-
- متناسب بودن نرخ ماشینکاری با نقطعه ذوب قطعهکار و عدم وابستگی آن به سختی قطعهکار. بنابراین مواد سخت با قابلیت ماشینکاری پایین را میتوان با این روش، ماشینکاری کرد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
- ماشینکاری بدون پلیسه
علیرغم مزایای فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی، این فرایند دارای محدودیتها و مشکلاتی از قبیل نرخ برادهبرداری پایین، نرخ سایش ابزار بالا، زبری سطح بالا، سطوح ماشینکاری شده با سلامتی پایین و نگرانیهای زیست محیطی به دستآمده از دفع دیالکتریک سمی، میباشد و در ضمن، قطعهکار نیز حتما باید رسانای جریان الکتریکی باشد] ۲، ۳ و ۱۰ .[
توسعه فرآیندی بر پایه فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی که بر قابلیتهای این فرایند افزوده و از مشکلات و محدودیتهای آن بکاهد، بشرح زیر و با اعمال تغییرات در سیستم دیالکتریک و ساختمان ماشین EDM، قابل دسترسی است.
۱-۶- دیالکتریک واسطه
دیالکتریک واسطه نقش مهمی در فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی بر عهده دارد و دارای وظایف و ویژگیهایی بشرح زیر است] ۳ و ۱۰ .[
- باید مقاومت (استحکام) سیال دیالکتریک در برابر یونیزاسیون زیاد باشد و تا هنگام رسیدن به ولتاژ شکست[۱۴]، نارسانای الکتریکی باقی بماند و با رسیدن به ولتاژ شکست، سریع بشکند و رسانای الکتریسیته گردد و پس از عمل تخلیه و در زمان خاموشی پالس نیز، دوباره غیر یونیزه شده و به حالت اول برگردد.
- دیالکتریک باعث باریک شدن پهنای کانال جرقه میشود که این به نوبه خود باعث تمرکز بیشتر کانال پلاسما و افزایش چگالی انرژی آن شده و موجب افزایش نرخ برادهبرداری و بالا رفتن کیفیت سطح به دست آمده میشود.
- گرمای نهان تبخیر[۱۵] سیال دیالکتریک باید بزرگ باشد تا تنها بخش کوچکی از دیالکتریک تبخیر شود.
- دمای قطعهکار و الکترود ابزار در طول اسپارک (جرقه زنی) به °C8000 -12000 میرسد. با توجه به اینکه اگر الکترود خنک نگهداشته شود، خوردگی آن کاهش مِییابد، بنابراین ظرفیت گرمایی[۱۶] سیال دیالکتریک باید زیاد باشد تا بتواند خنککننده موثری باشد و سطح ابزار را خنک سازد.
- برای خارجکردن ضایعات ماشینکاری و برادههای تولید شده از دهانه اسپارک و رفع آلودگی از فاصله گپ ماشینکاری، سیالات دیالکتریک باید دارای ویسکوزیته[۱۷] کم باشند.
- سیالات دیالکتریک باید نقطه اشتعال بالایی داشته باشند.
بنابراین باید سیالی با مشخصات مکانیکی، حرارتی و الکتریکی مناسب، بهعنوان دیالکتریک انتخاب گردد. با توجه به نوع سیال دیالکتریک مورد استفاده، فرایندهای ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی، با دیالکتریک حاوی پودر، خشک و نیمه خشک، از جمله فرآیندهای مطرح میباشند.
۱-۶-۱- فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی
فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی از مایعاتی مانند روغنهای هیدروکربنی، گازوئیل و آب دییونیزه بهعنوان سیال دیالکتریک استفاده میکند. برخی از محدودیتهای این فرایند عبارتنداز: خوردگی الکترولیزی[۱۸] موقع استفاده از آب به عنوان دیالکتریک و دفع هیدروکربنهای سمی موقع استفاده از دیالکتریکهای پایه نفتی ] ۱۱ و ۱۲ .[
۱-۶-۲- فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی با دیالکتریک حاوی پودر[۱۹]
استفاده از سیال دیالکتریک حاوی پودرهای مختلف، می تواند منجر به بهبود عملکرد فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی گردد. از جمله مزایای این فرایند، پایداری خوب فرایند و امکان دستیابی به کیفیت سطوح بهتر، بخصوص در عملیات پرداختکاری با انرژی تخلیه پایینتر است] ۱۳ و ۱۴[، اگرچه استفاده از پودر، هزینههای ماشینکاری را افزایش میدهد و دفع مواد سمی به دست آمده، موجب نگرانیهایی میشود. همچنین در این فرایند، مدار گردش سیال دیالکتریک با مشکل جداسازی برادههای ماشینکاری شده از پودرهای قابل استفاده و تأمین غلظت مناسب پودرها روبرو است] ۱۲ .[
۱-۶-۳- فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی خشک[۲۰]
فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی خشک که از دیالکتریک گازی استفاده میکند، میتواند مشکلات زیست محیطی ناشی از استفاده از دیالکتریک مایع و مایع حاوی پودر را برطرف کند. سازمان NASA برای اولین بار در سال ۱۹۸۵ از این فرایند برای سوراخکاریهای کوچک استفاده کرد] ۱۵ .[کونیدا و همکاران از گاز اکسیژن برای بالا بردن نرخ برادهبرداری در این فرایند استفاده کردند] ۱۶ .[با اعمال گاز اکسیژن، تخلیه الکتریکی شبیه حالت شبه انفجاری[۲۱] شده و نرخ برادهبرداری را افزایش میدهد] ۱۷ .[یو و همکاران از گاز اکسیژن به عنوان دیالکتریک در فرزکازی با این فرایند، جایی که سایش ابزار بالا یکی از نگرانیهای عمده میباشد، استفاده کردند و بخصوص در خشنکاری به نتایج خوبی دست یافتند] ۱۸٫[ محدودیت این روش ماشینکاری، پایین بودن کیفیت سطح ماشینکاری شده به دلیل نرخ بالای انجماد دوباره مواد مذاب و چسبیدن آنها به سطح ماشینکاری شده، تولید بوی بد سوختگی و پایین بودن بیش از اندازه نرخ برادهبرداری موقع استفاده از گازی غیر از اکسیژن میباشد] ۱۹ و ۲۰٫[ این فرایند بر خلاف فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی، به مخزن سیال نیازی ندارد.
