Nekonvencionalni postupci obradeELEKTROEROZIONA OBRADA (EDM)

ĐELMIĆ ALMINA

Uvod

Za obradu teško obradljivih materijala, uporedo sa klasičnim metodama obrade (rezanjem i plastičnim deformisanjem), koriste se i nekonvencionalne metode obrade.

1766. godine engleski naučnik Joseph Priestley prvi je otkrio pojavu lokalnog razaranja elektroda prilikom električnog izbijanja iskrom i tu pojavu nazvao elektroerozionim efektom.

Istraživanja u cilju otklanjanja erozionog efekta na električnim kontaktima podstakla su naučnike da iskoriste eroziono dejstvo električnih pražnjenja i razviju kontrolisani postupak obrade metala.

Definicija elektroerozione obrade

EDM (Electric Discharge Machining) obrada obuhvata 

postupke obrade metala kod kojih se uklanjanje viška materijala ostvaruje serijom električnih pražnjenja periodičnog karaktera, nastalih između alata (katode) i predmeta obrade (anode).

Pri odgovarajućem rastojanju alata i predmeta obrade (0,005 – 0,5 mm) uspostavlja se električni luk ili iskra.

Pojava luka ili iskre dovodi do jonizacije radne tečnosti (dielektrikuma), formiranja stuba pražnjenja (jonizujućeg stuba ), topljenja i isparavanja čestica materijala predmeta obrade.

Slika 1. Elektroeroziona obrada

Karakteristike elektroerozione obrade

Kod primjene elektroerozionog postupka polazi se od sirovine koja se odmah termički obrađuje, da bi se onda primjenom raznih postupaka veoma tačno izradio kompletan alat bez ikakvog naknadnog ručnog dotjerivanja i podešavanja.

Skidanje i odnošenje materijala zasniva se na

termičkom i mehaničkom dejstvu impulsa električnog pražnjenja usmjerenog na predmet koji se nalazi u tečnoj sredini.

Omogućuje oblikovanje vrlo složenih konstrukcija s vrlo visokom obradom tačnosti reda veličine nekoliko mikrometara i ostvarive površinske hrapavosti Rz je 0,4 µm .

Slika 2. Primjeri dijelova koji se dobiju elektroerozionom obradom

Princip rada

Princip rada elektroerozione metode zasniva se na električnoj eroziji, tj. skidanju metalnih dijelova materijala pri električnom pražnjenju između elektroda, tj. katode - alata i anode – obratka.

Elektrode se nalaze na određenom razmaku u radnom fluidu, dielektrikumu.

U toku električnog pražnjenja varnica ili električni luk izaziva električnu eroziju na površini obratka, gdje se formira krater na anodi - obratku zbog zagrijavanja materijala do vrlo visoke temperature.

Slika 3. Princip rada i shema procesa elektroerozione obrade

Faze elektroerozione obrade

Faza paljenja:

o stvaranje električnog polja

o koncentracija čestica

o formiranje visokoprovodnog kanala

Slika 4. Faza paljenja

Faza pauze:o Kraj pražnjenja iskromo Dejonizacija u zazoruo Stanje poslije kraja

pražnjenja

Faza pražnjenja:o Širenje visokoprovodnog

kanalao Početak pražnjenja iskromo Pražnjenje iskrom, topljenje

Slika 6. Faza pauzeSlika 5. Faza pražnjenja

Fizički proces obrade elektroerozijom

Fizički proces odvajanja materijala pražnjenjem električnim varnicama predstavlja veoma kompleksnu pojavu. Elektroeroziona obrada se uvijek vrši sa dvije elektrode, koje su potopljene u neki medijum. Medijum je dielektrikum, tj, tečnost sa visokim električnim otporom.

Za stvaranje varnice između dvije elektrode mora da postoji napon, koji djeluje preko unutrašnjeg otpora efektivne staze varničenja (najkraće rastojanje između elektrode i obratka).

Pražnjenje se odvija na mjestu najjačeg električnog polja napona.

Osnovne operacije elektroerozione obrade

Elektroerozionim postupcima obrade moguće je realizovati veliki broj operacija korištenjem profilisanog ili neprofilisanog alata u vidu pune ili žičane elektrode.

Elektroeroziono prosijecanje

•Bušenje i dubljenje otvora, odnosno graviranje

Elektroeroziono brušenje

•Vanjsko kružno•Unutrašnje kružno•Ravno•Profilno

Elektroeroziono rezanje žicom

•Rezanje žicom

Alati za elektroerozionu obradu

Kao alati za elektroerozionu obradu koriste se pune ili žičane elektrode.

Elektrode mogu biti bakarne ili grafitne.

Slika 7. Alati za elektroerozionu obradu

Elektroda - alat

Za elektrode se mogu upotrijebiti svi materijali koji provode električnu struju.

Materijali za izradu elektro – alata mogu se podjeliti u tri grupe, a to su:

Metalni materijali : (elektrolitski bakar, telurna ili hromna bronza, legura volframa i bakra, legura volframa i srebra, Al-legura, mesing, čisti volfram (u obliku žice), čelik.

Nemetalni materijali : grafit Kombinacija metalnih i nemetalnih materijala : Grafit

- bakar.

Slika 8. Elektroeroziono rezanje žicom Slika 9. Dijelovi koji se dobijaju pomoću žice

Slika 10. Elektroeroziona obrada žigom

Slika 11. Radni predmet izrađen punom elektrodom

(žigom)

Elektroeroziono prosijecanje - obuhvata sve operacije obrade elektroerozijom, kod kojih se srednja relativna brzina između elektrode alata i obratka podudara sa brzinom prodiranja, a to su: bušenje i dubljenje otvora, odnosno graviranje.

