Λύσεις — Κεφάλαιο 9: Ηλεκτροδιάβρωση (σελ. 366) – ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 9: Ηλεκτροδιάβρωση

Λύσεις στις 10 ερωτήσεις του κεφαλαίου 9: βασική αρχή λειτουργίας της ηλεκτροδιάβρωσης (εργαλείο-αρνητικό/τεμάχιο-θετικό, διάκενο 25-30 μm), τα τρία είδη κατεργασίας (εμβάθυνση, λείανση, κοπή), ο ρόλος και η σημασία της απόπλυσης του διηλεκτρικού υγρού (κυρίως απεσταγμένο νερό σήμερα), η επίδραση του μεγέθους του διακένου στην ποιότητα επιφάνειας/ακρίβεια, τα συνηθέστερα υλικά εργαλείων-ηλεκτροδίων (χαλκός, γραφίτης, χαλκός-γραφίτης) με τα χαρακτηριστικά τους, ενδεικτικά προϊόντα της ηλεκτροδιάβρωσης, και τα χαρακτηριστικά στοιχεία και προϊόντα της κοπής με σύρμα-ηλεκτρόδιο.

Βασική αρχή λειτουργίας της ηλεκτροδιάβρωσης

Ερώτηση: Περιγράψτε συνοπτικά τη βασική αρχή λειτουργίας της ηλεκτροδιάβρωσης.

Απάντηση:

• Εισαγωγή/§9.1. «Η κατεργασία αφαίρεσης μετάλλου με ηλεκτρικό σπινθήρα ή αλλιώς ηλεκτροδιάβρωση είναι μια κατεργασία διαμόρφωσης με απεικόνιση, με την οποία η μορφή του ηλεκτροδίου-εργαλείου απεικονίζεται στο ηλεκτρόδιο-τεμάχιο. Η αφαίρεση υλικού είναι αποτέλεσμα ελεγχόμενων ηλεκτρικών εκκενώσεων, που λαμβάνουν χώρα μέσα σε περιβάλλον ηλεκτρικώς μη αγώγιμου υγρού, μεταξύ δύο καλών αγωγών του ηλεκτρισμού, του τεμαχίου και του εργαλείου.» και «Το εργαλείο είναι το αρνητικό ηλεκτρόδιο... Το τεμάχιο είναι το θετικό ηλεκτρόδιο... Κάθε εκκένωση προκαλεί επιφανειακή τήξη και αφαίρεση μετάλλου και από τα δύο ηλεκτρόδια.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η ηλεκτροδιάβρωση είναι μια κατεργασία διαμόρφωσης με απεικόνιση: η μορφή του εργαλείου-ηλεκτροδίου (αρνητικό ηλεκτρόδιο) απεικονίζεται στο τεμάχιο-ηλεκτρόδιο (θετικό ηλεκτρόδιο). Και τα δύο ηλεκτρόδια είναι εμβαπτισμένα σε λουτρό διηλεκτρικού (ηλεκτρικώς μη αγώγιμου) υγρού και συνδέονται σε τροφοδοτική μονάδα που παρέχει την απαραίτητη τάση και ισχύ. Ανάμεσά τους διατηρείται σταθερό διάκενο κατεργασίας 25-30 μm μέσω ελεγχόμενης πρόωσης του εργαλείου. Κάθε ελεγχόμενη ηλεκτρική εκκένωση (σπινθήρας) προκαλεί επιφανειακή τήξη και αφαίρεση μετάλλου και από τα δύο ηλεκτρόδια, αλλά με κατάλληλη ρύθμιση έντασης, συχνότητας, υλικών και πολικότητας η αφαίρεση από το εργαλείο περιορίζεται σε περίπου 0,5% σε σχέση με την αφαίρεση από το τεμάχιο. Το λιωμένο μέταλλο παρασύρεται από το διηλεκτρικό υγρό και απομακρύνεται, με αποτέλεσμα τη σταδιακή δημιουργία κοιλότητας στο τεμάχιο, ίδιας μορφής με το εργαλείο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ηλεκτρικές εκκενώσεις σε διηλεκτρικό υγρό μεταξύ εργαλείου (αρνητικό) και τεμαχίου (θετικό)· η μορφή του εργαλείου απεικονίζεται στο τεμάχιο

