UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo ELEKTROEROZIJSKA OBDELAVA. skripta (delovna verzija)

Transcription

1 UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo ELEKTROEROZIJSKA OBDELAVA skripta (delovna verzija) Joško Valentinčič Ljubljana, 2009

2

3 Kazalo 1 Elektroerozijska obdelava Princip odvzemanja Elektroerozijski postopki Potopna elektroerozija Žična elektroerozija Prebijalna elektroerozija Elektroerozijsko frezanje Elektroerozijsko brušenje (EDG) Elektroerozijsko ostrenje brusov (EDD) Kombinacija ultrazvočne in elektroerozijske obdelave (UEDM) Abrazivno elektroerozijsko brušenje (AEDG) Mikro elektroerozija (MEDM) Mikro žična elektroerozija (MWEDM) Elektroerozija krt Dvojni rotrirajoči elektrodi Potopna elektroerozija Opis postopka Vhodni parametri Procesni parametri Izhodni parametri Izbira obdelovalnih parametrov Stroj Podajalni sistem Generator impulzov

4 4 KAZALO Regulacija izpiranja reže Klasični in CNC elektroerozijski stroji Elektrode Materiali Izdelava Tehnološke aplikacije Orodjarstvo Oplastenje orodij Obdelava neprevodnih materialov Prednosti in slabosti Ekonomski pogled Vpliv dizajna Kvaliteta Žična elektroerozija Karakteristike procesa Uporaba Materiali Kovinski materiali Keramika in kompozitni materiali Prednosti in slabosti Ekonomski pogled Zaključek elektroerozijskih postopkov

5 Poglavje 1 Elektroerozijska obdelava Elektroerozijski postopki sodijo med elektrotermične nekonvencionalne obdelovalne postopke. Tehnologija elektroerozijske obdelave se je pričela razvijati v štiridesetih letih. Fenomen električne razelektritve v električno neprevodni tekočini je že dolgo poznan, vendar sta bila zakonca Lazarenko prva, ki sta uspela doseči neprimerno večjo obrabo na eni elektrodi kot na drugi in tako preslikala negativno obliko ene elektrode v drugo (obdelovanec). Pri vseh elektroerozijskih postopkih sta obdelovanec in orodje spojena z virom električne energije: predstavljata elektrodi med katerima teče proces razelektritev skozi dielektrik v katerega sta potopljena. Dielektrik je električno neprevoden in razelektritve v reži so posledica električnih impulzov, ki nastajajo v generatorju impulzov. Impulzi povzročajo porast električnega potenciala na elektrodi, kar vodi do preboja izolacijske plasti dielektrika v reži med elektrodo in obdelovancem. Preboj se zgodi na mestu, kjer je prevodnost reže največja. V tekočini, ki ionizira, se ustvari kanal plazme premera nekaj mikrometrov. Dovedena energija v času obstoja kanala plazme se pretvarja v toploto, ki prehaja iz kanala plazme v obe elektrodi in vpliva na količino raztaljenega in uparjenega materiala na elektrodah. Po prenehanju impulza, dovajanja energije, nastopi implozija plazemskega kanala in nataljen material zapusti obdelovanec ter zaplava v dielektriku v obliki drobnih delcev. (a) Potopna elektroerozija (b) Žična elektroerozija (c) Elektroerozijsko brušenje Slika 1.1: Elektroerozijski obdelovalni postopki Tak način obdelave je imel določene prednosti v primerjavi z ostalimi obdelovalnimi postopki: 5

6 6 Poglavje 1. Elektroerozijska obdelava omogočal je natančno izdelavo kompleksnih oblik v trdih materialih, saj trdnost in trdota ne igrata pomembne vloge pri obdelavi. Slabost, ki je še vedno prisotna, je v relativno počasni obdelavi. Največ se uporabljajo trije elektroerozijski postopki (slika 1.1): potopna elektroerozija, žična elektroerozija in elektroerozijsko brušenje. Potopna elektroerozija se uporablja za izdelavo kalupov v orodjarstvu, žična elektroerozija se uporablja za natančno konturno rezanje električno prevodnih materialov (predvsem v orodjarstvu), elektroerozijsko brušenje pa za brušenje orodij iz električno prevodnih karbidnih trdin in keramike. 1.1 Princip odvzemanja Odvzem materiala nastopi zaradi erozijskega efekta električnih razelektritev med dvema elektrodama. Predlaganih je bilo nekaj teorij, ki razlagajo zapletene pojave pri elektroerozijski razelektritvi, vendar je elektrotermična teorija tista, ki jo eksperimentalni rezultati najbolje potrjujejo. Poleg elektrotermične razlage odvzemanja materiala pri elektroeroziji sta znani še elektromehanična in termomehanična razlaga. Elektrotermična teorija pravi, da je odvzem materiala na obdelovancu rezultat visoke temperature, ki je posledica intenzivnega toka razelektritve. Poglejmo si najprej, kako pride do visoke temperature ( C), ki povzroča taljenje in uparjanje kovine (Slika 1.2): 1. Obdelovanec in orodje sta vključena v električni tokokrog kot anoda in katoda. Elektroda, ki predstavlja orodje, je približana na razdaljo delovne reže k obdelovancu. Med obema elektrodama je električno neprevodna tekočina dielektrik. Generator pošlje električni impulz na elektrodo in obdelovanec in med njima ustvari električno polje. 2. Na mestu najmočnejšega električnega polja je ionizacija dielektrika najbolj intenzivna. 3. Višek elektronov iz katode se usmeri proti anodi. Na poti zadevajo v atome dielektrika in jih ionizirajo. S tem nastajajo tudi novi elektroni, ki so usmerjeni proti anodi. S koncentracijo ionov in elektronov se prične graditi ionizirani prevodni kanal. 4. Oblikuje se električno prevoden kanal plazme in prične se razelektritev, ki povzroča taljenje in uparjanje materiala obeh elektrod. Plazma je plin, zato tam nastane plinski mehurček, v katerem pritisk narašča in mehurček se veča. 5. Po prekinitvi tokovnega impulza temperatura v kanalu pade, kanal se zoži in pride do implozije mehurčka. Hidrodinamične sile, ki pri tem nastanejo, odstranijo raztaljeni material iz kraterja, nastalega v plazemskem kanalu. Odstranjen material odplakne dielektrik. Na tem mestu velja omeniti, da je uveljavljenih več razlag odvzema materiala. Nekateri zagovarjajo, da se po porušitvi plazemskega kanal pojavi podtlak na mestu razelektritve, kar povzroči izdatno vretje pretaljenega materiala in s tem nataljen material zapusti površino. Dokazano je, da kanal plazme potuje okoli mesta razelektritve. Možno je, da tovrstno gibanje, ki povzroča lokalno spremembo tlaka, ustvarja pogoje, da nataljen material zapusti površino obdelovanca že pred koncem razelektritve. 6. Pri vsaki razelektritvi nastane krater, zato je erodirano površino tvori neskončno število kraterjev. Z elektroerozijo dosegljiva hrapavost površine obdelovanca znaša od 0, µm. Nataljen material, ki je zapustil površino, se v dielektriku strdi v obliki majhnih kroglic, ki vsebujejo tudi nekaj snovi iz elektrode in dielektrika. Preostali del plinov gre v ozračje, zato je

7 1.2 Elektroerozijski postopki 7 Slika 1.2: Potek razelektritve v reži med elektrodo in obdelovancem potrebno poskrbeti za prisilno odvajanje in filtriranje nastalih plinov. Okolica kanala plazme deionizira. Brez dovolj dolgega časa pavze se deionizacija ne zaključi in odvzet material se še ne razporedi homogeno po reži, kar vodi do pojava naslednje razelektritve na istem mestu in posledično do nestabilnega procesa (pog ). Večje število razelektritev na istem mestu povzroči poškodbo površine na obdelovancu. Med procesom se spreminjajo tudi kemične in druge lastnosti dielektrika. Raztaljen in uparjen material se v dielektriku ponovno ohladi. Na obeh elektrodah nastane krater; njuna velikost je odvisna od materiala elektrod in izbranih obdelovalnih parametrov. Zaželena je čim večja razlika v velikosti kraterjev na obeh elektrodah, saj krater na eni elektrodi predstavlja zaželen odvzem, medtem ko predstavlja krater na drugi elektrodi nezaželeno obrabo. Nadalje bomo termin elektroda uporabljali za elektrodo, kjer kraterji predstavljajo obrabo in katere oblika se preslika v obdelovanec - na obdelovancu kraterji predstavljajo odvzem materiala. V pavzi med posameznimi impulzi dielektrik deionizira in po pavzi sledi nova razelektritev zopet tam, kjer je upornost najmanjša in električno polje najmočnejše. Odvzema materiala se torej vrši z nalaganjem kraterjev na površini obdelovanca. Generirana površina obdelovanca ima tako kot površine po struženju in frezanju odprt profil, vendar je za razliko od ostalih dveh omenjenih procesov vzorec na površini naključen. Kraterji se namreč naključno pojavljajo na površini. Hrapavost površine je direktno odvisna od energije razelektritev; frekvenca pojavljanja razelektritev ne vpliva na hrapavost. Večja energija razelektritev povzroča večje in globlje kraterje in obratno. 1.2 Elektroerozijski postopki Razvila sta se predvsem dva elektroerozijska obdelovalna postopka: potopna elektroerozija (EDM 1 ) in žična elektroerozija (WEDM 2 ). Ostali postopki se redkeje uporabljajo, zato jih na tem mestu navajamo zgolj informativno; mikro elektroerozijo bomo detajlneje obravnavali v poglavju o mikroobdelavi Potopna elektroerozija S pomočjo potopne elektroerozije preslikamo obliko elektrode v obdelovanec. Če upoštevamo še karakteristike elektroerozijskega procesa, je ta postopek primeren za izdelavo zapletenih 3D oblik v trde in električno prevodne materiale. S posebnimi prijemi je mogoče obdelovati tudi električno neprevodne materiale. Več o tem v poglavju Zato se potopna elektroerozija uporablja 1 angl. Electrical discharge machining 2 angl. Wire electrical discharge machining

8 8 Poglavje 1. Elektroerozijska obdelava predvsem v orodjarnah za izdelavo orodij za preoblikovanje, tlačno litje, brizganje itd. Postopek je uporaben tudi za izdelavo lukenj majhnih premerov in relativno velikih globin. Premer luknje je navzdol omejen s premerom elektrode, ki jo lahko izdelamo. Standardne elektrode okroglega preseka imajo premer d 0,2 mm. Globina je omejena le s togostjo elektrode. Več o tem postopku v nadaljevanju Žična elektroerozija Žična elektroerozija se uporablja za konturno rezanje. Relativni pomik žice (elektrode) napram obdelovancu je numerično krmiljen po trajektoriji, kot zahteva predpisana kontura izdelka. Na stroju, ki omogoča ločeno krmiljenje zgornjega in spodnjega vodila žice, je mogoče izdelati tudi t.i. 2,5D oblike, kot je npr. konična luknja. Tudi ta postopek se predvsem uporablja v orodjarstvu. Skupaj s potopno elektroerozijo pokrivata široko področje izdelave orodij. Več o tem postopku v nadaljevanju Prebijalna elektroerozija Prebijalna ali vrtalna erozija je postopek vrtanja lukenj majhnih premerov v kovinske materiale. Največkrat se uporablja za izdelavo lukej, ki služijo za zažetek rezanja z žično elektroerozijo. Je alternativa klasičnemu vrtanju in se uporablja, ko le-to ni več mogoče izvesti (kaljeni materiali, luknje majhnih premerov in velikih globin (h/d > 10)). S prebijalno elektroerzijo izdelujemo luknjice premerov od 0,3 mm do 3 mm. Glavna prednost prebijalne pred potopno elektroerozijo je v dovajanju dielektrika v režo. Prebijalna elektroerozija ima prigrajeno črpalko, ki ustvarja tlake do 160 bar, kar omogoča dovajanje dielektrika v režo skozi luknjico v elektrodi. Tako visok tlak je potreben zaradi premagovanja upornosti v cevki (elektrodi) Elektroerozijsko frezanje Omeniti velja še elektroerozijsko frezanje, ki se je začelo razvijati tako kot žična elektroerozija, šele z razvojem CNC 1 krmilnikov. Elektroerozijsko frezanje je obdelovalni postopek, kjer se uporablja elektrode standardnih oblik največkrat so to valjaste elektrode različnih premerov. Željena oblika se doseže z ustrezno trajektorijo elektrode, ki jo zagotavlja CNC krmilnik. This newer EDM process uses standard cylindrical rotating electrodes to perform electrical discharge erosion in the form of milling. A mold cavity is formed by successive passes of the electrode down to the desired depth. Material removal rates are similar to die-sinking machines. In EDM Milling, the use of standard cylindrical electrodes significantly reduces the cost of making expensive, complex electrode shapes Elektroerozijsko brušenje (EDG) This EDG process (also known as Rotary EDM and EDM Grinding) uses a rotating electrically conductive wheel (similar in size to a standard abrasive grinding wheel) as the tool electrode to perform electrical discharge erosion similar to creep-feed grinding. This process is used as an elective alternative for sharpening carbide and diamond tipped cutting tools, thus reducing the 1 angl. Computer numerical control

