فرایند ماشین کاری الکتریکی EDM

0
4546

افزایش گسترده نیاز به فلزات سخت ، با استحکام زیاد و مقاوم در مقابل گرما در مهندسی به نیازهای خاصی در زمینه تکنولوژی و تکنیکهای ماشین کاری انجامید. بنابراین بسیاری از روشها در فرایندهای ماشین کاری پیشرفت کرد . ماشین کاری با صوت ،ماشین کاری اشعه الکترونی، ماشین کاری پلاسما وماشین کاری لیزری مثالهایی از این فرایندهای ماشین کاری هستند. یکی دیگر از این فرایندهای مدرن لایه برداری شیمیائی است که برای مخلوطی از تجمعی از فلزات نرم و آلیاژهای آلومینیوم بوده و برای صنعت هواپیمایی بکار گرفته میشود.
ماشینهای تخلیه الکتریکی (EDM) بصورت فرایندهای پرداخت فلزات رسانا ، توسط جرقه های الکتریکی مشخص می شوند. در ابتدا برای از بین بردن براده های مته کاری، و همچنین سوراخ کردن ابزارهای ظریف و گرانبها بکار گرفته شد. امروزه EDM برای ساخت حفره ها و قالبهای هندسی و غیر هندسی بسیار پیچیده بکار می رود. مفهوم ماشین کاری الکتریکی ممکن است به یک گروهی از فرایندها که جریان الکتریکی را برای برداشتن فلزات بکار میگیرند اطلاق شود.

در فرایند ماشین کاری الکتریکی بر خلاف ماشین کاری  مکانیکی فلز ابزار می تواند از فلز قطعه کار نرمتر باشد و براده برداری نیز هیچ ارتباطی به سختی مکانیکی قطعه کار ندارد.  هر چند که فلزات سخت کمی سخت تر از فلزات نرم براده برداری می شوند.

فرایندهای ماشین کاری الکتریکی به دو دسته تقسیم می شوند. اولین آنها ماشینهای تخلیه الکتریکی هستند. در اینجا اثر خوردگی از یک توالی سریع از پالسهای الکتریکی در از بین بردن فلز از روی قطعه کار بکار گرفته میشود. فرایند دوم ، فرایندهای الکتروشیمیایی و فرسایش با الکترولیت هستند. فرایند ماشین کاری تخلیه الکتریکی یا بعبارت دیگر ماشین کاری اسپارک بر روی اثر خوردگی جرقه الکتریکی بر روی هر دو الکترود پایه گذاری شده است.

 یاد داشتن این نکته که  اگر هر دوی قطعه کار و الکترود هم از یک جنس باشند، بیشترین سائیدگی در قطعه أی بوجود می آید که روی الکترود منفی بسته شده باشد ، الزامی است. بنابراین برای بدست آوردن خوردگی ماکزیمم از قطعه کار ، در حالیکه الکترودمان سایش بسیار کمی داشته باشد، باید قطعه کار را به پایه منفی و الکترود یا ابزار را به پایه مثبت وصل کنیم.

فرایند براده برداری توسط جرقه
قطعه کار در حمامی از دی الکتریک غرق میشود. و این دی الکتریک پنج سانتیمتر بالاتر از سطح قطعه کار را می پوشاند ، اینکار از آتش گرفتن  دی الکتریک در اثر جرقه ها جلوگیری میکند.

الکترود و قطعه کار به دو سر یک منبع ولتاژ DC با ولتاژی بالاتر از ۵۰ ، ۶۰ ولت وصل شده اند. دی الکتریک در چرخه ای توسط پمپ می چرخد . فاصله هوایی برای جرقه زنی در حدود ۲۵ تا ۱۰۰ میکرومتر توسط سروموتور ثابت نگه داشته میشود. زمانیکه منبع تغذیه روشن شد ، پس از انتخاب مقادیر جریانها ، ولتاژها ،فاصله مجاز gap[1] ،زمانهای [۲]ontime ، off time[3] ، زمانهای شستشو و … با استفاده از ورودیهای مختلف (مکانیکی با سلکتورها یا بصورت عددی و با استفاده از یک سیستم میکروپروسسوری )، ولتاژ به دو سر الکترود  اعمال میشود ، با اعمال ولتاژ در فاصله معینی از gap جرقه تولید میشود ،سیال یونیزه شده و تخلیه الکتریکی صورت میگیرد ، بعلت حرکت  سیال زیر محل فعال ، سیال غیر یونیزه ای خواهیم داشت بنابراین باز سیال جداساز خوبی خواهد بود و سیکل ادامه می یابد …

سیال انتخاب شده باید تا زمان وقوع شکست الکتریکی بعدی ، نارسانا باقی بماند . زمانیکه به ولتاژ دلخواه  رسیدیم سیال باید سریع بشکند (شکست الکتریکی ) و پس از عمل تخلیه در زمان خاموشی پالس ( off time ) باز سریع غیر یونیزه شده به حالت اول برگردد.

