( edm ) elektroerozivna obrada

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM)

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM)1.UVODElektroerozivna obrada, skraeno EDM (Electro Discharge Machining), je savremen postupak obrade ija je primjena u praksi veoma rasprostranjena. Zbog brojnih tehnolokih prednosti poinje postepeno da potiskuje primjenu konvencionalnih metoda obrade rezanjem, naroito kod izrade alata i dijelova od tekoobradljivih materijala. Ova obrada je poela da se razvija od 1943. godine kada je brani par Lazarenko (SSSR) postavio osnovne principe i izradio prvo postrojenje za EDMobradu. Usavravanje pojedinih dijelova ovog postrojenja teklo je uporedo sa razvojem nauke i tehnike, tako da je danas dostignut vrlo visok stepen razvoja sa posebnim naglaskom na automatizaciju rada postrojenja. Skidanje materijala kod elektroerozivne obrade se ostvaruje putem uestalih elektrinih pranjenja izmeu obratka i alata, koji u ovom sluaju igraju ulogu elektroda. Zavisno od sredine u kojoj se odvijaju ova pranjenja, razlikujemo dva vida ovog postupka i to:

elektroluna erozija i elektroiskrina erozija.

Elektroluna erozija je karakterisana time to se skidanje materijala ostvaruje periodinim stacionarnim elektrinim pranjenjima u atmosferi. Pranjenja se ostvaruju preko elektrinog luka koji se uspostavlja mehanikim dodirivanjem elektrodealata sa obratkom i njenim naglim odmicanjem. Uspostavljanje i gaenje elektrinog luka, odakle potie ovakav naziv, praktino se ostvaruje mehanikim oscilovanjem alata vrlo visokom brzinom koja se kree 3080 m/s, dok je napon izvora ispod 20 V i ima konstantan nivo. Proces erozije se ostvaruje tako to se rastopljeni metal, nastao djelovanjem elektrinog luka, naglo ohladi vodom koja cirkulie kroz elektrodu ime dolazi do njegovog izbacivanja iz povrine obratka delovanjem dinamikih sila. Ovaj vid erozije se koristi u praksi u vrlo ogranienom obimu, pa se zbog toga gubi naroiti smisao da se ona posebno izuava. Meutim, pojmovi i parametri elektroiskrine erozije, koja se znatno vie prouava i primjenjuje u praksi, mogu se u potpunosti primjeniti i kod elektrolune erozije. Elektroiskrina erozija se odlikuje time to se skidanje materijala ostvaruje periodinim nestacionarnim ili kvazistacionarnim elektrinim pranjenjima u elektro-neprovodljivoj tenosti dielektrikumu. Pranjenja se odvijaju u vidu kratkih elektrinih iskri, otuda i potie ovakav naziv, a ostvaruju se pri naponu izvora koji ima promjenljiv impulsni karakter. Radi toga se ovaj vid elektroerozivne obrade naziva jo I elektroimpulsna obrada.

1

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) Elektroiskrina erozija se najvie koristi u praksi, pa kada se govori o elektroerozivnoj obradi uglavnom se misli na ovaj vid erozije. Radi toga su sva dalja razmatranja usmjerena ka razmatranju ovog vida erozije, pri emu se koristi naziv elektroerozivna obrada, s obzirom da se takav termin najee koristi u naunostrunoj literaturi i u praksi.

1.1.

Fizikalne osnove procesa elektroerozije

Proces elektroerozivne obrade se moe najlake objasniti korienjem proste eme prikazane na slici 1.1. Obradak i elektrodaalat dovode se u radni poloaj tako da se meusobno ne dodiruju.Izmeu njih je zazor koji je ispunjen dielektrikumom (3). Zbog toga se ova obrada obavlja u zatvorenoj posudi (kadi). Obradak i alat su kablovima prikljueni na izvor jednosmjerne struje. Na jednom od tih provodnika nalazi se prekida(4). Ako je prekida zatvoren, izmeu alata i obratka se javlja elektrini napon. U poetku ne tee elektrina struja, poto su obradak i alat izolovani dielektrikumom. Ukoliko se, meutim, rastojanje izmeu njih postepeno smanjuje, onda e pri nekom malom rastojanju a doi do proboja elektrine struje kroz dielektrikum i pojave iskre. Ovo rastojanje se naziva kritinim i kree se u granicama 0,0050,5 mm, zavisno od uslova koji se ostvaruju pri obradi. Tako otpoinje proces elektrinog pranjenja kroz uski kanal izmeu obratka i alata u kome dolazi do pretvaranja elektrine energije u toplotu i do Slika 1.1

