Bir şimşeğin toprağa çarptığında ne olduğunu görmüş olan herkes, Elektrik Deşarjının (EDM) çalışma gücünü en ilkel haliyle görmüştür. Klasik Roma çağında, tanrı Vulcan’ın kılıç dövdüğü, gök gürültüsünün çekiç darbeleri olduğu ve darbenin gücünün yarattığı kıvılcımları ateşlediği düşünülüyordu. Bu klasik inanç EDM sürecinin gerçeklerinden çok uzak değil aslında.
Şekil 1: Tanrısal ölçekte EDM. Yıldırım, bir elektrottan (bulut), bir dielektrik (hava) içinden bir iş parçasına (en yakında ne varsa) gelen enerjidir.
İlk zamanlar
Spark erozyon cihazları, I. ve II. Dünya Savaşı arasındaki dönemde makine atölyelerine girmeye başladı. Hiç kimse ilkel teknolojiyi bir üretim aracı olarak kullanmıyordu, ancak kırılmış matkap uçları ve dişli talaşları gibi daha sert malzeme araçlarını değerli işlenmiş parçalardan çıkarmak için geleneksel yöntemlere daha az zarar veren, daha uygun maliyetli bir alternatif olarak kullanıyordu. Bu ilkel kıvılcımla aşındırma aletleri son derece verimsiz ve kullanımı zordu. Metal kadar elektrot malzemesi aşındı ve elle çalışan besleme sistemleri kıvılcımdan daha fazla arklanma sağladı.
Kıvılcım aralığı mesafesini kontrol etmek için vibratör ya da “taklidi” bu sırada ortaya çıktı ve kıvılcımı kontrol etmek için ilk girişim böylece yapılmış oldu. Yukarı-aşağı hareket ideal boşluğu sunduğundan, zamanın en azından küçük bir kısmı açısından, verim ve tutarlılık geliştirmiş oldu. Elektrodun titreştirilmesi, çelikte kalan malzemenin çıkarılmasının daha etkili olmasına izin verdi.
Kıvılcım aralığı mesafesini kontrol etmek için vibratör ya da “taklidi” bu sırada ortaya çıktı ve kıvılcımı kontrol etmek için ilk girişimi temsil ediyor. Yukarı-aşağı hareket ideal boşluğu sunduğundan, zamanın en azından küçük bir kısmı, verim ve tutarlılık gelişti. Elektrodun titreştirilmesi, çelikte kalan malzemenin çıkarılmasının daha etkili olmasına izin verdi.
Bu, II. Dünya Savaşı boyunca ABD’de EDM’in temel meseleleriydi. Ancak iki Sovyet bilim adamı, birçok iyileştirme ve uygulamanın mümkün olduğu konusunda ikna oldular. Doktorlar BR ve NI Lazarenko, ilk olarak EDM’in makina atölyesinde kendi başına bir araç olarak yer almasına neden olan iki iyileştirmeyi uyguladı.
Şekil 2: II. Dünya Savaşı sırasında, buna benzer “musluk avcısı” değerli parçaları kurtarmak için kullanıldı. Onları oluşturan şirketlerden bazıları savaştan sonra gerçek EDM makineleri geliştirmeye devam etti. (Bir Agie Grup Şirketi olan Elox’un İzniyle; Davidson Kuzey Carolina).Fotoğraf poco.com ’dan alınmıştır.
Bu gelişmelerden ilki, RC gevşeme devresi ile darbe sürelerinin ilk kez tutarlı bir şekilde kontrol edilmesini sağlamıştır. Böylece, belirli elektrot – iş parçası mesafelerinin diğerlerinden daha hızlı kesim ürettiğini keşfedilmiş oldu. EDM’i ara sıra tamir cihazı kategorisinden çıkarmaya yardımcı olan ikinci Lazarenko yeniliği, belirli bir boşluğu otomatik olarak bulmak ve tutmak için basit bir servo kontrol devresinin eklenmesiydi. Bu iki iyileştirmeyle birlikte, EDM, doğru, güvenilir ve tutarlı sonuçlar alabilen bir üretim makinesi aracı olarak ortaya çıkmıştır.