9 1.2 Elektroerozijski postopki 9 high cost of using diamond grinding wheels. EDG machines are more commonly used throughout the European countries than in the U.S Elektroerozijsko ostrenje brusov (EDD) This EDM system uses the electrical discharge erosion effect to dress grinding wheels in realtime when mechanically grinding tough materials. In this process, the grinding wheel must be electrically conductive. A metal bonded diamond grinding wheel is usually dressed by this method. A pulsed electrical voltage is applied between the electrode and grinding wheel in which the generated electrical discharge removes the built-up edges on the grinding wheel. This process can also be used to produce a specially formed grinding wheel Kombinacija ultrazvočne in elektroerozijske obdelave (UEDM) This is a thermal material removal process in which material is removed by electrical discharge erosion with a tool electrode that is vibrating at ultrasonic frequency. The ultrasonic vibration improves the machining stability and substantially increases machining rates when drilling small or micro holes Abrazivno elektroerozijsko brušenje (AEDG) This is a hybrid process in which material is removed by the combination action of the electrical discharge erosion and mechanical grinding for machining advanced ultra-hard materials. This process is particularly useful for machining polycrystalline diamond (PCD) materials. Electrical discharges help to increase the material removal rate and the mechanical grinding generates a fine surface finish Mikro elektroerozija (MEDM) Micro EDM is defined here as a miniature sinker type machine which normally utilizes a diamond V-groove to rotate the tool electrode to 10,000 rpm. Electrode diameters down to 5 micron are possible which are used for producing micro holes or other shapes in thin electrically conductive materials. The electrodes are made by a reverse polarity method using another speciality EDM process known as Wire Electrical Discharge Grinding (WEDG). The most common size range for Micro EDM is from 20 µm to 250 µm. One of the major manufacturer s of Micro EDM equipment offers a machine with.1 µm resolution using a CNC system for controlling the X-Y-Z axes. It will routinely drill 10 µm to 200 µm with an accuracy of ±1-2 µm. Due to the very small nature of this work, MEDM is accomplished with the aid of a microscope Mikro žična elektroerozija (MWEDM) This EDM process uses a tungsten wire electrode with a diameter as small as 10 µm. Micro Wire EDM systems focus mainly on the machining of 0.1 to 1 mm size parts, which, due to material, thickness, etc., are impossible to form using the semiconductor process. These machines utilize a specially developed wire travel system, spark generator and MWEDM monitoring system capable of analyzing and controlling extremely small energy levels.

10 10 Poglavje 1. Elektroerozijska obdelava Elektroerozija krt This highly specialized EDM process has the ability to machine a curved path or tunnel through the workpiece. This process is referred to by its originally developers as Mole EDM because it is like a mole digging a tunnel into the ground. The Mole EDM machine s shape is similar to a bar which can be bent and a shape memory alloy is used as an actuator. An ultrasonic wave is used to detect the form of tunnels machined by this process. It was originally developed by Tokyo University Engineering Department and Mitsubishi Electric Corporation in Japan Dvojni rotrirajoči elektrodi This method uses rotating electrodes to erode a rotating workpiece, which can produce various workpiece shapes by combining the relative positions and angular velocities of electrode and workpiece. By keeping angular velocities of the two axes identical, its developers report that high precision spirals can be generated with a diameter error less than mm, circular error less than mm and surface roughness of Ra µm.

11 Poglavje 2 Potopna elektroerozija Kot smo že uvodoma omenili, je bila potopna elektroerozija prva aplikacija elektroerozijske obdelave. Ostali zgoraj navedeni postopki so se začeli razvijati nekoliko kasneje. Zato pogosto potopno elektroerozijo krajše imenijemo kar elektroerozija. Karakteristike potopne elektroerozije: Obdeluje se vse električno prevodne materiale; s posebnim postopkom je mogoče obdelati tudi neprevodne materiale kot so neprevodna keramika in diamant. Mehanske lastnosti materialov imajo zanemarljiv vpliv na obdelovalni proces. Najbolj pomembni materialni lastnosti sta električna in toplotna prevodnost. Natančnost obdelave je 0,01 mm, s posebnim trudom operaterja do 2,5 µm. Običajno se obdeluje do hrapavosti R a =2 µm. Na nekaterih strojih je mogoče izdelati tudi zrcalno gladke površine (R a =0,04 µm), vendar obdelava do takšne hrapavosti zahteva ogromno časa, ker je stopnja odvzema zelo majhna. Dosega se relativno majhne stopnje odvzema: V w =0,3 cm 3 /min. Na površini ostane toplotno prizadeta plast, ki je trša od osnovnega materiala vendar izredno krhka in polna razpok (pog ). Za dolgo življensko dobo orodij moramo to plast odstraniti s finim brušenjem ali poliranjem. 2.1 Opis postopka Proces potopne elektroerozijske obdelave bomo opisali preko parametrov, ki tam nastopajo. Razdelimo jih v tri skupine: Vhodni parametri vstopajo v proces in določajo njegov potek. Nekateri od njih služijo za krmiljenje procesa. Procesni parametri so prisotni v procesu in jih je mogoče sprotno zasledovati. Na njih definirani atributi se uporabljajo za nadzor procesa. Izhodni parametri izstopajo iz procesa in jih med procesom ni mogoče direktno meriti. So rezultat procesa. V obdelovalni proces vstopajo: elektroda, katere oblika se med procesom obdelave preslika v obdelovanec, ki prav tako vstopa v proces, nato so tu še dielektrik in obdelovalni parametri 11

12 12 Poglavje 2. Potopna elektroerozija nastavljeni na stroju. Nekateri obdelovalni parametri se v obdelovalnem procesu neposredno odražajo na procesnih parametrih, drugi pa posredno preko procesnih parametrov in naključnih procesov v reži 1. Razmere v reži in obdelovalni proces sta močno prepletena: potek procesa se odraža v razmerah v reži in razmere v reži vplivajo na nadaljnji potek procesa. Oboje sprotno zasledujemo preko atributov na napetostnem in tokovnem signalu. Izhodni parametri so posledica obeh, vhodnih in procesnih. Izhod iz procesa je obdelovanec, v katerega se je preslikala elektroda, ki se je pri tem delno obrabila (slika 2.1) Vhodni parametri V proces vstopajo obdelovanec, elektroda, dielektrik in obdelovalni parametri, kamor sodijo nastavitve na generatorju in podajalnem sistemu. Glede na material obdelovanca je izbran material elektrode. V praksi se za obdelavo orodnega jekla, ki se najpogosteje obdeluje z elektroerozijo, enakovredno uporabljata elektrolitski baker in grafit, medtem ko se za obdelavo barvnih kovin uporablja samo elektrolitski baker. Za vsako kombinacijo materialov proizvajalec elektroerozijskih strojev podaja tehnološke tabele, kjer so zbrani primerni obdelovalni parametri za grobe, fine in vmesne obdelave režime in pripadajoči izhodni parametri, kot so stopnja odvzema, obraba elektrode, integriteta površine itd. (poglavje 2.1.3). Polariteta elektrode in obdelovanca je odvisna od kombinacije materialov elektrode in obdelovanca ter vrste režima. Za grobo in vmesne obdelave jekla je elektroda pozitivna, za zelo fino obdelavo pa negativna. Pri obdelavi barvnih kovin je elektroda vedno negativna. Vir razelektritev v reži je impulzni generator, ki zagotavlja zaporedne enosmerne impulze. V grobem ločimo dve vrsti generatorjev: izofrekvenčne in izoenergijske. Kot že imeni povesta, prvi zagotavlja konstantno frekvenco razelektritev posredno preko konstantnega časa impulza (t i = konst.), medtem ko drugi zagotavlja konstantno energijo razelektritev posredno preko konstantnega časa razelektritve (t e = konst). Slednji dosegajo boljše rezultate, zato se tudi pogosteje uporabljajo. Naše raziskave so vezane na preizkuse na stroju z izoenergijskim generatorjem, zato bomo obravnavali parametre takšnega generatorja. Obdelovalni režim posredno določa razelektritveno energijo, ki pogojuje velikost enotskega odvzema (kraterja na površini obdelovanca), torej hitrost odvzema in integriteto površine. Razelektritvena energija ene razelektritve je določena z enačbo E = te 0 I(t) U(t) dt, (2.1) kjer je potek toka v reži I(t) odvisen od tokovne omejitve i e na stroju, ki jo nastavljamo s tokom nizke napetosti i e1 in tokom visoke napetosti i e2 (i e = i e1 + i e2 ). Določitev tokovne omejitve z dvema tokovoma omogoča nastavljanje hitrosti rasti toka pri preboju reže in vzpostavitvi plazemskega kanala v reži. S tem vplivamo na obrabo elektrode: počasnejše naraščanje toka pri vzpostavljanju plazemskega kanala v reži povzroča manjšo obrabo elektrode. Običajno je tok v reži enak nastavljeni tokovni omejitvi na stroju. Nastavljiva sta tudi čas razelektritve t e in vžigna napetost u i, ki je prisotna v fazi preboja izolacijske plasti dielektrika. Večja vžigna napetost omogoča preboj debelejše izolacijske plasti, zato je verjetnost preboja večja. Tako kot pri vseh obdelovalnih postopkih tudi pri elektroeroziji uporabljamo grobo obdelavo kot začetno obdelavo z relativno velikimi odvzemi in fino obdelavo kot končno obdelavo, s katero dosežemo predpisano kvaliteto površine obdelovanca. Za razliko od večine ostalih obdelovalnih 1 V reži so bile odkrite tudi kaotične karakteristike

13 2.1 Opis postopka 13 VHOD PROCES IZHOD U gen Razmere v reži med elektrodo in obdelovancem U Napetostni in tokovni signal v reži: ui R.F. Obdelovanec: - material Elektroda: - material - geometrija Dielektrik: - kinematična viskoznost - dielektričnost -... EDM stroj: - polariteta - tok nizke napetosti (i e1 ) - tok visoke napetosti (i e2 ) - vžigna napetost (u i ) - čas razelektritve (t e ) - čas pavze (t o ) - referenčna napetost v reži (U ref ) - časovna konstanta servo sistema (k) - izpiranje reže (Φ) - frekvenca odmikov (ν odmik ) - višina odmika (h odmik ) ue ie I t d t i t e t p t o t t Elektroda: - volumska obraba (V e ) - relativna obraba (ϑ = Ve V w ) - relativna obraba robov (ϑ LC = lc l l c ) Obdelovanec: - geometrija - natančnost - stopnja odvzema (V w ) - integriteta površine (R a, HAZ, mikro razpoke) Slika 2.1: Parametri elektroerozijske obdelave