2

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) intenzivnog zagrijavanja povrine obratka i alata. Kada se pomou prekidaa prekine tok struje, nestaje veoma brzo i kanal za pranjenje. Dolazi do naglog hlaenja rastopljenog metala i do njegovog eksplozivnog izbacivanja iz povrine obratka i alata. Ovim se u podruju kanala za pranjenje obrazuje jedno malo udubljenje zvano krater. Postupak se ponavlja, a uvoenjem elektronskog prekidaa moe se postii vrlo velika frekvencija ovih pranjenja i nastajanje kratera pored kratera, odnosno intenzivno odnoenje materijala sa povrine obratka. Osim sa povrine obratka ovim postupkom se ostvaruje i skidanje materijala sa elektrode, koje se oznaava kao troenje elektrode. Pravilnim izborom i podeavanjem radnih parametara procesa moe se postii skidanje materijala obratka u iznosu od 99,5% i svega oko 0,5% troenje na elektrodi, o emu e kasnije biti neto vie govora. Proces skidanja metala za vrijeme jednog elektrinog pranjenja je vrlo kompleksna pojava koja se moe podijeliti u tri karakteristine faze, s tim to se razvoj svake faze prati u poetnom a, srednjem b i krajnjem c stanju, to je ematski prikazano na slikama 1.2 do 1.4. Prva faza predstavlja proces jonizacije dielektrikuma, odnosno stvaranja kanala za pranjenje, druga proces elektrinog pranjenja, dok je trea pauza u kojoj se odvija proces dejonizacije dielektrikuma. Faza I jonizacija dielektrikuma, slika 1.2. Pod dejstvom napona izvora u prostoru izmeu elektrode (+) i obratka () obrazuje se jako elektrino polje. Zahvaljujui privlanom dejstvu magnetnih sila ovog polja, kao i geometrijskoj konfiguraciji povrina, dolazi do nagomilavanja elektro provodljivih estica koje plivaju u dielektrikumu na mjestu najvee jaine magnetnog polja, tj. na najmanjem lokalnom rastojanju izmeu povrine obratka i elektrode (stanje a). Tako se obrazuje svojevrstan mosti od ovih estica, kako je pokazano u stanju b. Nakon toga dolazi do pokreta elektrona iz povrine negativno naelektrisane elektrodeobratka preko ovako stvorenog mostia u pravcu pozitivno naSlika 1.2 ematski prikaz faze I jonizacija dielektrikuma (prema: AGIE, vajcarska) elektrisane elektrode-alata (stanje c). Ubrzani elektroni se na svom putu sudaraju sa neutralnim esticama dielektrikuma, pri emu dolazi do njihovog cjepanja i stvaranja novih negativno, ali i pozitivno naelektrisanih estica. Osloboeni elektroni izazivaju dalje sudare, pa na taj nain dolazi do lanane reakcije u kojoj se stvara mnotvo negativno i pozitivno naelektrisanih esticajona. Ovaj proces se naziva jonizacija,

3

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) odnosno stvaranje elektro provodljivog kanala izmeu elektrode i obratka na mjestu gde je lokalni zazor najmanji. Faza II elektrino pranjenje, slika 1.3. Mnotvo pozitivno naelektrisanih estica se kreu ka negativnoj, a negativnih ka pozitivnoj elektrodi. Ostvaruje se tok elektrine struje (stanje a), koja postepeno raste prema maksimalnoj vrijednosti (stanje b). Pri sudaru lavine ubrzanih estica sa povrinama elektroda suprotnog naelektrisanja, dolazi do pretvaranja elektrine energije u toplotu u uskom podruju kanala za pranjenje. Nastaje zona plazme koja veoma brzo dostie temperaturu od 8000 do 12000C. Slika 1.3 ematski prikaz faze II elektrino pranjenje Kod ovako visoke temperature (prema: AGIE, vajcarska) dolazi do trenutnog rastapanja i djeliminog isparavanja i najtee topivih materijala. Istovremeno se obrazuje gasni mjehur isparenog dielektrikuma i materijala koji se iri i tako dovodi do porasta lokalnog pritiska u dielektrikumu (stanje b i c). Faza III dejonizacija dielektrikuma, slika 1.4. Prekid toka elektrine struje izaziva nagli pad broja naelektrisanih estica koje su u pokretu, pad pritiska i nestanak kanala za pranjenje (stanje a). Dielektrikum vri povratni pritisak na gasni mjehur, zbog ega dolazi do njegovog smanjivanja (stanje b), a potom i do potpunog nestanka. Dolazi do plavljenja rastopljenog metala dielektrikumom, tako da isti naglo ovrsne u obliku sitnih kuglica.Slika 1.4

Kao elektroerozije

produkti procesa nastaju uglavnom4

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) grafitne estice i gasni mjehurii (stanje c). Gaenjem kanala za pranjenje nestaju negativno i pozitivno naelektrisani joni, tj. ostvaruje se dejonizacija radnog prostora. Napon U koji djeluje izmeu obratka i elektrode i struja I imaju promjenljiv karakter za vrijeme jednog pranjenja. Njihova promjena je prikazana na slikama pojedinih faza procesa elektroerozije i to posebno za svako stanje promjene. Tako se dobijaju karakteristini grafici promjene napona i struje u pojedinim fazama odvijanja procesa elektroerozije, koji se nazivaju elektrinim impulsima.

1.2. Karakteristike elektrinih impulsaPri elektroerozivnoj obradi se razlikuju naponski i strujni impulsi koji su meusobno strogo zavisni, a iji su grafici ematski prikazani na slici 1.5. Naponski impulsi su definisani sljedeim karakteristinim veliinama (slika 1.5/a): Uz napon praznog hoda napon izmeu obratka i elektrodealata prije poetka pranjenja. Njegova vrijednost se kree od 40 do 250 V, zavisno od sparenih materijala obratka i elektrode. Uf napon pranjenja srednja vrednost napona izmeu obratka i elektrodealata za vrijeme pranjenja. Ovaj napon varira izmeu 15 i 25 V, zavisno od sparenih materijala obratka i elektrode. tv vrijeme jonizacije vrijeme od momenta dovoenja napona na obradak i elektrodu do poetka pranjenja. tf vrijeme pranjenja vrijeme protoka struje kroz radni prostor pri datom podeavanju generatora. Kod impulsnih generatora, o kojima e kasnije biti govora, ova vrijednost je apsolutna konstanta.

Slika 1.5

ti trajanje impulsa vrijeme ukupnog trajanja naponskog impulsa, odnosno: ti = tv + tf5

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) to vrijeme pauze vrijeme u kome je generator izmeu dva radna impulsa iskljuen. Ove pauze su potrebne da bi se po zavretku elektrinog impulsa obezbjedilo sigurno gaenje elek-trine iskre, odnosno ostvarila dejonizacija i hlaenje radnog prostora. tp - period impulsa vrijeme izmeu poetka prethodnog i narednog impulsa, odnosno : tp=ti+to f frekvencija impulsa f = 1/tp = 1/(ti + to). koeficijent djelovanja impulsa ili relativno trajanje impulsa odnos duine i periode impulsa, odnosno: = ti/tp = ti/( ti + to) = ti f ; % = [ti /( ti + to)] 100%. Pokazuje koliko se procenata periode impulsa koristi za koristan rad, tj. skidanje materijala, a koliko otpada na pauze. Kod strujnih impulsa, (slika 1.5/b), osim ve date duine pranjenja tf , razlikuju se jo: If struja pranjenja srednja vrijednost struje za vrijeme jednog pranjenja Isr srednja vrijednost radne struje - aritmetika srednja vrijednost struje koja za vrijeme obrade tee kroz radni prostor. To je vrijednost koja se neprekidno registruje pomou ampermetra ugraenog na maini.