Είδη της κατεργασίας ηλεκτροδιάβρωσης

Ερώτηση: Ποια είναι τα είδη της κατεργασίας;

Απάντηση:

• §9.2. «9.2.1 Εμβάθυνση με ηλεκτροδιάβρωση... Διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: Διάτρηση και Αποτύπωση» και «9.2.2 Λείανση με ηλεκτροδιάβρωση... Διακρίνουμε τις περιπτώσεις: Λείανση εξωτερικών κυλινδρικών επιφανειών, Λείανση εσωτερικών κυλινδρικών επιφανειών, Λείανση επιπέδων επιφανειών και Λείανση μορφής» και «9.2.3 Κοπή με ηλεκτροδιάβρωση... Με χρήση πλάκας, Με χρήση σύρματος, Με χρήση ταινίας και Με χρήση περιστρεφόμενου τροχού.»

Σύνοψη: Τα είδη της κατεργασίας ηλεκτροδιάβρωσης είναι τρία: (1) η εμβάθυνση με ηλεκτροδιάβρωση, όπου η μέση ταχύτητα εργαλείου-τεμαχίου ταυτίζεται με την ταχύτητα εμβάθυνσης του εργαλείου στο τεμάχιο, με τις περιπτώσεις διάτρησης και αποτύπωσης· (2) η λείανση με ηλεκτροδιάβρωση, όπου το εργαλείο περιστρέφεται και υπάρχει σχετική κίνηση εργαλείου-τεμαχίου, με τις περιπτώσεις λείανσης εξωτερικών κυλινδρικών επιφανειών, εσωτερικών κυλινδρικών επιφανειών, επιπέδων επιφανειών και λείανσης μορφής· και (3) η κοπή με ηλεκτροδιάβρωση, με χρήση πλάκας, σύρματος, ταινίας ή περιστρεφόμενου τροχού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 3 είδη: εμβάθυνση (διάτρηση/αποτύπωση), λείανση (εξωτ./εσωτ. κυλινδρικές, επίπεδες, μορφής), κοπή (πλάκα/σύρμα/ταινία/τροχός)

Ρόλος του διηλεκτρικού υγρού

Ερώτηση: Ποιος είναι ο ρόλος του διηλεκτρικού υγρού στην ηλεκτροδιάβρωση;

Απάντηση:

• §9.3.1. «Το διηλεκτρικό υγρό πρέπει να απομακρύνει τη θερμότητα, που εκλύεται κατά τη διάρκεια της εκκένωσης και τα προϊόντα της κατεργασίας (τεμαχίδια μετάλλου και κομμάτια διηλεκτρικού που αποσυντίθενται), μακριά από το διάκενο και να περιορίζει την εκκένωση σε ένα στενό κανάλι.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το διηλεκτρικό υγρό (μη αγώγιμο ηλεκτρικά) στο οποίο είναι εμβαπτισμένα εργαλείο και τεμάχιο έχει τρεις βασικούς ρόλους: απομακρύνει τη θερμότητα που εκλύεται κατά την εκκένωση, απομακρύνει τα προϊόντα της κατεργασίας (τεμαχίδια μετάλλου και κομμάτια διηλεκτρικού που αποσυντίθενται) μακριά από το διάκενο, και περιορίζει την ηλεκτρική εκκένωση σε ένα στενό κανάλι ώστε αυτή να είναι ελεγχόμενη και εντοπισμένη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Απομάκρυνση θερμότητας, απομάκρυνση προϊόντων κατεργασίας, περιορισμός εκκένωσης σε στενό κανάλι

Σημασία απόπλυσης του διηλεκτρικού υγρού

Ερώτηση: Γιατί είναι σημαντική η απόπλυση του διηλεκτρικού υγρού;

Απάντηση:

