A mai huzalos szikraforgácsoló gépek szinte mindegyikével egyszerű dolga van a felhasználónak: program tervezése/importálása, technológiai paraméterek automatikus generálása, pozicionálás, és már mehet is a forgácsolás. Az automatizálás, CAD/CAM fejlesztések egyre elterjedtebbek, a gép kezelőjének a hatásköre pedig ezzel párhuzamosan egyre szűkül. De mi történik akkor, ha valamilyen technológiai probléma merül fel? Mi történik akkor, ha valamilyen módon mégis bele kell nyúlni a megmunkálás folyamatába?
A szikraforgácsolásban – ahogyan a klasszikus forgácsolási folyamatokban is – rengeteg paraméter befolyásolja a megmunkálás minőségét. Ezeket a paramétereket a gépek automatikusan generálják a kívánt felületi minőség és pontosság függvényében. Azonban jó, ha tudjuk, mely alapvető paraméterek milyen hatással vannak a gép vágási sebességére, pontosságára, huzal kopására stb..
Az elektromos kisülésekkel történő anyagleválasztás legfőbb paraméterei az áramerősség, ON time és az OFF time. Az állandónak tűnő szikrázás valójában nagy sebességű tranzisztorokkal kapcsolt, szaggatott folyamat. Ezt a folyamatot a gép generátora végzi számítógépes vezérléssel (régebbi gépekben a szaggatást kizárólag R-C körökkel végezték). Az ON time alatt történik a szikrázás, az OFF time rövid szünetet jelent a folyamatban. Egyenlő ON és OFF time esetén négyszögjelhez közelítő jelalakot kaphatunk. A periódusidő – mely az ON és az OFF time összege – általában a mikroszekundumos nagyságrendbe esik, másodpercenként több ezer szikra keletkezik és oltódik ki.
Belátható, hogy az ON time növelésével növeljük a periódus kitöltési tényezőjét, így nagyobb átlagos áramerősséget kapunk, a sebesség jelentősen növekedhet. A hosszabb aktív szikrázási fázisoknak azonban van még egy hatása: mivel a szikra időben tovább tart, ezért mélyebb erodálást tesz lehetővé, így a szikraköz megnövekszik. Az OFF time paraméternek a stabilitásban van fontos szerepe. Hosszabb OFF time alatt több idő jut a leválasztott anyag öblítésére valamint a közeg és a munkadarab hűtésére.
Többek között a frekvencia is befolyásolja a felületi minőséget. Alapelvként elmondható, hogy a nagyobb frekvencia jobb felületi minőséget eredményez. Összességében a megmunkálás akkor lesz gazdaságos, ha minél kevesebb idő alatt minél jobb felületű kész darabot gyárt a gép. A sebesség az árammal növelhető, a felület minősége pedig a frekvenciával javítható, ezért kézenfekvő lenne nagy áramú, nagyfrekvenciás generátor beállítást alkalmazni. A fizika azonban több oldalról határt szab ennek.
A generátorban parazita induktivitások találhatók. Ezek megakadályozzák az áram ugrásszerű változását. A pár mikroszekundumos ON time alatt az áram gyakran nem tudja elérni a programozott csúcsértéket. Ennek a következménye az, hogy a frekvencia növelésével csak egyre kisebb áramokat tud biztosítani a generátor. Másfelől a nagyobb áram elviekben durvább felületet eredményez. Hogy ezt belássuk, meg kell vizsgálnunk mikroszkóp alatt egy szikraforgácsolt felületet. Jellegzetes kráterek figyelhetők meg, melyeket az áram hatására leválasztott részecskék hagytak maguk után. A nagyobb bevitt energia nagyobb leválasztást végez, így a munkadarab felületén található egyenlőtlenségek is mélyebbek lesznek.
A fenti fizikai törvényeknek és ezek megismerésének következtében szinte már a szikraforgácsolás kezdetétől megkülönböztetünk nagyoló és simító vágásokat. A vágások számával az áramerősség egyre csökken, a frekvencia egyre nő – ezeken kívül még számos paraméter van, amely változik a passzázsoknak megfelelően. A generátor beállításokon kívül a legfontosabb szerep a huzal paramétereinek jut.
Ha valaki egy gépészetben-villamosságban laikus személynek próbálja elmagyarázni a szikraforgácsolást, az jól teszi, ha a tömbössel kezdi. Sokkal egyszerűbb a dolog: van egy munkadarab, és van egy elektróda. Egyik pozitív, másik negatív. Valójában a huzalos gépekben sem bonyolultabb a rendszer, de valahogy mégis nehezebb elképzelni, megérteni. Talán a huzal haladó mozgása, egyszerű formája és vékonysága miatt. A süllyesztékes forgácsoláshoz hasonlóan az elektródának – vagyis a huzalnak – kiemelkedő szerepe van a megmunkálásban.
