ELEKTRICAL DISCHARGE MACHINING (EDM)

Transkript

Jet Revizyon Müdürlüğü
EDM(Electrical Discharge Machining)
BÖLÜM 17
ELEKTRICAL DISCHARGE MACHINING (EDM)
ve
JET REVİZYON MÜDÜRLÜĞÜNDEKİ UYGULAMALARI
Svl.Müh. İbrahim AKKUŞ
1nci HİBM. K.lığı
Şubat 2004, ESKİŞEHİR
ÖZET
Genellikle hidrokarbon dielektrik bir sıvının varlığında iş parçası ve elektrot
arasında hızlı bir şekilde tekrarlanan bir seri elektrik boşalımı sonucunda metalin
uzaklaştırıldığı/ talaş kaldırıldığı bir metot ya da yüksek frekanslı kıvılcımlar ile iletken
malzemelerden erime ve buharlaşma yöntemiyle kontrollü olarak delik, yarık ve boşluklar
yapma yöntemi olarak tanımlanan ve kıvılcımla işleme (spark machining) olarak da anılan
EDM (Electrical Discharge Machining), bilinen araçlarla yapılmaları mümkün olmayan veya
çok zor olan iletken sert malzemelerin, karışık şekilli parçaların ve ufak deliklerin yüksek
hassasiyetle işlenmelerini sağlar.
Bu çalışmada, en büyük avantajı malzeme sertliğinin proses için önemsiz olması ve
karmaşık şekilli parçaların diğer makineleme metotları ile makinelenmesine göre daha
hızlı ve ekonomik işlenmesi olarak bilinen dolayısıyla günümüzde kalıp, elektronik ve
havacılık endüstrisinde geniş kullanım alanı bulan EDM hakkında detaylı bilgi verilmiştir.
17 - 1
1
PROSESİN ADI
Electrical Discharge Machining (EDM)
2
PROSESİN AMACI
EDM metodu bilinen araçlarla yapılmaları mümkün olmayan veya çok zor olan
iletken sert malzemelerin, karışık şekilli parçaların ve ufak deliklerin yüksek
hassasiyetle işlenmelerini sağlar.
3
PROSESİN GENEL / DETAYLI TANITIMI
Bazen kıvılcımla işleme (spark machining) olarak bazen de elektro erozyon olarak
anılan EDM (Electrical Discharge Machining), genellikle hidrokarbon dielektrik bir sıvının
varlığında iş parçası ve elektrot arasında hızlı bir şekilde tekrarlanan bir seri elektrik
boşalımı sonucunda metalin uzaklaştırıldığı/ talaş kaldırıldığı bir metottur [1,2,3]. Diğer
bir tanımla, yüksek frekanslı kıvılcımlar ile iletken malzemelerden erime ve buharlaşma
yöntemiyle kontrollü olarak delik, yarık ve boşluklar yapma yöntemidir [4]. EDM elektrik
iletkenliği olan malzemelere uygulanır, plastik ya da seramik malzemelere uygulanmaz [5].
Kıvılcım, iş parçası ve elektrot arasındaki akımın kontrollü olarak gönderilmesiyle
sağlanır. İş parçası genellikle pozitif yüklü (anot), elektrot ise genellikle negatif yüklü
(katot) olur. Elektrot ve iş parçasını uçları arasında uygun kıvılcım atlaması için 0,00050,020 inç’lik bir mesafe bulunur.
Şekil 1
EDM Prosesi Esnasında İşlem Esnasında Meydana Gelen Etkileşim [6]
17 - 2
Şekil 2
EDM Prosesini Gösteren Basit Diyagram [5]
İş parçası ve elektrot bir dielektrik akışkana batırılır veya akışkan iş parçası ve
elektrot arasında akıtılır (Şekil 1, Şekil 2). Bu aralıktaki dielektrik, yüksek voltajın
pulse’li uygulanması altında kısmen iyonlaşır. Böylece takım ve iş parçası altında bir
kıvılcım atlaması mümkün olur. Her bir kıvılcım iş parçasından küçük bir miktar eritip
buharlaştıracak kadar ısı üretir [4]. İşin üzerinde çok küçük krater veya oyuk bırakır
(Şekil 3). Çok az miktardaki metal parçacıkları erime veya buharlaşmayla metalden
alınarak takım ve iş parçası arasındaki boşluktan yıkanarak uzaklaştırılır [3].
Şekil 3
EDM Prosesinde Kıvılcımın Parça Yüzeyinde Meydana Getirdiği Değişim [4]
İşlem esnasında elektrot ve iş parçası yağın içerisinde olmalıdır. Bu sıvının başlıca
fonksiyonu, elektrik boşalım akımına bir yol oluşturmaktır. Ayrıca yağ, soğutucu ve
temizleyici vazife görür. Yağın dielektrik özellikte olması da şarttır. Erozyon esnasında
17 - 3
daima erozyon talaşı olan parçalar çıktığında buharın temizlenebilmesi için önceden
tedbir almak lazımdır. Servo kontrollü kafa, elektrodu parça ile temas edinceye kadar
aşağı sürer. Bu noktada dielektrik çatlar ve akım geçmeye başlar. bu akım, iş zamanı ve
durma zamanı ayarlanmış olan akımdır.
Elektrik kıvılcımlarıyla iş parçasının üzerinde meydana gelen çukurcukların boyutu,
boşalmanın enerjisine bağlıdır. Boşalma enerjisi, boşalım esnasındaki aralık voltajına,
boşalma akımına ve akımın aktığı zamanın uzunluğuna bağlıdır. Yüksek frekanslar (birim
zamandaki boşalım sayısı) yüzey kalitesinin iyileşmesini sağlar [3].
3.1
Kullanılan Terimler
4 Güç Ünitesi: Bir elektronik ünite olup, elektrik enerjisi için cereyanı üretir ve
kontrol eder.
