سپارک 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 تا1000 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 .
