Elektrik deşarj makinası

Elektrikli deşarjlı işleme (EDM), dalma erozyon ve tel erozyon elektriksel deşarj (kıvılcım) kullanılarak istenilen şeklin elde edildiği bir metal işlemedir. .

Bir elektrik deşarj makinesi

İşlenecek malzeme dielektrik sıvı ile ayrılmış ve elektrik gerilim'ine maruz kalan iki elektrot arasında hızla tekrarlanan bir dizi akım boşalmasıyla şekillenerek iş parçasına dönüşür. Elektrotlardan birine takım elektrodu denirken diğerine iş parçası elektrodu veya işparçası denir.^[1] İşlem, alet ve iş parçasının fiziksel temasta olmamasına bağlıdır.

İki elektrot arasındaki voltaj arttığında elektrotlar arası hacimdeki elektrik alan yoğunluğu artar ve sıvının yalıtkanlığının bozulmasına neden olur ve elektrik arkı üretilir. Sonuçta malzeme elektrotlardan uzaklaştırılır. Akım durunca (veya jeneratörün tipine bağlı olarak durdurulduğunda) elektrotlar arası hacme yeni yalıtkan sıvı iletilir, böylece katı parçacıkların (artık) taşınmasını ve yalıtkan sıvının yalıtım özelliklerinin eski haline getirilmesini sağlar. Elektrotlar arası hacme yeni yalıtkan sıvı eklenmesine flushing (boşlukları temizleme) denilir. Akım geçtikten sonra elektrotlar arasındaki voltaj yalıtkanlığın bozulmasından önceki eski durumuna geri döner, böylece çevrimi tekrarlamak için yeni bir yalıtkan sıvı bozulması yapılabilir.

Tarihçe

Elektrik boşalmanın aşındırıcı etkisi ilk olarak 1770 yılında İngiliz fizikçi Joseph Priestley tarafından yazıldı.

Dalma erozyon

İki Rus bilim adamı, B. R. Lazarenko ve N. I. Lazarenko, 1943'te kıvılcım nedeniyle wolfram elektrik kontaklarının aşınmasını önlemenin yollarını araştırmakla görevlendirildi. Bu görevi başaramadılar ancak elektrotlar bir yalıtkan sıvıya daldırıldığında erozyonun daha hassas şekilde kontrol edildiğini buldular. Bu, onları wolfram gibi işlenmesi zor malzemeleri işlemek için kullanılan bir EDM makinesi icat etmeye yöneltti. Lazarenkos'un makinesi, elektrotları şarj etmek için kullanılan direnç-kapasitör devresi (RC devresi)'nden sonra R-C tipi bir makine olarak bilinir.^[2][3][4][5] Aynı anda ama bağımsız olarak Harold Stark, Victor Harding ve Jack Beaver'dan oluşan bir Amerikan ekibi alüminyum dökümlerden kırık matkap uçlarını ve kılavuzları çıkarmak için bir EDM makinesi geliştirdi.^[6] Başlangıçta makineleri az güçlü elektrikli aşındırma araçları ile yaptılar ve başarılı olamadılar. Ancak daha güçlü kıvılcım birimleri, otomatik kıvılcım tekrarlama ve elektromanyetik kesici düzenlemesi ile sıvı yenile birleştiğinde pratik makineler üretildi. Stark, Harding ve Beaver'ın makineleri saniyede 60 kıvılcım üretebiliyordu. Daha sonraki makineler tasarımlarına dayalı olarak saniyede binlerce kıvılcım üretebilen vakum tüpü devrelerini kullandı ve kesme hızı çok arttı.^[7]