14 14 Poglavje 2. Potopna elektroerozija postopkov gre prehod od grobe do fine obdelave preko nekaj vmesnih obdelav, da dosežemo minimalne obdelovalne čase (poglavje 2.1.3). Okvirne vrednosti parametrov in energije ene razelektritve za grobe in fine obdelave podaja tabela 2.1. Tabela 2.1: Okvirne vrednosti obdelovalnih parametrov in razelektritvene energije za grobo in fino obdelavo. Obdelovalni Obdelava parameter groba fina u i [V] i e [A] 50 1 t e [µs] E [J] 0,8 0,0003 Izbira finega režima je odvisna od zahtevane integritete površine obdelovanca, medtem ko je izbira grobega obdelovalnega režima določena z velikostjo erodirne površine (več o tem v poglavju 2.1.4). Vmesni režimi so priporočeni s strani proizvajalca stroja, ki za različne velikosti erodirnih površin podaja zaporedje režimov od grobe do fine obdelave. Zaželjeno je, da razelektritve na obdelovalni površini niso lokalizirane, ampak se naključno pojavljajo po celotni obdelovalni površini. To zagotavljamo z dovolj dolgim časom pavze t o in čiščenjem reže. Dovolj dolg čas pavze je predpogoj za naključno pojavljanje razelektritev v reži. Biti mora dovolj dolg, da se zaključi proces deionizacije dielektrika. V nasprotnem primeru se nova razelektritev pojavi na mestu predhodne razelektritve, ker prisotni ioni zmanjšujejo lokalno upornost v reži. Zagotoviti je potrebno tudi odvajanje trdih delcev, ki plavajo v reži; to so odvzeti delci obdelovanca in produkti pirolize dielektrika. Za to imamo na voljo dve možnosti in v večini primerov se uporabljata obe. To je prisilno izpiranje reže s črpalko (sklop regulacije izpiranja reže) in odmikanje elektrode od obdelovanca. Poglejmo si najprej prisilno izpiranje reže. Če dopušča oblika obdelovanca ali elektrode, je najbolje izvesti izpiranje skozi enega od njih neposredno v režo. Takšen način izpiranja je učinkovit tudi pri obdelavi na večjih globinah. Vendar takšnega izpiranja največkrat ni možno izvesti. Zato se uporablja izpiranje s pomočjo dodatnih šob, ki so nameščene v bližino reže med elektrodo in obdelovancem. V tem primeru se zagotavlja dodatno izpiranje z odmikanjem elektrode od obdelovanca: reža se poveča na nekaj milimetrov in obdelovalni proces se za nekaj trenutkov prekine, režo zalije svež dielektrik in obdelava se nadaljuje, ko se elektroda primakne na primerno razdaljo k obdelovancu. Na stroju nastavljamo frekvenco odmikanja elektrode ν odmik in višino odmika h odmik. Obdelava z elektrodami konkavnih oblik in obdelava v velikih globinah je zahtevna, saj so pogoji izpiranja reže zelo slabi. Zato morajo biti obdelovalni parametri pravilno izbrani. Slika 2.2 prikazuje razne oblike elektrod oziroma obdelovancev, ki so razvrščeni po zahtevnosti izpiranja reže. Slabše izpiranje povzroča manjše hitrosti odvzema in s tem daljše izdelovalne čase. Velikost reže med obdelavo je določena z referenčno napetostjo U ref, ki jo nastavljamo na stroju. Nastavljena vrednost se primerja z izmerjeno povprečno napetostjo v reži. Podajalni sistem za pomikanje elektrode zmanjša režo, če je izmerjena napetost večja od nastavljene, in obratno. Tako se velikost reže med obdelavo stalno prilagaja razmeram v reži. Hitrost prilagajanja oziroma časovna konstanta servo sistema k je tudi nastavljiva na stroju. Omenimo še kinematično viskoznost, ki najpomembnejša lastnost dielektrika. Velja, da je večja viskoznost boljša za grobo obdelavo in manjša viskoznost boljša za fino obdelavo. V praksi se največ uporablja univerzalen dielektrik s kinematično viskoznostjo okoli 20 mm 2 /s, saj se na

15 2.1 Opis postopka Zelo dobro Dobro Solidno Slabo D Zelo slabo Ekstremno slabo H Slika 2.2: Oblike elektrod oziroma obdelovancev, razvrščeni po zahtevnosti izpiranja reže (vir: Machining data handbook).

16 16 Poglavje 2. Potopna elektroerozija enem stroju največkrat vršita tako groba kot tudi fina obdelava. Dielektrik praktično nima vpliva na izbiro obdelovalnih parametrov Procesni parametri Obdelovalni proces se vrši v reži med elektrodo in obdelovancem, zato parametre, ki tam nastopajo imenujemo procesne parametre. Obravnavali bomo le napetostni in tokovni signal v reži, ker sta to najbolj informativna procesna parametra elektroeroziskega procesa. Na napetostnem in tokovnem signalu v reži določimo atribute, ki popisujejo dogajanje v reži med razelektritvijo in na podlagi njihovih vrednosti izvajamo nadzor procesa 1. V poglavju smo pisali o servo sistemu, ki zagotavlja primerno režo med elektrodo in obdelovancem na osnovi merjene povprečne napetosti v reži. To je že eden od atributov na napetostnem signalu, ki se ga uporablja za krmiljenje procesa Tudi najenostavnejši elektroeroziski stroji imajo izvedeno sprotno detekcijo povprečne napetosti v reži in krmiljenje velikosti reže preko nastavljene referenčne napetosti. Boljši elektroerozijski stroji imajo izvedeno klasifikacijo razelektritev v tipične skupine tudi preko atributov na napetostnem signalu. Smiselno je definirati vsaj štiri skupine: razelektritve, pri katerih ne nastopi preboj reže in se razelektritev sploh ne zgodi; pravilne razelektritve, ki so najbolj zaželjene; nepravilne razelektritve, ki se odražajo na hitrosti odvzema in v ekstremnem primeru tudi na integriteti površine obdelovanca (poglavje 2.1.3); ter kratki stiki, ki povzročajo veliko obrabo elektrode. Za klasifikacijo razelektritev se na napetostnem signalu uporablja več atributov. Naj omenimo le dva: čas zakasnitve t d in visokofrekvenčni signal v času obstoja plazemskega kanala v reži. Slika 2.3 prikazuje napetostni in tokovni signal v reži petih tipičnih razelektritev, ki so bile izmerjene med procesom grobe obdelave. Poglejmo si vsak tip posebej. Proste razelektritve (A) nastopijo, ko je upornost v reži prevelika, da bi prišlo do preboja reže in vzpostavitve plazemskega kanala. Takšne razelektritve 2 ne povzročajo odvzema na obdelovancu. Na napetostnem signalu v reži opazimo, da je čas zakasnitve t d enak celotni dolžini impulza in je zato čas razelektritve t e enak nič. Skozi režo ne steče tok, kar je lepo vidno na tokovnem signalu. Razelektritvena energija definirana z enačbo (2.1) je enaka 0. Delovne razelektritve (B) so odraz čiste reže: homogene razporeditve odvzetih delcev in zaključene deionizacije dielektrika; so odraz pravilnega poteka obdelovalnega procesa. Takšne razelektritve so naključno razporejene po obdelovalni površini. Na napetostnem signalu vidimo, da nastopi preboj dielektrika in vzpostavitev plazemskega kanala šele nekaj časa po začetku impulza, na tokovnem signalu pa je opazen porast toka, ko je vzpostavljen kanal plazme. Od vzpostavitve plazemskega kanala do konca razelektritve se sprošča razelektritena energija E in posledica je krater na površini obdelovanca, kar je cilj vsakega impulza. Za razliko od delovnih razelektritev so obločne (C1 in C2) odraz lokalno povečane prevodnosti reže. Zato nastopi preboj reže takoj na začetku impulza in takšno razelektritev imenujemo obločna razelektritev (C1). Pojavljajo se na istem mestu v reži, saj vsaka razelektritev povzroča še večjo lokalno prevodnost reže zaradi odvzetih delcev obdelovanca ter pirolize in ionizacije dielektrika. Prevelik delež obločnih razelektritev vodi do poškodbe površine obdelovanca (slika 2.4), zato je potrebno med obdelavo zagotavljati nizek delež 1 Na podlagi napetostnega in tokovnega signala med razelektritvijo je mogoče sklepati na geometrijo nastalega kraterja na površini obdelovanca 2 Dejansko sploh niso razelektritve ampak impulzi, vendar zaradi konsistence uporabljamo izraz razelektritve.

17 2.1 Opis postopka 17 Napetost [V] Napetost [V] Tok [A] Tok [A] Napetost [V] Čas [µs] (a) Prosta razelektritev A Napetost [V] Čas [µs] (b) Delovna razelektritev B 0 0 Tok [A] Čas [µs] (c) Obločna razelektritev C1 Napetost [V] Tok [A] Čas [µs] (d) Prekinjena obločna razelektritev C2 0 Tok [A] Čas [µs] (e) Kratkostična razelektritev D Slika 2.3: Tipičen predstavnik vsake skupine razelektritev. Predstavljeni primeri so bili zajeti med grobo obdelavo.

18 18 Poglavje 2. Potopna elektroerozija obločnih razelektritev. Potek napetostnega in tokovnega signala med takšno razelektritvijo je podoben kot pri delovnih razelektritvah, le da pri teh razelektritvah nastopi vzpostavitev kanala plazme takoj na začetku impulza: t d 0. Tudi pri tem tipu razelektritev se sprosti razelektritvena energija E. Boljši generatorji imajo vgrajeno t.i. protiobločno zaščito, ki prekinja dovajanje električnega toka v režo, če si zaporedoma sledi preveč obločnih razelektritev 1. Takšne razelektritve imenujemo prekinjene obločne razelektritve (C2) in njihova razelektritvena energija E je zanemarljivo majhna. Tako kot proste razelektritve ne povzročajo kraterja na površini obdelovanca. V reži moramo torej zagotoviti čimbolj homogeno razporeditev odvzetih delcev v dielektriku in deionizacijo dielektrika, sicer je rezultat procesa poškodovana površina obdelovanca oz. ob uporabi protiobločne zaščite slabša produktivnost procesa. Kratkostične razelektritve (D) se pojavijo, ko sta elektroda in obdelovanec v kratkem stiku. To je v primeru, ko je upornost v reži enaka 0. Vzrok so lokalno nakopičeni delci v dielektriku in fizični stik elektrode in obdelovanca. Takšne razelektritve povzročajo relativno veliko obrabo elektrode in relativno majhno stopnjo odvzema, zato je zaželjeno, da je takšnih razelektritev čimmanj. Napetost v reži je pri tej razelektritve ves čas enaka ali skoraj enaka 0. Plazemski kanal se ne ustvari. Tok bi se sicer moral dvigniti do tokovne omejitve na stroju, vendar vidimo na sliki tokovnega signala, da tok ni stekel skozi režo, ker je generator zaznal kratek stik in je prekinil dovajanje toka. Razelektritvena energija E je enaka 0. Slika 2.4: Primer zažgane površine obdelovanca zaradi nestabilnega procesa, ki je bil posledica onesnaženosti reže. Delavne in obločne razelektritve imenujemo tudi gorilne razelektritve, ker se pri njih vzpostavi plazemski kanal. Samo pri teh razelektritvah govorimo o gorilnem toku i e in gorilni napetosti u e. Med obdelavo je zaželjen čimvečji delež delovnih razelektritev in čimmanjši delež ostalih tipov razelektritev. Prevelik delež obločnih razelektritev kvarno vpliva na integriteto površine v najslabšem primeru je potrebno popraviti poškodovan del površine z brušenjem, navarjanjem in ponovnim brušenjem ter poliranjem; kratkostične razelektritve povzročajo veliko obrabo elektrode, medtem ko proste razelektritve le manjšajo hitrost odvzema na obdelovancu. Zato obločne in kratkostične razelektritve smatramo za kvarne razelektritve in delež teh razelektritev je merilo stabilnosti procesa. Ker se kvarnim razelektritvem med obdelavo težko izognemo se v praksi smatra proces z deležem kvarnih razelektritev pod 15% kot stabilen proces. Poglejmo si, kako onesnaženost reže vpliva na stabilnost procesa. Več trdih delcev v reži, ki so posledica odvzetega materiala obdelovanca, obrabe elektrode in pirolize dielektrika ter ioniziran dielektrik povzročajo lokalno povečanje prevodnosti reže, kar vodi k nestabilnemu procesu. Če 1 Nekateri generatorji prekinejo vsako obločno razelektritev.

19 2.1 Opis postopka 19 prevodnost v reži ni konstantna, servo sistem stalno spreminja velikost reže. To se pozna na povečanem deležu prostih in kvarnih razelektritev, saj so proste razelektritve pogostejše pri večji reži in kvarne so pogostejše pri manjši reži. Na sliki 2.1 so med drugimi definirani tudi sledeči atributi na napetostnem signalu: čas periode t p, čas impulza t i, čas pavze t o in zakasnitev razelektritve t d. Med njimi veljajo sledeče relacije: t p = t i + t o, t i = t d + t e. Čas razelektritve in čas pavze neposredno nastavljamo na stroju. Zakasnitev razelektritve je odvisna od razmer v reži med elektrodo in obdelovancem: velikosti reže, deleža in porazdelitve trdih delcev v reži, prisotnosti ionov v dielektriku. Torej so čas zakasnitve razelektritve t d, čas impulza t i in čas periode t p le posredno določeni z obdelovalnimi parametri nastavljenimi na stroju Izhodni parametri Cilj obdelave je doseči takšne izhodne parametre, ki zadostijo zahtevam za izdelek. Vhodne parametre (poglavje 2.1.1) se izbira glede na geometrijo izdelka in predpisano integriteto površine. Nadalje se vrši izbira glede na tehnološke zahteve, kot so število uporabljenih elektrod za izdelavo, način izpiranja reže itd. Najpomembnejša izhodna parametra sta natančnost obdelave in integriteta površine. Pomemben je tudi čas obdelave, ki je določen s hitrostjo odvzemanja materiala obdelovanca. Merilo za hitrost odvzema je stopnja odvzema, določena z enačbo ki predstavlja odvzeti volumen v časovni enoti. V w = V t, (2.2) Stopnja odvzema je odvisna od povprečne razelektritvene energije Ē in frekvence razelektritev ν, ki je določena s časom impulza t i in časom pavze t o (ν = 1 t i +t o ). Daljši čas pavze pomeni tudi nižjo frekvenco razelektritev. Povprečna razelektritvena energija in frekvenca razelektritev zajemata samo tiste razelektritve, pri katerih se ustvari plazemski kanal, t.j. delovne in obločne razelektritve. Torej je stopnja odvzema odvisna od povprečne moči v reži P, ki je določena z enačbo: P = Ē ν. (2.3) Integriteta površine zajema hrapavost površine oz. topografijo površine in metalurgijo površine, kamor sodi mikrorazpoke, fazne transformacije, zaostale napetosti, mikrotrdota ipd. Na drugem mestu podajajo atribute integritete površine: mikrostrukturne spremembe, rekristalizacija, razpoke med zrni, toplotno prizadeta cona, mikrorazpoke, zaostale napetosti ipd. ter atribute teksture površine: hrapavost, vzorec, brazde, tolerance ipd. Pri elektroerozijski obdelavi obravnavamo sledeče atribute integritete površine: hrapavost površine, globino toplotno prizadete cone, razpoke in zaostale napetosti. Ti atributi so ključnega pomena za izdelke, kot so orodja za tlačno litje, brizganje plastike, utopno kovanje itd., saj od njih zavisi življenjska doba orodij. 1 Pri izofrekvenčnih generatorjih se čas impulza nastavlja na stroju in je čas razelektritve posledica razmer v reži. Z izofrekvenčnimi generatorji neposredno nastavimo željeno frekvenco razelektritev, vendar je energija razelektritve le posredno določena. Zato se enotski odvzem (velikost kraterja) od razelektritve do razelektritve spreminja. Z izoenergijskimi generatorji neposredno nastavimo energijo razelektritve, vendar je frekvenca razelektritev le posredno določena. V obeh primerih je volumski odvzem posredno določen.

