Gnistbearbetning eller bearbetning med elektrisk urladdning EDM, är en process där ett arbetsstycke formas genom att en elektrisk båge skapas mellan arbetsstycket och en elektrod. Gnistbearbetning räknas som en typ av spånavskiljande bearbetning.
Vad är gnistbearbetning?
Gnistbearbetning eller elektrisk urladdningsbearbetning är en typ av spånavskiljande bearbetning som använder gnistor som styrs med precision och uppstår mellan grafitelektroden (skärverktyget) och arbetsstycket. Processen sker i närvaro av en dielektrisk vätska. Vad är en dielektrisk vätska? Dielektriska vätskor är kolvätebaserade produkter som kännetecknas av att de är högraffinerade eller syntetiska.
Det bör påpekas att det inte är någon ny teknik, eftersom gnistbearbetning redan på artonhundratalet användes när man upptäckte att elektriska urladdningar hade en eroderande effekt. Det var inte förrän 1943 som gnistbearbetning började användas som bearbetningsmetod av sovjetiska forskare. Det första systemet för gnistbearbetning var en krets med en serie urladdningar mellan två ledare som separerades från varandra, med hjälp av en icke-ledande vätska kallad dielektrikum.
Gnistbearbetning kan definieras som ett förfarande där en elektrisk båge skapas mellan arbetsstycket och en elektrod, med hjälp av en dielektrisk vätska för att avverka spån; arbetsstycket och elektroden måste vara av ledande material för att den elektriska bågen ska kunna uppstå och därmed materialet avverkas.
Till skillnad från andra bearbetningsprocesser, där spånet avverkas av ett skärverktyg, sker ingen direkt kontakt vid gnistbearbetning. Elektroden avlägsnar i stället det överflödiga materialet utan fysisk kontakt med arbetsstycket. Här ligger teknikens största fördel: det går att bearbeta komplexa former som inte vore möjliga med andra metoder.
Funktionsprincip
Gnistbearbetning använder termisk energi för att kunna genomföras. Tack vare denna termiska energi kan materialet avverkas genom värmeverkan. Värmen uppstår genom gnistor som bildas av ett elektriskt flöde mellan elektroden och arbetsstycket. För att gnistbearbetningen ska fungera måste vissa grundläggande funktionsprinciper vara uppfyllda.
I processen måste det finnas en strömkälla som styr tiden och intensiteten i urladdningarna; dessutom krävs en rörelse som utförs av elektroden. För att gnistorna som avverkar spånet ska kunna bildas måste elektroden hållas på ett visst avstånd från arbetsstycket. Avståndet mellan arbetsstycket och elektroden kallas överskärningsavstånd eller gap; för att detta avstånd ska kunna bibehållas krävs en icke-ledande dielektrisk vätska. Som dielektrisk vätska kan paraffiner, mineraloljor eller avjoniserat vatten användas. Vilken vätska som används beror på maskinen.
Hur går gnistbearbetningen till?
Den dielektriska vätskan fungerar som isolator tills den spänning som krävs läggs på och vätskan blir ledande. Tack vare ojämnheterna i ytorna på elektroden och arbetsstycket uppstår ett elektriskt fält mellan de två delarna. Detta elektriska fält bildas i de punkter som ligger närmast varandra mellan arbetsstycke och elektrod, och där etableras urladdningen. När denna brygga bildas ökar elektronerna och de fria jonerna sin hastighet och bildar det som kallas en jonerad kolonn i den dielektriska vätskan, vilken är den som leder elektriciteten. Det är då gnistorna uppstår som gör att partiklarna kolliderar.
En av faserna i gnistbearbetningsprocessen är bildandet av en gasbubbla. Den gör att trycket stiger stadigt tills en plasmazon uppstår. Plasma betraktas som materiens fjärde tillstånd, och vid gnistbearbetning når den temperaturer på mellan 8 000 och 12 000 grader Celsius. Det är här förångningen av en del av materialet på arbetsstyckets och elektrodens yta sker. När gasbubblan imploderar i och med att gnistan släcks avjoniseras den dielektriska vätskan och temperaturerna sjunker. Detta gör att materialet lossnar och bildar ett moln i den dielektriska vätskan. Det omedelbara resultatet är en slags krater på arbetsstyckets eroderade yta.
När molnet svalnar stelnar det till små partiklar som kallas gnistbearbetningsspån.
Typer av gnistbearbetning
Det finns tre typer av gnistbearbetning:
- Genom sänkning: elektroden monteras i maskinens spindelhuvud via en positiv pol och en pulsad strömkälla. Arbetsstycket ansluts till den negativa polen och ett hålrum bildas mellan arbetsstycket och elektroden.
- Med tråd: liknar sänkningsmetoden, men elektroden ersätts av en förbrukningsbar tråd som laddas elektriskt och styrs av numerisk styrning (CNC).
- Slipning eller hålborrning: process som föregår trådbearbetning. Man skapar små hål med stort djup.