در این روش توالی تندی از جرقه ها بدست می آید ( بین ۵۰۰ تا ۵۰۰۰۰ جرقه در ثانیه) ، هر جرقه أی ، دمای محلّی نقطه جرقه دیده را به حرارت بسیار بالائی در حدود۷۰۰۰ تا  C ْ ۱۲۰۰۰ می رساند این جرقه حرارت بالا باعث ذوب این نقطه از مکان جرقه دیده شده و ناحیه مذاب بسیار کوچکی را روی سطح قطعه کار بوجود می آورد، در زمان Offtime دی الکتریک سرد به روی این نقطه با حرارت بسار بالا می رسد و اختلاف دمای چند هزار درجه ای موجب انفجار نقطه ذوب شده می شود ، بدیهی است که اغلب جرقه بین نقاطی از قطعه کار و الکترود که به هم نزدیک هستند اتفاق می افتد و نقطه های داغی از قطعه کار خورده شده و از سطح قطعه کار کنده میشوند این خوردگیها توسط دی الکتریک از محل دور میشوند . همچنین که قطعه کار خورده میشود الکترود توسط موتور سِروُیِ کنترل شده ای نزدیک میشود.کنترل موتور سِروُ برای فاصله هوائی مناسب وقابل تنظیم توسط نمونه برداری ازولتاژ بین قطعه کار و الکترود انجام خواهد گرفت.

فرایند تخلیه پالسی :
الکترود به قطعه کار بسیار نزدیک می شود و فرایند کامل یک تخلیه الکتریکی به ترتیب زیر به وقوع می پیوندد. Offtime

پدیده تخلیه الکتریکی از زمان اعمال پالس تا شروع جرقه

۱٫     ولتاژ بین الکترود و قطعه کار یک میدان الکتریکی در فاصله هوائی یا GAP بوجود می آورد.

۲٫     در نتیجه این میدان ،ذرات هادی در وسط ناحیه میدان که میدان الکتریکی بسیار قوی است، متمرکز می شوند. و پلی را در وسط میدان تشکیل میدهند. ( بدلیل نبود ذرات هادی معلق در آب مقطر خالص در ابتدای بکارگیری ماشین وایرکات براده برداری به کندی صورت میگیرد چون کانال دیر یونیزه میشود.)

۳٫     در این زمان الکترونها از قطب منفی به داخل کانال ایجاد شده حرکت می کنند، و با اِین ذرات برخورد می کنند. بنابراین یونهای مثبت و منفی از این ذرات معلق بوجود می آیند. این فرایند بصورت انفجاری کل ناحیه GAP  را در بر می گیرد.

پدیده تخلیه الکتریکی از شروع جرقه تا انتهای پالس

۱٫     یونهای مثبت به سمت قطب منفی حرکت میکنند ، و یونهای منفی بسمت قطب مثبت. و جریان یونها بوجود می آید.

۲٫     این جریان الکتریکی به شدت افزایش یافته و در برخورد در آن نقطه گرمای شدیدی بوجود می آورد و در صورتیکه گرما موثر باشد، همان نقطه از قطعه کار ذوب می شود. این گرما مایع دی الکتریک را بخار کرده و فشاری را بین الکترود و قطعه کار بوجود می آورد این فشار بسیار کوچکتر از آنی است که بتواند در قطعه کار یا ابزار حرکت ایجاد کند اما این فشار در واحد سطح مقدار بسیار بزرگی است.

