکات	برش لیزری	برش CNC
نوع برش	جرقه الکتریکی (بدون تماس)	پرتو لیزر	ابزار مکانیکی
دقت برش	بسیار بالا (تا 0.005 میلی متر)	بالا	متوسط تا بالا
ضخامت قابل برش	بسیار زیاد (تا 300 میلی متر)	کم تا متوسط (تا حدود 25 میلی متر)	وابسته به ابزار
کیفیت سطح	بسیار صاف و بدون پلیسه	خوب	نیاز به پرداخت
سرعت برش	متوسط تا کم	بسیار سریع	متوسط
برش اشکال پیچیده	عالی	خوب	محدودتر
ایجاد تنش مکانیکی	ندارد	ندارد	دارد
امکان برش فلزات سخت	عالی	محدودتر	متوسط
هزینه تجهیزات	بالا	بالا	متوسط
مناسب برای	قالب‌سازی، قطعات دقیق	ورق های نازک، تولید انبوه	قطعات صنعتی عمومی

اجزای اصلی دستگاه وایرکات

دستگاه برش وایرکات از چند بخش اصلی تشکیل شده که هر کدام نقش مهمی در عملکرد دقیق این سیستم دارند. اولین و مهم ترین بخش، منبع تغذیه الکتریکی است که وظیفه ایجاد جرقه های الکتریکی کنترل شده را بر عهده دارد. این جرقه ها عامل اصلی برش فلز هستند. بخش دوم سیم برش است که معمولا از جنس برنج یا مس ساخته می شود. این سیم به صورت مداوم از قرقره عبور کرده و پس از مصرف، تعویض می شود. سیستم هدایت سیم نیز وظیفه کنترل مسیر حرکت سیم را با دقت بالا بر عهده دارد.

یکی دیگر از اجزای مهم، مخزن دی الکتریک است. در این مخزن از آب دیونیزه استفاده می شود که هم خنک کاری را انجام می دهد و هم ذرات فلز جدا شده را از محل برش خارج می کند. بدون این سیستم، کیفیت برش به شدت کاهش پیدا می کند. در نهایت سیستم CNC و نرم افزار کنترل دستگاه قرار دارد که مسیر حرکت سیم، سرعت برش وایرکات و ضخامت برش وایرکات را کنترل می کند. این سیستم مغز متفکر دستگاه محسوب می شود.

• سیم برش (Wire): معمولاً از جنس مس یا فولاد با قطر 0.02 تا 0.3 میلی متر.
• سیستم مایع دی الکتریک: برای خنک کاری و جلوگیری از ایجاد جرقه های غیرمورد نظر.
• سیستم کنترل (CNC): برای برنامه ریزی مسیر سیم و کنترل سرعت برش.
• چرخ های راهنما (Guide Wheels): برای نگه داشتن سیم در مسیر صحیح.
• منبع تغذیه الکتریکی: برای ایجاد جرقه های کنترل شده.

مراحل انجام برش وایرکات

فرآیند برش وایرکات شامل چند مرحله اصلی است که به ترتیب انجام می شوند. ابتدا طراحی قطعه در نرم افزار CAD انجام شده و سپس فایل طراحی به نرم افزار CAM منتقل می شود تا مسیر حرکت سیم تعیین گردد. در مرحله بعد قطعه روی میز دستگاه نصب و تنظیم می شود. دقت در این مرحله بسیار مهم است زیرا کوچک ترین خطا می تواند باعث انحراف در برش شود. سپس سیم از نقطه شروع وارد قطعه شده و فرآیند جرقه زنی آغاز می شود.

در طول برش، آب دیونیزه به طور مداوم به محل برش پاشیده می شود تا دمای قطعه کنترل شده و ذرات فلز خارج شوند. در نهایت پس از پایان برش، قطعه تمیزکاری شده و آماده استفاده یا مونتاژ می شود. این فرآیند کاملا خودکار بوده و امکان تولید قطعات بسیار پیچیده را فراهم می کند.

1. طراحی قطعه: با استفاده از نرم افزارهای CAD/CAM، طرح قطعه تهیه می شود.
2. آماده سازی مواد: قطعه فلزی روی سطح دستگاه قرار داده می شود.
3. نخ گذاری سیم: سیم برش از طریق سیستم راهنما عبور داده می شود.
4. برنامه ریزی و برش: سیستم CNC مسیر سیم را بر اساس طرح اجرا می کند.
5. پرداخت نهایی: پس از برش، قطعه از مایع دی الکتریک تمیز می شود.

کاربردهای برش وایرکات

کاربردهای برش وایرکات بسیار گسترده است و تقریبا در تمامی صنایع پیشرفته دیده می شود. مهم ترین کاربرد این روش در قالب سازی و تولید قالب های تزریق پلاستیک و دایکاست است. دقت بالا و کیفیت سطح عالی باعث شده این فناوری در تولید قالب های صنعتی بسیار محبوب باشد. در صنعت خودروسازی، قطعات دقیق موتور، گیربکس و سیستم سوخت رسانی با وایرکات تولید می شوند. در صنایع هوافضا نیز از این روش برای تولید قطعات حساس توربین و تجهیزات پروازی استفاده می شود.

صنایع پزشکی نیز یکی از بزرگ ترین مصرف کنندگان خدمات برش وایرکات هستند. تولید ایمپلنت ها، ابزار جراحی و قطعات تجهیزات پزشکی با دقت بسیار بالا انجام می شود. همچنین در صنایع الکترونیک، ساخت قطعات کوچک و پیچیده بدون وایرکات تقریبا غیرممکن است.

مزایا و معایب برش وایرکات

برش وایرکات یکی از دقیق ترین روش های ماشین کاری فلزات است که در بسیاری از صنایع پیشرفته جایگزین روش های سنتی شده است. این فناوری به دلیل استفاده از جرقه الکتریکی به جای تماس مستقیم ابزار با قطعه، ویژگی های منحصر به فردی دارد که باعث شده در تولید قطعات حساس، قالب سازی و صنایع پزشکی و هوافضا بسیار مورد توجه قرار گیرد. با این حال، مانند هر روش صنعتی دیگر، این تکنولوژی نیز در کنار مزایای مهم خود، محدودیت ها و معایبی دارد که آگاهی از آن ها برای انتخاب روش برش مناسب ضروری است. در ادامه به بررسی کامل مزایا و معایب این روش می پردازیم.

مزایا: بزرگ ترین مزیت برش وایرکات دقت فوق العاده بالای آن است. این روش امکان تولید قطعات با تلرانس بسیار کم و کیفیت سطح عالی را فراهم می کند. عدم ایجاد تنش مکانیکی روی قطعه نیز یکی دیگر از مزایای مهم این روش است. امکان برش فلزات بسیار سخت، ایجاد اشکال پیچیده، تولید قطعات ظریف و قابلیت اتوماسیون کامل از دیگر مزایای این فناوری محسوب می شوند.

معایب: در کنار مزایا، وایرکات محدودیت هایی نیز دارد. مهم ترین محدودیت، سرعت کمتر نسبت به برخی روش های برش است. همچنین این روش فقط برای مواد رسانا قابل استفاده است. هزینه تجهیزات و نگهداری دستگاه نیز نسبتا بالا است که ممکن است برای برخی پروژه ها چالش برانگیز باشد.

سوالات متداول