1.3. Osnovne operacije elektroerozivne obradeElektroe mogu svi elektro materijali na njihova svojstva. primjena rozijom se obraivati provodljivi bez obzira mehanika Meutim,

Osnovne operacije elektroerozivne obrade 1. buenje; 2. izrada zavojnih ljebova; 3. izrada prostornih gravura; 4. proirivanje; 5. glodanje;6. bruenje; 7,8,9.Slika 1.6

6

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) elektroerozivne obrade je ekonomina samo kod obrade elika velike tvrdoe i vrstoe, kao i tvrdih metala, koji se klasinim metodama veoma teko ili nikako ne mogu obraivati. Zahvaljujui toj osobenosti elektroerozije mogua je obrada matrica i drugih alata od tvrdih materijala, kao to su tungsten i stelit, kao i obrada specijalnih, tekoobradljivih materijala koji se koriste u avionskoj i raketnoj industriji. Na slici 1.6 prikazane su osnovne operacije koje se mogu ostvariti primjenom elektroerozije. Treba napomenuti da je primjena elektroerozije ekonomina i kod obrade sloenih povrina na mekim materijalima, s obzirom da se ostvaruje jednostavnim prodiranjem potapanjem elektrode alata u obradak bez ikakvog dodatnog relativnog kretanja izmeu elektrode i obratka.

1.4. Tehnoloke karakteristike procesaKao i kod drugih postupaka obrade i ovdje su najvanije tehnoloke karakteristike: proizvodnost, tanost izrade i kvalitet obraene povrine. Vanost ovih karakteristika je razliita i zavisi od uslova obrade i namjene obraenih dijelova. Tako je proizvodnost procesa najvanija tehnoloka karakteristika sa ekonomskog aspekta. Tanost izrade i kvalitet obraene povrine su vane karakteristike sa aspekta funkcije obrae-nog dela, odnosno njegove namjene. Neke od tehnolokih karakteristika su protivrijene jedna drugoj. Tako npr. poveanjem proizvodnosti dobija se loiji kvalitet obraene povrine i manja tanost. Zbog toga je izbor optimalnih tehnolokih karakteristika, za svaki konkretan sluaj obrade, jedno od najvanijih pitanja pri svim vrstama obrade pa i pri elektroerozivnoj, o emu e u nastavku biti govora.

1.4.1. Proizvodnost elektroerozivne obradeProizvodnost ili koliina skinutog materijala pri elektroerozivnoj obradi se obino izraava u (mm3/min) i uglavnom zavisi od sljedeih faktora: materijala obratka, parametara elektrinih impulsa, povrine elektrodealata, vrste dielektrikuma, intenziteta ispiranja radnog prostora, materijala elektrode i dr. 1.4.1.1. Uticaj materijala obratka Elektroerozijom se mogu obraivati samo materijali koji provode elektrinu struju, a to znai samo metali i njihove legure, ukljuujui tu i karbidnu, odnosno metalnu keramiku. Svi metali se, meutim, ne obrauju podjednako efikasno, pa svaki od njih ima svoju karakteristinu obradljivost elektroerozijom. Kao pokazatelj te obradljivosti mogu se uzeti razliiti kriterijumi, kao ti su: proizvodnost, kvalitet obraene povrine, troenje elektrodealata, specifini utroak energije po jedinici skinutog materijala i dr. Najee se obradljivost pri elektroerozivnoj obradi cijeni na osnovu koliine skinutog materijala u jedinici vremena, odnosno proizvodnosti. Obradljivost nekog materijala, po ovom kriterijumu, a za odreene uslove obrade, je obrnuto proporcionalna koeficijentu Palatkina, koji glasi:Kp=c*Ttop^2** (1.1)7

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) gde je: c (J/kgK) specifina toplota, (kg/m3) specifina masa gustina, (W/mK) koeficijent toplotne provodljivosti, Ttop (K) temperatura topljenja. Koeficijent Palatkina pokazuje koji e se od dva uporeivana materijala, pri jednakim uslovima zagrijavanja, bre zagrijati do take topljenja. Onom materijalu kod koga je koeficijent K vei treba vie vremena da se zagrije do take topljenja, odnosno za njega se kae da mu je obradljivost elektroerozijom loija. Na osnovu jednaine (1.1) moe se zakljuiti da na obradljivost nekog materijala elektroerozijom utie samo hemijski sastav, jer od njega zavise veliine c, , i Ttop , dok tvrdoa i druga mehanika svojstva praktino nemaju nikakvog uticaja. Ovaj zakljuak je veoma vaan jer pokazuje da se, npr. elici mogu jednako efikasno obraivati pre i posle kaljenja. To je utoliko vanije ako se zna da se pri kaljenju nekog sloenijeg alata, koje se vri posle mehanike obrade, mogu pojaviti takve deformacije koje bitno umanjuju njegovu tanost i obino se ne mogu otkloniti pri bruenju kao poslednjoj proizvodnoj operaciji. MATERIJAL OBRATKA 0445 ugljenini elici (elici za cementaciju, konstruktivni i alatni niskolegirani elici sa velikom prokaljivou) sivi liv (SL 15SL 32) vatrostalne legure na bazi Ni nerajui elici aluminijum Allegure magnetne legure sa velikom sadri-nom Ni, Cr i Al TM grupe P TM grupe K RELATIVNA OBRADLJIVOST 1,00 1,00 1,10 0,60 1,00 1,40 1,60 1,20 1,30 1,50 1,70 1,30 1,35 1,30 1,60 0,09 0,10 0,14 0,30

Tablica 1.1 Relativna obradljivost elektroerozijom Ukoliko se obradljivost konstruktivnog ugljeninog elika 0445 uzme kao etalon, onda se eksperimentalno moe odrediti relativna obradljivost drugih metala i njihovih legura, kako je to dato u tabeli 1.1 . Na osnovu naprijed iznesenog moe se zakljuiti da su obradljivost materijala pri elektroeroziji i proizvodnost dvije direktno proporcionalne veliine.