• §9.3.1. «Η απόπλυση (καθαρισμός) του διηλεκτρικού υγρού στην περιοχή του διακένου είναι ιδιαίτερα σημαντική γιατί, όταν η πυκνότητα των τεμαχιδίων μετάλλου αυξηθεί πολύ στην περιοχή του διακένου, δημιουργούνται προβλήματα στην εκκένωση (ηλεκτρικά τόξα) με βλαβερές συνέπειες για το τεμάχιο και το εργαλείο.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η απόπλυση (καθαρισμός) του διηλεκτρικού υγρού στην περιοχή του διακένου είναι σημαντική γιατί, αν η πυκνότητα των τεμαχιδίων μετάλλου στο διάκενο αυξηθεί υπερβολικά, δημιουργούνται προβλήματα στην εκκένωση, όπως ανεπιθύμητα ηλεκτρικά τόξα, με βλαβερές συνέπειες τόσο για το τεμάχιο όσο και για το εργαλείο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χωρίς σωστή απόπλυση → συσσώρευση τεμαχιδίων → ηλεκτρικά τόξα → βλάβη σε τεμάχιο/εργαλείο

Ευρέως χρησιμοποιούμενο διηλεκτρικό υγρό

Ερώτηση: Ποιο διηλεκτρικό υγρό χρησιμοποιείται ευρέως και γιατί;

Απάντηση:

• §9.3.1. «ενώ τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιείται νερό, και κυρίως απεσταγμένο νερό, ως διηλεκτρικό υγρό, λόγω τόσο της καλύτερης ποιότητας επιφάνειας και του χαμηλού ρυθμού φθοράς του εργαλείου-ηλεκτροδίου, όσο και των ασφαλέστερων συνθηκών εργασίας (μεταφορά, αποθήκευση).»

Σύνοψη: Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιείται ευρέως νερό, και κυρίως απεσταγμένο νερό, ως διηλεκτρικό υγρό (αντί των παλαιότερων ορυκτελαίων/κηροζίνης), λόγω της καλύτερης ποιότητας επιφάνειας που επιτυγχάνεται, του χαμηλού ρυθμού φθοράς του εργαλείου-ηλεκτροδίου, καθώς και των ασφαλέστερων συνθηκών εργασίας (μεταφορά, αποθήκευση).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Απεσταγμένο νερό — καλύτερη ποιότητα επιφάνειας, χαμηλή φθορά εργαλείου, ασφαλέστερη εργασία

Επίδραση του μεγέθους του διακένου κατεργασίας

Ερώτηση: Πού και πώς επιδρά το μέγεθος του διακένου κατεργασίας;

Απάντηση:

• §9.3.2. «Το μέγεθος του διακένου επιδρά κι αυτό σημαντικά στην ποιότητα επιφάνειας και την ακρίβεια μορφής και διαστάσεων. Συγκεκριμένα, όσο μικρότερο είναι, τόσο καλύτερη απόδοση στη μορφή και στις διαστάσεις έχουμε... Από την άλλη μεριά, ένα μικρό διάκενο απαιτεί μικρή τάση ρεύματος και άρα μικρό ρυθμό αφαίρεσης υλικού, που σημαίνει μεγάλη τραχύτητα επιφάνειας.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το μέγεθος του διακένου κατεργασίας επιδρά στην ποιότητα επιφάνειας και στην ακρίβεια μορφής και διαστάσεων του τεμαχίου. Όσο μικρότερο είναι το διάκενο, τόσο καλύτερη απόδοση επιτυγχάνεται στη μορφή και στις διαστάσεις. Ταυτόχρονα όμως, ένα πολύ μικρό διάκενο απαιτεί μικρή τάση ρεύματος, άρα μικρό ρυθμό αφαίρεσης υλικού, κάτι που οδηγεί σε μεγαλύτερη τραχύτητα επιφάνειας. Γι' αυτό το μέγεθος του διακένου πρέπει να επιλέγεται τόσο μικρό ώστε να εξασφαλίζεται το καλύτερο δυνατό συνδυασμό ποιότητας επιφάνειας και διαστατικής ακρίβειας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μικρότερο διάκενο → καλύτερη ακρίβεια μορφής/διαστάσεων, αλλά και μικρότερος ρυθμός αφαίρεσης/μεγαλύτερη τραχύτητα

