1.0 esittely
Se on valmistustekniikka, jossa käytetään sähköpurkauksia tietyn muodon saavuttamiseksi. Kipinätyöstö, kipinäeroosio, poltto, muottiupotus ja lankaeroosio ovat kaikki termejä, joita on käytetty kuvaamaan tätä prosessia.
CNC-jyrsintä Kiinassa tuottaa monimutkaisia geometrioita kovista materiaaleista, kuten titaanista, ruostumattomasta teräksestä ja muista karkaistuista seoksista EDM:n avulla.
1.1 EDM:n käyttötarkoitukset
EDM-menetelmää suositaan pientuotannossa, koska se mahdollistaa useita prosesseja. Jyrsintä, sorvaus, pienten reikien poraus ja muut menetelmät ovat niiden joukossa. EDM-teknologia auttaa seuraavissa sovelluksissa, koska se pystyy luomaan ainutlaatuisia ja tarkkoja muotoja:
i. Die tekeminen
Stanssinleikkaus- ja muotoilutyökaluja käytetään materiaalien leikkaamiseen tai muotoiluun kiinteiksi kappaleiksi. Näiden muottien valmistukseen käytetään EDM:ää riippumatta vaaditun muodon koosta tai harvinaisuudesta.
ii. Muotin valmistus
EDM:ää käytetään usein oikean muotin halkaisijan, syvyyden ja muodon saavuttamiseksi. Muottien valmistajat käyttävät sitä ensisijaisena ruiskuvalumenetelmänään. Yleisin muotinvalmistuksessa käytetty EDM-menetelmä on lanka EDM.
iii. Pienten reikien poraaminen
EDM-tekniikka on nopea ja sopiva menetelmä tarkkojen, syvien pienten reikien poraamiseen kaiken kovuisiin materiaaleihin. EDM:ää voidaan käyttää myös reikien poraamiseen kalteville pinnoille ja muille haastaville alueille.
2.0 EDM:n toimintaperiaate
Tasavirtalähde tuottaa kipinän syntymiseen tarvittavan energian. Tasavirtalähdettä ohjaa EDM-järjestelmä, joka kytkee kipinäenergian päälle ja pois päältä ja syöttää tarkan määrän sähköä jokaiseen kipinään.
Dielektrisen nesteen lujuus määrää, kuinka usein kipinöitä esiintyy elektrodin ja työkappaleen välillä. Tyypillisen hiilivetyöljynesteen dielektrinen lujuus on 170 volttia millimetriä kohden (170 V/mm).
Elektrodia siirretään lähemmäs työkappaletta, kunnes niiden välinen etäisyys on 0.001 tuumaa (0.025 mm).
Dielektrinen neste täyttää elektrodin ja työkappaleen välisen raon. Elektrodin ja työkappaleen välille syötetään 170 V:n jännite elektrodin etenemisen aikana.
Dielektrinen neste ionisoituu ja muuttuu sähköeristeestä sähköjohtimeksi, kun jännite on 170 V ja väli 0.025 mm. Ionisoitu dielektrinen neste johtaa sähköä elektrodista työkappaleeseen. Kun dielektrinen neste on ionisoitu, sähkö virtaa sen läpi, kunnes se sammutetaan.
Kun virta katkaistaan, dielektrinen neste deionisoituu ja neste palaa sähköeristeeksi. Volttimittari näyttää avoimen piirin jännitteen, kun virtalähde kytketään päälle, mutta elektrodi ei ole riittävän lähellä työkappaletta kipinän sytyttämiseksi. Työstöjännite on kipinän syttyessä näkyvä jännite. Avoimen piirin jännitteen tavanomainen alue on 100–300 V. Useimmissa tapauksissa työstöjännite on 20–50 volttia.
Kun dielektrinen neste ionisoituu, se kuumenee sähkön vaikutuksesta ja muuttuu plasmaksi. Elektronit virtaavat helposti ionisoituneen plasman läpi kipinän muodossa, kun tämä tilanne on olemassa. Negatiiviset elektronit vetävät puoleensa positiivisesti varautunutta työkappaletta ja positiiviset ionit negatiivisesti varautunutta elektrodia, kun sähkö virtaa plasman läpi.