8


1.4.1.2. Uticaj parametara elektrinog impulsa na proizvodnostSrednja vrijednost energije impulsa koja se za vrijeme jednog pranjenja pretvara u toplotu moe se izraziti sljedeom jednainom:Wi=Uf*If*tf (1.2)

Kod statikih generatora impulsa vrijeme jonizacije tv je praktino vrlo malo i moe se kao takvo zanemariti (vidi sliku 1.7). S obzirom da je tf=ti-tv, tv=0, to je tfti. Zamjenom u jednainu (1.2) dobija se:Wi=Uf*If*ti (1.3)

Efektivna snaga pranjenja predstavlja srednju aritmetiku vrijednost snage koja se u radnom prostoru pretvara u toplotu i ona se moe izraziti sljedeom jednainom: Pe=Wi*f= Wi=Uf*If*ti *f=Uf*If*

Slika 1.7

(1.4)

Sa druge strane proizvodnost elektroerozivne obrade je proporcionalna efektivnoj snazi pranjenja, odnosno: Q = q Pe = qUf*If* tf f =q*Uf*If* (1.5)

gdje je q ( mm3/Wmin) specifina proizvodnost koja zavisi od vrste sparenih materijala obratka i elektrode, kao i drugih uslova koji se ostvaruju pri obradi. Vrijednost ovog koeficijenta odreuje se eksperimentalno i moe se izraziti na slian nain kao i relativna obradljivost (tablica 1.1). Kao to se vidi iz jednaine (1.5), na proizvodnost elektroerozivne obrade utiu: napon pranjenja Uf, struja pranjenja If trajanje elektrinog impulsa ti i vreme pauze to izmeu dva susjedna impulsa. Danas se u postrojenja za elektroerozivnu obradu najee ugrauju impulsni generatori koji se upravljaju pomou tranzistora i tiristora. Oni posjeduju mogunost nezavisnog podeavanja napona praznog hoda Uz, struje pranjenja If, duine impulsa ti i duine pauze to. U nastavku se analizira uticaj parametara elektrinih impulsa koje proizvode ove vrste generatora na proizvodnost i troenje elektrode, s obzirom da se ove dvije veliine ne mogu odvojeno razmatrati.9


1.4.1.3. Uticaj ispiranje radnog prostora na proizvodnostIspiranje radnog prostora se ostvaruje cirkulacijom dielektrikuma kroz radni prostor iz-meu elektrode i obratka i ono ima veliki znaaj za elektroerozivnu obradu. Elektrina otpornost istog dielektikuma je vea nego zaprljanog, tako da je u tom sluaju potrebno vie vremena da se radni zazor premosti i proizvedu prva pranjenja. Produkti erozije koji nastaju prvim pranjenjima smanjuju otpor dielektrikuma, to olakava dalja pranjenja. Time se poboljavaju radni uslovi. Ukoliko je, meutim, sadraj produkata erozije na pojedinim mjestima radnog prostora prevelik, onda to dovodi do nepravilnih pranjenja ili pojave elektrinog luka. Ove pojave djeluju veoma tetno na elektrodu i obradak jer oteuje njihove radne povrine. Prama tome, ispiranje radnog prostora ne smije da bude ni previe intenzivno ni previe slabo. Intenzitet ispiranja radnog prostora moe se kontrolisati permanentnim mjerenjem elektroprovodljivosti dielektrikuma, ime su opremljene sve savremene maine. Ispiranje radnog prostora se moe ostvariti prirodnim ili prinudnim putem. Prirodno ispiranje se ostvaruje cirkulacijom dielektrikuma koja nastaje pod dejstvom hidraulinih i akustikih talasa koji se javljaju pri elektrinim pranjenjima, kao i zbog temperaturske razlike dielektri-kuma u radnom prostoru i u kadi. Prirodno ispiranje najee nije dovoljno efikasno, pa se zbog toga moraju primjenjivati razliiti naini prinudnog ispiranja radnog prostora od kojih su najvaniji prikazani na slici 1.8.

Slika 1.8 Najvaniji naini prinudnog ispiranja radnog prostora a) poprenom cirkulacijom; b) kroz elektrodu pod pritiskom; c) kroz elektrodu usisavanjem; d) uzdunim oscilovanjem elektrode; e) kroz obradak pod pritiskom; f) kroz obradak usisavanjem

Prinudno ispiranje radnog prostora poprenom cirkulacijom dielektrikuma, slika 1.8/a, je najjednostavnije, ali se moe primjeniti samo kod malih dubina erodiranja. Na slici 1.8/b,c prikazana su dva naina cirkulacije dielektrikuma kroz elektrodu i to: pod pritiskom (b), koji moe imati stalni ili periodini impulsni karakter i usisavanjem (c). Isto to se moe ostvariti i kroz obradak, slika 1.8/e,f , s tim to se u datom sluaju bira ekonominije rjeenje. Primjenom uzdunog oscilovanja, obrtanja ili periodinog odmicanja i primicanja elektrode, ostvaruje se prinudno talasanje dielektrikuma to dovodi do ispiranja radnog prostora, slika 1.8/d.10

