Obróbki elektroerozyjne (EDM)

Zastosowanie obróbek mechanicznych jest utrudnione z powodów ekonomicznych i/lub technologicznych. W konsekwencji opracowano nowe techniki, do których zalicza się m.in. obróbka elektroerozyjna (EDM – ang. Electrical Discharge Machining). Usuwanie materiału z powierzchni przedmiotu obrabianego następuje w wyniku oddziaływania energii elektrycznej (okresowe wyładowania iskrowe lub w łuku elektrycznym inicjowane między powierzchniami przedmiotu obrabianego a narzędziem zachodzące w ośrodku roboczym o właściwościach dielektryka). W tabeli 1 przedstawiono podstawowe rodzaje obróbki EDM.

Tabela 1. (fotografie: (c) MOREKTECH PHOTOGRAPHY)

Elektrodrążenie wgłębne (EDM)

Narzędzia w formie elektrody kształtowej zagłębia się
w przedmiocie obrabianym. Powierzchnie obrobione
uzyskują kształt odzwierciedlający kształt elektrody.
Zastosowanie: formy wtryskowe do tworzyw sztucznych,
formy odlewnicze oraz matryce. Mikroobróbka: złącza
elektroniczne, przemysł medyczny, zegarmistrzostwo.

edm - elektrodrążenie wgłębne

Wycinanie drutem (WEDM)

Rolę elektrody pełni metalowy drut, który przecina
przedmiot obrabiany na wylot co wymaga wykonania
tzw. otworu startowego lub obróbka rozpoczyna się
od krawędzi przedmiotu. Możliwe jest prowadzenie
drutu także pod kątem, co pozwala uzyskiwać odmienne
kształty na górze i dole przedmiotu obrabianego. Drut
wykonywany jest standardowo z mosiądzu lub powlekanej
miedzi (średnica waha się od 0,02 do 0,33 mm; prędkość
odwijania drutu ze szpulki to 2,5-150 mm/s).

 edm - wycinanie drutem

Drążenie otworów

Technologia dla przemysłowego wykonania
otworów w materiałach twardych (stal hartowana,
węgliki spiekane). Długość otworu może wynosić
200 mm. Stosuje się elektrody dla otworów o
średnicach od 0,3 do 3,0 mm. Stosowana także do
wykonywania otworów startowych.

 edm - drążenie otworów

Jako dielektryk wykorzystuje się substancje/materiał nieprzewodzący lub bardzo mało przewodzący prąd elektryczny (ograniczenie wyładowań wyłącznie do materiałów przewodzących prąd elektryczny – elektroda oraz przedmiot obrabiany).  Stosowane dielektryki to: woda destylowana, ropa naftowa, nafta, olej transformatorowy. Wyładowaniu elektrycznemu towarzyszy powstawanie tzw. kanału plazmowego, którego otoczony jest przez zwiększający swoją średnicę gazowy pęcherz. Lokalny wzrost temperatury (około 13.725 ºC) powoduje topienie wraz z częściowym odparowaniem pewnej objętości materiału. Po zakończonym wyładowaniu elektrycznym spada ciśnienie. Zjawisko to wzmacnia proces parowania roztopionego materiału (możliwość wystąpienia tzw. mikrowybuchów). Zmiany ciśnienia mają charakter gwałtowny co powoduje wyrzucanie płynnego materiału, który z reguły zastyga w postaci kulek. Część roztopionego materiału krzepnie w powstałym kraterze (właściwości i struktura odmienna niż przed obróbką). Wyładowania następują w miejscach o korzystniejszych dla ich wystąpienia, rzadko kiedy następują w tym samym miejscu. Naddatek obróbkowy wynosi od 0,01 do 0,6 mm.

Kiedy potrzeba wydajnego usuwania efektów roztwarzania ze szczeliny roboczej (między elektrodą a przedmiotem obrabianym nie występuje styk mechaniczny) stosuje się z reguł naftę, a przy cięciu drutem (WEDM) wodę destylowaną. Konieczność zapewnienia właściwości dielektrycznych ośrodka roboczego wymaga stosowania filtrowania z zastosowaniem obiegu wymuszonego.

