اسپارک چیست

:ماشین کاری با اسپارک از جدیدترین روش هایی است که به روش های قالب سازی اضافه شده است. ماشین کاری با اسپارک روشی است که در آن از فولاد و یا بقیه فلزات می توان با روش تخلیه الکتریکی براده برداری نمود. اسپارک یک عمل موضعی است و با تناوب زمانی، براده ها به صورت حجم کوچک فلزی بتدریج از قطعه کار برداشته می شوند.



قطعه کار که معمولا همان اینسرت قالب است، روی یک صفحه در محلول دی الکتریک غوطه ور است (معمولا نفت). مخزن روی پایه ماشین نصب شده است. الکترود که کاملا متناسب با حفره است (مشابه هاب) روی گلویی ماشین نصب شده و گلویی نیز به یک سیستم پینیون چرخ شانه متصل است. یک سر و موتور شانه را توسط یک پینیون تحریک می کند. بنابراین ابزار نسبت به قطعه کار حرکت عمودی می کند. قطعه کار و ابزار هر دو به یک منبع الکتریکی متصل هستند. الکترود قطب منفی و قطعه کار قطب مثبت است.

شانه ماشین توسط سرو موتور به سمت پایین تا فاصله معینی بین ابزار و قطعه کار حرکت می کند. در این نقطه دی الکتریک بین الکترود و قطعه کار قطع شده و عملیات اسپارک شروع می شود. عملیات اسپارک باعث جداسازی ذرات از قطعه کار می شود. به صورت مشابه در همین زمان خوردگی روی الکترود نیز با نرخ کمتری به وجود می آید.

یک نازل دی الکتریک را از طریق شیلنگ به روی قطعه می پاشد و ذرات خورده شده از روی قطعه کار شستشو می شوند (در زمانی که الکترود به سمت بالا حرکت می کند). الکترود مجدد پایین می آید اما این بار به دلیل خوردگی، میزان پایین آمدن بیشتر از کورس قبلی است. مجددا اسپارک در یک عمق بیشتر اتفاق می افتد و ذرات دیگری از قطعه کار برداشته می شوند.

عملیات ادامه پیدا می کند، ابزار بالا می رود. ذرات خورده شده شسته می شوند. ابزار پایین می آید و عملیات اسپارک با حداقل شعاع جرقه اتفاق می افتد.



خوردگی نه تنها در قطعه کار بلکه در الکترود هم به وجود می آید. این بدان معنی است که برای عمق های زیاد چندین الکترود مورد نیاز است. معمولا الکترودهای اول و دوم و سوم عملیات خشن کاری را انجام می دهند. آخرین الکترود ترجیحا برای عملیات نهایی استفاده می شود. شکل آخر را الکترود نهایی در حداکثر عمق به وجود می آورد. مایع دی الکتریک به صورت پیوسته چرخش داده می شود. مایع که آلوده به ذرات خورده شده است به تانک اصلی برگشته و از بین فیلـترها گذشته و سپس توسط یک شیلنگ به تانک پمپ می شود.

نقل قول:اسپارک یا(Electro discharge machining (E.D.M یک روش ماشین کاری غیر سنتی است که در ان فلز توسط جرقه های الکتریکی از سطح کنده میشود . جرقه ها بین الکترود( که معمولا مسی یا گرافیتی است ) و قطعه کار که فاصله کم و کنترل شده ای با هم دارند ایجاد میشوند . الکترود به فرم مورد نظر ساخته میشود و با پیشروی ان در قطعه کار در نهایت حفره ای ایجاد میشود . هیچ تماس مستقیمی بین الکترود و قطعه کار وجود ندارد . یک مایع دی الکتریک ,غالبا از مواد نفتی سبک فاصله بین الکترود و قطعه کار را پر کرده و محیط مناسبی برای تولید جرقه ها ایجاد میکند . هم الکترود و هم قطعه کار الزاما باید هادی الکتریسیته باشند