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) 1.4.1.4. Uticaj vrste dielektrikuma na proizvodnost Najvanije karakteristike dielektrikuma za EDMobradu su: viskozitet i temperatura paljenja. Dielektrikum veeg viskoziteta se koristi kod grube obrade, a manjeg kod fine. To je u vezi sa radnim zazorom izmeu obratka i elektrode koji je kod fine obrade vrlo mali i dielektrikum veeg viskoziteta bi teko cirkulisao, pa bi time ispiranje radnog prostora bilo oteano to bi se odrazilo i na proizvodnost pri obradi. Temperatura paljenja dielektrikuma je takoe vana karakteristika. Tenosti sa niom temperaturom paljenja sklone su lakem isparavanju, pa tako stvoreni gasovi ometaju proces obrade i umanjuju proizvodnost. Danas se kod elektroerozivne obrade kao dielektrikumi uglavnom primenjuju sljedee tenosti: mineralna ulja, petroleum i dejonizovana voda. Mineralna ulja se najee koriste kao dielektrikumi. Skoro svaka vea rafinerija u svijetu proizvodi vie kvaliteta ovih ulja. Ulja velikog viskoziteta se primenjuju kod grube obrade, s obzirom da su radni zazori izmeu obratka i elektrode takvi da omoguuju dobru cirkulaciju. Ovim uljima se postie vea proizvodnost pri obradi. Petroleum sa svojim vrlo malim viskozitetom je veoma pogodan za finu i vrlo finu obradu. Naroito je pogodan za obradu tvrdog metala koja se obavlja kratkim impulsima. Iz ekolokih razloga preporuuje se upotreba petroleuma bez mirisa. Dejonizovana voda se kao dielektrikum koristi kod obrade mikro otvora, kao i na mainama za sjeenje pomou ice. Dobija se iz obine vode tako to se posebnim postupkom odstrane rastvoreni minerali, pa se na taj nain ona uini elektro neprovodljivom. Poto se esta izmjena dielektrikuma na jednoj maini ne praktikuje, to se onda vrsta dielektrikuma bira prema vrsti obrade koja se na dotinoj maini najee izvodi. 1.4.1.5. Uticaj materijala elektrode na proizvodnost Kao materijal za izradu elektrodealata za elektroerozivnu obradu, najee se koriste: ist bakar i njegove legure, ist grafit i njegove legure, aluminijumske legure (silumin), ist volfram i njegove legure, elik i dr. Od materijala elektrode, kako je ranije istaknuto, zavisi napon pranjenja Uf , a time i energija impulsa, odnosno proizvodnost, vidi jne (1.3) i (1.5). Za njega su takoe vezana toplotna svojstva i brzina dejonizacije radnog prostora. Tako svakom materijalu elektrode odgovara odreeni nivo efektivne snage koja moe praktino da se realizuje pri datom naponu generatora. Ukoliko je, naime, toplotna provodljivost materijala elektrode vea, utoliko je vea i ova snaga, odnosno vea je i proizvodnost, vidi jednaine (1.4) i (1.5).

11

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) Na slici 1.12 data je zavisnost proizvodnosti i troenja elektrode od duine impulsa za razliite materijale elektrode, koja ilustruje prethodno date zakljuke [35]. Sa slike se vidi da su od svih napred pobrojanih materijala grafit (kriva 4) i bakar (kriva 1) najpogodniji za izradu elektroda jer daju najveu proizvodnost, a najmanje troenje elektrode.

Slika 5.12 Zavisnost proizvodnosti i relativnog troenja elektrode od duine impulsa za razliite materijale elektrode

1.4.2. Tanost pri elektroerozivnoj obradi Tanost koja se ostvaruje pri obradi elektroerozijom zavisi uglavnom od: faktora vezanih za samu mainu, tanosti izrade elektrode, toplotne dilatacije elektrode pri obradi, promjene radnog zazora, troenja elektrode i dr. Faktori vezani za mainu su posljedica prije svega nesavrenosti njenih izvrnih organa, a odraavaju se na tanost elektroerozije isto kao i kod drugih vrsta obrade. Uticaj maine na tanost obrade se najee ispoljava putem greaka pozicioniranja elektrode u odnosu na obradak, greaka u voenju elektrode, nedovoljne krutosti maine, nedovoljne osetljivosti ureaja za pomak i dr. Ove greke se kod savremenih EDMmaina svode na vrlo malu mjeru koja predstavlja jednu od njenih konstantnih karakteristika. Tanost izrade elektrode se direktno odraava na tanost obrade. Svaka greka u mjerama ili obliku elektrode se direktno preslikava na obradak. Zbog toga se pri izboru postupka za izradu12

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) elektrode mora voditi rauna da greke njene izrade, u sklopu drugih greaka, zadovolje tanost pri obradi elektroerozijom. Praktina iskustva pokazuju da se elektroda mora napraviti sa dvo-struko veom tanou od one koja treba da se dobije elektroerozijom. Greke koje nastaju zbog razlike u irenju materijala obratka i elektrode (zbog razliitog koeficijenta irenja, npr. elika i bakra), mogu imati uticaja uglavnom pri gruboj obradi ili kod obrade velikih povrina, kada temperatura dielektrikuma moe da dostigne vrijednost od oko 40 C. Meutim ovo pitanje se reava korienjem ureaja za hlaenje u sistemu za cirkulaciju i preiavanje dielektrikuma. Tako se temperatura dielektrikuma automatski odrava na nivou koji izaziva neznatno irenje elektrode i obratka, pa ova greka gubi na znaaju. Radni zazor razdvaja obradak i elektrodu pri elektroerozivnoj obradi. Razlikuju se dvije vrste ovog zazora, slika 1.13 i to:

eoni zazor (a); predstavlja normalno rastojanje izmeu povrina obratka i elektrode, koje stoje pod odreenim uglom u odnosu na pravac pomonog kretanja i preko njega se ostvaruje elektrino pranjenje i boni zazor (ab); predstavlja normalno rastojanje izmeu povrina obratka i elektrode, koje su paralelne sa pravcem pomonog kretanja i preko njega se ne ostvaruje elektrino pranjenje. To znai da je veliina bonog zazora vea od veliine eonog zazora.