Tel erezyonla kesim

Tel kesme tipi makine 1960'larda sertleştirilmiş çelikten aletler (kesme kalıpları) yapmak için ortaya çıktı. Tel EDM'deki alet elektrotu sadece bir teldir. Telin kopmasına neden olan aşınmayı önlemek için tel iki makara arasına sarılır, böylece telin aktif kısmı sürekli değişir. En eski sayısal kontrollü (NC) makineler, delikli bantlı dikey freze makinelerinin dönüşümleriydi. Tel erozyon kesim EDM makinesi olarak üretilen ilk ticari NC makinesi 1967'de SSCB'de üretildi. Bir ana çizimdeki çizgileri optik olarak takip edebilen makineler, 1960'larda Andrew Engineering Company^[8]'de David H. Dulebohn'un grubu tarafından freze ve taşlama makineleri için geliştirildi. Ana çizimler daha sonra daha çok hassasiyet için bilgisayar sayısal kontrollü (CNC) çiziciler tarafından çizildi. 1974'te CNC çizim çizici (ing: plotter) ve optik çizgi izleyen teknikleri kullanan tel erozyon makinesi yapıldı. Dulebohn daha sonra EDM makinesini doğrudan kumanda etmek için aynı çizici CNC programını kullandı ve 1976'da ilk CNC Elektrikli Deşarj Makinesi (EDM) yapıldı.^[9]

Ticari tel EDM kapasitesi ve kullanımı son yıllarda çok gelişti.^[10] İlerleme hızları arttı^[10] ve yüzey kalitesi hassas şekilde kontrol edilebilmektedir.^[10]

Genel

1 Darbe üreteci (DC). 2 İş parçası. 3 Fikstür. 4 yalıtkan sıvı. 5 Pompa. 6 Filtre. 7 Takım tutucu. 8 Kıvılcım. 9 Takım.

Elektrik deşarjlı işleme, öncelikle sert metaller için veya geleneksel tekniklerle işlenmesi çok zor olan metaller için kullanılan bir işleme yöntemidir. EDM genelde elektriği ileten malzemelerle çalışır, ancak yalıtkan seramikleri işlemede EDM kullanmak için yöntemler de önerilmiştir.^[11][12]

EDM, yumuşatıp yeniden sertleştirmek için ısıl işleme gerek kalmadan önceden sertleştirilmiş çelik içindeki karmaşık çevreleri veya boşlukları kesebilir. Bu yöntem, titanyum, hastelloy, kovar ve inconel gibi diğer herhangi bir metal veya metal alaşımlarında kullanılabilir. Ayrıca polikristal elmas takımları şekillendirmek için bu işlemin uygulamaları bildirilmiştir.^[13]

EDM genellikle (tornalama, frezeleme, taşlama, delme ve malzeme kaldırma yöntemi esasen mekanik kuvvetlere dayanan diğer işlemler) "geleneksel" süreçlerle birlikte işleme grubu yöntemlerine benzemeyen elektrokimyasal işleme (ECM), su jeti ile kesme (WJ, AWJ), lazer kesme gibi "geleneksel olmayan" grubuna dahil edilir.^[14]

İdealde, EDM, elektrotlar arasındaki yalıtkan sıvının bir dizi bozulması ve yeniden oluşması olarak görülebilir. Ancak böyle bir ifadeyi dikkate alırken dikkatli olunmalıdır çünkü bu, sürecin altında yatan temel fikirleri tanımlamak için anlatılan sürecin idealleştirilmiş bir modelidir. Yine de herhangi bir pratik uygulama, dikkate alınması gerekebilecek birçok konuyu kapsar. Örneğin, elektrotlar arası hacimden artık malzemenin çıkarılması muhtemelen her zaman kısmen olur. Böylece elektrotlar arası hacimdeki yalıtkanın elektriksel özellikleri nominal değerlerinden farklı olabilir ve hatta zamanla değişebilir. Genellikle kıvılcım aralığı olarak da adlandırılan elektrotlar arası mesafe kullanılan belirli makinenin kontrol algoritmalarının bir sonucudur. Böyle bir mesafenin kontrolü, mantıksal olarak bu sürecin merkezindedir. Ayrıca, dielektrik arasındaki akımın tamamı yukarıda açıklanan ideal tipte değildir: kıvılcım aralığı artık malzeme tarafından kısa devre yapılabilir. Elektrotun kontrol sistemi, iki elektrotun (takım ve iş parçası) temas etmesini engelleyecek kadar hızlı tepki vermeyebilir ve bunun sonucunda kısa devre oluşabilir. Bu istenmeyen bir durumdur çünkü kısa devre idealden farklı miktarda malzeme çıkarır. Akım her zaman elektrotlar arası hacim noktasında meydana gelecek şekilde yalıtkan sıvının yalıtkan özelliklerini eski haline getirmek için yıkama yetersiz kalabilir ve sonuçta da takım elektrodunda ve iş parçasında gerçekte istenmeyen bir şekil değişikliği oluşur. EDM alanında hala araştırılacak zengin bir araştırma konusudur.^[15]