20 20 Poglavje 2. Potopna elektroerozija Z elektroerozijo se dosega relativno majhno hrapavost površin, ki jo podajamo s srednjim odstopanjem profila R a ali kot stopnjo hrapavosti po VDI specifikaciji za elektroerozijsko obdelavo (slika 2.5). Slika 2.6 prikazuje presek površin, nastalih pri grobi in fini obdelavi. Toplotno prizadeta plast je sestavljena iz dveh delov. Zgornja, bela plast je homogena in trša od osnovnega materiala, vendar tudi bolj krhka: zato ni zaželjena. Spodnjo, temno plast tvorijo drobni dendriti in ne kvarijo zahtevanih lastnosti površine. Razpoke so večinoma posledica grobe obdelave in po končni obdelavi ne smejo biti prisotne na površini. Slika 2.5: Hrapavost površine po standardu VDI od vrednosti 24 do 45 (a) Groba obdelava slabo (b) Fina obdelava slabo (c) Groba obdelava dobro (d) Fina obdelava dobro Slika 2.6: Primeri toplotno prizadetih con pri grobi obdelavi in fini obdelavi, ki je sledila grobi obdelavi (500-kratna povečava). Večja stopnja odvzema se odraža v slabši integriteti površine in obratno. Zato se obdelava vrši v več stopnjah: od grobe in preko vmesnih obdelav do fine obdelave. Groba obdelava je določena z velikostjo erodirne površine, fina pa z zahtevano integriteto površine izdelka. Vmesne obdelave so izbrane tako, da se dosega minimalne izdelovalne čase. Vsak obdelovalni režim dosega tipično hrapavost površine, globino toplotno prizadete cone, stopnjo odvzema itd. Po končani fini obdelavi se na površini izdelka ne smejo poznati posledice predhodnih obdelav (kraterji, toplotno prizadeta cona). Grobi režimi povzročajo relativno veliko hrapavost in relativno debelo belo plast, zato bi neposreden prehod na fini režim povzročal dolge izdelovalne čase, ker bi bilo potrebno odstraniti debelo toplotno prizadeto plast in velike kraterje z režimom, ki dosega relativno majhno stopnjo odvzema. S postopnim prehajanjem k fini obdelavi odstranjujemo posledice prejšnjih obdelav z režimi z relativno visokimi stopnjami odvzema. Za vsak režim je tako znan dodatek za nadaljnjo obdelavo, ki je določen na osnovi dosegane hrapavosti površine in debeline bele plasti. V idealnem primeru, kjer je možno zvezno spreminjanje režimov in s tem tudi zvezno spreminjanje debeline poškodovanega sloja na površini obdelovanca, bi bili obdelovalni režimi izbrani tako, da bi globina poškodovane površine bila v vsakem trenutku obdelave enaka globini, do katere je potrebno obdelati obdelovanec.

21 2.1 Opis postopka 21 lc l V e lf lk Slika 2.7: Načini podajanja obrabe elektrode Pri grobi obdelavi je velikost reže med elektrodo in obdelovancem okoli 0,1 mm, pri fini obdelavi pa okoli 0,01 mm. Manjša reža omogoča natančnejšo izdelavo, zato s fino obdelavo dosegamo boljšo natančnost; možno je doseči tolerance tudi pod 0,01 mm. Pri tem igra pomembno vlogo obraba elektrode, saj se oblika elektrode preslika v izdelek. Prav zaradi obrabe elektrode je potrebno imeti dve ali več elektrod enake oblike. S prvo elektrodo izvedemo grobo obdelavo in vse vmesne obdelave, fino obdelavo pa z drugo elektrodo. Če moramo uporabiti tri elektrode, zamenjamo elektrodo še med prehajanjem proti fini obdelavi. Obrabo elektrode popisujemo na več načinov. Najpogosteje jo popišemo z volumsko obrabo elektrodo V e, ki označuje volumen obrabe elektrode v časovni enoti in relativno obrabo elektrode ϑ = V e V w, (2.4) ki označuje delež volumske obrabe elektrode V e glede na stopnjo odvzema V w. Ostali načini (slika 2.7) se redkeje uporabljajo in jih tehnološke tabele, ki za konkretni stroj podajajo vhodne in pripadajoče eksperimentalno določene izhodne parametre, običajno ne podajajo. To so: čelna obraba l f, bočna obraba l k in vogalna obraba l c ter pripadajoče relativne obrabe: ϑ lf = l f, l l f ϑ lk = l k, l l k ϑ lc = l c, l l c kjer je l globina erodiranja. Čelna obraba je pomembna pri izdelavi globokih lukenj, kjer je globina vsaj 10-krat večja od obdelovalne površine. Bočna in vogalna obraba sta odvisni od geometrije elektrode in se zato redkeje podajajo Izbira obdelovalnih parametrov Tako kot pri vseh obdelovalnih postopkih tudi pri elektroeroziji uporabljamo grobo obdelavo kot začetno obdelavo z relativno velikimi stopnjami odvzema in fino obdelavo kot končno obdelavo s

22 22 Poglavje 2. Potopna elektroerozija katero dosežemo predpisano natančnost in kvaliteto površine obdelovanca. Za razliko od večine ostalih obdelovalnih postopkov gre pri elektroeroziji prehod od grobe do fine obdelave preko nekaj vmesnih obdelav, saj s stopnjevanim prehajanjem od grobe k fini obdelavi dosegamo minimalne obdelovalne čase. Proizvajalci elektroerozijskih strojev grupirajo vrednosti obdelovalnih parametrov v obdelovalne režime in za vsak režim podajajo pričakovane rezultate obdelave. Vrednosti obdelovalnih parametrov, ki tvorijo obdelovalni režim, in pričakovani rezultati obdelave so odvisni od materiala obdelovanca in elektrode. Vsi ti podatki so pridobljeni na podlagi velikega števila preizkusov in so zbrani v tehnoloških tabelah vsakega stroja. Tehnološke tabele so osnova za izbiro obdelovalnega režima. Izbira režima za fino obdelavo je pogojena s predpisano hrapavostjo površine obdelovanca in dopustno globino toplotno prizadete cone. Pri grobi obdelavi je zaželjen čimvečji odvzem materiala obdelovanca na časovno enoto, t.j. čimvečja stopnja odvzema, zato težimo k čimvečji električni moči v reži med elektrodo in obdelovancem. Vendar se pri obdelavi dane obdelovalne površine izkaže, da se stopnja odvzema veča z večanjem električne moči le do neke mejne električne moči; večanje moči čez mejno vrednost povzroča nestabilen obdelovalni proces, t.j. povečan delež obločnih, prekinjenih obločnih in kratkostičnih razelektritev in posledično celo manjše stopnje odvzema in večjo obrabo elektrode v primerjavi z obdelavo z močjo manjšo od mejne vrednosti. Za dano obdelovalno površino torej obstaja optimalna moč v reži in s tem tudi optimalen grob obdelovalni režim. Izbira finih obdelovalnih režimov ni pogojena z velikostjo erodirne površine, ker je takrat moč v reži relativno majhna. Tako je izbira grobega obdelovalnega režima odvisna tudi od obdelovalne površine, vendar le posredno. Za izbiro obdelovanega režima je pomembna velikost projekcije obdelovalne površine na ravnino, ki je pravokotna smeri obdelave. Takšno površino imenujemo erodirna površina. Primera (a) in (b) na sliki 2.8 imata enako velikost obdelovalne površine A, vendar različno velikost erodirne površine (A 1 in A 2 ). Zato režim, ki je primeren za grobo obdelavo z elektrodo (a), dosega večjo moč v reži kot režim, ki je primeren za grobo obdelavo z elektrodo (b) n α=0 smer podajanja A_1 A n A_2 α smer podajanja R Slika 2.8: Erodirni površini A 1 in A 2 sta projekcija obdelovalnih površin cala na ravnino R, ki je pravokotna na smer podajanja elektrode. V splošnem se obdelovalna površina med obdelavo spreminja. Za primer vzemimo izdelavo dolivke na orodju za brizganje plastike. Dolivka je konične oblike, zato je obdelovalna površina na začetku obdelave le konica stožca in se s prodiranjem elektrode v obdelovanec veča v vedno višji stožec z vedno večjo površino plašča. Za čimhitrejšo izdelavo dolivke je potrebno med obdelavo sprotno spreminjati grob obdelovalni režim glede na globino obdelave.

23 2.2 Stroj 23 Največji problem elektroerozijske obdelave je zagotavljanje dovolj čiste reže med elektrodo in obdelovancem, saj onesnaženost reže vodi obdelovalni proces v nestabilno področje. Odvzet material obdelovanca in elektrode ter produkte pirolize dielektrika je potrebno odvajati iz reže in tako zagotavljati ugodne pogoje za naključno pojavljanje razelektritev v reži. Proces torej postane nestabilen zaradi dveh razlogov. Prvi je prekomerno onesnažena reža in drugi je prevelika moč v reži glede na velikost erodirne površine. Kot že rečeno zagotavljamo stabilen obdelovalni proces z zadostnim čiščenjem reže in pravilno izbiro obdelovalnega režima v primeru grobe obdelave. Osnovna delitev tehnoloških tabel poteka glede na material elektrode in obdelovanca: baker jeklo, grafit jeklo, baker aluminij. Za vsako izmed navadenih kombinacij se tabele nadalje delijo glede na: velikost erodirne površine, način izpiranja reže, obrabo elektrode. Za obdelavo danega obdelovanca je znan material obdelovanca, velikost erodirne površine in zahtevana končna integriteta površine izdelka; v praksi je največkrat predpisana hrapavost površine, podana po standardu VDI ali v obliki srednjega odstopanja profila R a. Izberemo še ustrezen material elektrode, način izpiranja in željeno obrabo elektrode, ki je za izbiro tehnološke tabele podana kvalitativno. Ob poznavanju oz. določitvi teh podatkov, tehnološke tabele enoznačno podajajo vse režime od grobe do zahtevane fine obdelave. S tem so znani tudi vsi obdelovalni parametri. Za vsak režim so podane tudi pripadajoče vrednosti izhodnih parametrov: hrapavost površine, globina bele plasti, stopnja odvzema itd. 2.2 Stroj Elektroerozijski stroj je sestavljen iz treh osnovnih sklopov: podajalne naprave, generatorja električnih impulzov in sistema za pretok dielektrika. Na sliki 2.9 je prikazan stroj, ki omogoča podajalni pomik elektrode napram obdelovancu samo v navpični, z osi. Takšne stroje imenujemo klasični ali tudi manualni elektroerozijski stroji. Boljši stroji omogočajo podajalno gibanje elektrode in obdelovanca v vseh treh kartezičnih smereh (x, y in z) in še rotacijo elektrode okoli svoje osi (običanjo se ta prostostna stopnja označuje s c). Ker so osi med seboj interpolirane, je mogoče na takšnem stroju izdelati tudi npr. navoj. Za podajalno gibanje skrbi CNC krmilni sistem, zato se takšni stroji imenujejo CNC elektroerozijski stroji, orbitalni elektroerzijski stroji ali planetarni elektroerozijski stroji. Več o primerjavi med klasičnimi in CNC krmiljenimi elektroerozijskimi stroji v nadaljevanju (pog ). Na stroju nastavljamo relativno veliko število parametrov, s katerimi določamo potek obdelovalnega procesa. Izbiramo različne obdelave: od grobe, preko vmesnih, do fine obdelave. Pri vsaki obdelavi moramo zagotoviti ustrezne pogoje v reži, da je proces čimbolj stabilen (pog ). Glede na namen ločimo štiri osnovne sklope EDM stroja (slika 2.10). Preko sklopa regulacije impulzov in sklopa močnostne stopnje nastavljamo energijo razelektritev v reži in frekvenco razelektritev. Energija razelektritev določa grobo oz. fino obdelavo. Čas pavze med razelektritvami