Zazori se odreuju, za date uslove obrade, na osnovu parametara elektrinog impulsa. Podatke o tome obino daju proizvoai maina za elektroerozivnu obradu. U procesu obrade ostvaruje se automatsko regulisanje veliine eonog zazora ureajem za pomak elektrode, dok boni zazor ostaje priblino nepromenjen tokom obrade. Ovako definisani zazori izmeu obratka i elektrode praktino ne utiu na tanost obrade, s obzirom da se isti uzimaju u obzir pri konstrukciji elektrode. Na tanost obrade utiu samo njihove promjene u toku obrade, koje su posljedica prvenstveno varijacija struje impulsa, a i drugih uslova pri obradi. Ove greke je veoma teko unaprijed predvidjeti, a pravilnim izborom, podeavanjem i kontrolom parametara elektrinog impulsa mogu se svesti na zanemarljivo malu vrijednost. Troenje elektrode ima veliki uticaj na tanost elektroerozivne obrade. Ono u najveoj mjeri zavisi od elektrinih parametara koji se podeavaju generatorom impulsa, a potom od materijala i uslova koji se ostvaruju pri obradi. Razlikuju se dvije vrste greaka zbog trenja elektrode i to:

Koninost otvora, slika 1.14/a, koja nastaje zbog bonog troenja elektrode do koga dolazi usljed nepoeljnog bonog pranjenja preko produkata elektroerozije. Ova se greka moe13

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) znatno smanjiti primjenom prinudne cirkulacije dielektrikuma usisavanjem kroz elektrodu ili obradak (vidi sliku 1.11/c,f).

Smanjenje dubine erodiranja, slika 1.14/b, koja nastaje zbog eonog troenja elektrode h. Ova greka se moe u prostijim sluajevima obrade uzeti u obzir pri konstrukciji elektrode. Meutim, mnogo ee se izborom svih parametara obrade utie da ona bude to je mogue manja i da se kao takva zanemari.

Slika 1.14 eono troenje elektrode se ne rasporeuje ravnomjerno po itavoj povrini elektrode, ve najvee troenje nastaje na otrim ivicama i u blizini otvora za ispiranje, a manje na ravnim povrinama elektrode. Zbog toga se ono ne izraava linearno, ve u vidu relativnog zapreminskog troenja , slino kao kod obrade ultrazvukom, tako da je: =

zapremina potroenog materijala elektrode 100% zapremina skinutog materijala obratka

(1.6)

Najee se obrada izvodi sa dvije (gruba + fina) ili tri (gruba + srednja + fina) elektrode. Elektrodom za grubu obradu skida se najvei dio materijala i to sa parametrima elektrinog impulsa kojima se ostvaruje vrlo malo troenje elektrode (najee ispod 1%). Za finu obradu, odnosno srednju i finu obradu, ostavlja se samo onoliko materijala za obradu koliko je potrebno da se uklone neravnine i defekti u povrinskom sloju koji su nastali pri gruboj obradi.

1.4.3. Kvalitet obraene povrine14

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) Pod kvalitetom obraene povrine, kao i kod drugih vrsta obrade, podrazumijeva se ne samo hrapavost ve i stanje povrinskog sloja materijala obratka. Obraena povrina dobijena postupkom elektroerozije bitno se razlikuje od one dobijene konvencionalnim postupcima obrade rezanjem. Povrina koja se dobija postupcima obrade rezanjem ima tragove koji potiu od reznog alata, npr. paralelne kanale, dok je povrina dobijena postupkom elektroerozije sastavljena od sitnih kratera odreenog prenika i dubine. Po rubovima ovih kratera formiraju se tzv. pucne zaostale prilikom izbacivanja rastopljenog materijala iz kratera, koje znatno poveavaju hrapavost obraene povrine. to se tie same hrapavosti, razlikuje se hrapavost na eonim povrinama (povrine koje stoje pod uglom na pravac pomaka) i hrapavost na bonim povrinama (povrine koje su paralelne sa pravcem pomaka). Obino je hrapavost na eonim povrinama za oko 20 do 40% vea od hrapavosti na bonim povrinama. Zbog toga se kod izrade prostornih gravura vri odreeno smanjivanje duine impulsa i to neposredno prije dostizanja konane dubine (obino 0,040,05 mm), da bi se na taj nain ostvarilo izjednaavanje hrapavosti eonih i bonih povrina. Ocena klase hrapavosti obraene povrine, dobijene postupkom elektroerozije, prema JUS i ISO standardima za hrapavost povrine je previe gruba. Zbog toga su uvedene posebne VDI-norme kojima se 10 klasa hrapavosti prema ISO (JUS) normama, tj. od N3 do N12, dijeli na 51 klasu (050). Veza izmeu VDIklasa za hrapavost i vrijednosti srednje aritmetike hrapavosti R(m) moe se priblino izraziti jednainom: VDI klasa Nr = 20 log (10 R).Slika 1.15

Na bazi jedne ovakve podjele odabrano je 12 VDI klasa, koje odgovaraju dijapazonu od najfinije do najgrublje obrade, za koje su napravljeni etaloni za uporedno odreivanje hrapavosti obraene povrine, slika 1.15. Ovim etalonima se koriste tehnolozi pri propisivanju klase hrapavosti povrine, a i radnici na mainama za kontrolu pri obradi. Kvalitet obraene povrine pri elektroerozivnoj obradi uglavnom zavisi od: parametara elektrinog impulsa, vrste dielektrikuma, materijala elektrode, toplotnofizikih svojstava materijala obratka, i dr.