Belirli bir geometri elde etmek için EDM takımı işe çok yakın olan istenen yol boyunca yönlendirilir. idealde iş parçasına dokunmamalıdır ama gerçekte bu durum bazen hareket kontrol sisteminin hatalı çalıştırılması nedeniyle olabilir. Bu şekilde, her biri küçük kraterlerin oluştuğu hem takımdan hem de iş parçasından malzemenin uzaklaştırılmasına etki eden çok sayıda akım boşalması olur. Kraterlerin boyutu, eldeki belirli iş için ayarlanan teknolojik parametrelerin bir fonksiyonudur. Kraterler, nano ölçekten (mikro-EDM işlemlerde) kaba işlemede yüzlerce mikrometreye kadar değişen ölçüde olabilir.

Takımda bu küçük kraterlerin oluşması elektrotu aşındırır. İş parçasının geometrisi üzerindeki aşınmanın zararlı etkisini ortadan kaldırmak için bazı stratejilere ihtiyaç vardır. Bir olasılık, işlemede sırasında takım elektrotunu sürekli olarak değiştirmektir. Elektrot olarak sürekli değiştirilen tel kullanılırsa bu durum olur. Bu durumda ilgili EDM işlemine tel erozyon denilir. Takım elektrotu aynı zamanda sadece küçük bir kısmı gerçekten işleme sürecine dahil olacak ve bu kısım düzenli olarak değiştirilecek şekilde kullanılabilir. Bu örneğin takım elektrotu olarak dönen bir disk kullanıldığında geçerlidir. Bu işleme genellikle EDM öğütme denilir.^[16]

Diğer bir strateji, aynı EDM işleminde farklı boyut ve şekillerde bir dizi elektrot kullanmaktır. Buna çoklu elektrot stratejisi denilir ve takım elektrotu istenen şekli negatif olarak çoğalttığında ve tek bir yön boyunca, genellikle dikey yön (yani z ekseni) boyunca boşluğa doğru ilerlediğinde en yaygındır. Bu, iş parçasının daldırıldığı dielektrik sıvının içine aletin batmasını andırır, bu nedenle buna dalma erozyon denilir. Bu makinelere de dalma erozyon makineleri denir. Genellikle bu tip elektrotlar oldukça karmaşık şekillidir. Nihai geometri, birkaç yön boyunca hareket ettirilen ve muhtemelen döndürülen genellikle basit şekilli bir elektrot kullanılarak elde edilirse buna EDM frezeleme denilir.^[17]

Her durumda, aşınmanın şiddeti kesinlikle operasyonda kullanılan teknolojik parametrelere bağlıdır (örneğin: polarite, maksimum akım, açık devre voltajı). Örneğin, μ-EDM olarak da bilinen mikro-EDM'de bu parametreler genellikle ciddi aşınmaya neden olan değerlere ayarlanır. Bu nedenle bu alanda aşınma büyük bir sorundur.

Grafit elektrotların aşınması sorunu ele alınmaktadır. Bir yaklaşımda, milisaniyeler içinde kontrol edilebilen bir sayısal jeneratör, elektro-erozyon oluştukça polariteyi tersine çevirir. Bu, aşınmış grafiti sürekli olarak elektrot üzerinde biriktiren elektro kaplamaya benzer bir etki üretir.

