Kichik teshiklar uchun elektr razryadli ishlov berish (EDM) usulining texnik tahlili: ishlash prinsiplari, jarayonlarni solishtirish va jihozlarni baholash

Zamonaviy aniq ishlab chiqarish va an'anaviy bo'lmagan ishlov berishda mayda teshiklar buriladigan EDM (elektr razryadi bilan ishlov berish, shuningdek, teshik ochuvchi yoki nozik teshikli razryadli uskunalar deb ham ataladi) muhim ahamiyatga ega. U chuqur kalıplarda simli teshiklar, plastmassa quyish kalıplarida ventilyatsiya teshiklari, sintetik tolalar sanoatidagi spinneretlar, avtomobil tizimlaridagi yoqilg'i siqish quvurlari va aviatsiya-texnika turbina g'ildiraklaridagi plyonka sovutish teshiklarini ishlab chiqarishda qo'llaniladi; shu sababli mayda teshiklar buriladigan EDM yuqori qattiqlikdagi materiallarga yuqori nisbatdagi mikroteshiklar ishlab chiqarish uchun asosiy va zarur uskuna hisoblanadi.

Razryad eroziyasi mexanizmi va fizik ishlash prinsiplari

Mayda teshiklar buriladigan EDM an'anaviy mexanik burilishdan tubdan farq qiladi, chunki oxirgi — jismoniy asbob kesishiga tayanadi. Uning asosi kontaktsiz elektr razryadi eroziyasiga (Elektr razryadi bilan ishlov berish) asoslangan.

Haqiqiy ishlov berish jarayonida uskuna yuqori chastotali impulsli quvvat manbasining manfiy qutbini yuqori tezlikda aylanuvchi bo'shliqli naycha elektrodga (odatda latun yoki misdan tayyorlanadi) va musbat qutbini ishlov berilayotgan detalgaga ulaydi. CNC servosistema aniq boshqaruvida elektrod uchi va ishlov berilayotgan detalganing yuzidagi mikroskopik baland nuqtalar orasida doimiy ravishda dinamik maydon (odatda 0,01 mm dan 0,05 mm gacha) saqlanadi.

Impuls kuchlanishi elektrod va ishlov berilayotgan detalganing o'rtasidagi dielektrik suyuqlikni buzganda, maydonda juda nozik ishqalanish zanjiri hosil bo'ladi. Ishqalanish zanjirining ichidagi lahzaviy plazma harorati 8000°C dan 12000°C gacha yetadi va uning juda yuqori energiya zichligi mahalliy metallni mikrosekundlar ichida lahzaviy eritadi yoki hatto bug'latadi.

Shuningdek, o‘qqa o‘rnatilgan yuqori bosimli aylanuvchi bosh, 5 MPa dan 10 MPa gacha bo‘lgan yuqori bosimli deionizatsiyalangan suv (yoki maxsus suvga asoslangan ishchi suyuqlik) ni bo‘sh elektrod naychasining ichidan chiqaradi. O‘q tomonidan yuzdan minggacha aylantirish daqiqasiga (RPM) tezlikda aylantiriladigan elektrodning yuqori tezlikdagi aylanishi bilan birga, bu yuvish harakati faqatgina razryad zonasini sovutmay, balki, eng tor oraliqdan eritilgan elektr razryad chiqindilarini kuch bilan chiqarib tashlaydi; bu esa ikkinchi darajali razryad va elektrodning qulflanishini oldini oladi.

Butun eroziya jarayoni elektr energiyasini issiqlik energiyasiga aylantirishga to'liq tayanadi, shu sababli vosita elektrodi va ishlov beriladigan detalla fizik aloqa yo'q. Natijada, ishlov berish jarayonida mexanik kesish kuchi nolga teng bo'ladi. Bu fizik xususiyat maydonli qalinlikdagi komponentlarga mexanik kuchlanishli deformatsiya yoki kesish chiqintilari qoldirmasdan qattiq po'lat, karbid, titan qotishmalar va nikel asosidagi superqotishmalar (Inconel) kabi yuqori o'tkazuvchanlikka ega materiallarni osonlikcha kesib o'tish imkonini beradi.

Mikro-chuqur ishlov berish jarayonlarining batafsil taqqoslash hikoyasi

Sanoatda mikro-chuqurlar ishlab chiqarishda keng tarqalgan texnik yo'nalishlar orasida maydonli chuqur driller EDM, an'anaviy mexanik driller va zamonaviy lazer driller mavjud. Ushbu uchta jarayon ishlov berish mexanizmlari, qo'llanilish sohalari va fizik xususiyatlari jihatidan bir-biridan keskin farq qiladi.

