Drążenie wgłębne
Tradycyjne metody obróbki skrawaniem, takie jak toczenie frezowanie czy szlifowanie, mają ograniczenia wynikające chociażby z kształtu narzędzia, czy jego ruchu roboczego. Nie da się wyfrezować otwory o ostrych narożach lub dużych wewnętrznych pochyleniach ścianek bocznych. Tutaj na scenę wchodzi technologia elektrodrążenia, w skrócie EDM (ang. Electrical Discharge Machining). Na czym właściwie polega tego typu obróbka? Jakie są jej zalety i wady. W tym artykule postaram się odpowiedzieć na te pytania.
ELEKTRODRĄŻENIE (EDM) jest sposobem usuwania nadmiaru materiału, w którym na obrabiany detal nie działają żadne siły pochodzące od narzędzia. Narzędzie w ogóle nie wchodzi w kontakt z materiałem.
I stotą jest wytworzenie między narzędziem – elektrodą a przedmiotem obrabianym, wyładowań elektrycznych o wysokiej częstotliwości. Powstający łuk elektryczny powoduje dezintegrację materiałów przewodzących prąd elektryczny, takich jak hartowana stal lub węglik.
Proces przypomina nieco wciskanie twardego stempla w miękki materiał, w wyniku czego otrzymujemy odcisk tego stempla. Tyle, że w przypadku EDM wciskany stempel nie dotyka materiału, tylko stopniowo go wypala. Całość tego procesu odbywa się w otoczeniu dialektyka – cieczy przewodzącej, w której zanurzone są elektroda i przedmiot obrabiany. Dielektryk, oprócz izolowania elektrody od materiału, odprowadza ciepło generowane przez wyładowania, wypłukuje produkty spalania i dejonizuje układ. Najważniejszą cechą dielektryka, która powinna decydować o jego wyborze, jest temperatura zapłonu, ponieważ wpływa ona na bezpieczeństwo pracy operatora i osób w jego pobliżu. W przypadku drążenia wgłębnego są to najczęściej ciecze na bazie nafty kosmetycznej, w przypadku cięcia drutowego najczęściej woda destylowana.
Wyróżniamy 3 podstawowe rodzaje obróbki elektroerozyjnej: elektrodrążenie wgłębne (EDM), wycinanie drutem (WEDM), drążenie otworów.
Sam proces usuwania materiału odbywa w każdym przypadku w ten sam sposób. Elektroda zbliża się się do materiału obrabianego na odległość umożliwiająca zajarzenie łuku. W wyniku wylądowania niewielka część materiału ulega wypaleniu, a efekty spalania są wypłukiwane na zewnątrz.
Proces drążenia jest niestety procesem powolnym, bowiem jednorazowo usuwana porcja materiału jest bardzo niewielka.
Przyjrzymy się bliżej po kolei każdemu z trzech, głównych rodzajów drążenia.
Drążenie wgłębne
W drążeniu wgłębnym elektroda jest odwrotnością gniazda, pomniejszoną o tzw. szczelinę roboczą. Przy ustalaniu wymiaru elektrody musimy tę szczelinę uwzględnić, gdyż ostateczny uzyskany w wyniku obróbki wymiar będzie powiększony o jej wartość w osi pionowej i o dwie wartości szczeliny, w osi poziomej.
Metodą tę możemy uzyskać nawet bardzo skomplikowane geometrie, co czyni ją bardzo przydatną w procesie wytwarzania form wtryskowych. Najczęściej stosowane są elektrody miedziane bądź grafitowe. O wyborze decyduje fakt, że materiały te w znacznie mniejszym stopniu ulegają spaleniu podczas wyładowań niż stal. Elektrody miedziane można wykonywać na uniwersalnych obrabiarkach CNC. Materiał wyjściowy jest droższy, zaś same elektrody mniej trwałe. W przypadku elektrod grafitowych materiał wyjściowy jest dużo tańszy i są one bardziej trwałe. Niestety, wymagają dodatkowego, drogiego osprzętu do obrabiarek, w postaci specjalnych odciągów i uszczelnianych prowadnic. Powodem jest pył grafitowy, powstający przy obróbce elektrod. W połączeniu z cieczą chłodzącą tworzy ścierną mieszaninę, która bardzo szybko zniszczyłaby prowadnice uniwersalnej obrabiarki.
Wydajność i jakość uzyskanej powierzchni zależą od natężenia prądu obróbki, zadanego przez operatora. Kształt elektrody nie ma na to wpływu.
Poprzez odpowiednie nastawy prądu uzyskujemy oczekiwane wartości Ra lub tzw. VDI, jednostki chropowatości powierzchni drążonej.
Większe natężenie wytwarza większy obszar mikroeksplozji. W efekcie chropowatość finalną można uzyskać przez odpowiednie nastawy generatora. We współczesnych drążarkach wgłębnych wystarczy ustawić wymagany parametr VDI, a odpowiedni prąd maszyna dobierze sama. Oczywiście za gładszą powierzchnię płacimy skokowo rosnący czasem obróbki. Parametr VDI można wprost przeliczyć na parametr chropowatości Ra.
Współcześnie przygotowanie elektrod odbywa się najczęściej w dedykowanych oprawach, których mocowania pasują zarówno do uchwytu obróbkowego, jak i uchwytu obrabiarki. Dzięki temu elektroda, dopóki nie zostanie odkręcona od oprawy, jest jednoznacznie zorientowana względem układu współrzędnych obrabiarki. Jest to ogromna zaleta, ułatwiająca pracę operatorowi i skracająca czas ustawienia. Najbardziej popularne są dwa systemy mocowań: EROWA i 3R.
Zaletą tych systemów jest również możliwość paletowania elektrod i automatyzacji procesu drążenia, co z uwagi na jego czasochłonność, jest bardzo istotne. Możliwa jest wtedy praca obrabiarek 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu.
Warto na koniec wskazać na fakt, że elektrody ulegają podczas obróbki zużyciu. Co prawda spalają się znacznie wolniej niż materiał obrabiany, ale proces ten również zachodzi, tym szybciej im większe natężenie prądu zastosujemy. Dlatego, w przypadku konieczności wykonania dokładnej obróbki, bądź obróbki wielu gniazd w formie wtryskowej, konieczne jest wykonanie kilku elektrod. Najczęściej wykonuje się elektrodę zgrubną, do obróbki objętościowej, z wysokimi parametrami i elektrodę wykańczającą, przy której parametry są znacznie łagodniejsze.
Na tym zakończę część pierwszą, a w drugiej części omówione zostaną drążenie drutowe i wiercenie EDM.
Ireneusz Bukszyński
Nifco Poland