4 Makine Kısmı: Elektrotu tutar ve iş parçasına doğru yönlendirir.
4 Voltmetre: İş parçası ve elektrot arasındaki mevcut kesme darbesi ortalama
voltajını gösterir. Voltaj, elektrotun tabanı ve iş parçası arasındaki açıklığı
gösterir. Daha büyük açıklık daha yüksek voltajı gösterir. Kısa devre (Elektrotun
iş parçasına teması) voltmetrenin sıfıra yakın düşmesine sebep olur.
4 Ampermetre: EDM kesme sırasında elektrot ve iş parçası arasındaki kesme
çarpması akımın ortalama değerini gösterir. Yüksek kesme akımı daha hızlı metal
kaldırma sağlar.
4 Polarite: Elektrot veya iş parçasının kutuplanması (+) veya (-) olmasıdır.
4 On Time ve Off Time: Kesme darbeleri 1 msn’lik artmaları içinde akım “on”
zamanında devam eder, “off” zamanında kesilir.
4 Revers Polar Switch’leri: Reverse polaritede elektrot (+), iş parças(-) dir.
Standart polaritede elektrot(-), iş parçası (+) dır. İstenilen polarite değişiklikleri
iş parçası tipi ve elektrot malzemesi ile planlanır.
4 Kondansatör: Jeneratör tarafından kumanda edilerek doldurulan bir elektrik
deposudur.
4 Pulse: Atış zamanıdır.
4 Cycle Time: Bütün cycle’daki zamandır.
4 İyonizasyon: Dielektrik akışkanın yarılarak elektrik geçirgen olduğu noktadır.
17 - 4
4 Frekans: Saniyede meydana gelen kıvılcım sayısıdır. Belirli bir kıvılcım aralığında
ve amperde yüksek frekans daha iyi yüzey verir.
4 İş Zamanı: Akım geçmesine müsaade edilen zaman aralığıdır. Mikrosaniye
(Saniyenin milyonda biri) ile ölçülür [4].
3.2
EDM’in Avantajları
EDM makine atelyelerinde uzman prosesi olarak bilinmesine karşın, üretim hattını
iyileştirmiştir ve bilinen makineleme metotlarından daha hızlı ve daha ekonomiktir.
EDM’in en çok bilinen avantajlarından bir tanesi, malzeme sertliğinin proses için
önemsiz olmasıdır. Eğer işlenecek parçanın elektrik iletkenliği varsa o parça işlenebilir.
Çok sert metaller, ısıl işlem görmüş çelikler ve süperalaşımlar, yumuşak metaller kadar
kolay işlenebilir. Takımlar, ilk önce yumuşatma gerekmeksizin onarılabilir ve parçalar,
sertleştirme prosesinde oluşan şekil değişiklikleri giderilerek, sertleştirme sonrası
makinelenebilir.
Elektrot iş parçası ile asla temas etmediği için EDM’de mekanik kuvvetler
gerekmez. Çok kırılgan malzemeler şekil bozukluğu olmaksızın kolaylıkla makinelenebilir.
İlave parlatma operasyonları gerekmeksizin pürüzsüz parçalar üretilebilir. EDM
tarafından elde edilen yüzey geleneksel makineleme metotlarına göre çok iyidir.
Karmaşık şekilli parçalarda normal makineleme işlemlerinde ortaya çıkan
problemler EDM prosesinde ortaya çıkmaz [6].
3.3
Dielektrik Sıvı
Dielektrik sıvı, bir delik takımdan veya harici bir sistemden veya her ikisinden
birlikte temin edilerek kıvılcım aralığına püskürtülür. Dielektrik sıvı ayrıca iş
parçasındaki deliklerden de püskürtülür. Sıvının bu şekilde verilmesi ile hem kıvılcım
ileticilik hem de soğutuculuk ayrıca iş parçasından sökülen parçacıkları uzaklaştırmak için
kullanılır. Sıvı, uygun bir dielektrik değerine sahip olmalı ve kıvılcım atlaması olabilmesi
için 40-400 Volt‘ta iyonize olmalıdır. Ayrıca kıvılcımın neden olduğu ergimiş ve
buharlaşmış metali bu bölgeden uzaklaştırmalıdır.
En çok kullanılan dielektrik sıvı viskozitesi 100 °F‘da 400 sus olan hidrokarbon
(petrolatum) yağıdır. Özel uygulamalar için diğer tip sıvılar, kerosin, silikon yağlar,
deiyonize su ve etilen glikol solüsyonu gibi polar sıvılardır. Dielektrik sıvıdan beklenen
özellikler; uygun oranda dielektrik mukavemet (tipik bir yağda her 0,001 inç’te 170 Volt),
düşük viskozite, yüksek parlama noktası ve düşük maliyettir. Bundan başka, korozyon
yapmayan ve insan sağlığına zarar vermeyen bir sıvı olmalıdır.
17 - 5
3.4
Elektrot Malzemeleri
Elektrotlar genelde grafit, bakır, pirinç, bakır-tungsten, çelik veya diğer elektrik
geçirgen maddelerden yapılır. Kolektör kömürü, pota eritme kömürü, kaynak kömürü v.s.
bu iş için tamamen elverişsizdir. Grafit, tungsten gibi elektrotlar çeşitli firmalar
tarafından değişik ebatlarda ve kalitelerde üretilerek satışa sunulmaktadır.
“No Wear” (aşınmasız) tip çalışma ile birçok oyuklar aynı elektrot ile yapılabilir.
Bu tip çalışma dışındaki ayarlar elektrodun çok aşınmasına neden olur.
3.4.1
Grafit Elektrotlar
Grafit başlıca EDM uygulamaları için tercih edilen elektrot malzemesidir. Diğer
elektrot malzemelerine göre aşınma direnci fazla, işlenmesi kolay, metal kaldırma oranı
fazladır. Grafit, karpit iş parçaları için tavsiye edilmez. Karpit işler için bakır ve bakırtungsten elektrotlar tavsiye edilir. Bu elektrotlar aynı zamanda ince ve hassas işçilik
isteyen çeliklerin işlenmesinde tavsiye edilir.