Υλικά εργαλείων-ηλεκτροδίων και χαρακτηριστικά τους

Ερώτηση: Ποια είναι τα πιο συνηθισμένα υλικά εργαλείων-ηλεκτροδίων στην ηλεκτροδιάβρωση και ποια τα χαρακτηριστικά τους;

Απάντηση:

• §9.4. «Τα πλέον χρησιμοποιούμενα υλικά εργαλείων είναι ο χαλκός, ο γραφίτης, ο χαλκός-γραφίτης, ο χάλυβας και τα κράματα βολφραμίου-χαλκού. Ο γραφίτης είναι το πιο συνηθισμένο υλικό για την κατασκευή εργαλείων, γιατί έχει μεγάλη αντοχή στις μεταβολές της θερμοκρασίας... Το κύριο μειονέκτημά του... είναι ότι σπάει εύκολα... Ο χαλκός χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή εργαλείων κοπής με σύρμα-ηλεκτρόδιο... Ο συνδυασμός γραφίτη και χαλκού δίνει εργαλεία... με επιπλέον ακρίβεια στη μορφοποίηση γωνιών... Το μειονέκτημα... είναι το υψηλό κόστος του.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα πιο συνηθισμένα υλικά εργαλείων-ηλεκτροδίων είναι ο χαλκός, ο γραφίτης, ο χαλκός-γραφίτης, ο χάλυβας και τα κράματα βολφραμίου-χαλκού. Ο γραφίτης είναι το πιο συνηθισμένο, γιατί έχει μεγάλη αντοχή στις μεταβολές θερμοκρασίας, διατηρεί σταθερές τις μηχανικές του ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες, κατεργάζεται εύκολα ακόμη και σε δύσκολες μορφές, έχει χαμηλό κόστος και χαμηλό ειδικό βάρος (κατάλληλος για μεγάλα, ελαφριά εργαλεία), αλλά μειονεκτεί επειδή σπάει εύκολα και θέλει προσοχή στην κατεργασία γωνιών. Ο χαλκός χρησιμοποιείται κυρίως για εργαλεία κοπής με σύρμα-ηλεκτρόδιο (αδύνατο με γραφίτη). Ο συνδυασμός γραφίτη-χαλκού συνδυάζει τα πλεονεκτήματα του γραφίτη με μεγαλύτερη ακρίβεια στη μορφοποίηση γωνιών και καλύτερα αποτελέσματα σε σκληρομέταλλα, με μειονέκτημα το υψηλό κόστος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χαλκός, γραφίτης (πιο συνηθισμένος), χαλκός-γραφίτης, χάλυβας, κράματα W-Cu· καθένα με πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα

Ενδεικτικά προϊόντα της ηλεκτροδιάβρωσης

Ερώτηση: Αναφέρατε ενδεικτικά προϊόντα της ηλεκτροδιάβρωσης.

Απάντηση:

• §9.4. «Στο σχήμα 9.9 φαίνονται καλούπια για εργαλεία κατεργασίας ξύλου... Στο σχήμα 9.10 φαίνεται ένα τμήμα κιβωτίου διωστήρα... μετά από κατεργασία αποπεράτωσης με ηλεκτροδιάβρωση... Στο σχήμα 9.11Β απεικονίζεται ένα εργαλείο πρέσας για την κατασκευή πλευρικού τεμαχίου αυτοκινήτου.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ενδεικτικά προϊόντα της ηλεκτροδιάβρωσης είναι: καλούπια για εργαλεία κατεργασίας ξύλου, τμήματα κιβωτίου διωστήρα που αποπερατώνονται με ηλεκτροδιάβρωση μετά από εκχόνδριση με φρέζα, και εργαλεία πρέσας για την κατασκευή τεμαχίων αυτοκινήτου (π.χ. πλευρικό τεμάχιο αμαξώματος).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Καλούπια εργαλείων ξύλου, τμήματα κιβωτίου διωστήρα, εργαλεία πρέσας για τεμάχια αυτοκινήτου

