A szikraforgácsolás, más néven elektroeróziós megmunkálás (EDM), olyan eljárás, amelyben a munkadarab alakítása elektromos ív segítségével történik, amely a megmunkálandó munkadarab és egy elektróda között jön létre. A szikraforgácsolást a forgácsoló eljárások közé sorolják.
Mi a szikraforgácsolás?
A szikraforgácsolás (elektroeróziós megmunkálás) olyan anyagleválasztó eljárás, amely szikrákat használ: ezek pontosan szabályozottan keletkeznek a grafitelektróda (a vágószerszám) és a megmunkálandó munkadarab között; a folyamat dielektrikum folyadékban zajlik. És mi a dielektrikum folyadék? A dielektrikumok szénhidrogén alapú termékek, amelyek nagy tisztaságúra finomítottak vagy szintetikusak.
Fontos kiemelni, hogy nem új technikáról van szó: a szikraforgácsolás a XVIII. századig nyúlik vissza, amikor felfedezték, hogy az elektromos kisüléseknek eróziós hatásuk van. A szikraforgácsolást azonban csak 1943-tól kezdték megmunkálásra használni szovjet tudósok. Az első szikraforgácsoló rendszer egy olyan áramkör volt, amelyben egymástól eltávolodó két vezető között kisülések sorozata jött létre, egy dielektrikumnak nevezett nem vezető folyadék közegében.
A szikraforgácsolás olyan eljárásként határozható meg, amelyben a megmunkálandó munkadarab és egy elektróda között elektromos ív keletkezik, és a dielektrikum folyadék segítségével jön létre az anyagleválasztás; a munkadarabnak és az elektródának is vezető anyagból kell lennie, hogy kialakulhasson az elektromos ív, és ezáltal az anyagleválasztás.
A többi forgácsoló eljárással ellentétben, ahol az anyagot egy vágószerszám választja le, a szikraforgácsolásnál nincs közvetlen érintkezés. Vagyis az elektróda a felesleges anyagot fizikai érintkezés nélkül távolítja el a munkadarabról. Ebben rejlik a technika legfőbb előnye: olyan összetett formájú munkadarabok is megmunkálhatók vele, amelyek más technikákkal nem.
Működési elv
A szikraforgácsolás hőenergiát használ. Ennek a hőenergiának köszönhetően az anyag a hő hatására válik le. A hő szikrák révén keletkezik, amelyeket az elektróda és a munkadarab között létrejövő elektromos áram hoz létre. A szikraforgácsolás működéséhez bizonyos alapvető feltételeknek teljesülniük kell.
Az eljáráshoz áramforrás szükséges, amely szabályozza az elektromos kisülések idejét és erősségét; emellett az elektródának mozgást kell végeznie. Ahhoz, hogy az anyagot leválasztó szikrák kialakulhassanak, az elektródának meghatározott távolságra kell lennie a munkadarabtól. A munkadarab és az elektróda közötti távolságot szikraköznek vagy gapnek nevezik; ennek a távolságnak a fenntartásához nem vezető dielektrikum folyadékra van szükség. Dielektrikumként paraffinok, ásványolajok vagy ioncserélt víz használható. A folyadék fajtája az alkalmazott géptől függ.
Hogyan zajlik a szikraforgácsolás?
A dielektrikum folyadék szigetelőként viselkedik egészen addig, amíg nem kapcsolják rá azt a feszültséget, amely vezetővé teszi. Az elektróda és a munkadarab felületi egyenetlenségei miatt a két rész között elektromos tér jön létre. Ez az elektromos tér a munkadarab és az elektróda egymáshoz legközelebbi pontjain alakul ki, és ezek között a pontok között jön létre a kisülés. Amikor ez a híd kialakul, az elektronok és a szabad ionok felgyorsulnak, és létrehozzák a dielektrikum folyadékban az úgynevezett ionizált csatornát, amely az áramot vezeti. Ekkor keletkeznek a szikrák, amelyek hatására a részecskék ütköznek.
A szikraforgácsolási folyamat egyik fázisa a gázbuborék kialakulása. Ez folyamatosan növeli a nyomást, amíg létre nem jön egy plazmazóna. A plazmát az anyag negyedik halmazállapotának tekintik, és a szikraforgácsolás során 8000 és 12 000 Celsius-fok közötti hőmérsékletet ér el. Ekkor elpárolog a munkadarab és az elektróda felületi anyagának egy része. Amikor a szikra kialszik és a gázbuborék összeomlik, a dielektrikum folyadék deionizálódik, és a hőmérséklet csökken. Ennek hatására az anyag leválik, és egy felhő képződik a dielektrikumban. Közvetlen eredményként egyfajta kráter keletkezik a megmunkált munkadarab erodált felületén.
Amikor a felhő lehűl, a leválasztott anyag megszilárdul, és apró részecskék formájában válik ki: ezek az úgynevezett szikraforgácsolási forgácsok.
A szikraforgácsolás típusai
A szikraforgácsolásnak három típusa van:
- Tömbszikra-forgácsolás: az elektródát pozitív póluson és impulzusos áramforráson keresztül a gép fejére szerelik. A megmunkálandó munkadarabot a negatív pólusra kötik, és a munkadarab és az elektróda között rés alakul ki.
- Huzalos szikraforgácsolás: hasonló a tömbszikra-forgácsoláshoz, de az elektródát egy elektromosan feltöltött, fogyó huzal helyettesíti, amelyet számítógépes számjegyvezérlés irányít.
- Startlyukfúrás (szikrafúrás): a huzalos szikraforgácsolást megelőző művelet. Kis átmérőjű, de nagy mélységű furatokat készítenek vele.