Obróbka elektroerozyjna, czyli obróbka wyładowaniami elektrycznymi – EDM, to proces kształtowania detalu za pomocą łuku elektrycznego wytwarzanego między obrabianym detalem a elektrodą. Obróbkę elektroerozyjną zalicza się do obróbki ubytkowej.
Czym jest obróbka elektroerozyjna?
Obróbka elektroerozyjna, czyli obróbka wyładowaniami elektrycznymi, to rodzaj obróbki ubytkowej, w której wykorzystuje się iskry – precyzyjnie sterowane i powstające między elektrodą grafitową (narzędziem) a obrabianym detalem; proces przebiega w obecności cieczy dielektrycznej. Czym jest ciecz dielektryczna? To węglowodorowe produkty wysoko rafinowane lub syntetyczne.
Warto podkreślić, że nie jest to nowa technika – historia obróbki elektroerozyjnej sięga XVIII wieku, kiedy odkryto, że wyładowania elektryczne mają działanie erozyjne. Dopiero jednak w 1943 roku radzieccy naukowcy zaczęli wykorzystywać elektroerozję do obróbki materiałów. Pierwszy układ do obróbki elektroerozyjnej był obwodem, w którym powstawała seria wyładowań między dwoma przewodnikami oddalonymi od siebie, przy użyciu nieprzewodzącej cieczy zwanej dielektrykiem.
Obróbkę elektroerozyjną można zdefiniować jako proces, w którym wytwarza się łuk elektryczny między obrabianym detalem a elektrodą, z wykorzystaniem cieczy dielektrycznej, aby uzyskać usuwanie materiału; detal i elektroda muszą być wykonane z materiałów przewodzących, aby mógł powstać łuk elektryczny, a w konsekwencji – nastąpić ubytek materiału.
W odróżnieniu od innych procesów obróbki skrawaniem, w których materiał usuwa narzędzie skrawające, w obróbce elektroerozyjnej nie ma bezpośredniego kontaktu. Oznacza to, że elektroda usuwa naddatek materiału bez fizycznego kontaktu z obrabianym detalem. Na tym polega największa zaleta tej techniki: można obrabiać detale o złożonych kształtach, których nie dałoby się wykonać innymi metodami.
Zasada działania
Obróbka elektroerozyjna wykorzystuje energię cieplną. Dzięki niej materiał może być usuwany pod wpływem ciepła. Ciepło powstaje za sprawą iskier, które tworzą się w wyniku przepływu prądu między elektrodą a obrabianym detalem. Aby obróbka elektroerozyjna była możliwa, muszą być spełnione określone podstawowe warunki.
W procesie musi występować źródło zasilania, które steruje czasem trwania i natężeniem wyładowań elektrycznych; konieczny jest też ruch wykonywany przez elektrodę. Aby mogły powstać iskry usuwające materiał, elektroda musi znajdować się w określonej odległości od detalu. Odległość między detalem a elektrodą nazywa się szczeliną iskrową lub gap; aby można było ją utrzymać, niezbędna jest nieprzewodząca ciecz dielektryczna. Jako dielektryk można stosować parafiny, oleje mineralne lub wodę dejonizowaną. Wybór cieczy zależy od stosowanej maszyny.
Jak przebiega proces obróbki elektroerozyjnej?
Ciecz dielektryczna pełni funkcję izolatora do chwili przyłożenia napięcia potrzebnego, aby stała się cieczą przewodzącą. Dzięki nierównościom powierzchni elektrody i detalu między nimi powstaje pole elektryczne. Pole to powstaje w miejscach, w których detal i elektroda są najbliżej siebie, i tam właśnie dochodzi do wyładowania. Gdy powstaje taki mostek, elektrony i wolne jony przyspieszają i tworzą tzw. zjonizowany kanał w cieczy dielektrycznej, który przewodzi prąd. Wtedy powstają iskry, które powodują, że cząstki zderzają się ze sobą.
Jedną z faz procesu obróbki elektroerozyjnej jest powstanie pęcherzyka gazu. Powoduje on stały wzrost ciśnienia aż do utworzenia strefy plazmy. Plazmę uważa się za czwarty stan skupienia materii; w obróbce elektroerozyjnej osiąga ona temperaturę od 8000 do 12 000 stopni Celsjusza. Wtedy następuje odparowanie części materiału z powierzchni detalu i elektrody. Gdy po zgaśnięciu iskry pęcherzyk gazu zapada się, ciecz dielektryczna ulega dejonizacji, a temperatura spada. W efekcie materiał się odrywa i w cieczy dielektrycznej tworzy się chmura cząstek. Bezpośrednim wynikiem jest rodzaj krateru na erodowanej powierzchni obrabianego detalu.
Gdy chmura stygnie, zestala się w postaci drobnych cząstek zwanych szlamem elektroerozyjnym.
Rodzaje obróbki elektroerozyjnej
Wyróżnia się trzy rodzaje obróbki elektroerozyjnej:
- Drążenie wgłębne: elektrodę mocuje się w głowicy maszyny i podłącza do bieguna dodatniego oraz impulsowego źródła zasilania. Obrabiany detal podłącza się do bieguna ujemnego, a między detalem a elektrodą powstaje szczelina.
- Cięcie drutowe: podobne do drążenia wgłębnego, ale elektrodę zastępuje drut, który zużywa się w trakcie procesu, jest zasilany elektrycznie i prowadzony przez komputerowe sterowanie numeryczne.
- Drążenie otworów (wiercenie elektroerozyjne): proces poprzedzający cięcie drutowe. Wykonuje się nim otwory o małej średnicy i dużej głębokości.