Obróbka elektroerozyjna EDM

6 czerwca 2019 0

Autor:

Mimo, że proces ten jest używany od dziesięcioleci, jest on nadal powszechnie nierozumiany. Obróbka elektroerozyjna EDM (Electrical Discharge Machining) to usuwanie materiału z przedmiotu obrabianego w wyniku erozji elektrycznej odbywającej się w trakcie serii wyładowań elektrycznych, które następują pomiędzy elektrodą roboczą (erodą) i powierzchnią przedmiotu obrabianego zanurzonego w dielektryku. Taki proces umożliwia obróbkę materiałów bardzo twardych, także trudno obrabialnych (m.in. hartowane stale, węgliki spiekane).

Obróbka elektroerozyjna EDM proces

W trakcie obróbki elektroerozyjnej między elektrodą a powierzchnią przedmiotu obrabianego nie występuje kontakt mechaniczny (styk). Między powierzchnią elektrody, a powierzchnią przedmiotu obrabianego występuje szczelina, która w zależności od warunków może wynosić od 0,01 do 0,8 mm. Usuwanie materiału odbywa się dzięki wykorzystaniu energii elektrycznej w formie okresowych wyładowań iskrowych lub wyładowań w łuku elektrycznym między powierzchnią przedmiotu obrabianego, a narzędziem. Wyładowania zachodzą w dielektrycznym ośrodku roboczym. Ponieważ dielektryk to substancja nieprzewodząca lub bardzo mało przewodząca prąd elektryczny, to możliwości obróbki ograniczone są do materiałów przewodzących prąd elektryczny (elektroda i przedmiot obrabiany). W trakcie wyładowania elektrycznego powstaje kanał plazmowy, wokół którego pojawia się gazowy pęcherz zwiększający swoją średnicę. Lokalny wzrost temperatury (rzędu 14 000 K, czyli ok.13 725°C) powoduje topienie wraz częściowym odparowaniem ograniczonej objętości materiału. Gdy wyładowanie elektryczne zniknie, spada ciśnienie, co wspiera proces parowania roztopionego materiału (możliwość wystąpienia mikrowybuchów). Zmiany ciśnienia następują gwałtownie. Płynny materiał jest wyrzucany, zastygając w postaci kulek, a jego część krzepnie w powstałym kraterze.

Zastygły materiał ma właściwości i strukturę odmienną od tych poprzedzających obróbkę. Kolejne wyładowanie elektryczne generuje się w innym miejscu, które charakteryzuje korzystniejsze warunki do powstania kanału plazmowego i wyładowania elektrycznego. Charakter obróbki elektroerozyjnej nie pozwala na proste i jednoznaczne odniesienie porównawcze do naddatku obróbkowego przy pojedynczym przejściu narzędzia w obróbce skrawaniem. Ilość usuniętego materiału zależy od energii pojedynczego wyładowania. Większa energia zapewnia wyższą wydajność obróbki. Konsekwencją przy wyższej wydajności jest także zwiększona chropowatość. Wyładowania nie następują jednocześnie, stąd m.in. trudno jednoznacznie określić czas trwania obróbki. Materiał obrabiany, materiał elektrody, powierzchnia obrabiana, rodzaj generatora impulsów (parametry jego pracy, w tym prąd, moc, czas trwania impulsu), wpływają na wydajność obróbki, w konsekwencji czas jej trwania oraz jej dokładność i stan warstwy wierzchniej. Poniżej obróbka elektroerozyjna i występujące etapy wyładowania.

Obróbka elektroerozyjna wyładowania

Etapy pojawiania się wyładowania

   

Rys. 1.1 szczelina międzyprądowa. Elektroda poszukuje przedmiotu obrabianego podczas tzw. „cutting air”. Wykres pokazuje tylko wysokie napięcia, ale brak prądu.

Rys. 1.2 Pojawia się pole elektromagnetyczne utworzone między elektrodą, a przedmiotem obrabianym. W tym obszarze ciecz dielektryczna zostaje spolaryzowana wraz ze spadkiem rezystancji. Wartość napięcia pozostaje na tym samym poziomie.

Rys. 1.3 Opór elektryczny dielektryka zostaje zniwelowany co powoduje pojawienie się iskry, wytwarzając prąd. Wraz ze wzrostem natężenia, maleje napięcie. Rozpoczyna się odparowywanie przedmiotu obrabianego.

Rys. 1.4 Iskra jest gorąca plazmą zamkniętą w otoczce gazów. Odparowywanie nadal trwa.

 

Rys. 1.5 Pęcherzyk gazu szybko się powiększa. W pewnym momencie odparowywanie ustanie i rozpocznie się topienie materiału. Spowoduje to zanieczyszczenie cieczy dielektrycznej

Rys. 1.6 Napięcie i natężenie prądu ustabilizowały się ze względu na pojawienie się licznych zanieczyszczeń dielektryka, które cały czas się powiększają, co skutkuje wzrostem jego oporności.

 

Rys. 1.7 Zasilanie zostaje przerwane podczas części cyklu EDM. Prąd spada do zera. Bańska gazowa zapada się po usunięciu źródła ciepła

Rys. 1.8 Gazy i zanieczyszczony dielektyk rozpraszają się naturalnie. W tym momencie zalecane jest wymuszone płukanie obszaru drążonego.

Rys. 1.9 Po usunięciu zanieczyszczeń odsłania się wydrążony krater w przedmiocie obrabianym, a także na powierzchni elektrody roboczej. Dielektryk rozpoczyna rejonizację co umożliwia ponowne rozpoczęcie cyklu.

Jednym z podstawowych parametrów który decyduje o jakości otrzymanej powierzchni jest parametr wartości energii pojedynczego impulsu wyładowania. Stosowanie wyższych wartości parametrów prądowych powoduje wzrost chropowatości ponieważ większe wyładowania prowadzą do powstania większych kraterów.

Nowoczesne drążarki przystosowane są pod elektrody grafitowe, ze względu na dobór wydajnych parametrów obróbki. Największą wadą stosowania tego materiału do drążenia jest problem z przygotowaniem elektrod. Frezarka, na której wykonywane są elektrody z grafitu konieczne musi posiadać odpowiedni wyciąg umożliwiający szybkie odprowadzenie pyłu grafitowego. Brak tego systemu skraca żywotność maszyny, ze względu na osadzanie się brudu na układach sterujących frezarki. Dodatkowo wymogiem stawianym przed frezarką jest wrzeciono o wysokich obrotach, sięgających nawet do 40 000 obr/min.

Weryfikując koszty wykonanej operacji drążenia, bardzo ważną role odgrywa proces płukania. Stosowanie tego zabiegu znacznie wpływa na czas obróbki, ponieważ bardzo szybko usuwa zanieczyszczenia w cieczy dielektrycznej i dodatkowo ją filtruje. Wykorzystać można płukanie przez wrzeciono, jednak najczęściej stosuje się płukanie boczne.

Przeczytaj również o technologii obróbki WEDM

Technologia obróbki WEDM

Obróbka elektroerozyjna EDM
5 punktów (8) głosów

UdostępnijShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on Twitter

Zostaw komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Newsletter
Bądź na bieżąco