24 24 Poglavje 2. Potopna elektroerozija Slika 2.9: Stroj za potopno elektroerozijsko obdelavo skupaj z nastavitvami za regulacijo reže in sklopa za regulacijo izpiranja reže zagotavlja ustrezne pogoje v reži: čistost reže. Parametre, ki jih nastavljamo na stroju, bomo detajlneje razdelali v poglavju Pobližje si poglejmo vsak sklop posebej Podajalni sistem Območje med elektrodo in obdelovancem imenujemo reža in razdalja med elektrodo in obdelovancem je velikost reže. Med obdelavo odstranjujemo material na obdelovancu, zato je glede na potek procesa potrebno primikati elektrodo k obdelovancu. Včasih je bilo to izvedeno na principu hidravlike, zadnje čase pa se uporabljajo električni servo motorji, katerih rotacijsko gibanje se pretvori v translacijsko s pomočjo vretena in matice. Primikanje in odmikanje elektrode je izvedeno z merjenjem povprečne napetosti v reži Ū, ki se primerja z nastavljeno referenčno napetostjo U ref, ki jo nastavljamo na stroju. Sprememba povprečne napetosti v reži je posledica spremembe upornosti v reži, ta pa je odvisna od velikosti in onesnaženosti reže. Na podlagi primerjave referenčne in izmerjene napetosti servo sistem primakne oziroma odmakne elektrodo po sledečem pravilu: Ū < U ref povečaj režo Ū > U ref zmanjšaj režo Hitrost reagiranja servo sistema se nastavlja s časovno konstanto k. Večja konstanta določa počasnejše reagiranje servo sistema na spremembo povprečne napetosti v reži. Ta sklop skrbi tudi za periodično odmikanje elektrode od obdelovanca z namenom čiščenja reže in s tem zagotavljanja ugodnih razmer v reži. Na stroju nastavljamo frekvenco in višino odmika Generator impulzov Generator impulzov generira pravokotne enosmerne impulze z amplitudo nekaj voltov. Nastavljamo čas razelektritve 1 in čas pavze. Za nastavljanje časa razelektritve je potrebno v generator 1 To velja za izoenergijske generatorje (glej poglavje 2.1.1).

25 2.2 Stroj 25 višina odmika frekvenca odmikov servo ojačanje k referenčna napetost U ref U SERVO PODAJALNI SISTEM Ū U Z čas impulza t e GENERATOR EDM čas pavze REGULACIJA IMPULZOV t o U gen PROCES MOČNOSTNA STOPNJA tokovna amplituda i e vžigna napetost polariteta u i +/ Q SISTEM ZA PRETOK DIELEKTRIKA pretok dielektrika Slika 2.10: Shema EDM stroja pripeljati informacijo, kdaj se je vzpostavil kanal plazme. Informacijo o tem daje padec napetosti v času opazovanega električnega impulza iz vžigne napetosti (okoli 200 V) na razelektritveno napetost (okoli 25 V). Impulzi, ki nastajajo v generatorju, se v močnostni stopnji ojačajo na nastavljeno vžigno napetost. V močnostni stopnji se nastavlja se tudi največji tok, ki lahko steče skozi režo (t.i. tokovna omejitev oz. tokovna amplituda) in polariteta elektrode in obdelovanca. Nastavlja se tok visoke in tok nizke napetosti s spreminjanjem upornosti na upornikih R 1 in R 2, kot prikazuje slika Generator impulzov odpira oz. zapira tranzistorja Regulacija izpiranja reže Ugodne razmere v reži zagotavlja poleg odmikanja elektrode od obdelovanca tudi prisilno izpiranje reže. Centrifugalna črpalka zagotavlja pretok dielektrika skozi elektrodo ali obdelovanec. Ker v večini primerov to ni izvedljivo, se uporablja posebej nameščene šobe, ki dovajajo svež dielektrik v okolico reže. Izvedeno je tudi filtriranje dielektrika, da prihaja v režo čist dielektrik.

26 26 Poglavje 2. Potopna elektroerozija Slika 2.11: Enostavna shema vezja za ojačanje signala iz generatorja na vžigno napetost in določitev tokovne amplitude med razelektritvijo Klasični in CNC elektroerozijski stroji Kot smo že uvodoma zapisali, klasični elektroerozijski stroji omogočajo podajalno gibanje elektrode le v eni, z osi, medtem ko CNC elektroerozijski stroji omogočajo podajalno gibanje elektrode in obdelovanca v štirih oseh: translacijo v vseh treh kartezičnih smereh (x, y in z) in rotacijo elektrode okoli svoje osi (običanjo se ta prostostna stopnja označuje s c). Katere gibe opravlja elektroda in katere obdelovanec, je odvisno od izvedbe stroja. Slika 2.12 prikazuje gibanje elektrode pri izdelavi notranjega ozobja s CNC elektroerozijskim strojem. Poleg podajalnega gibanja elektrode v z smeri, se elektroda giblje napram obdelovancu še v x in y smeri. Prisotna je tudi malenkostna rotacija elektrode. Slika 2.12: Gibanje elektrode pri izdelavi notranjega ozobja s CNC elektroerozijskim strojem. Za izdelavo podane gravure je mogoče izbrati več strategij podajalnega gibanja elektrode. Slika 2.13 prikazuje nekaj možnosti. Operater na stroju se mora pred obdelavo odločiti o strategiji in jo posredovati krmilniku stroja. Prednosti CNC elektroerozijskih strojev: Ker so osi med seboj interpolirane, je mogoče na takšnem stroju izdelati veliko večji spekter oblik, kot to omogočajo klasični stroji. Izmed prototipnih oblik podanih na sliki 2.14, ki jih je mogoče izdelati na CNC elektroerozijskem stroju, je le tiste oblike, ki sodijo pod točko (a) mogoče izdelati na klasičnem elektroerozijskem stroju. Zaradi večje stranske reže, ki je posledica podajanja elektrode v x in y smeri in eventuelnega krožnega gibanja elektrode, so pri CNC elektroerozijski obdelavi veliko boljši pogoji izpiranja reže.

27 2.2 Stroj 27 Slika 2.13: Strategije podajalnega gibanja elektrode Stranske površine (v z smeri) so vedno nagnjene kot, ki je enak nagibu pripadajoče stene na elektrodi. Pri klasični elektroerozijski obdelavi je kot stranske stene na izdelku malenkostno večji, kot je nagib stene na elektrodi. Med obdelavo se namreč majhen delež razelektritev pojavlja tudi na stranskih površinah. Ker je zgornji del ploskve dlje časa izpostavljen razelektritvam kot spodnji, je več odnešenega materiala na zgornjem delu in zato so stranske stene izdelka nagnjene za večji kot kakor stranske stene elektrode. Zakjučimo, da je natančna izdelava globokih gravur težja na klasičnih, kot na CNC elektroerozijskih strojih. Pri izdelavi več enakih gravur na istem orodju je možna večja avtomatizacija obdelave (Slika 2.15.) Mogoče je izdelati zahtevnejše oblike, kot je oblika elektrode. Nekaj primerov je podanih na sliki (a) (b) (c) (d) (e) (f) Slika 2.14: Vse podane gravure je možno izdelati s CNC elektroerozijskim strojem, s klasičnim pa le obliko pod točko (a).

28 28 Poglavje 2. Potopna elektroerozija Slika 2.15: CNC elektroerozijski stroj omogoča večjo avtomatizacijo obdelave pri izdelavi več enakih gravur na enem orodju. Slika 2.16: Izdelava zahtevnih oblik z enostavno elektrodo

29 2.3 Elektrode Elektrode Electrode selection and machining are important factors in operating ram EDM. The purpose of an electrode is to transmit the electrical charges and to erode the workpiece to a desired shape Materiali Elektrode morajo biti narejene iz materialov, ki dopuščajo natančno izdelavo. Običajno se zahteva za elektroerozijsko obdelavo izdelavo na stotinko milimetra natančno, zato morajo biti tudi elektrode narejene vsaj toliko natančno. Elektrodni material mora zagotavljati tudi visoko obrabno odpornost, kar v primeru elektroerozijske obdelave pomeni visoko temperaturo tališča in dobro prevajanje toplote. V glavnem se uporabljata dva elektrodna materiala: elektrolitski baker in grafit. Prvi je pridobljen po elektrolitskem postopku, zato je njegova čistoča večja od 99%, slednji pa se loči predvsem po zrnatosti. V Evropi se ta dva materiala pribljižno enako pogosto uporabljata, v ZDA pa je 85% elektrod narejenih iz grafita. Če primerjamo materialne lastnosti bakra in grafita s stališča elektroerozijske obdelave ugotovimo, da ima grafit večje tališče kot baker, vendar ima baker boljšo toplotno prevodnost (Tabla 2.2). Grafit ima torej slabši odvod toplote od mesta razelektritve, zato je toplotno lokalno bolj obremenjen. Vendar prenese večje temperaturne obremenitve. Pri bakru je ravno obratno: lokalno je manj toplotno obremenjen, vendar je bolj občutljiv na temperaturne obremenitve. Tabela 2.2: Primerjava materialnih lastnosti bakra in grafita Material Tališče Toplotna prevodnost Gostota Baker 1085 o C 400 W/mK 8930 kg/m 3 Grafit 3350 o C <140 W/mK <2000 kg/m 3 V praksi velja pravilo, da se za večje elektrode uporablja grafit zaradi manjše teže. Zavedati se moramo, da servo sistem med obdelavo stalno skrbi za primerno razdalijo med elektrodo in obdelovancem. Pri pomikanju elektrode so prisotni veliki pospeški, zato masa elektrode ne sme biti prevelika. Za elektrode, ki imajo tanke in dolge elemente (rebra), se uporablja grafit. Pri obdelavi takšnih oblik je obraba grafitne elektrode manjša kot je v primeru bakrene elektrode. Tudi izdelava tankih in dolgih oblik v bakru je problematična. Baker je relativno mehak, še posebno pri povišani temperaturi zaradi rezalnih sil. Večja čistoča bakra pomeni boljše lastnosti bakrenih elektrod. Pri grafitnih elektrodah je situacija bolj zapletena. Grafiti se medsebojno ločijo po zrnatosti in seveda po proizvajalcu. Za grafit je pomembno, da je čimbolj homogen, t.j. da so zrnca grafita in pore med zrnci enakih velikosti ter enakomerno porazdeljene po celotnem volumnu grafita. Zrnatost vpliva tudi na ceno grafita: bolj fino strukturiran grafit je dražji. Zahtevana oblika elektrode določa izbiro zrnatosti grafita (slika 2.17): Angstrofina zrnatost elektrode se uporablja, kjer so pomembni detajli in je potrebno izdelati površine zelo majhne hrapavosti. Ultrafina zrnatost elektrode se uporablja tam, kjer mora imeti elektroda visoko trdnost, vendar so tudi oblikovni detajli pomembni. Takšne elektrode so tudi obrabno precej odporne in z njimi dosegamo dobro hrapavost izdelovalnih površin.

30 30 Poglavje 2. Potopna elektroerozija (a) Angstrofina (b) Ultrafina (c) Superfina (d) Fina Slika 2.17: Različne zrnatosti grafita se uporabljajo za različne oblike elektrod. Superfina zrnatost elektrod se uporablja za izdelavo kalupov, kjer je so oblikovni detajli dokaj pomembni, še bolj pa hitrost obdelave. Fina zrnatost se uporablja za izdelavo velikih kalupov, kjer oblikovni detajli in hrapavost izdelane površine nista tako pomembna. Poleg teh dveh materialov naj informativno navedemo še sintran volfram in baker, ki se je včasih uporabljal predvsem tam, kjer je bila zahtevana majhna obraba. S takšnimi elektrodami je težko doseči dobro hrapavost površin, ker se baker hitreje obrablja kot volfram: na površini elektrode pojavljajo kroglice volframa in površina elektrode je bolj hrapava. Uporaba samega volframa kot elektrodnega materiala je cenovno nesprejemljiva za običajno uporabo v orodjarstvu Izdelava Večina elektrod (bakrenih ali grafitnih) je izdelano s CNC frezanjem. S tem postopkom se namreč natančno izdeluje zapletene 3D oblike. Ker grafitni prah abrazivno vpliva na vodila stroja, mora frezalni stroj, na katerem se vrši izdelava grafitnih elektrod, imeti posebno odsesovalno napravo za grafitni prah, ki nastaja med odrezavanjem. Poleg lažje izdelave tankih in dolgih elektrod oz. delov elektrod (kot smo zgoraj opisali), imajo grafitne elektrode še eno prednost pred bakrenimi. Stare grafitne elektrode je mogoče po uporabi zmleti in jih ponovno sintrati. To je še posebej prikladno v primerih, ko rabimo večje število enakih elektrod. V takem primeru se posebej izdela modele za sintranje elektrod in obrabljene grafitne elektrode ponovno sintramo. Zelo pogosto se za izdelavo elektrod uporablja žična elektroerozija. Ta postopek pride v poštev za izdelavo elektrod, katerih oblika omogoča uporabo žične elektroerozije (glej poglavje o žični elektroerozji - pog. 3).