15

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) Iako se pri obradi impulsima ija je energija vrlo mala (mala jaina struje i trajanje impulsa) mogu dobiti povrine klase hrapavosti N3 do N4, to se ipak ne praktikuje zbog veoma niske proizvodnosti i velikog troenja elektrode. Ukoliko je potrebno ostvariti bolji kvalitet povrine od onog koji se ekonomino dobija elektroerozijom, onda se to postie nekim od postupaka mehanike obrade, npr. poliranje ili lepovanje. Ovde treba naglasiti da su mnoge firme napravile posebne vrste generatora samo za finu obradu (superfini i polir generatori) kojima se ekonomino moe postii kvalitet koji odgo-vara onom koji se dobija mehanikim poliranjem .Osim toga, ovim postupkom se znatno poboljava Slika 1.16 zavrna tanost oblika sitnih detalja na gravuri, koji se runim poliranjem apsolutno ne mogu ostvariti. Ovo naroito dolazi do izraaja kod kalupa za kovanje metalnog novca, raznih medalja i sl. koji obiluju takvim sitnim, ali vrlo vanim detaljima. Vrsta dielektrikuma utie na kvalitet povrine pri elektroerozivnoj obradi preko viskoziteta. Materijal elektrode utie na kvalitet pri elektroerozivnoj obradi putem finoe zrna (kao npr. kod grafita), homogenosti i poroznosti (npr. silumina). Tako, materijali elektrode sa finijom strukturom i veom homogenou, tj. bez ukljuaka, kao i sa malom poroznou, u principu daju manje hrapavosti obraene povrine i obrnuto. I ovaj uticaj se kao i prethodni utvruje eksperimentalnim putem.

16


1.5. Materijali za izradu elektroda i postupci obrade koji se pri tome koristeSve materijale za izradu elektroda moemo podijeliti u tri osnovne grupe i to:a) Metalni materijali od kojih se uglavnom koriste:

elektrolitiki baker, legure telura, hroma ili olova sa bakrom, legure volframa i bakra, legure volframa i srebra, aluminijumske legure, mesing, volfram i elik

b) Nemetalni materijali od kojih se koristi samo grafit i c) Kombinacija metalnih i nemetalnih materijala od kojih se uglavnom koristi legura grafita i bakra.

1.5.1. Metalni materijali za izradu elektrodaElektrolitiki bakar, istoe 99,99%, se veoma mnogo koristi za izradu elektroda. Ima irok dijapazon primjena i koristi se pri obradi elika svih vrsta, tvrdog metala, kao i samog bakra. Osnovna karakteristika mu je da obezbeuje stabilan rad u irokom dijapazonu reima obrade. Legure telura, hroma ili olova sa bakrom. Dodatkom neznatne koliine (1 3%) telura, hroma ili olova elektrolitikom bakru dobija se legura koja ima znatno bolju obradljivost rezanjem od istog bakra. Na taj nain se olakava obrada konvencionalnim postupcima obrade rezanjem i dobijanje sloenih prostornih oblika elektrode. Meutim, mogunosti ove legure pri elektroeroziji su slabije u poreenju sa elektrolitikim bakrom. Troenje elektrode je vee za 1525% uz istovremeno smanjenje proizvodnosti za oko 10%. Postupak nagrizanja moe se i kod ove legure primijeniti isto tako uspjeno kao kod elekrtolitikog bakra.

5.5.2. Nemetalni materijali za izradu elektrodaOd nemetalnih materijala za izradu elektroda koristi se samo grafit. Uvoenjem impulsnih generatora, grafit je postao najee primenjivani materijal za izradu elektroda pri elektroerozivnoj obradi. Primjena grafita kod relaksacionih generatora nije preporuljivo zbog velike nestabilnosti procesa.

17

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) Izrada grafitnih elektroda vri se uglavnom primjenom konvencionalnih metoda obrade rezanjem, prije svega struganjem, glodanjem i bruenjem. Pri ovim obradama koriste se rezni alati specifine geometrije uz primjenu odgovarajueg reima obrade, o emu se podaci mogu nai u specijalizovanoj literaturi. Obrada se vri bez primjene sredstava za hlaenje i podmazivanje, ali uz obaveznu primjenu ureaja za usisavanje praine. Kod izrade elektroda velikih dimenzija ili pak sloenog oblika, u cilju utede u materijalu ili vremenu izrade, iste se mogu izraivati iz vie dijelova koji se zatim sastavljaju lepljenjem ili mehanikim pritezanjem.

1.6. Projektovanje obrade

tehnolokog

postupka

elektroerozivne

Proizvoai opreme za elektroerozivnu obradu obino daju razraene tabele i dijagrame koji omoguuju optimalan izbor pojedinih parametara obrade. U novije vrijeme se podaci za izbor i optimizaciju parametara EDMobrade daju u vidu baza podataka koje korisnicima omoguuju znatno jednostavniji i bri rad. Podaci koji su dati na jedan od ova dva naina rezultat su teoretskih prorauna, praktinih ispitivanja ili dugogodinjeg radnog iskustva. Oni su kod svakog proizvoaa opreme sistematizovani na specifian nain i po pravilu vae samo za dati tip generatora elektrinih impulsa, odnosno mainu, pa se kao takvi ne mogu koristiti na mainama drugih proizvoaa. Projektovanje tehnolokog postupka elektroerozivne obrade vri se na osnovu zadatih veliina koje treba ostvariti pri obradi nekog dijela, a koji se prvenstveno odnose na tanost i kvalitet obrade, i ono obuhvata odreivanje sljedeih elemenata: broja elektroda (za grubu, srednju i finu obradu); materijala pojedinih elektroda; parametara elektrinih impulsa; dimenzija elektroda; proizvodnosti; troenja elektrode; vremena obrade i drugih uslova koji se ostvaruju pri obradi, kao to su npr. vrsta dielektrikuma, nain ispiranja radnog prostora i dr.

1.7. Postrojenja za elektroerozivnu obraduPostrojenja za EDMobradu, slika 1.17, sastoje se od generatora elektrinih impulsa, maine, agregata za dielektrikum i upravljake jedinice. U nastavku se iznosi kratak opis pojedinih komponenti ovih postrojenja. Na slici 1.17 data ja opta ema postrojenje za elektroerozivnu18

ELEKTROEROZIVNA OBRADA (EDM) obradu sa osnovnim elementima, a na slici 1.18 tipian izgled jednog postrojenja sa punom elektrodom.

