Huzalszikra forgácsolás – bízzunk mindent a gépekre?

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..

IC_hungary_WireEDM_3

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.

IC_hungary_WireEDM_4

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.

IC_hungary_WireEDM_2

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.

IC_hungary_WireEDM_1

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

További információ

Az IC-Hugnary honlapján