Elektronien ja ionien liike-energia muuttuu lämpöenergiaksi tai lämpövuoksi, kun ne törmäävät työkappaleen ja työkalun pintoihin. Voimakas keskittynyt lämpövirta aiheuttaa äärimmäisen hetkellisen rajoitetun lämpötilan nousun, joka on yli 10 000. oC. Materiaalia poistuu paikallisen voimakkaan lämpötilan nousun seurauksena. Materiaalin poistuminen tapahtuu sekä välittömän höyrystymisen että sulamisen seurauksena. Vain osa sulasta metallista poistuu. Plasmakanava romahtaa, kun potentiaaliero poistuu. Tämän seurauksena sekä elektrodin pinnalle että ympäröivälle alueelle syntyy puristusiskuaaltoja. Erityisesti työkalun lähellä, työkappaleen pinnan korkeissa kohdissa.
3.0 EDM-tyypit
Sähköpurkauksilla voi työstää useita tapoja. Seuraavassa on lueteltu useita sähköpurkaustyöstön muotoja:
1. Upottaja EDM
Elektrodin ja työkappaleen väliin luodaan sähköinen kipinä käyttämällä grafiitti- tai kuparielektrodeja ja dielektristä nestettä. Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa elektrodi luodaan tarvittavan ontelon käänteisessä muodossa. Tällä tavoin valmistetaan siru.
Kun siru on upotettu dielektriseen nesteeseen, kuten öljyyn, sen ja sähköä johtavan työkappaleen välille indusoituu jännite. Sirua lasketaan tasaisesti kohti työkappaletta, kunnes se saavuttaa "sähköisen läpilyönnin", jolloin kipinä hyppää "kipinävälin" yli. Tämä aiheuttaa työkappaleen materiaalin höyrystymisen ja sulamisen, ja dielektrinen neste poistaa sitten kaikki ulos työntyneet hiukkaset. Tämän prosessin aikana pieni osa elektrodista usein syöpyy.
2. Wire EDM
Lankasahauksessa käytetään ohutta, aksiaalisesti kulkevaa lankaa. Ylempi ja alempi langanohjain, jotka on yleensä valmistettu timantista, säätelevät elektrodin asentoa, jotta voidaan tuottaa monimutkaisia muotoja ja tarkkoja toleransseja työkappaleeseen. Metallikontakti, joka on usein valmistettu kulutusta kestävästä volframikarbidista, syöttää jännitteen lankaelektrodille. Mikro-ominaisuuksien työstöä on tehty erittäin ohuella, jopa 30 metrin halkaisijaltaan olevalla langalla.
3. Reiän EDM
Verrattuna tyypillisiin reiänporausmenetelmiin, tällä lähestymistavalla voidaan valmistaa tarkasti erittäin pieniä ja syviä reikiä ilman jäysteenpoistoa. Tässä prosessissa käytetään myös upotuskipinätyöstöä. Leikkaus tehdään kuitenkin pulssimaisella lieriömäisellä elektrodilla, joka liikkuu syvemmälle työkappaleeseen samalla syöttäen dielektristä nestettä leikkausalueelle.
3.1 EDM:n edut
- Parempi suunnittelun joustavuus
Yksi kipinätyöstön merkittävimmistä eduista on, että se mahdollistaa sellaisten muotojen ja syvyyksien leikkaamisen, joita olisi vaikea saavuttaa tavanomaisilla työstötekniikoilla. Esimerkkejä ovat alileikkaukset ja täsmälleen suorakulmaiset sisäkulmat. Toinen etu on, että työstötekniikka ei aiheuta purseita.
- Koneistus ilman vääristymiä
Tässä tekniikassa työkalu ei ole koskaan suorassa kosketuksessa työkappaleeseen. Vääristymiä ei synny, kun osaan ei vaikuta voimia. Tämä mahdollistaa erittäin ohuiden osien työstämisen ilman niiden murtumisriskiä. Lisäksi, koska vääristymiä ei esiinny, voidaan saavuttaa erittäin tiukat +/- 0.012 mm:n toleranssit.