31 2.4 Tehnološke aplikacije 31 Sometimes large solid electrodes are too heavy (or the servo and too costly to fabricate. In such cases the Galvano process can be used to fabricate the mold. A mold is electrolytically deposited with copper up to 5 mm thick. The inside of the copper shell is partially filled with an epoxy, and wires are attached to the copper electrode. The formed electrode is then mounted on the EDM machine. Za izdelavo elektrod se ulivanje, jedkanje, ultrazvočna obdelava in potopna elektroerozija redkeje uporabljajo. 2.4 Tehnološke aplikacije Elektroerozijska obdelava je relativno počasna, zato se uporablja predvsem tam, kjer je obdelava z drugimi obdelovalnimi postopki nemogoča ali pa predraga. Elektroerozija se največ uporablja v orodjarstvu Orodjarstvo Orodja za masovno proizvodnjo imajo sledeče karakteristike: Orodja so iz trdih materialov (orodno jeklo kaljeno do 60 HRc), da imajo čimvečjo življensko dobo (z enim orodjem se izdela od do izdelkov). V orodjih so kompleksne 3D gravure (kalupi), ki morajo biti natančno narejene (tolerance gredo do 1 µm). Takšna natančnost izdelave zahteva končno obdelavo šele po kaljenju, to pomeni obdelavo trdih materialov. Jeklo (orodje) je električno prevodno. Orodja so izdelana v posamični proizvodnji. To omogoča uporabo tudi počasnejših obdelovalnih postopkov. Vendar naj načrtovanje in izdelava orodja ne traja dlje kot tri mesece. Te karakteristike so pisane na kožo elektroerozijski obdelavi. Slika 2.18 prikazuje nekaj orodji in pripadajočih izdelkov, ki so narejena z elektroerozijo. Na sliki je prikazan del kalupa za brizganje avtomobilske sprednje maske. Kalup je bil predobdelan na 5 osnem visokohitrostnem frezalnem stroju. Končna obdelava je bila potopna elektroerozija z bakreno elektrodo širine 1,5 m. Na sliki sta prikazani obe elektrodi in kalup za izdelavo pepelnika. Groba obdelava kalupa je bila narejena z grafitno elektrodo, so as to benefit from its good machining efficiency. In order to attain the fine surface finish desired, finishing was done with a copper electrode. Na sliki Heading die used for manufacturing medals and coins. The cavity was produced with an electrode in copper. The difficulty lies in maintaining respect of details and avoiding deformations of the engraving. The homogeneity of the surface finish is also an important criterion for ensuring good quality embossing. With die sinking, surface finishes can attain very low Ra values down to mirror finish. This aptitude makes it unnecessary to perform retouching by means of manual polishing, thus avoiding deformations of the engraving.

32 32 Poglavje 2. Potopna elektroerozija Na sliki Part of a multi-cavity mold that makes it possible to mass-produce 60 components in one single injector movement. The basic shape is simple, but the difficulty lies in ensuring the repeatability of the shapes and maintaining the positioning tolerances. The corners of every cavity must be rigorously exact. Na sliki Electric discharge machined mold for the screw thread of PET bottles. This depth of sinking would be difficult to achieve with other machining methods. Na sliki This progressive press tool for the manufacture of bicycle gears was produced using EDM. (a) Avtomobilska sprednja maska (b) Pepelnik (c) Medalja (d) Elektronske komponente (e) Steklenično grlo (f) Verižnica Slika 2.18: Primeri orodij in izdelkov izdelanih s potopno elektroerozijo. Zadnji trije primeri prikazujejo elemente na izdelku, ki nimajo prostora za iztek orodja klasičnih obdelovalnih postopkov (slika 2.19). Ker potopna elektroerozija ne potrebuje izteka orodja, izdelava utora brez izteka, ozobja kot ga prikazuje in naseda za ključe ni problematična za elektroerozijo. Čeprav elektroerozija načeloma ni primerna za serijsko proizvodnjo, se brivniške mrežice v Phillipsu izdelujejo prav s postopkom elektroerozije. Za serijsko izdelavo brivniških mrežic uporabljajo elektrodo, ki hkrati izdela 50 brivniških mrežic.

33 2.4 Tehnološke aplikacije 33 (a) Utor (b) Zobnik (c) Nased Slika 2.19: Primeri izdelkov, katerih nekateri elementi so izdelani s potopno elektroerozijo Oplastenje orodij V praksi se uporabljata predvsem dve metodi za nanos prevlek na orodja: fizikalni nanos prevlek (PVD 1 ) in kemični nanos prevlek (CVD 2 ) Po teh postopkih se na površino nanaša titanov karbid (TiC). Pri obdelavi z elektroerozijo dobimo na površini po EDM obdelavi tanko pretaljeno plast (pog ), ki je krhka in polna mikrorazpok in jo moramo zato naknadno odstraniti ali pa zagotoviti takšne pogoje obdelave, da je ta plast dovolj tanka, da zadostimo funkcionalnostnim zahtevam. Izkazalo se je, da je pri uporabi silicijeve ali titanove elektrode bela plast utrjena in dovolj obstojna, da zadosti funkcionalnim zahtevam. Podobne rezultate kaže tudi uporaba elektrode iz titanovega karbida in volframovega karbida. Pri oplastenju z elektroerozijo igra pomembno vlogo tudi dielektrik, ki mora biti na bazi ogljika. Med obdelavo se uporablja fin obdelovalni režim in obrnjena polarnost (elektroda-/obdelovanec+). 1 Physical vapor deposition 2 Chemical vapor deposition

34 34 Poglavje 2. Potopna elektroerozija Uporaba volframa kot dodatka v dielektriku povzroča enakomerno belo plast, povečuje trdoto in korozijsko odpornost. Raziskane so tudi možnosti z molibdenom, manganom in kobaltom. Pogoj za oplemenitenje površine z EDM postopkom je velikost delcev manjša od 50 µm in dobro izpiranje reže, da je regirna plast homogena Obdelava neprevodnih materialov Že leta 1993 je bilo ugotovljeno, da je mogoče obdelovati tudi električno neprevodno keramiko (Si 3 N 4 ) s klasično potopno elektroerozijo. Zastavljen je bil eksperiment, kjer je bil obdelovanec iz dveh delov: keramike in kovine. Oba dela sta bila spojena skupaj; obdelava je bila čelna. Obdelovanec ni bil vezan na generator ampak samo ozemljen (Slika 2.20(a)). Rezultati so pokazali, da je bila dosežena enaka ali celo večja stopnja odvzemanja na keramiki kot na pomožnem delu elektrode in da material pomožne elektrode ne vpliva bistveno na hitost odvzemanja (Slika 2.20(b)). Razlaga tega fenomena je sledeča: Na površini keramike se formira električno prevodna grafitna plast, ki zagotavlja električno prevodnost. Po formiranju grafitne plasti na keramiki, pomožna elektroda za proces obdelave ni več potrebna. Za dokaz postavljene hipoteze je bil izveden preizkus prikazan na sliki 2.21(a). Elektroda najprej obdeluje pomožno elektrodo, ki je položena na obdelovanec. S tem se inicializira prevodna plast grafita, ki ostane prisotna tudi pri nadaljni obdelavi v keramiko in omogoča električno prevodnost. Slika 2.21(b) prikazuje stopnjo odvzemanja materiala glede na različen material pomožne elektrode za način postavitve pomožne elektrode prikazan na sliki 2.21(a). Obdelava pomožne elektrode je počasnejša kot obdelava keramike. Če obdelujemo keramiko po postopku prikazanem na sliki 2.21(a), potem ni bistvene razlike pri stopnji odvzema keramike pri različnih na materialih pomožne elektrode. Pri oksidni keramiki, kot je npr. ZrO 2, se generira pretanka plast električno prevodnega grafita za doseganje dobre obdelovalnosti. Zato se uporablja grafitno elektrodo. V primerjavi z bakreno, je obraba večja, vendar prav obrabljen elektrodni grafit omogoča tvorbo debelejše grafitne plasti na keramiki. Pomožna elektroda je lahko kovinska plošča, mreža ali nanešen kovinski film (običajno po PVD postopku). Glavni cilj razvoja obdelave neprevodnih materialov je povečanje natančnosti in hitrosti obdelave. Poleg keramike so na tak način obdelovali tudi diamant. 2.5 Prednosti in slabosti V splošnem navajamo sledeče karakteristike elektroerozijske obdelave: draga orodja (v primeru elektroerozijske obdelave je to elektroda), površina obdelovanca je sestavljena iz kraterjev, kar ugodno vpliva na tribološke lastnosti površine, omogoča izdelavo kompleksnih 3D oblik, tudi najtrši materiali se lepo obdelujejo, velika poraba energije za odvzeto enoto volumna, počasna obdelava (nizka stopnja obdelave), obdelava povzroča toplotno prizadeto cono.

35 2.6 Ekonomski pogled 35 (a) Obdelava keramike s pomočjo vzdolžne kovinske elektrode. (b) Odvisnost stopnje odvzema od materiala pomožne elektrode. Slika 2.20: Obdelava keramike Si 3 N 4 s pomočjo pomožne kovinske elektrode, ki je spojena s keramično elektrodo. (a) Obdelava keramike s pomočjo kovinske elektrode položene na obdelovanec iz keramike. (b) Odvisnost stopnje odvzema od materiala pomožne elektrode, ko je le-ta položena na obdelovanec. Slika 2.21: Obdelava keramike Si 3 N 4 s pomočjo pomožne kovinske elektrode, ki je položena na čelno površino keramične elektrode. Poglejmo si še stanje v orodjarstvu, kjer se elektroerozija največ uporablja. Z razvojem novih rezalnih materialov in računalniško podprte izdelave je visokohitrostno frezanje (HSM 1 ) v znatnem vzponu in nadomešča potopno elektroerozijo povsod tam, kjer je to možno. Tako sodobna izdelava orodij temelji na obeh omenjenih tehnologijah: načeloma se visokohitrostno frezanje uporablja za odvzemanje velikih volumnov, medtem ko se s potopno elektroerozijo izdela globoke in ozke elemente na orodju, ki jih z visokohitrostnim frezanjem ne moremo izdelati zaradi premajhne togosti frezala; fina obdelava je običajno domena potopne elektroerozije. 2.6 Ekonomski pogled Kot smo že zgoraj zapisali, je poraba energije na enoto volumskega odvzema relativno velika. Poglejmo si, kakšen je izkoristek elektroerozijskega stroja. Volumski odvzem na časovno enoto 1 angl. high speed milling

36 36 Poglavje 2. Potopna elektroerozija je odvisen od energije in frekvence razelektritev, torej moči: P = E f. (2.5) Energija razelektritve pogojuje volumski odvzem ene razelektritve, frekvenca razelektritev pa število enotskih volumskih odvzemov v časovni enoti. Izračunajmo energijo ene razelektritve pri grobi in fini obdelavi. Energija ene razelektritve je določena z enačbo 2.1, ki jo je mogoče poenostavljeno zapisati v sledeči obliki: E = u e i e t e (2.6) V poglavju 2.1 smo predstavili parametre, ki nastopajo pri elektroerozijskem procesu. Zapisali smo, da je pri vseh obdelovalnih režimih razelektritvena napetost pribljižno enaka in znaša u i = 25 V. Razelektritveni tok i e in razelektritveno napetost t e nastavljamo na stroju in ju nastavljamo glede na željeno obdelavo (grobo, fino). Za grobo obdelavo so tipične vrednosti i e = 50 A in t e = 600 µs in za fino obdelavo i e = 1 A in t e = 10 µs. Po enačbi 2.6 je torej energija ene razelektritve pri grobi obdelavi pri fini obdelavi pa E g = 0,8 J, E f = 0,0003 J. Frekvenca razelektritev ν je obratnosorazmerna času periode (ν = 1 t p ), ki je enak vsoti časa impulza in časa pavze: t p = t i +t o. Čas periode grobe in fine obdelave ter pripadajoče frekvence razelektritev so sledeče: t p,g = = 800 µs; ν g = 1250 Hz, t p,f = = 20 µs; ν f = Hz. Po enačbi 2.5 izračunamo moč grobe in fine obdelave, t.j. tista električna moč, ki se pretvori v toploto v plazemskem kanalu. P g = 0, = 1000 W, P f = 0, = 15 W. Tako smo izračunali električno moč, ki se porablja v plazemskem kanalu in se pretvarja v toploto. Enak delež toplote se odvaja v elektrodo in obdelovanec, 2% pa gre v okolico (dielektrik). Torej se 49% moči porabi za segrevanje in nataljevanje in uparjanje obdelovanca. Od vsega nataljenega materiala le 10% taline zapusti obdelovanec. Tako se za odvzem pri grobi in fini obdelavi porabi: P g = ,49 0,1 = 49 W, P f = 15 0,49 0,1 = 0,7 W. Priključna moč stroja je P = 5 kw, torej je izkoristek elektroerozijskega procesa res zelo majhen: η g = P g P = 49/5000 = 0,01 = 1%, η f = P f P = 0,7/5000 = 0,0001 = 0,01%. Upoštevati moramo, da je pri izračunu upoštevana priključna moč, ki je nekaj večja od dejanske moči, ki jo stroj porablja za svoje delovanje. Dejanska moč na priključnih sponkah je odvisna tudi od obremenjenosti podajalnega sistema (torej mase elektrode), obremenjenosti črpalke za dielektrik (umazanosti filtrov in odprtosti regulatorja pretoka), izbranega obdelovanega režima ipd.