3.4.2
Pirinç Elektrotlar
Ana kullanımları, aynı anda çok sayıda delik delmek gibi tekrarlamalı işlerdedir.
Pirinç elektrotlar daima standart polariteyle kullanılmalıdır. Ters polarite daha çok
elektrot aşınmasına sebep olur. Bazı operasyonlar için ekonomik olabilir.
3.4.3
Tungsten Elektrotlar
İyi bir aşınma kalitesine sahiptir (bakır ve pirinçten çok daha iyi). Küçük çap
uygulamalarında büyük bir rijitliğe sahip olması avantajlarından birisidir [4].
3.4.4 Bakır Elektrot
İyi bir yüzey elde etmek için önerilir ve aşınmasız EDM için çok iyidir.
3.4.5 Çelik
Malzeme alım hızları yavaştır. Doğrusal kesmelerde uygulanabilir.
3.4.6 Gümüş Tungsten
Karbidleri makinelemek için kullanılır. Bakır tungstenden düşük aşınma ve daha
hızlı malzeme alımı sağlar.
3.4.7 Bakır Tungsten
Aşınma karakteristiği ve rijitliği iyidir. Düşük toleranslar, hassas detaylar, düşük
aşınmalar için kullanılır. Malzeme alımı grafitten düşük, maliyeti yüksektir [6].
17 - 6
3.5
No Wear (Aşınmasız) EDM
Aşınmasız EDM, revers (ters) kutupta, yüksek akım düşük frekans pulse’yi ve
grafit elektrot kullanılarak yapılır ve kaba işlemlerde kullanılır. Maksimum talaş kaldırma
oranı, grafit elektrot ile kaba işleme yapan normal EDM‘lere göre %10-20 daha azdır.
Aşınmasız EDM aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:
4 Ters polarite
4 Frekans miktarının 400-20000 cps (cycle per second) genellikle 2000 cps
olmalıdır.
4 Değişebilir pulse zamanının en ez %90‘ı “ON”, %10‘u “OFF” durumunda olmalıdır.
4 Soğutucu sıvı sıcaklığı 120 °F‘ı aşmamalıdır.
4 Voltaj 80 Voltu aşmamalıdır.
4 Soğutucu sıvının akış basıncı düşük olmalıdır.
4 Düzgün doğrusal servo kontrol olmalıdır.
4 Soğutucu sıvının akışı partiküllere engel olmamalıdır.
Genel olarak iş parçasından kopan ergimiş sıvı metal ve buharı elektrodun
üzerinde ince yapışkan bir tabaka oluşturur. Bu tabaka prosesin şartlarını değiştirecek
kadar kalınlaştığında, elektrodun derhal değiştirilmesi gerekir. Aksi halde istenilenden
daha kaba bir yüzey elde edilir [4].
3.6
Enerji Boşaltımının Kontrolü
Geleneksel makinelemede kontrol edilebilen faktörler EDM’de mevcuttur: talaş
kaldırma oranı, doğruluk ve operasyonun verimliliği. Frezeleme gibi geleneksel
makineleme operasyonunda bu faktörler motor gücü ve RPM tarafından kontrol edilir.
EDM’de bu faktörler akım, ark süresi, % çalışma zamanı ve elektrot besleme sistemi
tarafından kontrol edilir (Şekil 4).
0
0
OnTime =
T1 + T2 + T3
T
17 - 7
Şekil 4
EDM Prosesinde Kontrol Edilebilen Faktörlerin Gösterimi [6]
3.7
Ortalama Amper
Amper, giriş gücü tarafından elde edilen ve kesme operasyonunda kullanılan
toplam elektrik enerjisini ya da kesme gücünü gösterir. Bu ortalama amper kesme oranını
belirler. Ortalama amper, en uygun makineleme oranında arzu edilen sonuçlara ulaşmak
için verilen aralıkta ayarlanabilir. Ortalama amper üç faktörle elde edilir:
4 Akım seviyesi,
4
% Çalışma süresi,
4 Verimlilik.
Akım seviyesi elektrik pulse’lerinin büyüklüğünü sınırlandırır. % Çalışma süresi
pulse’lerin tekrarlanma oranını belirler. Elektrotla parça arasındaki boşluk ve işlem
esnasındaki temizlik verimliliği belirler.
Şekil 5
Maksimum Akımın Etkisinde Oluşan Kıvılcımın Durumu [6]
17 - 8
Ortalama amper güç girişi üzerinde gösterilen değerdir. Bu değer makineleme
operasyonu için kullanılan gerçek akımdır ve amperaj, dielektrik kirlenmesi, elektrot ve iş
parçası arasındaki mesafe ve kullanılan elektrot malzemesinin tipi ve boyutu gibi
değişkenler tarafından etkilenir (Şekil 5) [6].
3.8
Ark Süresi
Ark süresi, pulse’nin uzunluğudur. Bu,son yüzeyin durumunu ve fazla kesmeyi
maksimum akımla beraber kontrol eder. Ark süresi yüzeyi ve elektrot aşınmasını etkiler.
Ark süresi son yüzeyi ve elektrot aşınmasını etkiler. Kısa ark süreleri daha iyi sonuçlara
neden olur, uzun ark süreleri kaba yüzeylerin oluşmasına neden olur. Eğer maksimum akım
ve % çalışma zamanı sabit tutulursa ark süresinin değişimi son yüzeyi ve aşırı kesmeyi
değiştirecektir.
