ΚΟΠΗ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΒΡΩΣΗ ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΙΙ

Transcript

1 ΚΟΠΗ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΒΡΩΣΗ ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΙΙ

2 Γενικά περί κοπής με ηλεκτροδιάβρωση Κόβουμε υλικά που είναι αγωγοί του ηλεκτρισμού Κόβουμε σκληρά ή εξωτικά μέταλλά Για την κοπή χρησιμοποιούμε ηλεκτρικούς σπινθήρες (εκκενώσεις φορτίου-sparks)

3 Ιστορική αναδρομή 1770, ανακαλύφθηκε από τον Joseph Priestly. Αναπτύχθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 70 Στα μέσα τις δεκαετίας του 80 εφαρμόστηκε σε εργαλειομηχανές Στις μέρες μας είναι μία εδραιωμένη κατεργασία για διαμορφώσεις επιφανειών σε μεταλλικά εξαρτήματα.

4 Μηχανισμός κοπής Η διαδικασία της ηλεκτροδιάβρωσης αποτελείται από δύο συμπλεκόμενα ηλεκτρόδια, την κάθοδο (-) και την άνοδο (+) (ηλεκτρόδιο και τεμάχιο αντίστοιχα) τα οποία διαχωρίζονται από διηλεκτρικό υγρό

5 Μηχανισμός κοπής Στην αρχή της ηλεκτροδιάβρωσης εφαρμόζεται υψηλή τάση περίπου 200V διαμέσου του διακένου, το οποίο είναι μm ανάλογα με την ένταση του ρεύματος. Η υψηλή τάση δημιουργεί ηλεκτρικό τόξο στο διάκενο, εντός του διηλεκτρικού υγρού. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τα θετικά αγώγιμα σωματίδια που αιωρούνται στο διηλεκτρικό υγρό να συγκεντρωθούν στα σημεία με το ισχυρότερο ηλεκτρικό πεδίο έχοντας σαν συνέπεια τη δημιουργία αγώγιμης γέφυρας μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Ταυτοχρόνως, αρνητικά φορτισμένα σωματίδια εκπέμπονται από την κάθοδο και συγκρούονται με τα ουδέτερα σωματίδια του διηλεκτρικού υγρού εντός του διακένου, δημιουργώντας ηλεκτρόνια και θετικά σωματίδια.

6 Μηχανισμός κοπής Αυτή η διαδικασία ηλεκτρικής αποσύνθεσης διαδίδεται με εκρηκτικό ρυθμό, έχοντας σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία αγώγιμου καναλιού σωματιδίων μεταξύ των ηλεκτροδίων, το οποίο ονομάζεται κανάλι πλάσματος. Λόγω της δημιουργίας του καναλιού πλάσματος, η τάση των ηλεκτροδίων μετά από 1 έως 3μs πέφτει στα 25V και το ρεύμα (I) αυξάνει από μηδέν σε μία σταθερή τιμή που επιλέγει ο χειριστής. Υπό αυτές τις συνθήκες αναπτύσσεται το κανάλι πλάσματος για ένα χρονικό διάστημα μικρότερο από 100μs (χρόνος on time, τ) και στη συνέχεια η τάση επανέρχεται στα 200V για τη δημιουργία ενός νέου κύκλου ( off time ).

7 Μηχανισμός κοπής Λόγω του διηλεκτρικού υγρού, η δημιουργία πλάσματος περιορίζεται σε μία μικρή περιοχή, και συνεπώς η ηλεκτρική ενέργεια δε διαφεύγει, αλλά μετατρέπεται σε θερμική. Κατά τη διάρκεια του χρόνου (τ-on time), η υψηλή θερμική ενέργεια του πλάσματος διανέμεται στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων. Στις κοιλότητες που δημιουργούνται από τις εκκενώσεις, η θερμοκρασία ξεπερνάει τους 8000 o C, λειώνοντας το υλικό τόσο του τεμαχίου, όσο και του ηλεκτροδίου. Το λειωμένο υλικό στη συνέχεια υπό μορφή σταγονιδίων απομακρύνεται με την βοήθεια του διηλεκτρικού υγρού (off time).