An'anaviy mexanik burg'ulashga nisbatan, mexanik burg'ulash kesuvchi asbobning o'zining qattiqlik va qattiqlik darajasiga kuchli tayanadi. Qattiq ishlanadigan materiallar — masalan, qattiqlangan po'lat yoki superqotishmalar — bilan ishlashda mexanik burg'ulash uchlarida og'ir yopishuv yoki sindirish sodir bo'ladi. Teshik chuqurligi ortgan sari chipni chiqarish juda qiyinlashib ketadi, bu esa nisbatni 20:1 chegarasida cheklaydi; shu bilan birga, kesish kuchlari ingichka devorli detallarni egilishga sabab bo'ladi. Aksincha, mayda teshiklarni elektr-eroziya usulida burg'ulash materialning qattiqlik cheklovlari bilan umuman bog'liq emas va material elektr o'tkazuvchan bo'lsa, uni samarali ravishda ishlash mumkin. Kesish kuchlarining yo'qligi ingichka devorli detallar bilan ishlashda katta afzallik beradi va moslashuvchan pek-ovoz (peck-feed) hamda yuqori bosimli yuvish mexanizmlarining birgalikdagi ta'siri ostida standart sanoat ishlab chiqarishda nisbat 20:1 dan 100:1 gacha etkaziladi — yuqori darajadagi CNC-uskunalarda ekstremal parametrlar ostida bu nisbat 200:1 gacha yetadi. Biroq, mexanik burg'ulash yumshoq metallarda — masalan, alyuminiy qotishmalari yoki qattiqlanmagan po'latda — toza materialni olib tashlash tezligini yuqori darajada amalga oshiradi va teshik devorini issiqlik ta'sir qilgan zona (HAZ) bo'lmasdan qoldiradi.

Lazerli delish bilan solishtirganda, lazerli delish yuqori energiya zichligiga ega bo'lgan yorug'lik nurlaridan foydalanadi va materialni eritadi yoki bug'latadi. Uning eng katta afzalligi — juda tez ishlash tezligida va o'tkazuvchan hamda o'tkazuvchilik qilmaydigan izolyatsion materiallarga (masalan, sersam va kompozitlarga) qo'llanilishi, shuningdek, ultratez lazerlar (pikosekund/femtosekund) ishlatilganda issiqlik ta'sirining minimal darajada bo'lishidir. Biroq, qalin plastinkalarda chuqur teshiklar qilishda lazer nurlari fokuslanish va defokuslanish muammolariga duch keladi, bu esa chiqish qismida kengayish (taper) va to'g'ri emas teshik devorlarini keltirib chiqaradi, shuningdek, jihozga katta investitsiya va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlari talab qilinadi. Aksincha, mayda teshiklar uchun elektr-eroziyalik delish (EDM) elektrod trubkasining yo'naltirish vazifasi va moslashuvchan bo'shliq boshqaruvidan foydalangan holda qalin plastinkalarni kesishda yuqori barqarorlik va iqtisodiy samaradorlikni ta'minlaydi, teshikning to'g'riligini saqlaydi va diametr doimiyliklarini nazorat qiladi. Biroq, ob'ektiv ravishda aytish kerakki, EDM teshik devorida mikroskopik, juda yupqa qayta eritilgan qatlam va mikro-troshlar qoldiradi, shuningdek, ishlov berish jarayonida asbob-elektrod yeyiladi va o'lchamlarni to'g'rilash uchun kompensatsiya algoritmlari talab qilinadi.

Jihozni baholash va asosiy texnik xarid mezonlari

Kichik teshikli elektr-eroziya frezalash (EDM) jihozining umumiy ishlash samaradorligi va ishlov berish aniqiligi ni baholash uchun struktura do'rasidan tashqari, uning to'rtta asosiy moduli bo'yicha chuqur texnik baholash o'tkazilishi kerak:

Yuqori chastotali impuls quvvat manbai va aqlli moslashuvchan boshqaruv tizimi. Impuls quvvat manbai jihozning "yuragi" hisoblanadi va to'g'ridan-to'g'ri ishlov berish samaradorligini, sirt nozikligini va elektrod yeyilish tezligini belgilaydi. Ilg'or impuls quvvat manbalari raqamli yuqori chastotali razryad boshqaruvidan foydalanadi va qisqa tutashuvni aniqlash bilan moslashuvchan yuqori chastotali qo'rqitib chiqarish (peck-feed) yuvish algoritmlarini birlashtiradi. Agar oraliqda chiqindilar to'planib, nozik kuchlanish pasayishiga sabab bo'lsa, boshqaruv tizimi darhol impuls kengligini sozlaydi yoki o'qni tezda orqaga tortib, chiqindilarni yuvib tashlab, keyin ishlov berishni davom ettiradi; shu tufayli ishlov berilayotgan detaldagi yonish (arka) oldini oladi.