۳٫     پس از ذوب شدن آن نقطه، با ادامه اعمال ولتاژ و جریان، کانال یونیزه گشادتر می شود و سطح نقطه ذوب بیشتر می شود اما این ولتاژ و جریان را تا آخر نمی توان ادامه داد چرا که با ادامه جریان، آن نقطه هر چه بیشتر داغتر می شود و به کربنها فرصت کافی برای سوختن می رسد و این کربنها در اثر فشار حاصل و بدلیل مرطوب بودن کانال یونیزه به هم می چسبند و حال الکترونها به جای حرکت از طریق کانال یونیزه از طریق این توده کربن منتقل می شوند و علاوه بر اینکه بر ذوب بیشتر کمک نمی کند بلکه عارضه بسیار بدی بنام ARC یا جوشکاری را پدید می آورد.

 
پدیده تخلیه الکتریکی از در زمانofftime

۱٫     حال پالس خاموش می شود.( off time) مایع سرد به سطح مذاب حرارت بالا می رسد و مذاب بسیار سرد می شود.

 این سرد شدن شدید باعث انجماد نشده و مذاب را متلاشی می کند که بصورت آتشفشانی فوران می کند و از محل دور می شود. اما همه مذاب متلاشی نمی شود و قسمتی از آن در اثر فشار گازهای حاصل جابجا شده و لبه می گیرد. این لبه های بوجود آمده، نقاط موثر تخلیه بعدی خواهند بود. در زمان خاموشی پالس، GAP دوباره ایزوله می شود و برای پالس بعدی آماده می شود.

دی الکتریک

در ابتدای کشف اسپارک در روسیه از هوا بعنوان دی الکتریک استفاده شد. بزودی کشف شد که مشتقات نفت مزایای زیادی نسبت به هوا دارند. استحکام آنها زیاد است. و با استفاده از مشتقات نفت از گپ کوچکتری میتوان استفاده کرد و کیفیت اسپارک کاری با آن بسیار مطلوب است. در این نوع مواد فرکانس کار اسپارک میتواند بیشتر گردد و ذرات برداشته شده براحتی توسط آن جابجا میشوند.

وظایف دی الکتریک

·        جداسازی یکی از مهمترین فوائد دی الکتریک عایق سازی بین الکترود و قطعه کار است. دی الکتریک باعث باریک شدن پهنای کانال جرقه نیز میشود که این به نوبه خود باعث بالا رفتن کیفیت سطح اسپارک میشود.

·        یونیزاسیون سیال انتخاب شده باید تازمان وقوع شکست الکتریکی غیر رسانا باقی بماند. زمانیکه ولتاژ فاصله هوائی به ولتاژ یونیزاسیون رسید ، سیال باید سریع بشکند ( شکست الکتریکی ) و پس از عمل تخلیه باز سریع غیر یونیزه گردد. گرمای نهان تبخیر سیال باید بزرگ باشد تا تنها یک قسمت کوچکی از دی الکتریک تبخیر شود و کانال اسپارک سطح کوچکی را به خود اختصاص می دهد. در نتیجه آن چگالی انرژی بالا میرود و دانه بندی اسپارک ریزتر گردد.

·        خنک سازی دمای جرقه اسپارک در سطح الکترود و قطعه کار مقداری بین ۸,۰۰۰-۱۲,۰۰۰° C دارد این گرمای بالا قطعه کار را سریع ذوب میکند که دی الکتریک باید هر دو سطح را خنک سازد. اگر الکترود خنک نگه داشته شود خوردگی آن نِیز کاهش مِی یابد.

·        جابجائی ذرات براده برداری شده

شرایط لازم دی الکتریک

بطور تئوریک همه مایعاتی که عایق باشند میتوانند بعنوان دی الکتریک مورد استفاده قرار گیرند. یک دی الکتریک باید شرایط زیر را داشته باشد.

·        فرسایش: فرسایش زیاد قطعه کار داشته باشد در حالیکه فرسایش الکترود توسط یونهای آن کم باشد. ( یونهای مثبت آن بسیار سنگین تر از یونهای منفی آن باشد)

·        تاثیر بر سلامتی: تحریک پوستی نداشته باشد، سمی نباشد، دود تولید نکند و بوی بد نداشته باشد. هیدروکربنهای گروه پارافین بر پوست تاثیر دارند و نباید بکار برده شوند.  بر روی وان اسپارک یک سیستم تهویه باید نصب شود مگر در مواردی که اسپارک فقط برای پرداخت بکار میرود. 

·        نقطه اشتعال: دی الکتریک نباید زود بخار شده و مشتعل شود. مایعات با درجه اشتعال پائین تر، گازهای زیادی را تولید می کنند که این گازها سرعت ماشین کاری را پائین آورده و احتمال آتش گرفتگی را بالا می برد.