۱-۶-۴- فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک[۲۲]
فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک از مخلوط گاز و مایع بهعنوان سیال دیالکتریک استفاده میکند و به مخزن سیال نیازی ندارد. فاز مایع دیالکتریک، در انجماد و دفع مواد مذاب برداشته شده از قطعهکار کمک میکند و در نتیجه چسبیدن دوباره مواد برداشته شده از قطعهکار بر روی سطح ماشینکاری شده که از مشکلات فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی خشک است، کاهش مییابد. در ادامه به بررسی بیشتر این فرایند پرداخته خواهد شد.
۱-۷- ساختمان ماشین EDM
با توجه به ساختمان ماشین EDM، فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی میتواند در سه بخش دستهبندی شود: برشکاری سیمی، EDM به روش غوطهوری و فرزکاری] ۲۱ .[
۱-۷-۱- برشکاری سیمی با EDM [۲۳]
برشکاری سیمی پیشرفتی است که در این روش بدست آمده و معمولاً به همراه سیستم کنترل عددی کامپیوتری برای هدایت و حرکت ابزار و قطعهکار و در نتیجه برای کنترل جهت ماشینکاری، استفاده میشود. در برشکاری سیمی با EDM، همانطوریکه در شکل (۱-۱) نشان داده شده است، از یک سیم متحرک (چرخان) بهعنوان ابزار، برای برش پروفیل مدنظر استفاده میشود. الکترود ابزار یک سیم مسی یا برنجی است که به طور پیوسته روی دو قرقره با سرعت تقریبی ۳ پیچیده میشود. دیالکتریک که اغلب آب یونزدایی شده است، به صورت هممحور با سیم، به منطقه ماشینکاری تزریق میشود. با حرکت دایمی سیم، همیشه قسمت تازهای از سیم (الکترود ابزار) عملیات ماشینکاری را انجام میدهد. با امکان جهتگیری سه بعدی سیم، دسترسی به پرفیل مورد نظر با دقت بالایی امکانپذیر است. محدودیت این روش در ایجاد هندسههای حفرهای شکل میباشد.
شکل ۱-۱- شماتیک فرایند برشکاری سیمی با EDM.
در حال حاضر برای برشکاری سیمی گوشههای داخلی قطعهای با انحناء بسیار دقیق، از سیمهای مولیبدن و تنگستن استفاده میشود. سیمهای دیگر از جمله سیم مسی با لایه نازکی از روی، برای افزایش جریان و در نتیجه سطح انرژی تخلیه به کار میرود و به این وسیله سرعت برش بیشتر میشود. با امکان کج شدن سیم برای ایجاد برشهای تحت زاویه، کاربردهای این روش بسیار گستردهتر شده است که از آن جمله میتوان به تولید ابزارهای پرس، قالبها و ابزارهای EDM اشاره کرد] ۲۲-۲۵ .[
۱-۷-۲- EDM به روش غوطهوری[۲۴]
EDM به روش غوطهوری مطابق شکل (۱-۲)، بطور گسترده در تولید حفرههای قالبهایی که دارای سطوح پیچیده هستند، استفاده میشود. در این روش از الکترودهای ابزار پیشساخته به شکل حفره مدنظر استفاده میشود بطوریکه پس از ماشینکاری، همان شکل ابزار در سطح قطعهکار ایجاد می گردد. البته نیاز به الکترود پیشساخته از محدودیتهای این روش ماشینکاری است و موجب به تاخیر افتادن کل پروسه میشود، چون ساخت الکترود مستلزم صرف وقت و هزینه میباشد] ۲۶-۲۸ .[
شکل ۱-۲- شماتیک فرایند EDM به روش غوطهوری.