Şekil 3: En temel EDM devresi. Bu devrenin EDM’e uygulanması, modern EDM endüstrisinin temelini sağlamıştır. Fotoğraf poco.com ’dan alınmıştır.
EDM Çağı Başlıyor
Açıkçası, henüz meydana gelmemiş birçok gelişme vardı ve burada odak ABD’ye geri döndü. Lazarenko’nun deneylerinden sözler ABD’de büyük ilgi gördü ve temel tasarımın geliştirilmesi için tam ölçekli geliştirme çabalarının sürmesi çok uzun sürmedi. Aradaki boşluğa tam olarak ne olduğuna odaklanıldı. Bu dönemde geliştirilen temel teoriler hala tartışılmaktadır, ancak boşlukta gerçekleşen gerçeğin tüm ana teorilerin unsurlarını içerdiği genel olarak kabul edilmektedir.
Şimdi kontrol edilebilen boşluğa odaklanan dikkat ile elliler güç kaynağının gelişimi için on yıl oldu. RC gevşeme devresiyle birleştirildiğinde, daha yüksek akımlarda geliştirilmiş elektrot aşınma direnci ile kesimi mümkün kılan, kontrol edilebilir sürenin Doğru Akım (DC) darbelerini sağlamak için vakum tüpleri kullanıldı. Bununla birlikte, vakum tüpleri, “açık” ve “kapalı” zamanların doğru bir şekilde kontrol edilmesini sağlamak için yeterince akım taşıyamaz ve yeterince hızlı bir şekilde anahtarlanamaz.
Şekil 4: Vakum tüplü güç kaynakları, EDM işlemine daha fazla kontrol getirmiştir. (EDM Supplies, Inc.’in izni ile Downey, California). Fotoğraf poco.com ’dan alınmıştır.
Transistörün gelişimi bunların hepsini değiştirdi. Katı hal cihazları yüksek akımlar verebildi ve vakum tüpünden çok daha hızlı bir şekilde açılıp kapanabildi. Sadece kıvılcımın süresini (zamanında) değil aynı zamanda duraklamanın uzunluğunu (kapalı zaman), akım miktarını ve darbenin elektroda iletimini kontrol edebilen katı hal devreleri hızla geliştirildi.
Temel EDM sistemi böylece tamamlandı. Artık doğru, güvenilir, tutarlı sonuçlar elde edildi ve EDM endüstrisi bundan böyle büyümeye başladı.
Şekil 5: Yüksek akımlar ve yüksek hızlı anahtarlama, katı hal güç kaynağının devreye girmesiyle EDM’e geldi. Fotoğraf poco.com ’dan alınmıştır.
Şekil 6: Devam eden bir arklanma. Fotoğraf poco.com ’dan alınmıştır.
EDM Geleneksel Makinalarla Rekabet Ediyor
Orbital hareket (Loran), otomatik takım değiştiriciler ve uyarlanabilir kontroller, EDM’in “karanlık sanattan” kabul edilmiş, hızla gelişen bir teknolojiye geçişini temsil eder. Bu gelişmeler EDM makinelerinin kullanımını çok daha kolaylaştırdı ve üretilebilecek hassasiyet ve yüzey kalitesini arttırdı. Geleneksel freze ve taşlama makinelerine eşdeğer hızlarda çalışmamalarına rağmen, EDM hızları önemli ölçüde iyileşmiştir. EDM’in çekici özelliklerinden biri, geleneksel işleme yöntemleriyle EDM’i çok düşük maliyetli hale getiren katılımsız işletimdir.
Katılımsız çalışmanın anahtarı, boşluk içindeki koşulları izleyen ve DC arklarını önleyen en son uyarlamalı kontrol türüdür. Kararsız işleme koşulları algılanır ve kesme işlemine devam etmeden önce boşluktaki koşulları sabitlemek için ayarlamalar otomatik olarak yapılır.
DC ark, boşluğu tıkayan ve elektrot ve iş parçasına zarar verebilecek veya tahrip edebilecek doğrudan bir devre yaratan talaş malzeme ve elektrot kalıntısının neden olduğu çok zarar verici bir durumdur. DC arkı neredeyse tamamen ortadan kalktığından, EDM makineleri uzun süre gözetimsiz bırakılabilir.