Yuqori bosimli aylanuvchi o'q boshqaruv qurilmasi. O'q aylanuvchi boshqaruv qurilmasi mayda teshikli elektr-eroziyalik frezalash (EDM) uskunasida eng muhim mexatronik komponentdir. U yuqori aylanish tezligida 5 MPa dan 10 MPa gacha bo'lgan yuqori bosimli suv oqimi ta'siriga chidash uchun mutlaqo germetik bo'lishi kerak, shu bilan birga aylanayotgan elektrodga yuqori chastotali impul'sli tokni barqaror uzatishni ta'minlashi lozim. Germetiklarning ishqalanishga chidamliligi va bosimga chidamliligi hamda o'tkazuvchan uglerod liq qismlarning kontakt barqarorligi uskunaning uzoq muddatli doimiy ishlashi barqarorligini va chuqur teshik frezalash qobiliyatini bevosita belgilaydi.

Yuqori bosimli deionizatsiyalangan suv liniyasi va nozik filtratsiya tizimi. Mayda teshikli frezalashda EDM asosan deionizatsiyalangan suvni dielektrik va yuvish muhiti sifatida ishlatadi. Ish suyuqligining o'tkazuvchanligi zaryad energiyasini jamlash va bo'shliq izolyatsiyasini tiklash uchun juda muhimdir. To'liq tizim yuqori bosimli suv nasoslarini, deionizatsiyalovchi rezinaviy almashinuv ustunlarini va ko'p bosqichli mikron filtratsiya elementlarini o'z ichiga oladi, shunda aylanayotgan suyuqlik yuqori tozalik va mos o'tkazuvchanlikni saqlab turadi, ya'ni mayda qoldiqlar ikkinchi darajali zaryadlanishga yoki elektrod naychasining to'silishiga sabab bo'lmasin.

Ko'p o'qli CNC bog'lanish va avtomatlashtirish integratsiyasi. Oddiy bitta teshik yoki simli rezba teshigini ishlash uchun bitta o'qli CNC yoki qo'lda boshqariladigan uskunalar yetarli. Biroq, havo dvigateli parraklaridagi murakkab plyonka sovutish teshiklari (murakkab burchakli teshiklar va 3D fazoviy massivlar) yoki ko'p teshikli kalıplar uchun 3 o'qli yoki 5 o'qli bog'lanish (CNC) tizimlari zarur. Avtomatik chet topish, avtomatik asbob sozlash, avtomatik asbob almashtirish (ATC) va bo'shliqda razryadni kuzatish tizimlari bilan birlashtirilganda, bu xususiyatlar operator xatosini minimal darajada kamaytiradi va e'tiborsiz, juda doimiy aniq ishlab chiqarish imkonini beradi.

Sanoat tendentsiyalari va natija

Ishlab chiqarish aniqlikka, maydalanishga va aqlli texnologiyalarga intilganda, mayda teshiklar buriladigan EDM usuli ham texnik jihatdan takomillashtirilmoqda. Mikron darajadagi zaryad nazorati sohasidagi yutuqlar teshik diametrlarini kichraytirishga (masalan, $\varnothing$0.1 mm dan kichikroq) va qayta eritilgan qatlam qalinligini samarali cheklashga yordam beradi. Shu bilan birga, bu jihozni sanoat robotlari va avtomatlashtirilgan yuklash/yukni tushirish tizimlari bilan birlashtirish bu anʼanaviy boʻlmagan ishlov berish usulini toʻliq avtomatlashtirilgan moslashuvchan ishlab chiqarish tizimlariga (FMS) olib boradi.

Uzluksiz ishlash, material qattikligidan mustaqilligi va juda yuqori nisbiy balandlik imkoniyatlari tufayli maydonchali elektr-eroziya usuli zamonaviy ishlab chiqarish muhandisligida ajralmas "mikro-chuqurlik mutaxassisi" sifatida qolmoqda. Uning razryad fizikasini chuqur tushunish, boshqa jarayonlarga nisbatan uning samaradorligini ob'ektiv baholash va mos texnik konfiguratsiyalarni aniq tanlash korxonalar uchun murakkab detallarning sifatini kafolatlash va asosiy ishlab chiqarish raqobatbardoshligini oshirishning kalit asosini tashkil qiladi.