Fremstilling af værktøjskomponenter Sænkgnist. AMU nr

Transkript

1 Fremstilling af værktøjskomponenter Sænkgnist AMU nr

2 INDHOLDSFORTEGNELSE Forord 2 Indledning: 3 Gnisterosiv bearbejdning af 4 3-dimensionale bundhuller. 4 Gnisterosiv bearbejdning med planetarbevægelse. 4 Gnisterosiv bearbejdning af genennemgående huller. 5 Maskinopbygning 5 Gnistudladning 6 Materialefjernelse 6 Udladningsforløb 6 Afladekanal 7 Afsmeltningens størrelse 7 Ændring af polaritet 7 Brændtiden 8 Temperaturen 8 Gnistspalte 8 Spaltetyper 8 Side 2 / 9

3 Side 2 / 9 Forord

4 Indledning: I dag indgår gnistbearbejdning som en naturlig del af værktøjs fremstillingen indenfor både stanse- og formværktøjer. Gnistbearbejdningens proces styres i dag meget nøjagtigt og kan udføres i alle materialer med en elektrisk ledeevne. Gnistbearbejdning er en elektrisk bearbejdning, som baseres på det erosions fænomen, der optræder i forbindelse med elektriske udladninger igennem en væske. Metoden er meget velegnet til fremstilling af huller med komplicerede geometrier, såvel gennemgående som bundhuller. Især til svært bearbejdelige materialer f eks. hærdet stål og hårdmetal. Fordele: Bearbejdning af hærdede' materialer og hårdmetal. Man undgår ændringer i form af udvidelser, sammentrækninger og kast under varmebehandling. Velegnet til reparationer. Stor nøjagtighed. Ulemper: Det kræver en god arbejdsplanlægning. Operatøren skal kunne vælge elektrodemateriale, fremstillingsmetode, generatorindstillinger og spulemetoder. Miljøproblemer i form af hudirritation ved kontakt med væske. Radiostøj på grund af signaler, som maskinen udsender. Afbrændte tungmetaller og lugt gener. Side 3 / 9

5 Gnisterosiv bearbejdning af 3-dimensionale bundhuller. Anvendes ved sænkning af komplicerede hulheder i f eks. formværktøj eller rægeværktøjer Gnisterosiv bearbejdning med planetarbevægelse. Anvendes ved profilbearbejdning af f eks. snitstempler, men anvendes også til f eks. komplicerede hulheder i formværktøj er. Side 4 / 9

6 Gnisterosiv bearbejdning af genennemgående huller. Anvendes ved boring af gennemgående, komplicerede huller f eks. til snit og stanseværktøj Gnistbearbejdning er er bearbejdningsproces, hvor man i en maskine kan styre processen ved at skabe en udladningseffekt (gnist) mellem to materialer. Ved denne erosion kan man arbejde sig ned i et emne-materiale. Maskinopbygning Visse betingelser skal være til stede for at gnistbearbejdning kan lade sig gøre. Man skal have en mekanisk del, en elgenerator, en væskebeholder og noget opspændingsudstyr samt elektroder. Side 5 / 9

7 Gnistudladning Processen startes eller strømmen sluttes, og til at begynde med sker der ingenting. Væsken isolerer elektrode og emne. Elektroden kører tættere mod emnet, og afhængig af strømstyrken, vil der ved større eller mindre afstand springe en gnist. Elektroden aflades for strøm. Strømmens energi forandres til varme og går ind i emnet. Temperaturen bliver så høj, at overfladen smelter, men kun inden for et område, som kaldes for afladekanalen. Hvis forløbet ikke afbrydes, vil smeltningen fortsætte uden kontrol. Dette illustreres bedst ved lysbuesvejsning. Materialefjernelse Elektrificeringen eller strømmen afbrydes. Afladekanalen falder sammen, og det smeltede lag fordamper i en eksplosion, der efterlader et krater i overfladen. Når der startes og afbrydes, vil der hver gang dannes nye kratere. Der springer kun en gnist ad gangen. Den springer der hvor der er kortest afstand mellem elektrode og emne. Udladningsforløb Elektriciteten gør, at der opstår spænding mellem emne og elektrode. Denne spænding opbygger et elektrisk felt i hele rummet mellem emne og elektrode. Feltet vil være stærkest, hvor afstanden er mindst. Side 6 / 9