Şekil 7: Bir arkın sonuçları. Saniyeler içinde, değerli bir elektrot ve iş parçası işe yaramaz hale gelir. Fotoğraf poco.com ’dan alınmıştır.
EDM günümüzde birçok tasarımcı ve imalat mühendisinin tercih ettiği bir süreç haline geldi. Makina atölyeleri, geleneksel işleme yöntemlerinin yerine EDM’i düşünmeye ve mevcut taşlama ve freze makinelerini tamamlamak için EDM’i kullanmaya başlıyor. EDM, sert ve işlenmesi zor malzemeleri kesmek için mükemmeldir. Bu temassız işleme işlemi, kırılgan ve ince duvarlı parçaların oluşturulmasını mümkün kılar.
ELEKTROT MALZEMELERİ
Geliştirilmiş ve genişletilmiş teknoloji ile EDM’in tüm alanlarında rekabet artmaya başladı. Elektrot malzemeleri 1960’lı yıllarda incelemeye başlandı ve daha düşük maliyetli, işlenebilir malzemelerin daha yüksek aşınma direncine sahip olduğu deneyleri yapıldı. Grafit, 1960’lı yılların ortalarında elektrot malzemesi olarak kullanılıyordu, ancak toplam elektrot pazarının sadece küçük bir kısmını oluşturuyordu. O zaman mevcut olan grafit ucuzdu, işlenmesi kolaydı, çoğu metalden çok daha yüksek sıcaklıklarda katı kalmayı başardı ve genel metallerden daha iyi aşınma direnci sergiledi. Öte yandan, toleransları kapatmak için, parçadan parçaya kalitesine değişen ve işlenmemiş grafit elektrodundaki tane yönelime bağlı olarak bir şekilde farklı şekilde gerçekleştirilemedi.
1965 yılından itibaren grafit firmaları, tüm bu sorunları ortadan kaldıran ya da azaltan yeni grafit türü tanıttılar. Saha testleri devam ettikçe, yeni nesil grafitlerin, katı hal güç kaynağı, servo kontrollü koç kafası ve bundan önceki diğer gelişmeler kadar önemli olacağı ortaya çıktı.
Sahadaki grafitin hızlı ve coşkulu alımı, bu ana kadar elektrot kullanımındaki metalik malzemenin üstünlüğünü değiştirmeye başladı. Bu adanmışlık dünyada kullanılan elektrot malzemelerinde bir devrim yarattı. POCO firması, yüksek mukavemetli, düzgün bir şekilde yapılandırılmış, izotropik, Ultra ince grafitini EDM endüstrisine ilk kez getirdiğinde, elektrotların yüzde 80’den fazlası metalikti ve yüzde 20’den azı grafitti. Amerika’da 1984 itibariyle, rakamlar tersine çevrildi, ileri grafit malzemelerin üstünlüğüne ve EDM endüstrisinin gelişmesine bir armağandı.
Şekil 8: Yeni elektrot malzemeleri kelimesi yayıldıkça, orijinal durum tersine çevrilinceye kadar metalik kullanımı azaldı. Fotoğraf poco.com ’dan alınmıştır.
Bu durum sadece Amerika’da değil bu dönüm noktasından sonra tüm dünyada grafit kullanımının artması şeklinde değişmesine yol açmıştır.
Şekil 9: Grafitin elektrot malzemesi olarak kullanılmasının dünya üzerindeki gelişimini anlatan anlamlı grafik. Fotoğraf poco.com ’dan alınmıştır.
EDM MAKİNALARI
Temel EDM Sistemi
Temel bir koç kafalı tip EDM sisteminde, koç kafası servo tahrikli bir sistem tarafından aşırı hassasiyetle yukarı ve aşağı sürülür. Servo sistemi, güç kaynağına bağlı bir mikroişlemci tarafından kontrol edilir. Güç kaynağı katı haldir ve ayrıca mikroişlemci kontrollüdür. Güç kaynağından gelen bir kablo, bir dielektrik yağ deposuna batırılmış olan iş parçasına bağlanır. Dielektrik depo bir dielektrik pompaya, bir yağ deposuna ve bir filtre sistemine bağlanır. Pompa, çalışma alanının yıkanması ve yağın hareket ettirilmesi için filtre sistemi yağdaki kalıntıları alır ve hapsederken basınç sağlar. Yağ rezervuarı fazla yağı depolar ve işlemler arasında yağı boşaltmak için bir kap sağlar. Güç kaynağından gelen diğer kablo elektroda bağlanır.