Slika 1.17

Slika 1.18

19


1.7.1. Generator elektrinih impulsaU toku razvoja elektroerozivne obrade napravljen je veliki broj razliitih tipova generatora elektrinih impulsa, koji rade na razliitim principima. Danas su u primjeni uglavnom sljedei tipovi generatora: relaksacioni (oscilatorni), mainski (rotacioni) i impulsni (poluprovodniki).

Pored podjele prema principu rada, generatori se djele i prema namjeni, snazi, frekvenciji itd. Tako npr, prema frekvenciji elektrinih impulsa, generatori mogu biti: niskofrekventni (do 300 Hz), srednjefrekventni (3001000 Hz), visokofrekventni (1000200000 Hz) i univerzalni sa irokim dijapazonom frekvencija i sa razliitim snagama, od nekoliko djelova kW do preko 150 kW.

Kod relaksacionih generatora proces generisanja strujnih impulsa potpuno zavisi od sastava i uslova u radnom prostoru. Mainski i poluprovodniki generatori spadaju, meutim, u grupu generatora sa nezavisnim impulsima. Oni generiu impulse konstantnih karakteristika, koji ne zavise, ili samo djelimino zavise, od sastava radnog prostora. Karakteristike elektrinih impulsa, kao to su: napon, struja, trajanje impulsa, vrijeme pauze i koeficijent delovanja, su odreene konstrukcijom samog generatora.

5.7.2. MainaDo sada su razvijena uglavnom etiri tipa maina za EDMobradu koja su nala iru primjenu u praksi, a to su: Standardne EDMmaine za buenje, odnosno uputanje gravura; EDMmaine sa planetnim kretanjem;20


EDMobradni centri i EDMmaine za sjeenje pomou iane elektrode.

Prva tri tipa maina se sastoje uglavnom od istih elemenata, a razlikuju se samo po nainu pozicioniranja stola i elektrode, odnosno po nainu upravljanja generatorom elektrinih impulsa i agregatom za dielektrikum. Karakteristini elementi tih maina su sljedei (slika 1.19):

postolje (stone maine su bez postolja) (1); radni sto sa ukrtenim klizaem (2); kada u koju je smjeten obradak potopljen u dielektrikum (3) i dra elektrode sa regulatorom pomaka (4, 5).

Regulator pomaka predstavlja jedan od najvanijih elemenata EDMmaina. Od njega se zahtjeva visoka tanost podeavanja, velika osetljivost na smetnje i kratke spojeve, kao i velika krutost zbog djelovanja teine elektrode i pritiska dielektrikuma.Regulatorom pomaka se vri pomeranje elektrode u cilju odravanja konstantnog radnog zazora. Regulatori pomaka se mogu principijelno podijeliti na dvije grupe i to: slobodni i kruti regulatori.

Kod savremenih maina se najee primenjuju regulatori sa zavojnim vretenom i hidraulini regulatori. Zahvaljujui visokim pritiscima sa kojima rade, hidraulini regulatori pomaka su posebno pogodni kod primjene elektroda velike mase, koja moe iznositi i po nekoliko stotina kilograma. Posljednjih godina su se na tritu pojavile EDMmaine kod kojih se erodiranje ostvaruje u oba pravca sve tri ose pravouglog koordinatnog sistema (X,Y,Z), kao i kruno oko Zose. Ako se ovome doda automatsko pozicioniranje radnog stola i nosaa elektrode u pravcu ove etiri ose, koje se najee ostvaruje pomou NUupravljanja, dobijaju se EDMmaine sa planetnim erodiranjem, odnosno EDMobradni centri koji imaju pridodat magacin za elektrode sa sistemom za automatsku izmjenu.21


Slika 1.20 EDMobradni centar ROBOCUT CNC firme CHARMILLES, vicarska

1.8. Primjena elektroerozivne obradeElektroerozivna obrada je danas iroko zastupljen i ekonomski opravdan postupak za izvoenje razliitih operacija, ne samo pri obradi tekoobradljivih materijala, ve i pri obradi dijelova i povrina sloenog geometrijskog oblika od inae dobro obradljivih materijala. Zbog toga, postupak elektroerozivne obrade prua velike mogunosti primjene u mainogradnji i danas se najee koristi pri izradi:22


kalupa za kovanje i presovanje (izrada i popravka istroenih ili oteenih); kokila za livenje pod pritiskom; alata za probijanje i prosjecanje; dijelova sa uskim prorezima; dijelova sa malim i dubokim otvorima; dijelova sa sloenim povrinama, tankozidih dijelova i dr.

LITERATURA[1] AEGELOTHERM: FunkenerosionsBearbeitungszentrum. Technische Information EDMTechnik. [2] Bruyn E. H.: Has the Deley Time Influence on the EDMProcess. Annals of the CIRP, Vol. 31/1/1982, str. 103106. [3] Crookall J. R.: Basic Factors in EDM Operators with Shaped Electrodes. 18 Intern. Mach. Tool Des. Res. Conf, London, str. 491489. [4] [5] thErden A, Kaftanoglut B.: ThermoMathematical Modelling and Optimisation of Energy Pulse Forms in EDM. Int. J. Mach. Tool Des. Res, Vol. 21(1981), str. 1122. N.N.: Katalozi i prospekti firmi: AGIE, CHARMILLES, AEGELOTHERM, NASSOVIA, ONA, DIETER HANSEN, MATRA, JUNG, AGEMASPARK, SODIC, HERBERT WALTER, ISTEMA, MAKINO, SEIBUWALTER, DECKEL, METBA, AGEMA, MANN+HUMMEL.

[6] Dragoje Miliki ,Nekonvencionalni postupci obrade. [7] Knig W, Weck M, Enning H. J.: ElectroDischarge SinkingDevelopment of an AC System Composed of Subcontrol Loops. Pros. of the 20th Int. Mach. Tool Des. Res. Conf. SubConf. Elect. Process, Birmingham, 1979, str. 557565.

23

( edm ) elektroerozivna obrada

Documents