A szikraforgácsolás elvitathatatlan érdeme a kimagasló pontosság. Az új generációs szikraforgácsolók 2-3 µm alatti tűréssel dolgoznak, az ultra-precíziós kis mozgástartományú gépekkel akár 1 µm alatti pontosságot is elérhetünk. Ahogyan ezt egy ilyen komplex rendszertől el is várnánk, a pontosságot számos dolog befolyásolja. Legnagyobb befolyásoló tényező a tengelyek pontossága, de a huzal technológiai paramétereinek a megfelelő beállítása nélkül ez kihasználatlan marad, a hibák a többszörösére is nőhetnek.
Ha csak a sebesség – huzalfeszítés függvényt nézzük, akkor egy egyszerű optimumkeresésről van szó. A huzalfeszítés növelésével egy ideig nő a sebesség is, azután az optimális ponton túlhaladva csökken, a túlságosan nagy feszítés pedig huzalszakadáshoz vezet. De a sebesség nem minden. Egy szerszámgépről beszélünk, amelyben számos vibráció forrás található, például tengelymozgás miatti géptest vibráció, szivattyúk, stb. És ezek csak a belső hatások, nem is beszélve az alapzat remegéseiről, amelyeket az esetleges szomszédos marógép rezgései még jobban felerősíthetnek.
A huzalvezetők hiába vezetik a huzalt oldalanként 2-3 µm pontossággal, ha a vibráció a huzalon elérheti akár a 10 µm-t is. Ilyen mértékű vibráció rövidzárhoz, ellenkező irányban szikra kimaradáshoz vezethet. Ha megmunkálás közben gyakran rövidzár lép fel, szakad a huzal vagy esetleg csíkos, beégett a felület, érdemes leellenőrizni a huzalfeszítést, és a huzaltovábbításban résztvevő alkatrészeket. A vibrációkat a huzalfeszítés változtatásával csak részben tudjuk befolyásolni, – a rezgés frekvenciája és amplitúdója a feszítés függvényében változik – a megszűnéséhez a vibráció forrását kell megszüntetni, minimalizálni.
Célszerűen az áram anyagleválasztó hatása javarészt a munkadarabon érvényesül. Azonban ne feledkezzünk meg arról sem, hogy ha csak kis mértékben is, de a huzal is kopik. A huzal kopása a futásirány miatt nem szimmetrikus, az alsó fejbe belépő huzal vékonyabb, mint a felső fejből kilépő, emiatt a magasabb munkadarabok esetén a merőlegesség csorbát szenved. Egyes vezérlések (mint például a Sodick SPW) már tartalmaznak egy ezt kiküszöbölő kompenzációt. Ezek merőlegesre programozott vágás esetén is úgy vezérlik az U és V tengelyeket, hogy az így kialakult minimális fokos vágás ellensúlyozza a huzal kopását.
A dielektrikum és az öblítés is nagyban befolyásolja a végeredményt. Ideális esetben a szikra a munkadarab és a huzal között alakul ki. De ha nem gondoskodunk az öblítésről, akkor a leválasztott részecskék útját állják az újabb szikrák kialakulásának. Továbbá az öblítés hűtésről is gondoskodik. Erre azért van szükség, mert a szikraköz hőmérséklete elérheti a 12000 Celsius fokot is. De hogyan határozhatjuk meg az ideális öblítést? Első sorban figyelembe kell vennünk, hogy nagyoló vagy simító vágásról van szó. A nagyoló vágás esetén általánosságban az 1 kg/cm2 nyomás megfelelő lehet. A nyomás további növelésével javulhat a felületi minőség, hiszen az erodált anyag gyorsabban eltávolodik a szikraközből. A túl nagy nyomás viszont geometriai pontatlansághoz vezethet. Símító vágásoknál az anyagleválasztás egyre alacsonyabb, így az optimális öblítés is egyre gyengébb.
Generátor paraméterek, huzal paraméterek, öblítés… Mindezeket áttekintve azt láthatjuk, hogy a fejlett szoftverek és vezérlések egy nagyon bonyolult, komplex feladatot látnak el helyettünk, amikor a technológia paraméterek automatikus kiválasztását végzik. Egy katt ide, egy katt oda – kész is. Ezek a paramétertáblázatok a legtöbb esetben ideálisak, hiszen több éves kutatáson, több ezer óra tesztvágáson és elemzésen alapulnak. Azonban ne felejtsük el, hogy az apróbb változások – mint például a csarnok 2 Celsius fokos felmelegedése – technológiai változtatásokat is igényelnek a legjobb eredmény érdekében. A jó gépkezelő ezeket kipróbálja, fejleszti, megfigyeli. Van, amit még sokáig nem tud utánunk csinálni a CAD/CAM…
Írta:Dankó Márk