·        چگالی: مواد با چگالی بالا نرخ براده برداری بالائی دارند. چگالی مواد معمولا در دمای ۱۵ درجه سانتیگراد محاسبه می شوند. دی الکتریکهای مورد استفاده امروزی چگالی بین ۰٫۷۵۰-۰٫۸۲۰ دارند.

·        چسبندگی یا ویسکوزیته: ویسکوزیته، فاکتور بسیار مهمی است. روغن با ویسکوزیته بسیار بالا برای ماشین کاری خوب است. و برای این نوع روغن چرخش مابین فاصله هوائی کوچک به سختی صورت می گیرد. برعکس ، این روغن سنگین برای سطوح خشن مناسب است .

·        هدایت الکتریکی: هیدروکربنهائی که برای مصارف صنعتی بکار گرفته میشوند هدایتی در حدود ۲x 10-14 ohmxcm-1 دارند.

·        ضریب دی الکتریک:برای محاسبه ضریب دی الکتریک ظرفیت یک خازن در دو حالت پر از دی الکتریک و خالی از دی الکتریک در یک حالت فرکانس بالا اندازه گیری می شود. ضریب دی الکتریک از تقسیم دو مقدار بدست آمده بدست می آید. دی الکتریکی برای اسپارک مناسب است که ضریب دی الکتریکی بین دو تا دونیم داشته باشد.

·        ولتاژ از هم گسیختگی: مقدار ولتاژی که میتواند یک لایه ۵/۲ (دو نیم) میلیمتری از دی الکتریک را بین دو الکترود کروی از هم بپاشد (عایق را به هادی تبدیل کند) ولتاژ از هم گسیختگی یا طاقت جرقه گویند. دی الکتریک مناسب برای اسپارک باید طاقت جرقه ای بین ۵۰-۶۰ kv داشته باشد.

·        تعلیق ذرات:ذراتی که از قطعه کار یا الکترود برداشته میشوند بخصوص کربن در آن ناحیه ایجاد ناخالصی میکند. دی الکتریک باید این قطعات را از روی ناحیه کار دور کند. بهتر است مقدار کمی از این ناخالصی ها برای براده برداری بهتر روی ناحیه کار باقی بمانند اما غلظت ناخالصی ها نباید بالا باشد. افزایش غلظت ناخالصی ها موجب بروز arc میشود. بعبارت دیگر ذرات میِکرونی موجب سرعت براده برداری میشوند و اضافه کردن مقداری ناخالصی به دی الکتریک خالص سرعت براده برداری آنرا بالا میبرد.

·        رنگ و واشرهای ماشین را حل نکند.

·        عمر بالا , در دسترس بودن و در نهایت قیمت دیگر پارامترهای مهم اسپارک هستند.

در انتخاب روغن مناسب بعنوان دی الکتریک نکات زیر باید مورد توجه قرار گیرند:

۱٫     برای ماشینکاری کاربیدتنگستن استفاده از نفت سفید مناسبتر است.

۲٫     برای ماشین کاری قطعات ریز با سطوح صاف ( مثل صنعت ساعت سازی ) نیز از نفت سفید استفاده شود.

۳٫     برای ماشین کاری قطعات با اندازه های متوسط ( که h35  یا آنهائی که صافی سطح خوبی را لازم دارند ) از روغن با ویسکوزیته بین ۶-۱۲cts استفاده شود.

۴٫     برای ماشینکاری قطعات بزرگ ( با سطوح خشن  یا ch36 ) از روغن با ویسکوزیته بین ۱۲ تا ۲۰cts استفاده گردد.

 روغن مخصوص EDM

این نوع از روغن ویسکوزیته پائین بوده و رنگ روشن دارد و همچنین براحتی فیلتر شده و براحتی جابجا می شود. نقطه اشتغال بالائی نیز دارد از جمله خواص دیگر این ماده ضد اکسید اسیون بودن آنست که رسوب را کاهش می دهد.کمیابی و گران قیمت بودن و غیر استاندارد بودن انواعی از آن از جمله مشکلات این روغن یا دی الکتریک مخصوص است.

 

microcontronic.blogfa.com
mecatronicmachinery@gmail.com

دیدگاه خود را بیان کنید

لطفا پیام خود را وارد نمایید
لطفا نام خود را در این قسمت وارد نمایید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.