Ηλεκτροδιάβρωση (Electrical Discharge Machine, Edm ) και νεώτερες εφαρμογές της

Abstract

Η ηλεκτροδιάβρωση (Η/Δ) αποτελεί μια αντιπροσωπευτική μη συμβατική μέθοδο κατεργασίας θερμικού χαρακτήρα. Η ιδιαίτερη σημασία της έγκειται στη δυνατότητα κατεργασίας ασυνήθιστα σκληρών αγώγιμων υλικών και εξαιρετικά πολύπλοκων γεωμετρικών μορφών. Η θεωρητική της βάση απαιτεί περαιτέρω ανάπτυξη, ενώ οι τεχνολογικές της παράμετροι, όπως ο ρυθμός αφαίρεσης υλικού και η ομοιομορφία επιφάνειας, δεν έχουν διερευνηθεί σε βάθος. Στην παρούσα εργασία γίνεται κατ’ αρχήν μια αναφορά στη δυνατότητα αφαίρεσης υλικού μεταλλικών αντικειμένων χρησιμοποιώντας τον ηλεκτρισμό. Το υπό κατεργασία αντικείμενο τοποθετείται σε λουτρό ελαίου και η αφαίρεση υλικού επιτυγχάνεται με τη δημιουργία ηλεκτρικού τόξου ανάμεσα στο αντικείμενο και στο ηλεκτρόδιο χαλκού (ή γραφίτη, ή άλλου υλικού), το οποίο βρίσκεται σε μικρή απόσταση από την κατεργαζόμενη επιφάνεια. Αποτέλεσμα αυτού είναι η αφαίρεση μετάλλου από την επιφάνεια του υλικού. Η διαδικασία αν και είναι μικρής ταχύτητας, επιτρέπει την κοπή μεταλλικών αντικειμένων με ακρίβεια, ή αντικειμένων που είναι αδύνατον να κατεργασθούν με άλλους τρόπους λόγω της σκληρότητάς τους, ή άλλων μηχανικών ιδιοτήτων τους, ή ακόμη και λόγω του μικρού μεγέθους τους. Η μέθοδος επιτρέπει, επίσης, τη δημιουργία ασυνήθιστων σχημάτων και εγκοπών, όπως για παράδειγμα την κατασκευή ρωγμών σε δοκίμια κόπωσης. Επίσης παρουσιάζεται η δυνατότητα επιφανειακής σκλήρυνσης/κραμάτωσης εργαλειοχαλύβων με τη χρήση κατεργασίας ηλεκτροδιάβρωσης. Με αυτήν την τεχνική λαμβάνει χώρα μεταφορά υλικού από το ηλεκτρόδιο εργασίας (στυλίσκος από πυροσυσσωμάτωση Fe-WC) στο χαλύβδινο υπόστρωμα, οδηγώντας στο σχηματισμό ενός επιφανειακού κραματωμένου στρώματος, το οποίο συνίσταται από αντιτριβικά συστατικά (όπως αδιάλυτα καρβίδια), με μεγάλες δυνατότητες βιομηχανικής εφαρμογής. Ακόμη, με την ψηφιακή οδήγηση του ηλεκτροδίου εργασίας από μηχανή CNC είναι δυνατή η δημιουργία γεωμετρικών μοτίβων (patterns) στην επιφάνεια του εργοτεμαχίου, π.χ. κρατήρων μικρών διαστάσεων, εγκοπών κλπ, που είναι απαραίτητες σε ειδικές εφαρμογές, όπως στον έλεγχο της ροής λιπαντικού, στην αποτύπωση του γεωμετρικού μοτίβου σε άλλο υλικό κ.α.. Τυπική εφαρμογή της ψηφιακής οδήγησης είναι η κατασκευή καλουπιών υψηλής ακρίβειας για χρήση στη βιομηχανία πλαστικών, χύτευση μετάλλων, διαμόρφωση ελάσματος κλπ. Η ψηφιακή οδήγηση του ηλεκτροδίου εργασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην πλανητική ηλεκτροδιάβρωση, όπου με μικρό ηλεκτρόδιο είναι δυνατή η κατεργασία μεγάλης επιφάνειας υπό τύπο φρεζαρίσματος. Τέλος, με κατάλληλο σχεδιασμό του ηλεκτροδίου είναι δυνατό να επιτευχθούν γεωμετρικές μορφές τεμαχίων πολύ μικρών διαστάσεων (micro-scale), με εφαρμογές στη βιο-ιατρική, στην ηλεκτρονική και γενικότερα στην κατασκευαστική βιομηχανία ακριβείας.

The Electrical Discharge Machining (EDM) constitutes a representative non-conventional process of thermal character. The particular importance of this method lies to the capability of processing extraordinarily hard material and exceptionally complicated forms. The theoretical base requires further research while the technological parameters of the process such as the of material abstraction rate and the surface integrity have not been extended. In the present study, we refer to the possibility producing of cutting tools using thermoelectric source of energy. Both the workpiece and the and the tool made of copper (or graphite or another material) are submerged in a dielectric fluid and are separated with one gap. The result is the material removal is due to a controlled erosion through a series of electric sparks between the workpiece and the tool. The process has been commonly applied for the machining and micro-machining of parts with intricate shapes and varying hardness requiring high profile accuracy and tight dimensional tolerances. However the main disadvantage of the process is the relatively low machining speed largely due to its thermal machining technique. There is also a possibility surface hardening/ surface alloying of steels materials with the use of EDM method. With this technique, the material is deported from the electrode to the alloyed layer of the surface. Moreover, with the use of the Computeral Numerical Control method (CNC), the electrode tool can be controlled creating patterns on the surface of the workpiece such as carters, which are very important for certain applications like the control of the lubricating oil system. One typical application of CNC is the manufacturing of higher accuracy molding for plastic industries. To conclude with the convenient design of the tool electrode, it is possible to obtain tool with micro-scale geometrical shape, which can be used in medical application, in electronic application, and generally in industries where accuracy is one of the required property.