مزایای ماشین کاری به روش اسپارک عبارت است از :
- چون تماس بین قطعه کار و الکترود وجود ندارد ایجاد دیواره های نازک و اشکال ظریف امکان پذیر است .
- عموماً می توان قطعات با شکل پیچیده را ماشین کاری کرد .
- نرخ ماشین کاری وابسته به سختی قطعه کار نبوده و متناسب با نقطعه ذوب قطعه کار است . بنابراین موادی که قابلیت ماشین کاری کمی دارند مثل کاربیت های سمانته و فولادهای ابزاری ابکاری شده را میتوان ماشین کاری کرد .
- ماشین کاری بدون پلیسه است .
غالباً برای ساخت انواع قالب ها از اسپارک استفاده می شود . قالب های تزریق پلاستیک , قالبهای اکسترود , آهنگری و دایکاست فقط موارد محدودی از انواع قالبهای ساخته شده با این روش هستند . ضمنا از این روش مستقیماً در خط تولید استفاده می شود .
روش کار :
گرچه برخی از دستگاههای اسپارک قادرند در چند محور حرکت کنند ولی غالب این دستگاهها دارای یک کلگی هستند که الکترود به آن وصل شده است و با یک سیستم سرو کنترل فقط در جهت عمودی حرکت می کنند.
علامت پلاریته منفی حاکی از ان است که قطب منفی منبع تغذیه به الکترود وصل شده است .