37 2.7 Vpliv dizajna Vpliv dizajna Tako kot pri vseh obdelovalnih postopkih, tudi pri potopni elektroeroziji oblika izdelka vpliva na ceno izdelave. Zato se veliko ljudi se ukvarja s t.i. konstruiranjem za izdelavo 1, kjer se trudijo podati smernice in zgraditi sisteme, ki omogočajo predstavitev tehnološkega znanja na konstrukterskem nivoju. V primeru orodjarstva, kjer se potopna elektroerozija največ uporablja, je problem dokaj kompleksen, saj je potrebno pri konstrukciji izdelka (npr. ohišja računalniške miške) potrebno upoštevati zakonitosti izdelovalnega postopka izdelka (v tem primeru brizganja plastike), zakonitosti izdelave orodja (postopek visokohitrostnega frezanja in/ali potopne elektroerozije) ter zakonitosti izdelave elektrode, če se za izdelavo orodja uporabi potopno elektroerozijo. Sama preslikava oblike izdelka v kalup orodja je relativno enostavna, saj je oblika izdelka negativna oblika kalupa orodja. Le dimenzijsko se razlikujeta za skrčke zaradi ohlajanja materiala izdelka. Na tem mestu si poglejmo le splošne napotke za konstruiranje za izdelavo s potopno elektroerozijo. Tako kot pri vseh obdelovalnih postopkih naj bodo tudi v primeru potopne elektroerozije predpisane tolerance čimširše in predpisana hrapavost površine čimvečja. Izogibajmo se globokim in ozkim delom (elememtom) kalupa orodja. Globina kalupa naj bo čimmanjša. Obraba elektrode narašča z globino in je za izdelavo večjih globin potrebno večje število elektrod. Elektroda se nabolj obrablja na robovih, zato so zaokrožitve zelo pomembne. Majhen radij zaokrožitve na veliki globini pomeni večje število elektrod potrebnih za izdelavo predpisane zaokrožitve. Zato naj bodo zaokrožitveni radiji čimvečji. Na manjših globinah je radij zaokrožitev lahko večji kot na večjih globinah. 2.8 Kvaliteta Za kvaliteto izdelka so pomembni oblika, natančnost in integriteta površine (hrapavost, toplotno prizadeta plast, razpoke). Ceno izdelka pogojuje še stopnja odvzema in potrebno število elektrod, ki je odvisno od obraba elektrode (pog. 2.1). Primerno obliko, natančno izdelavo in predpisano integriteto površine dosežemo s primerno izbiro vhodnih parametrov (slika 2.1): obdelovanec (material), elektroda (material, geometrija), dielektrik (kinematična viskoznost), obdelovalni parametri nastavljeni na elektroerozijskem stroju. Ne bo odveč ponoviti karakteristike potopne elektroerozije iz poglavja 2. Obdeluje se vse električno prevodne materiale; s posebnim postopkom je mogoče obdelati tudi neprevodne materiale kot so neprevodna keramika in diamant. Mehanske lastnosti materialov imajo zanemarljiv vpliv na obdelovalni proces. Najbolj pomembni materialni lastnosti sta električna in toplotna prevodnost. 1 angl. Design for manufacturing (DFM).

38 38 Poglavje 2. Potopna elektroerozija Natančnost obdelave je 0,01 mm, s posebnim trudom operaterja do 2,5 µm. Običajno se obdeluje do hrapavosti R a =2 µm. Na nekaterih strojih je mogoče izdelati tudi zrcalno gladke površine (R a =0,04 µm), vendar obdelava do takšne hrapavosti zahteva ogromno časa, ker je stopnja odvzema zelo majhna. Dosega se relativno majhne stopnje odvzema: V w =0,3 cm 3 /min. Na površini ostane toplotno prizadeta plast, ki je trša od osnovnega materiala vendar izredno krhka in polna razpok (pog ). Za dolgo življensko dobo orodij moramo to plast odstraniti s finim brušenjem ali poliranjem.

39 Poglavje 3 Žična elektroerozija Z žično elektroerozijo (slika 3) obdelujemo električno prevodne materiale s pomočjo hitro se ponavljajočih razelektritev med orodjem (elektodo) in obdelovancem. Razelektritve vsiljuje enosmerni pulzni napetostni generator. Energijo razelektritev določamo z nastavitvijo električnih parametrov na stroju. Delovni prostor (reža) je zalit z dielektrično tekočino, ki sodeluje pri vzpostavitvi posameznega obloka. Poleg tega dielektrik hladi površino obdelovanca in elektrode, njegov pretok pa odnaša produkte obdelave. Elektrodo podaja servo sistem proti obdelovancu tako, da zagotavlja primerne pogoje v reži za generiranje razelektritev. Torej nič drugače kot pri potopni elektroeroziji. Princip odnašanja je isti kot pri vseh elektroerozijskih pulznih postopkih, le da je tu elektroda žica, ki se konstantno giblje skozi delovni prostor. Žica je napeta, majhnega premera in tvori ozek raven rez. Žica tako izrezuje poljubne ploskovne oblike. Le-te se lahko v globino zvezno spreminjajo. V tem primeru moramo obdelovanec pristaviti k žici pod kotom ali nagniti žico. Žica se med delom stalno previja in se giblje z določeno hitrostjo po reži. Gibanje je nadzorovano s strani servo sistema za vzdrževanje dimenzije delovne reže. ZAto pri žični elektroeroziji obraba elektrode ni problematična. Žica se med odnašanjem sicer obrablja vendar se v delovni reži stalno zamenjuje s še neobrabljeno. Obraba je omejena le z tanjšanjem do te mere, da se žica še ne pretrga. Dielektrik pri žični elektroeroziji je deionizirana voda. Voda ima večjo električno prevodnost in povzroča večjo delovno režo. S tem je zmanjšana verjetnost nastanka kratkega stika. Tudi odnešeni delci so manjši. Stroj ima zato prigrajeno tudi napravo za mehčanje in deionizacijo vode. Žica - elektroda je največkrat iz medi. Uporablja se še bakrena, jeklena, wolframova in molibdenova žica za izdelavo tankih rezov, kot tudi kombinirana medeninasta z žilavim jeklenim jedrom. 3.1 Karakteristike procesa Hrapavost površine reza Ra je navadno od 0,8 do 1,3 µm, v posebnih primerih (fina obdelava pri nizki hitrosti rezanja) 0,4 µm. Površina je zaradi naključno posejanih kraterjev mat izgleda. Rezalno odnašanje pri rezanju popišemo s hitrostjo gibanja obdelovanca nasproti žici v f in višino oz. debelino obdelovanca t: V w = v f t 39

40 40 Poglavje 3. Žična elektroerozija Slika 3.1: Shema stroja za žično elektroerozijo Običajna debelina žice pri rezanju je 0,02 do 0,25 mm. Natančnost izdelave je odvisna od geometrije delovne reže (Slika 3.2). Delovna reža je pri vhodu žice v režo b b večja kakor pri izhodu b t. V izračunu vzamemo za širino reže vedno srednjo vrednost: s m = b t + b b 2 To tudi upoštevamo pri popravku mer ali pri določanju natančnosti oblik. Pri slabem izpiranju ali neprimerni legi obdelovanca dobimo povečano koničnost reže, ki jo izrazimo: tan α 2 = b t + b b 2t Poleg tega se pojavi v reži še vbočenost oz. koničnost u. Razlog za to je nihanje žice, posebno pri debelih obdelovancih. Razmere v reži glede na odneseni material in izpiranje se z večjo debelino obdelovanca močno spreminjajo. Kakor pri potopni elektroeroziji je tudi pri žični elektroeroziji količina odnesenega materiala odvisna od frekvence in velikosti energije impulza (glej tabelo 3.1). Problemov z obrabo elektrode in podajanjem med odnašanjem tu nimamo, kakor jih tudi nimamo s stabilnostjo procesa. Rezalno odnašanje bolj povečujemo z energijo kakor s frekvenco. Pri višji frekvenci je namreč stranska širina reže s l manjša. Glede na hitrost rezanja v f je tudi čelna reža s f med delom manjša od stranske (Slika 3.2). Pri razelekritvi nastaja na žici sila, ki se s povečanjem energije veča. Sila povzroča nihanje žice in s tem veča režo. Rezalno odnašanje raste s povečano energijo in z njo lahko povečamo tudi frekvenco. Širša reža pri večji energiji izboljša izpiranje in s tem hlajenje žice. Z večjo debelino obdelovanca t se poveča odvod toplote z mesta razelektritve. Na kakovost površine sama frekvenca nima velikega vpliva. Razlike v hrapavosti in globini toplotnega vpliva povzroča predvsem velikost energije razelektritve. S širjenjem reže se veča premer kanala plazme, gostota toka pa je manjša in krater je širši. Tudi pri žični elektroeroziji je prisotna toplotno prizadeta cona. Material se namreč med obdelavo najprej stali, vendar se ga le 10% loči od osnovnega trdnega materiala. Večina se sprime nazaj na

41 3.1 Karakteristike procesa 41 Slika 3.2: Delovna reža pri žični elektroeroziji Tabela 3.1: Odvisnost karatketrističnih veličin obdelave od generiranih impulzov v generatorju Odnašanje Obraba Hrapavost jakost toka trajanje impulza max. vmes frekvenca nespremenjlivo površino. V tej t.i. pretaljeni plasti se poleg osnovnega materiala nahajajo še elementi elektrode in dielektrika. Zaradi njene izrazite bele barve jo imenujemo bela plast. Pri žični eroziji je ta plast običajno tanjša kot pri potopni elektroeroziji. Pod pretaljeno plastjo je t.i. nepretaljena plast. Material se ne stali, ampak se samo segreje do temperature, ki povzroča spremembo strukture materiala. Delež elementov elektrode in dielektrika je zanemarljiv. Ta plast je nekoliko temnejša od osnovnega materiala in se zato tudi imenuje temna plast. Obe skupaj tvorita toplotno prizadeto cono. Na površini nastajajo tudi razpoke, ki pri jeklenih obdelovancih načeloma segajo le do globine bele plasti, zato se glede funkcionalnosti površine smatra za problematično le belo plast. Pri aluminijevih zlitinah segajo tudi globje v nepretaljeno plast. Z uporabo krajšega časa impulza v kombinaciji z relativno visokim tokom se dosega isti odvzem, le debelina toplotno prizadete cone je manjša. Tudi dielektrik vpliva na strukturo površine. V beli plasti je zaznati manjši delež ogljika ob uporabi dielektrika na bazi deionizirane vode (deionizirana voda in cca. 50% glicerina). Uporaba dodatkov v dielektriku povzroča enakomernejšo debelino bele plasti. Dodatki se pojavljajo v beli plasti in ugodno vplivajo na funkcionalnost površine. Material elektrode (žice) najbolj vpliva na odvzem materiala in stabilnost procesa. Delež železa določa, ali bo struktura bele plasti kristalna ali amorfna. Večji delež kobalta povzroča manjši odvzem materiala in manj hrapavo površino.