8 Μηχανισμός κοπής Παλμικές εκκενώσεις

9 Μηχανισμός κοπής Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της ηλεκτροδιάβρωσης δημιουργούνται παύσεις των εκκενώσεων και απομάκρυνση του ηλεκτροδίου κατά τακτά χρονικά διαστήματα, ώστε το λιωμένο υλικό του τεμαχίου να απομακρύνεται αποτελεσματικότερα. Ο ρυθμός αφαίρεσης υλικού (Material Removal Rate, MRR) που επιτυγχάνεται είναι συνήθως μεταξύ 2 και 400 mm 3 /min. Από το διαμορφωμένο ηλεκτρόδιο καθορίζεται η περιοχή μέσα στην οποία θα εμφανιστούν οι διαβρωτικοί σπινθήρες, και επομένως η ακρίβεια του κομματιού.

10 Ορολογία Workpiece - τεμάχιο Sparks - εκκενώσεις Electrodes - ηλεκτρόδια Dielectric liquid διηλεκτρικό υγρό Deionized water απιονισμένο νερό Dielectric oil διηλεκτρικό υγρό Cutting speed ταχύτητα κοπής Accuracy - Ακρίβεια

11 Τύποι EDM Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι ηλεκτροδιάβρωσης Wire EDM - σύρματος Ram EDM - Βύθισης *EDM sinking

12 WIRE EDM Χρειάζεται τροφοδοσία σύρματος Μπορεί να λειτουργήσει αδιάλειπτα Το κενό που δημιουργείται είναι ίσο περίπου με την διάμετρο του σύρματος

13 Ram/sink EDM

14 Άλλες διεργασίες EDM Electrical Discharge Milling Electrical Discharge Grinding Electrical Discharge Dressing Ultrasonic Aided EDM Abrasive Electrical Discharge Grinding Micro Electrical Discharge Machining MicroWire EDM Mole EDM Double Rotating Electrodes EDM

15 Πλεονεκτήματα EDM Είναι δυνατή η κατασκευή πολύπλοκων επιφανειών και λεπτομερειών Εσωτερικά τόξα έως και 0,025mm Μικρές λεπτομέρειες μέχρι και 0.10mm Πολύ υψηλή ακρίβεια Υψηλή ποιότητα επιφανειών Δεν αναπτύσσονται δυνάμεις κοπής Θεωρητικά δεν υπάρχουν γεωμετρικοί περιορισμοί

16 Μειονεκτήματα EDM Μικροί ρυθμοί αφαίρεσης υλικού (MRR). Επιπρόσθετος χρόνος και κόστος για την κατασκευή των ηλεκτροδίων για την ram/sinker EDM. Υψηλή κατανάλωση ενέργειας ανά μονάδα όγκου αποβλίττου (Specific power consumption). Υψηλή κατανάλωση ρεύματος.

17 Πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα της EDM σε σχέση με τις μηχανικές κατεργασίες Πλεονεκτήματα Κατεργασία ευαίσθητων επιφανειών Κοπή η τρύπημα πολύ σκληρών υλικών Υψηλή ακρίβεια Πολύ καλή ποιότητα κατεργασμένης επιφάνειας (μικρό kerf) για την wire EDM Παραγωγή πολύπλοκων, με μεγάλο βάθος, 3D σχημάτων Δεν παράγεται γρέζι στις άκρες των επιφανειών (no burrs) Μειονεκτήματα Φθορά ηλεκτροδίων Μικρές ταχύτητες κοπής (slow cutting rates) Εμφάνιση επιφάνειας που επηρεάστηκε από την θερμοκρασία (thin, brittle heataffected )zone