3.9
% Çalışma Zamanı
Şekil 6
Farklı Değerlere Sahip % On Time'lerin Gösterimi [6]
% Çalışma zamanı, bazen durma zamanı da denilen enerji pulse’leri arasındaki
bekleme zamanını ayarlar. % Çalışma zamanının değişimi son yüzeyi ve aşırı kesmeyi
etkilemez. Bu fonksiyon kararlılığı ve makineleme oranını sağlamak içindir. Genellikle,
düşük % çalışma zamanında yüksek % çalışma zamanından daha yavaş makineleme olur.
Örneğin Şekil 6‘da iki ayar değeri gösterilmiştir, a ve b aynı son yüzeye sahiptir. Ancak b
daha hızlı kesilecektir [6].
% Çalışma zamanı, pulse’leri kontrol etme kabiliyetinden dolayı mümkün olmayan
kesmelerin işlenmesine olanak sağlar.
17 - 9
3.10 Kapasitör Mod
Boşalmanın elde edilişinin iki farklı yolu vardır. Biri, maksimum akım, ark süresi ve
% çalışma zamanı ayarlarının kesmenin hızını ve bitişini belirlediği pulse mod, diğeri ise
kapasitörler içerisinde güç girişi tarafından üretilen pulse’leri besleyen kapasitör
moddur.
Kapasitör modda ,boşluktaki şartlar uygun oluncaya kadar enerji kapasitörlerde
depolanır. Daha sonra, yüksek yoğunluklu bir boşalma elde etmek için kapasitörler boşluk
içerisine bu enerjiyi hızlıca bırakırlar.
Metal kaldırma oranı ve bitişi belirlediği için, kapasitör modta kapasitörün değeri
düşünülmelidir. Maksimum akım, % çalışma zamanı ve ark süresi, kapasitörleri doldurmak
için güç beslemesi tarafından üretilen enerjiyi belirler. Büyük boşalım enerjisine sahip
olan, yüksek kapasitör değeri seçimi yüksek metal kaldırımına ve daha kaba bir bitişe
neden olur.
Kapasitör mod, metalik elektrotlarla EDM için ve yabancı alaşımların
makinelenmesi olacağı durumda, kötü boşluk şartları olduğu zaman faydalıdır. Kesme
boşluğunda kesme kalıntılarını gidermek için kapasitör enerjisinin yüksek yoğunluğu
hizmet eder.
3.11 Flushing (Yıkama)
Boşlukta kesme bölgesindeki kalıntıların temizliği olarak tanımlanan flushing çok
önemidir. İyi olmayan temizlik uygun olarak ayarlanmış değerlerin etkisinin kötü olmasını
sağlar. Çok fazla kalıntı çalışma boşluğunda kaldığı zaman elektrik boşalmaları partiküller
tarafından deliğe doğru transfer olur. Bu basamak taşı etkisi boşalmanın verimini
düşürür. Bu durumda boşluk düşük voltajda bozulur ve boşalmanın büyüklüğü düşer. Bu
boşalma büyüklüğünün düşmesi metal kaldırma oranını düşürür ve parça üzerinde
karbonun oluşmasına izin verir. Bu karbonlaşma servo sensör ünitesinin verimini düşürür
ve dahası kesmenin verimini düşürür.
Uygun olmayan yıkamanın neden olduğu aşırı partikül elektrot ve iş parçası
arasında kısa devre oluşturabilir. Bu, iş parçasının bir bölgesinde aşırı enerji oluşturur ve
yanma ile sonuçlanır. Bu durum iş parçasını kötü duruma getirebilir.
Çalışmaya başlanacak işin tipi için, istenen yıkama verimi ve yıkama metodu
uygulanmalıdır. Örneğin, yüksek enerji boşalımı kullanıldığı zaman (Yüksek akım, yüksek %
çalışma zamanı, uzun ark süresi) partiküllerin boyutu büyük olur. Bu büyük partiküller
kısa devre oluşturmaya eğilimlidirler dolayısıyla daha etkili bir şekilde o bölgeden
uzaklaştırılmalıdırlar. Birde, kolayca makinelebilen metallerde boşlukta biriken kalıntı
miktarı artar bu nedenle yüksek dereceli bir yıkama gereklidir.
17 - 10
Yüksek basınçlı yıkama zararlı olabilir. Bu, ark çevresinde pürüzlülüğe neden
olabilir ve kesme esnasında elektrot sapmasına neden olabilir. Yıkama, işin durumuna göre
dengelenmelidir.
3.12 Uca Doğru İncelmek (Sivrilmek)
EDM operasyonunda sivrilmenin küçük bir miktarı doğaldır; fakat çoğu durumda
önemsiz bir problemdir. Yalnızca dielektrik sıvıdaki büyük kirlilik problemlere neden olur.
Önceden makinelenmiş yüzeyler ve deliklerin alt tarafına doğru yıkama kalıntıları
ya da partiküllerin etkisiyle sivrilme oluşur.
Şekil 7
EDM Prosesinde Sivrilmenin Gösterimi [6]
Bu sivrilmeyi tamamen yok etmenin ya da minimize etmenin yolları vardır. Bu
metotların birisi, iş parçası üzerindeki açıklıktan emişli yıkama yapmaktır. Emişli yıkama
deliğin cidarları boyunca kalıntıların hareketini önler. Diğer metot ise açıklığın üstünde
parçanın cidarına yakın elektrot yüzeyleri olmayan bisküvi elektrotlar kullanmaktır (Şekil
7) [6].
3.13 Aşırı Kesme
Aşırı kesme, elektrot çevresi etrafında aşırı malzeme alımı ya da boşluktur ve iş
parçası ve elektrot arasında en yakın noktada meydana gelen boşalmaların sonucudur.
Sonuçta, elektrot kendinden biraz büyük bir delik keser.
Aşırı kesme, deliğin aşınmamış dikey yüzeyi ile elektrotun aşınmamış dikey yüzeyi
arasındaki dik uzaklık olarak ölçülür. Bu boyut yalnızca bir kenar üzerinde ölçülür.
Örneğin, 1 inç’lik bir elektrot 1.004 inç çapında bir delik kesebilir ve ölçülen aşırı kesme
0.002 inç olacaktır (Şekil 8) [6].