۱-۷-۳- فرزکاری با EDM
در فرزکاری با EDM که مطابق شکل (۱-۳)، از یک ابزار لولهای چرخان استفاده میشود، حذف نیاز به الکترود ابزار پیشساخته پروسه ماشینکاری را آسانتر میکند. برخی از محدودیتهای این فرایند عبارتنداز: نیاز به یک الگوریتم جبران برای سایش الکترود ابزار که در این روش کاملاً ضروری است و نیاز به توانایی جهتگیری ابزار با پنج درجه آزادی برای ماشینکاری سطوح free form ]۲۱ .[
شکل ۱-۳- شماتیک فرایند فرزکاری با EDM.
۱-۸- سایر فرآیندهای بر پایه EDM
در راستای برطرفکردن محدودیتهای فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی، برخی دیگر از فرآیندها، مانند فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی به کمک میدان مغناطیسی و فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی به کمک ارتعاشات التراسونیک نیز توسعه داده شدند.
۱-۸-۱- فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی به همراه میدان مغناطیسی[۲۵]
در فرایند EDM به همراه میدان مغناطیسی، یک میدان مغناطیسی به محدوده ابزار، گپ و قطعهکار اعمال شده و ماشینکاری تحت این شرایط انجام میشود. در این فرایند به دلیل اعمال نیروی مغناطیسی بر قطرات مذاب، تغییراتی در نرخ برادهبرداری، صافی سطح، دقت ابعادی و نرخ سایش ابزار، به دست میآید که در ادامه به بررسی بیشتر آن پرداخته میشود.
۱-۸-۲- فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی به کمک ارتعاشات التراسونیک[۲۶]
اعمال ارتعاشات التراسونیک به الکترود ابزار یا قطعهکار که از دهه ۱۹۸۰ مورد توجه و بررسی قرار گرفت، یکی از راههای بهبود عملکرد فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی میباشد. افزایش بازدهی ماشینکاری در این روش، بیشتر به دلیل بهبود گردش دیالکتریک است که دفع برادهها از گپ ماشینکاری را بهبود داده و از آلودگی گپ ماشینکاری میکاهد و منجر به جدا شدن مقدار ماده بیشتری از سطح قطعهکار میشود ]۲۹-۳۳ .[
۱-۹- مروری بر پژوهش های انجام شده در ارتباط با فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک
جیا و همکاران در پژوهش خود در ارتباط با فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک در سال ۲۰۰۸ ]۳۴[، به بررسی تاثیر جنس ابزار در این فرایند پرداختند و به این نتیجه رسیدند که در فرزکاری با این فرایند، الکترود گرافیتی بهترین نرخ برادهبرداری و بدترین صافی سطح را دارد. علائم ماشینکاری با الکترود گرافیتی بصورت حفرات عمیق، در شکل (۱-۴) دیده میشود. این علائم حاکی از این است که در این حالت، حرارت بالایی تولید و مقدار ماده زیادی ذوب میشود ولی نیروی انفجار حباب برای دفع مواد مذاب کافی نبوده و باعث ایجاد پالسهای تخلیه نزدیک به حالت آرک میشود (پالسهای آرک، در نتیجه آلودگی گپ ماشینکاری در اثر پوسته پوسته شدن الکترود گرافیتی، به خاطر شوک حرارتی وارد بر ابزار در این حالت، تولید میشوند). الکترود مسی سطوح تمیزی ایجاد میکند ولی نرخ برادهبرداری آن خیلی کم است. مطابق نتایج این محققان، الکترود گرافیتی نفوذ داده شده با مس، مزایای هر دو الکترود مسی و گرافیتی را دارد و در مقایسه با الکترودهای مسی و گرافیتی، نرخ برادهبرداری متوسط و صافی سطح خوب تولید میکند. در این حالت، گرافیت کمتری در فاصله گپ پراکنده میشود و میتواند به آغاز تخلیه در انرژیهای ورودی پایین کمک کند و نیز محتوای مسی الکترود، هدایت حرارتی[۲۷] ابزار را بیشتر میکند و در نتیجه شوکهای حرارتی از روی الکترود رها میشوند. در ضمن، با توجه به اینکه مس چقرمگی[۲۸] کافی را برای نگهداشتن مواد الکترود در کنار هم دارد، حالت جرقه آرک با کاهش پوسته پوسته شدن گرافیت کمتر میشود و حفرات تخلیه هموارتری تولید میشود.
(الف) (ب) (ج)
شکل ۱-۴- میکرو تصاویر نوری حفرات تخلیه برای سه جنس مختلف الکترود ابزار الف) ابزار گرافیتی ب) ابزار مسی ج) ابزار گرافیتی نفوذ داده شده با مس ]۳۴[.