اگر کلگی بدون کنترل به سمت پایین حرکت کند با قطعه کار برخورد کرده و بین آن وقطعه کار اتصال کوتاه ایجاد میشود . سرو سیستم کنترل حرکت کلگی مانع این امر شده و با مقایسه ولتاژ بین الکترود و قطعه کار با یک ولتاژ مرجع مانع نزدیکی بیش از حد این دو و ایجاد اتصال کوتاه میشود . اگر ولتاژ بین الکترود وقطعه کار بیش از ولتاژ مرجع باشد کلگی به سمت پایین میرود و اگر کمتر شود برمی گردد . محرک کلگی یک جک هیدرولیکی یا یک سرو موتور است . در حین اسپارک و با خورده شدن قطعه کار فاصله بین آن و الکترود زیاد می شود و بنابراین ولتاژ بین آنها افزایش می یابد . سیستم کنترل کلگی را آن قدر پایین می آورد تا این ولتاژ مساوی ولتاژ مرجع شود . بدین ترتیب در تمام طول ماشین کاری فاصله هوایی بین الکترود و سطح ماشین کاری شده قطعه کار ثابت باقی می ماند . وقتی الکترود تا عمق از پیش تنظیم شده در قطعه کار فرو رفت استپ دستگاه عمل کرده و کلگی را بیرون می کشد .
مکانیزم کنده شـــــــــــــــدن فـــــــلز:
پالس های مربعی شکل DC توسط یک جریان مستقیم به دو سر قطعه کار و الکترود اعمال میشوند . در حالت ایده آل هر پالس یک جرقه تولید میکند . جرقه در محلی که مقاومت الکتریکی کمتر است تولید می شود . بر اثر جرقه ها کل سطح تقابل قطعه کار و الکترود خورده می شود . اساس تکنولوژی منابع تغذیه ماشین های اسپارک تولید امواج مربعی نسبت به زمان است . متغیرها , زمان قطع و وصل پالس و ماکزیمم جریان می باشد .
البته آنچه در عمل اتفاق می افتد پیچیده تر است . وقتی که الکترود از قطعه کار فاصله دارد ولتاژ برابر ولتاژ مدار باز , یعنی در حدود 100 ولت است . با نزدیک شدن الکترود به قطعه کار در محلی که کمترین فاصله وجود دارد دی الکتریک شروع به یونیزه شدن میکند . در نتیجه جریان ایجاد شده و افزایش می یابد و ولتاژ تا حدود 35 ولت کاهش می یابد . بدین ترتیب یک جرقه زده می شود . فـــــاصله الکترود و قطعه کار در محلی که جرقه زده میشود بین 01/0 تا 04/0 میلی متر است . با هر جرقه ای حفره کوچکی (هم در سطح الکترود و قطعه کار) از طریق ذوب و تبخیر مواد ایجاد می شود . زمان وصل پالس را می توان به زمان یونیزه شدن , زمان جرقه و زمان دی یونیزه شدن تقسیم کرد . زمان قطع پالس به ذرات اجازه می دهد توسط جریان دی الکتریک شسته شده و دور شوند و سیال یونیزه شده با سیال تازه جایگزین شود .
زمان قطع پالس باید از زمان دی یونیزه شدن بزرگتر باشد تا مانع تداوم جرقه در یک نقطه شود وضعیتی که به آرگ DC (چسبیدن الترود) گفته می شود .
منبـــــــــــــــــــع تغذیه :
منابع تغذیه دستگاههای اسپارک از انواع خازنی-مقاومتی( RC ) و انواع لامپ های خلا به انواع ترانزیستوری که درحال حاضر از آنها استفاده می شود تکامل یافته اند . از منابع RC هنوز هم برای سوراخ کاری سوراخ های قطر پایین استفاده می شود . تمایل به استفاده از ترانزیستورهای MOSFET به دلیل توانایی سویچینگ سریع این نوع ترانزیستورها در قدرت های بالا گسترش می یابد . در منابع تغذیه پیشرفته امکان تنظیم مستقل زمان قطع و وصل پالس ها وجود دارد . محدوده این زمان ها عموما بین 2تا1000 میکرو ثانیه است . کل انرژی هر جرقه مجزا متناسب با حجم مکعب مستطیلی است که اضلاع آن زمان , جریان و ولتاژ است . البته منظور از زمان , زمان موثر یعنی زمان بعد از یونیزاسیون است . قطر حفره ایجاد شده تقریبا متناسب با جریان اعمال شده و عمق آن تقریبا متناسب با زمان وصل پالس است . نرخ ماشین کاری در یک منبع تغذیه 125 آمپری از تقریبا صفر در پرداخت تا حداکثر 410 میلیمتر مکعب بر دقیقه تغییر می کند . یک منبع تغذیه 400 آمپری می تواند تا 4350 میلی متر مکعب بر دقیقه ماشین کاری کند . باید توجه داشت که افزایش نرخ ماشین کاری ( با افزایش جریان ) خطی نیست . در یک منبع تغذیه استاندارد در آن واحد فقط یک جرقه ایجاد می شود . بنابراین افزایش تعداد الکترود ها باعث افزایش راندمان نمی شود . اصطلاح چند راهه است . چنین منبعی در واقع ترکیبی از چند منبع جریان کم در یک دستگاه است که امکان چندین جرقه همزمان در الکترودها را فراهم می کند ( در هر الکترود در آن واحد فقط یک جرقه ) .
با گسترش استفاده از منابع تغذیه solid state کاربرد پلاریته مثبت ( اتصال قطب مثبت منبع تغذیه به الکترود ) بیش از گذشته عمومیت یافته است . در بعضی از منابع تغذیه در فواصل معینی یک پالس معکوس ایجاد می شود تا حتی الامکان مانع چسبیدن الکترود و قطعه کار ( آرک DC ) شود مثلا به ازای هر 15 پالس معمولی یک پالس معکوس ایجاد می شود . منابع تغذیه بر حسب ظرفیت جریان از 10 تا 1000 آمپر طبقه بندی می شوند .