"Sıfır Aşınma" devresi denen başka bir yöntemdeyse boşalmanın ne sıklıkta başlayıp durduğunu azaltarak mümkün olduğu kadar uzun süre boşalma sürdürülür.^[18]

Kaynakça

1. Jameson 2001, s. 1.
2. Jameson 2001, s. 8.
3. Lazarenko, B.R.; Mikhailov, V.V.; Gitlevich, A.E.; Verkhoturov, A.D.; Anfimov, I.S. "Distribution of elements in surface layers during electric spark alloying. (Raspredelenie Elementov V Poverkhnostnykh Sloyakh Pri Elektroiskrovom Legirovanii)". Surf. Eng. Appl. Electrochem. (Elektronnaya Obrabotka Materialov). Cilt 1977, 3. ss. 28-33.KB1 bakım: Birden fazla ad: yazar listesi (link)
4. Lazarenko, B.R.; Duradzhi, V.N.; Bryantsev, I.V. "Effect of Incorporating an additional inductance on the characteristics of anode and cathode processes. (O Vliyanii Vklyucheniya Dopolnitel'noi Induktivnosti Na Kharakteristiki Anodnogo I Katodnogo Protsessov)". Surf. Eng. Appl. Electrochem. (Elektronnaya Obrabotka Materialov). Cilt 1979, 5. ss. 8-13.KB1 bakım: Birden fazla ad: yazar listesi (link)
5. Lazarenko, B.R.; Lazarenko, N.I. "Electric spark machining of metals in water and electrolytes. (Elektroiskrovaya Obrabotka Metallov V Vode I Elektrolitakh)". Surf. Eng. Appl. Electrochem. (Elektronnaya Obrabotka Materialov). Cilt 1980, 1. ss. 5-8.KB1 bakım: Birden fazla ad: yazar listesi (link)
6. Krar, Stephen F.; Gill, Arthur R. (2003). Exploring advanced manufacturing technologies. 1st. Industrial Press. s. 6.2.1. ISBN 0831131500. 24 Ağustos 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 24 Ağustos 2022.
7. Jameson 2001, ss. 10–12.
8. Dulebohn, "Tracer controlled machining by electrically induced erosion", ABD patent 3.614.372, filed 4 December 1969, issued 19 October 1971.
9. Jameson 2001, ss. 12–17.
10. Rogers, Barry (2018), "The Remarkable Abilities of Wire EDM", TechSpex, 22 Mayıs 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi, erişim tarihi: 21 Mayıs 2018.
11. Mohri, N.; Fukuzawa, Y.; Tani, T.; Saito, N.; Furutani, K. (1996). "Assisting Electrode Method for Machining Insulating Ceramics". CIRP Annals - Manufacturing Technology. Cilt 45. ss. 201-204. doi:10.1016/S0007-8506(07)63047-9.
12. Liu, Y. H.; Li, X. P.; Ji, R. J.; Yu, L. L.; Zhang, H. F.; Li, Q. Y. (2008). "Effect of technological parameter on the process performance for electric discharge milling of insulating Al2O3 ceramic". Journal of Materials Processing Technology. 208 (1–3). ss. 245-250. doi:10.1016/j.jmatprotec.2007.12.143.
13. Morgan, C. J.; Vallance, R. R.; Marsh, E. R. (2004). "Micro machining glass with polycrystalline diamond tools shaped by micro electro discharge machining". Journal of Micromechanics and Microengineering. 14 (12). s. 1687. Bibcode:2004JMiMi..14.1687M. doi:10.1088/0960-1317/14/12/013.
14. McCarthy, Willard J. and McGeough, Joseph A. "Machine tool" 4 Nisan 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Encyclopædia Britannica
15. Descoeudres, Antoine (2006). Characterization of electrical discharge machining plasmas 18 Ağustos 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Thèse EPFL, no 3542.
16. Weng, F. T.; Shyu, R. F.; Hsu, C. S. (2003). "Fabrication of micro-electrodes by multi-EDM grinding process". Journal of Materials Processing Technology. 140 (1–3). ss. 332-334. doi:10.1016/S0924-0136(03)00748-9.
17. Narasimhan, J.; Yu, Z.; Rajurkar, K. P. (2005). "Tool Wear Compensation and Path Generation in Micro and Macro EDM". Journal of Manufacturing Processes. Cilt 7. ss. 75-82. doi:10.1016/S1526-6125(05)70084-0.
18. Koelsch, James (October 2009). "EDM: A Changing Competitive Calculus," Manufacturing Engineering, Society of Manufacturing Engineers