17 - 11
Şekil 8
EDM Prosesinde Oluşan Aşırı Kesmenin Oluşumu [6]
3.14 Elektrot Aşınması
Her bir enerji boşalması esnasında iş parçasından olduğu gibi elektrotun
kenarlarından ve ucundan malzeme kaybolur. Normal çalışma şartlarında iş parçasından
malzeme alımı elektrottan fazladır fakat farklı malzemelerle aşınmanın oranı farklı olur.
Bir çok malzemenin aşınma oranları bilinmektedir.
Elektrot aşınması genellikle köşe, uç, kenar v.b. ile ölçülür, elektrotun bu bölgeleri
diğer alanlardan daha hızlı aşınır. Keskin köşe elektrot üzerinde en fazla aşınır.
Köşelerdeki yüksek elektrot aşınması içerilen küçük alanın bir nedenidir. Köşenin
yanında meydana gelen boşalmalar ilave malzeme aşınmasına eğilimlidir. Kenarlar
yanındaki boşalmalar, düz yüzey üzerindeki boşalmalar gibi iyi ısı absorbsiyonu için
yeterli yüzey alanına sahip değillerdir bu nedenle ilave ısılar köşeleri kötüleştirmeye
eğilimlidirler.
Köşe aşınması, EDM’de kusursuz bir kare köşe elde edilememesinin nedenidir.
Diğer bir neden elektrotun köşeleri ile elektrot arasında en yakın noktada meydana gelen
boşalmalardır. Ancak EDM, diğer makineleme metotlarından daha iyi keskin köşe
yapmaya kabiliyetlidir.
Bir delik makineleneceği zaman elektrotun toplam aşınma alanını ilave etmek
daima hatırlanmalıdır. Bu “elektrot uzunluğu aşınmanın uzunluğu + kesme derinliği +
normal uzunluğun %10’u + tutma uzunluğuna eşit olmalıdır” anlamına gelmektedir (Şekil 9)
[6].
17 - 12
(a)
(b)
Şekil 9
EDM Prosesinde Oluşan Elektrot Aşınması [6]
3.15 Düşük Aşınma
Bu, elektrot üzerindeki aşınmayı minimumda tutarak kesmeyi yapabilmektir. Bu,
elektrot üzerinde iş parçasının küçük miktarının kaplanmasına izin vermek için yeterli
uzunlukta pulse üretimini sağlamak amacıyla güç girişini ayarlayarak ve ark boşluğunda
üniform yüzey sıcaklığı elde etmek amacıyla dielektrik akışını minimuma düşürerek
başarılır [6].
3.16 EDM Uygulamaları
EDM, takım ve kalıp endüstrisi tarafından oldukça yaygın kullanıma sahiptir; fakat
özellikle elektronik ve uzay endüstrilerinde parça üretimi ve prototip üretiminde
kullanımı artmıştır. Basma kalıplarının üretiminde EDM prosesinin ekonomikliği nedeniyle
EDM’in kullanımı önem kazanmaktadır [3].
3.17 Proses Karakteristikleri
EDM prosesi normal olarak ±0,002 - ±0,005 inç hassasiyetteki toleransları sağlar.
Ancak daha dikkatli ve kontrollü olarak yapılan çalışma şartlarında ±0,0001 -±0,0005 inç
toleranslarına çıkılabilir.
17 - 13
Şekil 10
30 ve 36 RC Sertlikteki (Ti-6Al- 4V) ile 4340 Çelik Malzemelerde EDM'de Son İşleme
Proseslerinin Yüzey Sertliğine Etkisi [4]
Talaş kaldırma hızı: 0,01-30 inç/sa ve pirinç bir elektrotla dakikada 0,00025
inç /Amp lik talaş kaldırılırken grafit elektrot bunun 2-3 katı daha fazla kaldırır. EDM
konik, overcut (elektrodun orijinal ölçüsü ile delik ölçüsü arasındaki farkın yarısı) ve köşe
radyüslü işlemler yapar. Yani tam keskin köşe işleyemez. Bir kenarda 0,0005-0,005
inç’lik bir koniklik ve yeni bir kenarda 0,0002-0,005inç’lik bir overcut oluşturulur. Burada
minimum köşe radyüsü overcut’a eşittir. Kaba talaştan sonraki son yüzey işlemede; talaş
kaldırma hızı arttıkça yüzey pürüzlülüğü de artmaktadır.
3
Yüksek sıcaklıklar; işlenmiş parça yüzeyinde 0,001 - 0,005 inç kalınlığında ergimiş,
buharlaşmış bir tabaka oluşturur. İşlemeden sonra en dış tabakadaki ergimiş metal
hızlıca soğuduğundan bu kısım oldukça serttir. Böylece bu sert tabakanın üzerindeki
tabaka temperlenmiş olur.
Sertleştirilmiş çeliklerde; kaba işlemlerde en dış katman kalınlığı 0,0001inç’tir ve
son sertlik 60 HRC'den daha büyüktür. Sert tabakanın altındaki temperli tabaka
kalınlığı; kaba işlemlerde 0,008 inç’tir. İşleme faktörünün malzeme sertliğine etkisi
büyüktür. Bu durum Şekil 10'da daha iyi görülmektedir [4].
17 - 14
Benzer şekilde işleme şartları Fatique Strength (Yorulma dayanımını) da etkiler.
Şekil 11'de 7 ayrı metale oda sıcaklığında iki farklı proses ve EDM uygulanmış ve yorulma
dayanımları mukayese edilmiştir ve şekilde izlendiği gibi EDM işleme sonrasındaki
malzemelerin yorulma dayanımının mekanik işleme sonrası yorulma dayanımlarından daha
düşük olduğu görülmüştür. Zorunlu durumlarda yorulma ömrü shot peen veya hasarlı
yüzeyi makinelemek suretiyle arttırılabilir [4].