Χαρακτηριστικά στοιχεία της κοπής με σύρμα-ηλεκτρόδιο

Ερώτηση: Ποια είναι τα χαρακτηριστικά στοιχεία της κοπής με σύρμα-ηλεκτρόδιο;

Απάντηση:

• §9.6. «...μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε και συνεχές σύρμα-ηλεκτρόδιο... το οποίο μπορεί να κινηθεί στο επιθυμητό περίγραμμα... Το σύρμα ξετυλίγεται από μια τροχαλία και περνώντας μέσα από έναν οδηγό ανοίγει το αυλάκι στο τεμάχιο με σταθερή ταχύτητα... Η ταυτόχρονη κίνηση του σύρματος στους άξονες X και Υ καθοδηγείται ψηφιακά. Το σύρμα... είναι από χαλκό ή ορείχαλκο με διαμέτρους 0,025 με 0,3 mm.» και «Η χρήση του σύρματος-εργαλείου μειώνει σημαντικά το χρόνο και το κόστος της κατεργασίας... Πετυχαίνεται μεγάλη διαστατική ακρίβεια και πολύ καλή ποιότητα επιφάνειας.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στην κοπή με σύρμα-ηλεκτρόδιο χρησιμοποιείται συνεχές σύρμα αντί για μορφοποιημένο εργαλείο, το οποίο κινείται στο επιθυμητό περίγραμμα του τεμαχίου. Το σύρμα ξετυλίγεται από μια τροχαλία, περνά μέσα από οδηγό ανοίγοντας το αυλάκι στο τεμάχιο με σταθερή ταχύτητα, περνά από δεύτερο οδηγό και τυλίγεται σε δεύτερη τροχαλία· η κίνηση στους άξονες X και Y καθοδηγείται ψηφιακά. Το σύρμα είναι από χαλκό ή ορείχαλκο, με διάμετρο 0,025-0,3 mm. Η μέθοδος μειώνει σημαντικά χρόνο και κόστος (το εργαλείο δεν μορφοποιείται κάθε φορά), επιτρέπει πολλές εργασίες συγχρόνως και δίνει μεγάλη διαστατική ακρίβεια και πολύ καλή ποιότητα επιφάνειας, ακόμη και σε πολύπλοκα ή κλειστά εσωτερικά περιγράμματα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Συνεχές σύρμα (χαλκός/ορείχαλκος, Ø0,025-0,3mm), κίνηση X-Y ψηφιακά καθοδηγούμενη, μεγάλη ακρίβεια/ποιότητα, χαμηλό κόστος

Ενδεικτικά προϊόντα της κοπής με σύρμα-ηλεκτρόδιο

Ερώτηση: Αναφέρατε ενδεικτικά προϊόντα της κοπής με σύρμα-ηλεκτρόδιο.

Απάντηση:

• §9.6. «Χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή καλουπιών έλασης και καλουπιών πρέσας, για μορφοποίηση μετάλλων ή πλαστικών... η κατεργασία με σύρμα βρίσκει εφαρμογή στην κατασκευή πρότυπων τεμαχίων, μοντέλων, δοκιμαστικών αεροτομών αντλιών και στροβίλων. Μια πτερωτή κατασκευασμένη από κεραμικό υλικό...»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ενδεικτικά προϊόντα της κοπής με σύρμα-ηλεκτρόδιο είναι: καλούπια έλασης και καλούπια πρέσας για τη μορφοποίηση μετάλλων ή πλαστικών, πρότυπα τεμάχια, μοντέλα, δοκιμαστικές αεροτομές αντλιών και στροβίλων, καθώς και πτερωτές κατασκευασμένες ακόμη και από κεραμικό υλικό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Καλούπια έλασης/πρέσας, πρότυπα τεμάχια/μοντέλα, δοκιμαστικές αεροτομές αντλιών-στροβίλων, πτερωτές (και κεραμικές)