8 Væsken, som består af neutrale molekyler, kan ikke lede strøm. I væsken vil der være småpartikler, som er ledende. Disse vil tiltrækkes af det elektriske felt. Når der er samlet tilstrækkeligt mange partikler, vil det elektriske felt danne en "bro" af partiklerne, så en vandring kan etableres. Afladekanal Fra + polen sendes positivt ladede ioner. Fra - polen sendes negativt ladede elektroner, der henholdsvis sendes mod - og + pol. I midten findes de neutrale væskemolekyler. Når ioner og elektroner på deres vandring støder ind i væskemolekylerne mange gange, opstår der en kædereaktion. Elektronernes og ionernes antal fordobles eksplosivt og den elektriske strøm "flyder". Herved sendes ioner i stigende antal mod katoden (stålemnet) og elektroner mod anoden i en "afladekanal". Både ioner og elektroner opsamler varme ved s.1mmenstødene og accelerationen. Da ioner er større end elektroner, er de langsommere til at accelerere, men de kan til gengæld opsamle mere varme. Emnematerialets molekyler bliver sat i svingninger af ionerne, temperaturen stiger, og overfladen smelter. Afsmeltningens størrelse Eftersom ionerne er større og indeholder mere varme end elektronerne, kan der ved gode indstillinger være smeltet 0,5% af elektroden og 99,5% af emnematerialet Slukkes strømmen nu, vil aktiviteten af ionernes og elektronernes bevægelse aftage. Varmen vil også aftage, og som følge heraf, vil trykket i kanalen aftage. De smeltede overophedede overflader på elektroderne vil eksplosionsagtig fordampe og slynges ud i væsken som små dråber sammen med kulstofpartikler og gasbobler opstået som spalteprodukter fra dielektrikaet. Det førnævnte forløb er en beskrivelse af, hvordan materialefjernelsen og gnistforløbet foregår, når strømvarigheden er over l0 µsek. (µ= mikro = mio.del) Ændring af polaritet Under l0 µsek. vil man vende polariteten, idet ionerne ikke kan nå at accelerere og optage så meget varme som de mindre elektroner, disse vi l ophedes og smelte mere materiale på + Side 7 / 9

9 (positiv) polen end ionerne er i stand til på - (negativ) polen. Brændtiden Selve tiden, som gnistudladningen varer, kaldes impulstiden eller brændtiden. Tiden kan variere fra l til µs alt efter maskintype. 1 µs udtales mikrosekund og er lig med en milliontedel sekund. Temperaturen Temperaturerne under gnistudladningerne er store, ca C i aflade-kanalen og C i de smeltede lag på elektroderne. Disse temperaturer er så høje, at selv materialer med et meget højt smeltepunkt vil fordampe under gnistprocessen. Gnistspalte Gnistspalten eller GAP (FS for Decket) er deh afstand, der er mellem emne og elektrode, målt som den mindste afstand der er mellem emne og elektrode. Spaltetyper Der skelnes mellem afstand til siden som kaldes lateral, og den afstand, der er foran som kaldes frontal. Begge typer fremkommer ved indstilling af impulstid og strømstyrke og andre forudbestemte faktorer. Den frontale gnistspalte reguleres. Den laterale gnistspalte fremkommer derimod af gnistimpulsernes varighed og højde og fastlægges ved valg af generatorindstilling. Dybden og formen af kraterne er afhængig af den tid, hvori gnisten brænder (impulstid Tp) og den styrke, gnistenergien (strømstyrke/ strømtæthed) har. Profildybden CRmax) af kraterne varierer fra l µm, men kan godt være op til 500 µm. Ved gnistspalte forstås det GAP, der opstår under gnistudladningen. Gnistspalten måles fra den gnistede overflades kratertop til overfladen på elektroden. Gnistspaltens størrelse varierer fra 0,02-0,8 mm, afhængig af "arbejdsimpulsen". Side 8 / 9