Şekil 11
Mekanik İşleme ve EDM İşleminin Yorulma Dayanımı [4]
3.18 EDM’in Malzemeye Etkisi
Talaş Kaldırılan metal yüzeyinde iki ayrı bölge vardır. En dış bölge ergimiş ve
katılaşmamış olup, yüzeyden içeriye doğru nüfuz ederek malzemeyi zayıflatan mikro
çatlaklara sahip recast tabakası oluşur. İkinci bölge ise recast tabakasının altıdır.
Buradaki metal tabakası ergime sıcaklığının altında olmasına rağmen, metalin fiziksel
özellikleri birinci bölgeden etkilenmiştir.
Mikrofilmler ve parça çizimleri, bazen çatlak derinliği ve recast limitlerini
belirtirler. Bunlar sadece işlenen parça veya metalurjik olarak parçanın aynısı olan örnek
kuponlara yine orijinale benzer elektrot ve parametreler kullanılarak işlenip, mikroskobik
incelenmesi sonucunda tespit edilebilirler [4].
3.19 Genel Bir Proses İçin Hesaplamalar
3.19.1
Kaba Kesme İçin Ortalama Amper Hesaplaması
Amper= (Elektrot Temas Alanı) X 50 Amp. /İnç2 [4]
17 - 15
3.19.2
Kaba Kesmede Çalışma Çevrimi (Duty Cycle) Seçimi
Tablo 1
Kaba Kesmede Çalışma Çevrimi (Duty Cycle) Seçimi [4]
ELEKTROT
İŞ PARÇASI
POLARİTE
DUTY CYCLE
Grafit
Çelik
Reverse(+)
%60
Grafit
Alüminyum
Reverse(+)
%60
Grafit
In. 718
Reverse(+)
%70
Bakır
Çelik
Reverse(+)
%90
Bakır
Alüminyum
Reverse(+)
%60
Bakır
Karpit
Standart(-)
%30
Bakır Grafit
Karpit
Standart(-)
%30
Bakır Tungsten
Karpit
Standart(-)
%30
Bakır Tungsten
Çelik
Reverse(+)
%30
3.19.3
Kaba Kesmede En Yüksek Akımın Hesabı
En Yüksek Akım= Ortalama Amper + Duty Cycle [4]
3.19.4
Aşınmasız Kaba Kesme için Çalışma Zamanının (On Time) Hesaplaması [4]
ON TIME
Yüksek Yoğunlukta Grafit (POCO EDM-3)
10 Amper veya aşağısı
50
Yüksek Yoğunlukta Grafit (POCO EDM-3)
10 Amper veya yukarısı
75-50
Orta Yoğunlukta Grafit
(POCO EDM-1)
80
Orta Yoğunlukta Grafit
(POCO EDM-1)
125
Düşük Yoğunlukta Grafit (KK-6 / KK-10)
250
Düşük Yoğunlukta Grafit (KK-6 / KK-10)
350
Bakır Elektrot ..................................................
200
Bakır Elektrot ..................................................
6-12 Amper
700
Bakır Elektrot ..................................................
13 amper veya yukarısı
1000
17 - 16
3.19.5
Kaba Kesmede Durma Zamanının (Off Time) Hesaplaması
Örnek: Yüksek yoğunlukta grafit elektrot ile çelik bir parçanın 20 amper ile
kesilmesi.
Durma Zamanı =
On Time
− On Time
Duty Cycle
On Time: Çalışma Zamanı
Duty Cycle: Çalışma Çevrimi
Durma Zamanı =
3.19.6
75
− 75 = 50
0.6
[4]
Tavsiye Edilen Elektrot Sayısı
60 RMS elde etmek için minimum
2 elektrot
45 RMS elde etmek için minimum
3 elektrot
En iyi yüzey elde etmek için minimum
4 elektrot [4]
3.19.7
Küçük Delikleri Kesmek İçin Rehber
Tablo 2
Küçük Delikleri Kesmek İçin Rehber [4]
ELEKTROT ÇAPI
ON TIME
OFF TIME
0.007”
5
100 veya daha fazla
0.5
0.012”
10
100 veya daha fazla
0.5 – 1
0.020”
15
150 veya daha fazla
1
0.030”
20
150 veya daha fazla
1
0.050”
20
150 veya daha fazla
2
3.19.8
YAKLAŞIK ORT. AMPER
Genel EDM için Elektrot Ölçüsü Belirleme
İşlenecek Parçanın Ölçüsü
: 1” X 1” X 1”
Yüzey Pürüzlülüğü
: 125 RMS
Elektrot Malzemesi
: POCO 1 ( Grafit)
İş parçası
: Çelik
17 - 17
3.19.8.1 İşlenecek Elektrodun Ölçüsü
İşlenecek elektrodun ölçüsü parçanın ölçüsünden 0.010” daha düşük olacaktır.
Kaba Elektrot Ölçüsü : 0.980” X 0.980”
Kaba “z“ derinliği
: 0.990”
Amper = Alan X 50
= 0.980 X 0.980 X 50
= 48 A
On Time
: 125
Off Time = ( On Time / Duty Cycle ) – On Time
= (125 / 0.6) – 125
=83
3.19.8.2 Son Elektrot Ölçüsü (125 RMS)
Son elektrot ölçüsü (125 RMS) = Elektrot ölçüsü – ( Son kesmedeki aşındırma X 2)
= 1” –( 0.0024” X 2 )
= 0.9952”
Elektrodun ölçüsü = 0.9952” X 0.9952”
“z” derinliği
= 1” – 0.0024”
= 0.9976”
On Time = 25
4
Off Time = 10
Akım
= 10
[4]
JET REVİZYON MÜDÜRLÜĞÜNDE EDM
Jet Revizyon Müdürlüğü bünyesinde EDM prosesi, çeşitli kapasitelerdeki 6 adet
EDM tezgahı kullanılarak şekil ve boyut yönünden farklılık gösteren bir çok motor
parçasının onarım işlemlerinde etkin olarak kullanılmaktadır. Şekil 12'de Jet Revizyon
Müdürlüğü bünyesinde bulunan EDM tezgahının görüntüsü gösterilmiştir.