- Parantaa pinnan viimeistelyn laatua
Perinteiset materiaalinpoistomenetelmät, kuten CNC-jyrsintä, jättävät työkappaleeseen työstöjälkiä, jotka on poistettava jälkikäteen. EDM-pinnanlaatu on nollasuuntainen, mikä takaa tasaisen sileät pinnat ilman lisäkäsittelyä. Nopea EDM-työstö voi puolestaan jättää jälkeensä hiekkapuhalluksen kaltaisen pinnan.
- high Precision
Suuren tarkkuutensa ansiosta EDM sopii erinomaisesti pienten komponenttien ja prototyyppien valmistukseen. Esimerkiksi autoteollisuudessa, jossa herkkien moottorin osien valmistuksessa tarvitaan suurta tarkkuutta, tätä lähestymistapaa käytetään usein.
- Toimii kovetetun materiaalin kanssa
EDM on ihanteellinen koville materiaaleille. Tämän ansiosta mahdolliset lämpökäsittelyn aiheuttamat muodonmuutokset vältetään helposti.
- Erilaisia muotoja ja syvyyksiä on saatavilla
EDM mahdollistaa myös sellaisten muotojen ja syvyyksien luomisen, joita olisi vaikea saavuttaa leikkaustyökalulla. Erityisesti syvätyöstö, kun työkalun pituuden ja halkaisijan suhde on melko suuri, on yleinen EDM:n käyttötarkoitus. Kipinätyöstö on erikoistunut myös teräviin sisäkulmiin, syviin vahvikkeisiin ja pieniin uriin.
3.2 EDM:n haitat
- Materiaalinpoistonopeus on alhainen
Materiaalinpoistonopeus on alhaisempi verrattuna tavanomaisiin työstömenetelmiin. Tuotantoajan pidentyminen vaikuttaa kokonaiskustannuksiin, koska valmistusprosessi on erityisen energiaintensiivinen. Tämän seurauksena EDM on tehoton laajamittaisissa hankkeissa ja se usein laiminlyödään muiden menetelmien hyväksi.
- Joitakin materiaaleja ei voida työstää koneella.
Sähköpurkaustyöstöä saa käyttää vain sähköä johtaville materiaaleille. On myös syytä huomata, että vaikka menetelmä on nimellisesti jännityksetön, työstöön liittyy lämpökäsittely, joka voi muuttaa työkappaleen koostumusta.
- Elektrodi voi olla kallis.
Upotuskipinätyöstöön tarvitaan erikoiselektrodi, jonka ominaisuus on päinvastainen. Elektrodin työstö voi vaikuttaa kalliilta alhaisemmilla tuotantomäärillä, mutta suuremmilla tasoilla nämä lisäkustannukset voivat jakautua useille komponenteille.
3.3 EDM ja työterveys ja -turvallisuus
Joitakin varotoimia, joita on noudatettava EDM-laitteen turvallisen käytön varmistamiseksi, on lueteltu alla.
- EDM vaatii kattavaa koulutusta käyttäjille ja henkilöstölle.
- Varmista, että paloturvallisuuslaitteet on asennettu ja huollettu säännöllisesti.
- Tarkkaile dielektristä nestettä tarkasti. Neste estää purkauksen kulkeutumisen muihin johtaviin materiaaleihin kuin työkappaleeseen.
- Oikea ilmankierto auttaa poistamaan kaasuja, joita voi syntyä nesteessä purkauksen aikana tapahtuvien kemiallisten reaktioiden seurauksena.
- On tärkeää tarkkailla dielektristä nestettä, jotta se ei menetä johtamattomia ominaisuuksiaan.
4.0-päätelmä
CNC Milling Chinassa sähköpurkauskoneistus on edelleen ratkaisu kysyttyihin koneistussovelluksiin. Se antaa insinööreille mahdollisuuden muuttaa materiaaleja tilanteissa, joissa tavanomaiset menetelmät ovat vaikeita tai mahdottomia. Tämä ainutlaatuinen menetelmä edistää korkealaatuisten komponenttien tuotantoa.