42 42 Poglavje 3. Žična elektroerozija Razpoke na površini obdelovanca, še posebno na pretaljeni plasti so posledica zaostalih napetosti, kar je eden od razlogov za težnjo po čim tanjši beli plasti. Praviloma se na površini reza v HAZ pojavljajo natezne napetosti, v notranjosti materiala pa tlačne. V nepretaljeni plasti se natezne napetosti pojavljajo zaradi termičnega cikla segrevanja in ohlajanja. Slika 3.3 prikazuje zaostale napetosti po obdelavi z žično elektroerozijo. Slika 3.3: Zaostale napetosti po obdelavo z žično elektroerozijo Glavni izvor napetosti je temperaturna razlika med površino reza in notranjostjo obdelovanca. Zaostale napetosti so tako večje po grobi kot po fini obdelavi. S fino obdelavo navadno odstranimo celotno globino bele plasti nastale po grobi obdelavi. Debelina bele plasti po fini obdelavi znaša le nekaj (m in tako so tudi zaostale napetosti minimalne. V primeru trdnostno zelo obremenjenih obdelovancev moramo HAZ odstraniti z naknadno obdelavo. 3.2 Uporaba Do nedavnega je bila WEDM primerna le za električno prevodne materiale. Poleg standardnih aplikacij v orodjarstvu pri izdelavi pestičev, saj lahko režemo že utrjen material, in orodij za EDM, se danes WEDM uporablja tudi pri zelo natančni izdelavi maloserijskih izdelkov (Formula 1). Večina naprav je opremljena s sistemom za nagibanje žice, kar omogoča še dodatno zmogljivost postopka. Rezna površina je visoko kakovostna, obdelujemo lahko zelo ostre vogale (radij v rangu nekaj stotink mm). Širina reza je lahko tako majhna, da lahko uporabimo oba izrezana dela. Rezanje je sicer počasno, pločevine pa lahko režemo v paketu. Obdelujemo lahko kontinuirano, saj omoti žice zadoščajo tudi za do 50 ur obdelave. Žica je relativno poceni, zato jo po previtju zavržemo. Notranje izreze je potrebno predhodno prebiti. Novejše naprve so opremljene s prebijalci in avtomatskim pretikanjem žice.

43 3.3 Materiali Materiali Zaradi zmožnosti obdelave kateregakoli materiala z električno prevodnostjo nad 0,01 S/cm, z visoko natančno končno površino pri sorazmerno visokih hitrostih odnašanja, je žična elektroerozija na nekaterih pomembnih področjih v zadnji dekadi praktično zasedla monopolno pozicijo. Gre predvsem za obdelavo visoko termično stabilnih in obrabo ter korozijsko obstojnih keramik. Slika 3.4 prikazuje širok spekter materialov, ki jih lahko obdelujemo z žično elektroerozijo. Slika 3.4: Specifične električne prevodnosti različnih materialov Kovinski materiali Širok spekter lastnosti materialov odraža tudi pomembne razlike v rezultatih dela, ki so torej odvisni od uporabljenega materiala. V tem pogledu, predvsem s stališča vpliva na odnašanje materiala imata glavno vlogo temperatura tališča in toplotna prevodnost. Slika 3.5 prikazuje odvisnost med stopnjo odvzema pri razelektritvi in temperaturo tališča in/ali toplotno prevodnost za vrsto čistih kovin pri konstantni energiji razelektritve. Velikost odvzema pada z naraščanjem toplotne prevodnosti in z višanjem temperature tališča, kar je logična posledica večjega vložka energije za isti učinek. Soroden vpliv je bil že omenjan pri ostalih termičnih postopkih obdelave. Vsekakor to nista edini lastnosti materiala poleg električne prvodnosti, ki bi vplivale na strukturo kraterja oz. stopnjo odvzema. Pomembne so še specifična toplota, talilna toplota, izparilna toplota, ionizacijska energija in vse vplivajo na parametre odvzema. Vpliv posamezne karakteriastike še ni popolnoma raziskan. Material obdelovanca je tako zelo pomemben pri končni kakovosti rezne površine. Kemijska sestava in metalografska struktura določata večji del lastnosti rezalne cone. Pri določeni sestavi jekel se lahko namesto kristalnega pretaljenega sloja pojavi amorfna struktura. Vsebnost kobalta v materialu obdelovanca močno vpliva na kakovost površine; že majhne vsebnosti vodijo do tvorbe mikro razpok. Večje vsebnosti kobalta zmanjšajo hitrosti obdelave in zvišajo hrapavost in vzrokuje lukjičasti površini. Poleg tega povzroča tudi izločanje kovinskih ionov na strani anode (obdelovanca) anodna oksidacija. Obema motečima procesoma se izognemo s periodičnim

44 44 Poglavje 3. Žična elektroerozija Slika 3.5: Vpliv temperature tališča in toplotne prevodnosti na odvzem materiala pri obdelavi kovin z elektroerozijo izmenjavanjem polaritet na elektrodah (anti-elektrolitski generatorji), z dobro kontrolo električne prevodnosti (deionizacije) in ph dielektrika. Pri jeklih mikro razpoke širijo do meje med pretaljeno (belo) plastjo in pod njo ležečo toplotno prizadeto plastjo. Pri aluminiju pa razpoke segajo tudi pod pretaljeno plast. Pri končni žični obdelavi titanovih zlitin se z izbiro vstreznih procesnih parametrov dosega določeno obarvanost obdelane površine. Čiste ostre barve nastopijo le ob uporabi negativne polaritete elektrode (žice). Titan ima močno afiniteto do kisika, tako se na površini usvarja film titanovega oksida. Barvni odtenek je odvisen od debeline oksida Keramika in kompozitni materiali V devetdesetih letih so bili razviti keramični materiali, ki se težko obdelujejo s konvencionalnimi obdelovalnimi postopki. Elektična in toplotna prevodnost, kot tudi temperatura tališča ne vplivajo na stopnjo odvzema in na hrapavost površine kot v primeru obdelave kovin. Vse to kaže na popolnoma drugačne mehanizme odnašanja. Karakteriastični mahanizmi odnašanja pri obdelavi z žično elektroerozijo: odnašanje s termičnim šokom (TiB2), luščenje ponovno staljenega materiala (B4C), odnašanje s taljenjem in izmetom, kot v primeru kovin (Si3N4, Ai2O3-TiC), ločevanje zrn pri odnašanju elekto-prevodnejše faze (SiSiC). Na splošno boljšo kakovost reza dobimo pri keramikah, ki vsebujejo finejša zrna in homogenejšo sestavo. Pomembno vlogo igra žična elektroerozija pri rezanju kompozitnih materialov, ki jih prav tako težko obdelujemo z drugimi postopki. Tipični problemi so delaminacija in cepljenje, prisotnost igle ali brade na robu reza in močne obrabe orodja pri konvencionalnem rezanju. Pri rezanju z žično elektroerozijo teh problemov ni. Material elektrode (žice) najbolj vpliva na hitrost in stabilnost obdelave ter stopnjo obrabe (natančnost). Majhen del elektrodnega materiala se prenese tudi na obdelovanec.

45 3.4 Prednosti in slabosti Prednosti in slabosti Komplementarni postopki žični elektroeroziji so: obdelava z vodnim curkom (AVC), laserska obdelava, plamensko rezanje (OFC) in plazemsko rezanje (PAC). Obdelava z laserskim žarkom je povezana z absorpcijo energije laserskega žarka v materialu. Za razliko od ostalih skupnih karakteristik termičnih postopkov je laserska obdelava povezana s pomembnim fizikalnim fenomenom povezanim z interakcijo žarka z materialom obdelovanca. Pri vpadu laserskega žarka na obdelovanec del energije žarka material absorbira v obliki toplote. Tako so najpomembnejše lastnosti materiala za lasersko obdelavo: 1. Lastnosti povezane z absorpcijo. Definirajo, kako dobro se energija svetlobe sklaplja z določenim materialom. To so stanje površine, apsorpcijski koeficient in reflektivnost pri določeni valovni dolžini laserske svetlobe. Zato včasih pravimo, da je laserska obdelava opto-dinamični proces. 2. Lastnosti povezane s prenosom toplote; toplotnim tokom v materialu in določajo temperaturno porazdelitev. To sta predvse toplotna prevodnost in difuzija. 3. Termodinamične lastnosti. Določajo potrebno količino energije (toplote), ki je potrebna za spremembe v materialu; željene fazne spremembe, taljenje in izparevanje. To so predvsem gostota, toplotna kapaciteta, temperatura tališča in vrelišča ter talilna in izparilna toplota. Praktično pri vseh termičnih postopkih igrajo lastnosti pod drugo in tretjo točko pomembno vlogo. Pozabiti ne smemo tudi fizikalno kemijskih lastnosti povezanih predvsem z reakcijami materiala na rezalne pline. Rezanje z AVC istopa iz kroga analiziranih procesov. Za razliko od ostalih termičnih, je to mehanski postopek mnogo bolj soroden brušenju ali peskanju. Poznavanje mehanskih lastnosti materiala je torej pomembno za smotrno obdelavo in pravilno izbiro parametrov. Na grobo lahko materiale, ki jih obdelujemo z AVC razdelimo na žilave in krhke. Za žilave materiale je značilno, da na obdelovalnost z AVC vplivata predvsem trdota materiala in modul elastičnosti. Glavni predstavnik te skupine so vsi kovinski materiali. Za krhke prav tako velja, da je obdelovalnost materiala z AVC odvisna od trdote, vendar je mehanizem odnašanja precej drugačen, kot pri žilavih. Povezan je predvsem z razpokanjem materiala. Razpoke širi predvsem vodna faza AVC, madtem, ko abrazivno sredstvo reže in lomi. V to skupino sodijo predvsem steklo, keramični materiali in kamni. Poznavanje zrnatosti in mikro razpokanosti teh materialov je prav tako pomembno za učinkovito rezanje. Npr. stekla nikoli ne bi uspešno prebili, če ne bi uporabili nizkega tlaka preboja, saj nam vodna faza curka, ki v vsakem slučaju prehiti abrazivne delce razbije steklo ali ga odkruši na več strani. Vsekakor so zgoraj naštete lastnosti materialov nekaj povsem drugega, kot lastnosti materialov, ki so pomembne za toplotne postopke rezanja. Ta značilnost nam tako poveča razpon rezanja različnih materialov. Materiali, ki so visoko reflektivni in toplotno prevodni in se zaradi tega slabše obdelujejo s toplotnimi postopki, so navadno mehki in idealno primerni za obdelavo z AVC. Tako tehnologija AVC rezanja pokriva ne samo področja obdelave brez toplotno prizadete cone; za razliko od vseh toplotnih postopkov, ampak tudi skupine materialov, ki so za te postopke problematični. Slika 3.6 prikazuje uporabna področja (vrsta in debelina materiala) za omenjene postopke rezanja. Iz slike je razvidno, da je razrez konstrukcijskega jekla debeline 10 mm možen praktično z vsemi postopki, vendar nam določen izdelek z določeno geometrijo in kakovostjo (integriteto) obdelane površine navadno omeji spekter postopkov. Dodatna kriterija: cena oz. čas (rok izdobave) ustrezeno izluščita le najugodnejši.

46 46 Poglavje 3. Žična elektroerozija Slika 3.6: Uporabna področja (vrsta in debelina materiala) za omenjene postopke rezanja 3.5 Ekonomski pogled V izračunu je upoštevana amortizacijska doba stroja ur. Pri vzdrževalnih stroških lahko pride do odstopanj. Filtre za vodo naj bi se menjalo na 80 do 100 obratovalnih ur, za zrak pa na 340 ur. V praksi lahko ta čas podaljšamo, tako da filtre spihamo z zrakom in jim s tem podaljšamo življensko dobo. Vodila je potrebno menjati enkrat letno. Analiza je opravljena za primer obdelave jekla (Tabela 3.2). Tabela 3.2: Stroški za izračun strojne ure za žično elektroerozijo Investicijski stroški [ECU/h] Stroj [ECU] 4,5 Poraba (fiksni stroški) Električna energija (cca. 0,12 ECU/kWh) 10 kw 1,2 Voda - hlaj. generatorja (0,19 EUR/ m3) 0,5 m3/h 0,1 Destilirana voda (0.5 EUR/ l) 0,3 l/h 0,17 Žica φ 0,25 (45 ECU/ svitek) cca. svitek/16 h 2,8 Ionska smola-dielektrik (130 ECU/ vreča) cca. vreča/1000 h 0,13 Skupno poraba 4,4 Servis in vzdrževanje 1000 ECU/leto 0,5 Skupna strojna ura 9,4 Kljub nizki postavki za strojno uro ostaja žična elektroerozija tehnologija, ki producira izdelke najvišjega kakovostnega razreda. Hitrost odnašanja materiala je med analiziranimi postopki daleč najnižja. Ekonomičnost obdelave tako obsega predvsem kovine različnih debelin kjer je zahtevana geometrijska natančnost in malo sprememb na generirani površini.