17 - 18
Şekil 12
Jet Revizyon Müdürlüğü Bünyesindeki Hansvedt, H-Pulse 1004 Modeli EDN Tezgahı
4.1
Uygulama Alanı
EDM prosesi, F110 motoru düşük basınç türbini vane kesme işlemi, F110 motoru
türbin frame yağ borusu sökme işlemi, J79 motoru kompresör casing’in delik ve testere
yarıklarının işlenmesi, J85 motoru difüzör casing bracket deliğinin delinmesi, J85
motoru main frame slot yarığının işlenmesi gibi bir çok motor parçasının onarım
işlemlerinde yoğun olarak kullanılmaktadır.
4.2
Uygulama Esnasındaki Ortam Koşulları
Prosesin kendisi için özel bir ortam koşulu gerekmemektedir. Ortam şartları MILSTD-1472D esas alınarak düzenlenmektedir:
4 Sıcaklık; yaz ve kış şartlarına göre 18-27ºC (65-80ºF) arasında değişebilmektedir.
4 Aydınlatma; Tamir atölyesi standartlarına uygun şekilde, 30-50 FT-C (325-540
LUX)
4 Havalandırma; Havalandırma ihtiyacı atölye hacmi, çalışan personel sayısı ve
ortama verilen gaz ve toz miktarı göz önünde bulundurularak hesaplanır.
17 - 19
4.3
Uygulama İçin Gerekli Tezgah / Ekipmanlar
EDM prosesinin gerçekleştirileceği EDM tezgahı ve EDM prosesi esnasında,
yapılacak işlemin durumuna göre iş parçasını konumlandırmak amacıyla gerekli olan
aparatlara ihtiyaç duyulmaktadır.
4.4
Proses Öncesi Yapılması Gerekenler
Eğer, EDM prosesi için gelen parça ilk defa EDM yapılacaksa işlemde kullanılacak
parametrelerin doğruluğunun kontrolünün yapılması için test kuponu hazırlanarak
öncelikle bu kupon üzerine işlem yapılmalıdır. Test kuponunun incelenmesi sonucunda
uygulanan parametreler laboratuar tarafından kabul edilirse parçanın EDM işlemi
yapılmalıdır.
EDM işlemi için gelen parça daha önceden, işlem yapılacak tezgahta prosese tabi
tutulmuşsa proses öncesi herhangi bir işleme gerek yoktur.
4.5
Emniyet Tedbirleri
4 Elektrik bağlantılarının ve monte edilen elektrotun gevşek oluşu, soğutucu sıvı
üzerinde ark oluşturacağından bu bağlantıların iyi yapılması gerekir.
4 Elektrotun veya iş parçasının pastan veya korozyondan temizlenmiş olduğundan
emin olunuz. Bunlar malzemenin iletkenliğini düşürür ve hatalı işlemler meydana
getirebilir.
4 Kirli soğutucu yağ, düzensiz EDM kesmelerine sebep olur.
4 Kesme esnasında, kıvılcım tamamen sıvının içinde olmalıdır. Yağ seviyesi iş planının
min. 2 inç üzerinde olması gerekir.
4 Soğutucu sıvı seviyesinin normalden düşük olması, tavsiye edilen kesme akımından
daha yüksek kesme yapılması sonucunda güçlü bir yangın tehlikesi oluşabilir.
4 EDM prosesi sonucunda oluşacak yanıcı gazların iş parçası, tezgah ve elektrot
üzerinde birikmesi önlenmelidir. Biriken gazlar tutuşup, can ve mal kaybına neden
olabilir.
4 Çalışma ortamındaki buharın uzaklaştırılması gerekiyorsa hava ventilasyonu
sağlanmalıdır.
4 Tezgah çalıştırma talimatlarına kesinlikle uyulmalıdır.
17 - 20
4.6
Prosesin Uygulama Adımları
4 Tezgah ve EDM güç kaynağının “ON” durumunda olduğundan emin olun.
4 Elektrodu ve iş parçasını iş planına göre uygun aparata ve/veya tezgaha bağlayın.
4 Elektrot ve iş parçasını pozisyonlandırın.
4 Dielektrik yağını tezgah haznesine doldurun.
4 Güç kaynağı üzerinde uygun parametreleri iş planına uygun olarak ayarlayın.
4 Emniyet tedbirlerine uygun olarak tezgahı çalıştırın [4].
4.7
Prosesin Uygunluğunun Kontrolu
Proses, proses metalurjik karakteristikleri diye bilinen yüzey düzensizliği, erimiş
ve katılaşmış malzeme birikintisi ısıdan etkilenen bölge, yeniden katılaşmış bölgedeki
çatlaklar ve ana malzemeye uzanan çatlaklar yönünden değerlendirilir. Bu
değerlendirmede Tablo 3’teki limitler göz önüne alınır.
17 - 21
17 - 22
4.7.1
Proses Kontrol Metodu
4 EDM tezgahında imalata geçmeden önce iş parçası ile aynı malzemeden test
kuponu temin edilir. Test kuponu üzerinde proses parametreleri ve metalurjik
karakteristikler inceleneceği için temin edilen test kuponunun parça ile malzeme
analizi, kalınlığı, sertliği ve ısıl işlem durumu aynı olmalıdır.
4 İşlem gören tüm parçaların proses kontrolünde iş planında yer alan metalurjik
karakteristikler incelenecektir. Bu incelemede Tablo 3’teki limitler
değerlendirilir.
4 EDM operatörü kendisi tarafından belirlenen proses parametrelerine göre kuponu
işler ve proses parametrelerini kayıt eder.