Elektroeroziono bušenje

Slika 12. Elektroeroziono bušenje

Dubljenje otvora kao i graviranje predstavlja pravo kopiranje geometrijskog oblika i dimenzija elektrode-alata u obratku.

Graviranje se može vršiti na metalu pokretnom elektrodom – katodom, urezivanjem linija na površini obratka – anode, pokrivene tankim slojem dielektrikuma. Graviranje se također može vršiti metodom otiska.

Slika 13. Izrada udubljenja različitih oblika

Elektroeroziono odsjecanje materijala obradka obuhvata sve operacije kod kojih se vrši odsjecanje, rasjecanje i isjecanje.

Elektroeroziono brušenje obuhvata sve postupke obrade koji se izvode pomoću elektrode-alata koja se okreće oko sopstvene ose.

Slika 14. Elektroeroziono odsjecanje

Slika 15. Elektroeroziono brušenje

Elektroeroziono rezanje žicom

Elektroeroziono rezanje žicom, izvodi se pomoću tanke žice koja se kreće u pravcu svoje ose, dok obradak izvodi složeno kretanje po unaprijed programiranoj putanji (X, Y-ose). Na taj način se ostvaruje elektroeroziono isjecanje (rezanje).

Slika 16. Elektroeroziono rezanje žicom i poređenje sa elektroerozionim rezanjem elektrodom

Obradni sistemi elektroerozione obrade

Mašine za elektroerozionu obradu su konstruisane za različite vrste obrade ili samo za jednu vrstu obrade, pa se razlikuju:

univerzalne - mašine za graviranje i bušenje specijalne – mašine za brušenje i rezanje

Svaki obradni sistem za elektroerozionu obradu se sastoji od:

alatne mašine, generatora i sistema dielektrikuma.

Alatna mašina - posebna pažnja poklonjena je mehaničkim mašinskim elementima. Potrebno je obezbjediti tačnost mašine, a izbjeći sve što uzrokuje netačnost.

Generator – Posjeduje zavisno upravljanje sa detektorom koji omogućava da se utvrdi početak svakog električnog pražnjenja.

Sistem dielektrikuma - ovaj sisitem treba biti snabdijeven sa uređajima za: punjenje i pražnjenje dielektrikuma, za prinudnu cirkulaciju dielektrikuma u zazoru, za isisavanje dielektrikuma iz zazora, te za filtriranje i hlađenje dielektrikuma.

Tehnološki parametri elektroerozione obrade su : Tačnost, proizvodnost i kvalitet obrađene površine.

Slika 17. Shema postrojenja i osnovni dijelovi postrojenja za elektroerozionu obradu

Mašina za elektroerozionu obradu preciznim putanjama zadanim software-om primiče elektrode materijalu koji se obrađuje, ali bez fizičkog kontakta. Iskre koje se emituju odstranjuju materijal.

Neke mašine za EDM su u mogućnosti da rade sa 0.003 mm tolerancije uz veliku brzinu i pouzdanost.

Slika 18. Mašine za elektroerozionu obradu

Slika 19. Mašine za elektroerozionu obradu žicom i elektrodom

Medij za elektroerozionu obradu

Dielektrikum je tečnost koja ne provodi električnu struju, u kojoj se odvijaju električna pražnjenja.

Nalazi se između elektroda i ima ulogu izolatora dok se ne postigne napon izbijanja, hladi odvojene čestice obratka te ostale predmete procesa i odstranjuje ih iz zazora među elektrodama pa se zbog toga dielektrikum mora stalno filtrirati.

Kao dielektrici se koriste voda i ugljikovodici

( petrolej, parafin i dr. )

Primjena postupka elektroerozione obrade

Elektroeroziona obrada se u mašinstvu primjenjuje za proizvodnju proizvoda od veoma tvrdog i žilavog materijala i proizvoda sa komplikovanim geometrijskim detaljima.

Elektroeroziona obrada se najčešće primjenjuje za: izradu kalupa za kovanje (metalnog novca),

kalupa za presovanje (automobilske karoserije), alata za probijanje, prosijecanje, za izradu uskih proreza, malih i dubokih otvora i složenih površina, primjenjuje se i za obnavljanje i korekciju postojećih matrica i alata i korekciju grešaka.

Slika 20. Primjena elektroerozione obrade

Prednosti i nedostaci EDM obrade

Prednosti elektroerozone obrade : mogu se tačno izraditi složeni geometrijski oblici, zakrivljene rupe se lako bruše, kvalitet obrađene površine je veoma dobar, visoka tačnost obrade, visoka prizvodnost, visoka renatabilnost.

Nedostaci elektroerozione obrade: mogu se obrađivati samo električki provodljivi materijali, obrada je spora, ekonomska isplativost je prisutna kod velikoserijske i masovne proizvodnje, zahtjeva veći utrošak električne energije po cm³ skinutog materijala.

Zaključak

Proces električne obrade (EDM) je jedna od najpopularnijih savremenih obrada koje se koriste danas, zahvaljujući svojim karakteristikama.

Uvođenje postupka žičane elektroerozine obrade jako je uticalo na ostale prerađivačke industrije.

Žica (EDM) se sve više koristi u drugim granama industrije. Prednost je činjenica da tvrdoća obratka nije bitna. Ova obrada je pogodna za obradu svih materijala.

HVALA NA PAŽNJI!