Efekty jakościowe (dokładność geometryczna, stan warstwy wierzchniej, w tym chropowatość) obróbki EDM zależą od:

  • energii i czasu wyładowań elektrycznych (w tym rodzaj i realne możliwości generatora) – wpływa na wielkość naprężeń;
  • kinematyka, w tym dokładność pozycjonowania;
  • realne właściwości dielektryka.

Współczesne obrabiarki EDM pozwalają na uzyskanie błędów obróbki rzędu 2 μm, a dokładność pozycjonowania utrzymywać na poziomie 0,001 mm [3].

W celu polepszenia tolerancji wymiarów geometrycznych stosuje się m.in. tzw. obróbkę wieloetapową, odpowiadającą uzyskiwanym parametrom jakościowym po każdej z nich ze standardowo rozumianymi etapami obróbki ubytkowej, czyli obróbki: zgrubna, dokładna (kształtująca) oraz wykańczająca. Na każdym etapie stosowane są elektrody różniące się wymiarami geometrycznymi. Ważną rolę w polepszaniu dokładności geometrycznej odgrywa także zwiększanie przepływu dielektryka przez szczelinę roboczą, a także wprowadzanie elektrod w drgania i zmniejszanie posuwu roboczego. Ilustracja 1 przedstawia poglądowo układ warstwy wierzchniej.

edm - Ilustracja 1. Układ warstw po obróbce EDM

Ilustracja 1. Układ warstw po obróbce EDM

Warstwa określana jako biała to przetopiony materiał przedmiotu obrabianego zawierający również cząsteczki samej elektrody roboczej, a także produkty powstałe w wyniku pirolizy samego dielektryka. Warstwa o właściwościach ukształtowanych w wyniku oddziaływania energii cieplnej, w przypadku stali posiada strukturę martenzytyczną. Tzw. warstwa odpuszczona cechuje się twardością większą niż materiał rodzimy przedmiotu obrabianego. Skurcz materiału uprzednio stopionego stanowi źródło powstawania tzw. naprężeń rozciągających, które maleją w miarę zagłębiania się w przedmiot. Konsekwencją powstałych naprężeń w warstwie wierzchniej są mikropęknięcia. Ich usunięcie wymaga przeprowadzenie dodatkowych operacji technologicznych po obróbce EDM (np. obróbk elektrochemiczna ECM lub docieranie). Docieranie pozwala na osiągnięcie klasy dokładności na poziomie IT5÷IT7 oraz chropowatości powierzchni Ra0,16÷Ra0,01.

Istotnym zagadnieniem jest symbioza z obróbkami kształtowymi EDM obróbek szybkościowych z rodziny HSM. Celem takiego zespolenia jest zmniejszenie udziału obróbki EDM, ze względu na koszty, związane m.in. z szybko zużywającymi się elektrodami. Przygotowanie procesu technologicznego uwzględniającego wykorzystanie technik HSM i EDM wymaga każdorazowo indywidualnego rozpoznania i oceny celowości takich działań.

Współczesne zastosowania obróbek EDM stanowią istotne rozszerzenie klasycznie pojmowanych technik wytwarzania oraz odgrywają rolę w różnego rodzaju obróbkach hybrydowych. EDM stosowana jest do:

  • drążenia wgłębień,
  • grawerowania,
  • wykonywania otworów (walcowych oraz kształtowych) – elektroda może wykonywać nie tylko roboczy ruch wgłębny ale także dodatkowo tzw. ruch planetarny,
  • wykonywania bardziej złożonych kształtów (elektrodrążarki CNC),
  • wykonywania gwintów (elektroda kształtowa w formie gwintowanego wałka wykonuje roboczy ruch helikalny)
Źródła
  1. Filipowski R., Marciniak M., Techniki obróbki mechanicznej i erozyjnej, OWPW 2000
  2. Zawora J., Podstawy technologii maszyn, WSiP 2014
  3. Morek R., Właściwości powierzchni po obróbce EDM, STAL. Metale & Nowe Technologie 11-12/2013, str. 68
  4. Morek R., HSM i EDM – obróbka form, STAL. Metale & Nowe Technologie, 3-4/2016, str. 32
  5. Morek R., Obróbka i obrabiarki hybrydowe, MM Magazyn Przemysłowy 6, czerwiec 2016, str. 58
Print Friendly

Może Ci się również spodoba

Dodaj komentarz

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