Güç kaynağı, elektrot / iş parçası sistemine darbeli bir DC çıkışı sağlar. Açık ve kapalı zamanlar, voltaj ve akım değerleriyle birlikte manuel olarak ayarlanır. EDM makinesi açıldığında, aralığın kesilmesi için çok geniş olduğunu algılayan servo mikroişlemci, koç kafasını indirmek için servo mekanizmasını işaret eder.
İlk kıvılcım boşluğu atladığında, koç kafasının aşağı doğru hareketi durur. Aralık ayarı sabit tutulduğunda, işlem yüzeyi yavaş yavaş aşındırır. Boşluk mesafesini değiştirmek için yeterli metal çıkarıldığında, mikroişlemci bunu algılar ve uygun boşluk genişliğini korumak için koç kafasını yeterince ilerletmek için servo mekanizmasını işaret eder ve işlem devam eder.
Şekil 10: Temel EDM sistemi. Fotoğraf poco.com ’dan alınmıştır.
Yörüngeli Manuel EDM
Yörüngeli sistemler 1970’lerde geliştirildi. Yörüngeli bir cihaz, bir servo mekanizmasının önceden belirlenmiş bir düzende elektrodu yana doğru hareket ettirmesine izin verir. Elektrot, elektrodun ön kenarının yanı sıra tüm taraflarını keser. Yörüngeli sistemler iş parçasındaki boşluğu tamamlamak için gereken elektrot sayısını azaltabilir. Genellikle, boşluğu pürüzlendirmek veya desenlendirmek için kullanılan elektrot, finiş olarak da kullanılabilir.
Elektrot hareketinin faydaları daha hızlı metal kaldırma oranları, daha iyi yüzey kalitesi, daha iyi yıkama verimi ve daha fazla doğruluktur. Manuel makinelerdeki yörüngeler bağımsız olarak çalıştıklarından, boşluktaki problemler elektrodun geri çekilmesine ve operatör boşluğu temizleyene ve sistemi yeniden başlatana kadar çalışmasına neden olacaktır.
CNC EDM
1980’lerde EDM makineleri, tüm işleme işlemini kontrol etmek için programlanabilen bilgisayarlar ile donatılmıştı. Bu makineler katılımsız kullanım için tasarlanmıştır.
Makinenin koç kafasının X, Y ve Z ekseni hareketi için çalışma koordinatları, kontrolleri elle ayarlayan operatörler tarafından değil, bu yeni bilgisayarlar tarafından programlandı ve kontrol edildi. Yeni geliştirilen uyarlamalı güç kaynakları kullanılarak, aralık içindeki koşullar izlenebilir ve kararlı işleme koşullarını sürdürmek veya sürdürmek için otomatik ayarlamalar yapılabilir. Marjinal işleme koşulları sırasında, dielektrik sistem pompası ve filtresinin parçacıkları geri kazanması ve uzaklaştırması için daha fazla zaman sağlamak üzere kapalı kalma süresi otomatik olarak uzatılmıştır.
1990’lı yıllarda bilgisayar kontrolleri, tüm işleme koşullarının değerlendirmesini içerecek şekilde genişletildi. Amper, zamanında, kapalı, servo ve diğer ayarların otomatik ayarları işleme verimliliğini arttırdı. Son işlem devrelerinde ve yörüngeli kontrollerde gelişmeler sağlandı. Elektrotların veya iş parçasının endekslenmesi ve döndürülmesiyle birlikte birden fazla iş koordinatı programlanabilir (PNC).
Elektrot aşınması ölçülebilir, elektrot giyinir ve operatör müdahalesi olmadan ayarlanan işleme koordinatları. Problarla makinede muayene yapılması elektrodu ve boşluğu kontrol edebilir.
Otomatik takım değiştiriciler, makinenin operatör müdahalesi olmadan kesmeye devam etmesi için elektrotları seçmesine ve değiştirmesine izin verdi. Robotik iş parçası taşıma cihazlarının eklenmesiyle EDM yeni üretim alanlarına taşındı.