4 Hazırlanan test kuponlarının kontrolü amacıyla operatörce laboratuar formuna
metalurjik limitler ve proses parametreleri belirtilerek laboratuara gönderilir.
4 Test kuponundaki metalurjik limitler için onay almışsa proses parametreleri iş
planına girilir ve proses mühendisi tarafından onaylanır. Artık iş planındaki proses
parametreleri kullanılarak imalata geçilebilir.
4 Test kuponuna metalurjik limitler için laboratuar tarafından onay verilmemişse
proses mühendisine bilgi verilir ve proses parametreleri değiştirilerek test
kuponu tekrar işlenir. Metalurjik inceleme için kupon laboratuara gönderilir.
4 EDM prosesinden sonra recast tabakası oluşan yüzeylerde N6 ( 32√ ) kalitesinde
taşlama, N7 (63√ ) yüzey kalitesinde freze ile kesme ve tornalama, delik açma
işleminde ise; çapta minimum 1 mm değişikliğe sebep olacak şekilde matkap ile
delik genişletme işlemleri uygulanması durumunda metalurjik limitlerin
belirlenmesine gerek yoktur.
4 Asamble üzerindeki perçinlerin çürütülmesi veya sıkışmış vida, cıvata ve
somunların kesilmesi amacıyla proses kullanılmışsa yine metalurjik limitlerin
belirlenmesine gerek yoktur.
4 Metalurjik limitlerin belirlenmesine gerek yoktur diye ifade edilen üstteki iki
maddenin dışında kalan tüm durumlarda limitlerin kontrolü için laboratuar onayının
alınması zorunludur.
4.7.2
Proses Kontrol Periyodu
4 EDM tezgahında işlem gören her parça için, kontrol gerekmeyen durumlar hariç,
metalurjik karakteristikler periyodik olarak yılda bir kez test kuponu ile kontrol
edilmelidir. Laboratuar onay tarihi 1(bir) yılı geçmesine rağmen, parça
üretilmediği sürece test yapılmaz.
4 Yer destek parçaları hariç , tüm uçak ve motor parçalarının metalurjik
karakteristik kontrolü yapılmalıdır.
17 - 23
4 Metalurjik karakteristikler laboratuar onayı aldıktan sonra tezgah
parametrelerinde değişiklik yapılması halinde, kontrol periyodunun tamamlanması
beklenmeden test kuponu ile onayın yenilenmesi gerekir [7].
4.8
Proses Bitiminden Sonra Yapılması Gerekenler
Proses sonrasında yapılması gereken özel bir işlem olmamakla beraber, prosesi
biten parçalar dielektrik sıvıdan arındırılmak üzere temizleme işlemleri için temizleme
atelyesine sevk edilir.
4.9
Kapasite
4 Boyut:Jet Revizyon Müdürlüğünde 6 adet EDM tezgahı mevcut olup bu
tezgahlardan en büyüğü olan Hansvedt H-Pulse 1400 model EDM tezgahına göre
değerlendirme yapıldığında 96" X 180" X103" ( Yükseklik X Genişlik X Derinlik)
boyutlarına kadar olan parçalar, EDM prosesi kapsamında kesme ve işleme
prosesleri görebilmektedir.
4 Hassasiyet: EDM prosesi kapsamında işlenecek parçalarda, zaman kısıtlaması
olmaksızın ve çok elektrotla 0.01mm doğrulukla işlem yapılabilmektedir.
4.10 Kullanılan Tezgahların Özellikleri
Jet Revizyon Müdürlüğü bünyesinde 6 adet EDM tezgahı mevcut olup bu
tezgahların özellikleri Tablo 4'te verilmiştir.
Tablo 4
Jet Revizyon Müdürlüğü Bünyesinde Kullanılan EDM Tezgahları
Marka
Model
Voltaj
Frekans
Güç
Elektroda Uygulanan
Maksimum Amper
Hansvedt
H-Pulse 1004
380 V
50 Hz
12 KVA
100 A
Hansvedt
H-Pulse 502
380 V
50 Hz
7.5 KVA
50 A
Hansvedt
H-Pulse 201E
117 V
60 Hz
5 KVA
25 A
Hansvedt
H-Pulse 201E
117 V
60 Hz
5 KVA
25 A
CP-60
380 V
50 Hz
6.8 KVA
50 A
CR-2000
380V
50 Hz
6 KVA
50 A
Raycon
Ingersol
17 - 24
REFERANSLAR
[1]
Society, of Manufacturing Engineers, Tool and Manufacturing Engineers
Handbook, Volume I, Fourth Edition, (1983). Syf. 14-42
[2]
Korsakov, V. S., Fundamentals of Manufacturing Engineering, MIR Publishers
Moskow, Syf. 204 .
[3]
Dallas, DANIEL B., Tool and Manufacturing Engineers, McGRAW-HILL Book
Company,Third Edition, Syf.13.1
[4]
Elitok, N. ve Öztaşan, A., PPMP-100 EDM Proses Planı, (1993).
[5]
Wright, R. Thomas, Processes of Manufacturing, The Googheart-Willcox
Company Inc.,(1987). Syf. 296-297.
[6]
Hansvedt Cintrojet Ram EDM Machines Operating Manuel,1995, Bölüm 3, Sayfa
3.2.1.
[7]
Küçükoğlu, A., PQMP -100 EDM Prosesi Kontrol Planı, (2001).
17 - 25

ELEKTRICAL DISCHARGE MACHINING (EDM)

Transkript

Benzer belgeler

EBYS Tanıtım - EDM Bilişim

Lineer Motorlu EDM

DR181 Holter için Bağlama Kılavuzu

TIG Argon gaz tungsten ark kaynağıkısa illüstrasyonlar. Ayrıca

Nihon Kohden Cardiolife-Defibrilatör Donanımı Kullanma Talimatı

WELD 200 PRO

Yazdır