بافت سطح :
سطح اسپارک شده خصوصیات منحصر به فردی دارد و از حفره های زیادی که اندازه یکسانی دارند تشکیل می شود . بر خلاف سطوح حاصل از ماشین کاری سنتی جهت ماشین کاری , اثری بر جای نمی گذارد . چون اندازه حفره ها بستگی به انرژی هر جرقه دارد و انرژی هر جرقه در محدوده وسیعی قابل تغییر است بنابراین پرداخت سطح حاصل از اسپارک در محدوده ra=0/2,12/5 μm تغییر میکند .
اثرات متالوژیکی و شیمیایی :
سطح اسپارک شده به دلیل سرد بودن قطعه کار و وجود دی الکتریک کوئینج می شود . ضخامت لایه متأثر از اسپارک نسبتاً نازک است . ( در خشن کاری 13/0 و در پرداخت 01/0 میلی متر )
کیفیت سطح :
درجه مطلوب بودن سطح حاصل از اسپارک همواره عامل نگرانی بوده است . هر دو لایه حرارت دیده و ذوب شده تحت تنش کششی هستند . در لایه ذوب شده ممکن است ترک های مویی ظاهر شود و شروعی بر آسیب کلی قطعه کار باشند . سئوالی که باید جواب داد این است که آیا امکان انتشار ترک سطحی در کل حجم قطعه کار وجود دارد . و اگر لازم است آیا لایه برداشته شود چطور می توان این کار را انجام داد .
شات بلاست مقدار کمی از لایه ذوب شده را برداشته و استحکام خستگی را افزایش می دهد .
برای بهبود کل استحکام خستگی قطعه , هر دو لایه حرارت دیده و ذوب شده باید برداشته شوند . عام ترین روش انجام این کار پولیش و روش الکترومکانیکی است .
الکترودها :
قیمت الکترود معمولا عمده ترین بخش از کل هزینه ماشین کاری به روش EDM است .
برای انتخاب بهترین جنس الکترود و شرایط ماشین کاری , لازم است قیمت مواد , قیمت ساخت , مقدار سایش و هزینه تعمیر و اصلاح الکترود به دقت محاسبه شود .
سایش :
نقطه ذوب بیش ترین نقش را در تعیین مقدار سایش دارد نرخ سایش الکترود بر حسب سایش انتهایی , سایش لبه ها و سایش گوشه ها بیان می شود .
مواد :
مواد الکترودها عمدتا از :
- گرافیت
- مس
- آلیاژ مس تنگستن و نقره تنگستن
- مس گرافیت
- برنج
- فولاد
- تنگستن
ساخت الکترودها :
الکترودها عمدتاً با روش تراش , فرز , وایرکات و دیگر ماشین ابزار و استفاده گسترده گرافیت در ساخت الکترود سهولت ماشین کاری آن است . طراحی سیستم های ابزار بر اساس این فرض است که الکترود بدون جدا شدن از هلدر آن ماشین کاری شود .
اتصال و تنظیم الکترود :
الکترود باید طوری ساخته شده باشد که بتوان الکترود های با دنباله استاندارد را به آن وصل کرد . در جریان تعمیر یا ساخت الکترود نیز همین پایه و دنباله باید مبنای ماشین کاری و ساخت الکترود باشد . در صورت باز کردن الکترود از جای خود یا تغییر موقعیت آن مثلا برای تست ابعادی باید بتوان آن را دقیقاً به وضعیت اولیه برگرداند .
سیال دی الکتریک :
مایع دی الکتریک هادی جرقه است و تحت ولتاژ اعمال شده باید یونیزه شود الکترود و قطعه کار توسط آن خنک می شوند , ذرات ریز حاصل از اسپارک را شسته و با خود می برد . دی الکتریک خوب باید ویسکوزیته پایین , نقطعه اشتعال بالا و قیمت کم داشته باشد .
اسپارک عمودی CNC :
اسپارک های cnc سه محوره و حتی شش محوره ساخته شده که مثل فرز cnc با الکترود کروی کوچکی می تواند انواع سطوح پیچیده را ماشین کاری کنند .
مزایای اسپارک های CNC :
- تعیین موقعیت الکترودها نسبت به نقاط مرجع .
- ایجاد چند حفره در قطعه کار با پارامترها های اسپارک یکسان .
- تعدیل و اصلاح سایش الکترود با تنظیم تماس آن روی سطوح مرجع .
- کنترل قطعه کار بدون باز کردن آن با نصب پروب هایی در نشیمن گاه الکترود .
- امکان تنظیم سریع دستگاه برای قطعه کار و الکترود خاصی بر اساس نرخ ماشین کاری یا درجه پرداخت سطح .
- امکان ذخیره سازی و استفاده مجدد از اطلاعات مربوط به مقدار افست الکترود در مواردی که محور الکترود منطبق بر محور نصب الکترود نیست خطای چرخش الکترود را نیز می توان اصلاح کرد .
- وجود چند سیستم مختصات برای قطعاتی با موقعیت های خطی و دورانی مختلف .
- امکان ایجاد افست های کوچک و بزرگ با الکترودهای شبیه فرز برای خشن کاری و پرداخت .
* منبع :http://www.noandishaan.com/forums/thread34709.html
:http://www.mashintools.blogfa.com/post-14.aspx