APLIKACE TECHNOLOGIE DRÁTOVÉ ELEKTROEROZE

Transkript

1 APLIKACE TECHNOLOGIE DRÁTOVÉ ELEKTROEROZE APPLICATION TECHNOLOGY WIRE ELECTRODISCHARGE DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR Bc. Martin BARABÁŠ VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Ing. Karel OSIČKA, Ph.D. BRNO 2014

2

3

4 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 4 ABSTRAKT Diplomová práce se zabývá technologií elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou. Je zde popsána základní podstata elektrické eroze, princip elektroerozivního obrábění a dále princip elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou. Stěžejní část práce se zabývá aplikací drátového řezání při výrobě řemenice 68-8M-130 s popisem technologie výroby na drátové řezačce Excetek V 650. Závěr práce je věnován statistickému vyhodnocení parametrů přesnosti obráběných ploch. Klíčová slova EDM, WEDM, elektroerozivní obrábění, elektrojiskrové drátové řezání, drátová řezačka. ABSTRACT This marter s thesis deals with the technology of electrical discharge wire cutting. There is described the basic nature of the electrical erosion, EDM principle and WEDM principle. The main part deals with the application of wire cutting in the manufacture pulley 68-8M- 130 with a description of technology on the wire cutter Excetek V 650. At the end of the work is devoted to the statistical evaluation of the precision machined surfaces. Key words EDM, WEDM, electrical discharge machining, wire electrical discharge machining, wire cutting machine. BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BARABÁŠ, Martin. Aplikace technologie drátové elektroeroze. Brno Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie. 74 s. příloh 11. Ing. Karel Osička, Ph.D.

5 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 5 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Aplikace technologie drátové elektroeroze vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce. Datum Bc. Martin Barabáš

6 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 6 PODĚKOVÁNÍ Děkuji tímto Ing. Karlu Osičkovi, Ph.D., za cenné připomínky a rady při vypracování diplomové práce. Dále děkuji panu Ing. Martinovi Krkavcovi za umožnění provedení praktické části diplomové práce v prostorách firmy, panu Michalovy Potůčkovi za pomoc při práci na drátovém stroji a všem pracovníkům firmy FERMAT CZ s.r.o, kteří poskytli cenné informace při vypracování diplomové práce.

7 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 7 OBSAH ABSTRAKT... 4 PROHLÁŠENÍ... 5 PODĚKOVÁNÍ... 6 OBSAH... 7 ÚVOD TECHNOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA ELEKTROEROZIVNÍHO OBRÁBĚNÍ Počátky a vývoj elektroerozivního obrábění Princip elektroerozivního obrábění Průraz kapalného dielektrika Časový průběh jednotlivých fází Charakteristika elektrického výboje Fyzikální charakteristiky elektrického výboje Rozdělení elektrických výbojů Generátory elektrických výbojů Závislé (relaxační) generátory Polozávislé generátory Nezávislé generátory Regulace posuvu nástrojové elektrody proti obrobku Nástrojové elektrody Materiály nástrojových elektrod Opotřebení nástrojových elektrod Dielektrická kapalina Vliv znečištěného dielektrika na elektrický výboj Vyplachování pracovního prostoru Charakteristika povrchové vrstvy Technologická aplikace elektroerozivního obrábění Elektrojiskrové obrábění Elektroimpulsní obrábění Elektrokontaktní obrábění Anodomechanické obrábění Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou TECHNOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA ELEKTROJISKROVÉHO ŘEZÁNÍ DRÁTOVOU ELEKTRODOU... 29

8 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Princip elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou Dielektrická kapalina v procesu drátového řezání Drátové elektrody Typy drátových elektrod Elektrody pro startovací otvory Hlavní části stroje pro drátové řezání NASAZENÍ DRÁTOVÉHO ELEKTROJISKROVÉHO ŘEZÁNÍ PŘI VÝROBĚ SPECIFICKÝCH DÍLŮ Možnosti drátového řezání Aplikace 2D a 4D drátového řezání Strategie řezání při výrobě specifických dílů TECHNOLOGIE ELEKTROJISKROVÉHO DRÁTOVÉHO ŘEZÁNÍ PRO TYPOVÉHO PŘEDSTAVITELE FERMAT CZ s.r.o Popis typového představitele pro drátové řezání Hlavní rozměry řemenice 68-8M Technologický postup při výrobě řemenice 68-8M Tvorba NC programu Obrábění řemenice 68-8M-130 na drátové řezačce Aktivní parametry obrábění STATISTICKÉ VYHODNOCENÍ PARAMETRŮ PŘESNOSTI OBROBENÉ PLOCHY Geometrická tolerance souměrnosti a kruhového házení Metodika měření tolerancí Statistická interpretace přesnosti obráběcího procesu Výpočet úchylky rozměru Výpočet geometrických úchylek DISKUZE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK SEZNAM PŘÍLOH... 74

9 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 9 ÚVOD V současné době je stále větší požadavek, aby strojní součásti dosahovali co nejlepší přesnosti s vysokou kvalitou povrchu. S klasickými konvenčními metodami dokážeme tyto požadavky splnit, ale mnohdy je výroba velmi přesných součástí obtížná a velice nákladná. Proto by každá strojírenská firma měla, která chce tyto požadavky co nejefektivněji splnit, šáhnou po nekonvenčních způsobech obrábění. Nekonvenční metody nevyužívají k obrábění princip mechanického úběru materiálu, ale úběr materiálu je uskutečněn pomocí fyzikálního nebo fyzikálně-chemického principu obrábění. Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou patří do skupiny nekonvenčních metod využívající k obrábění materiálu elektroerozivní jev (viz. kap. 1). Aplikace této metody ve strojírenském průmyslu je velice rozšířená hlavně při výrobě tvářecích nástrojů a různých strojních součástí jako jsou vačky, ozubené kola nebo řemenice. První drátová řezačka byla do strojírenského průmyslu zařazena v 60. letech 20. století a od té doby jsou drátové řezačky stále výkonnější a přesnější. Největší vliv na rozvoj drátových řezaček měl vývoj CNC řídicích systémů. V dnešních strojích je tento systém nezbytný k fungování stroje a drátové řezačky, které CNC řídicí systém neobsahují, mají spíše historický charakter. Dnešní drátové řezačky dokáží automaticky navlékat drát, využívají k pohonu os lineární motory nebo k obrábění využívají olejové dielektrikum. Výhodou lineálních pohonů je zajištění přímého pohybu pro každou osu bez nutnosti převádění točivého momentu. Experimentální část této diplomové práce je zaměřena na výrobou hnací řemenice, která slouží k pohonu vřeteníku u vodorovných vyvrtávaček vyráběných firmou FERMAT CZ s.r.o. Závěrečná část diplomová práce je zaměřena na metodikou měření tolerancí obrobených ploch a jejím statistickém vyhodnocení.

10 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 10 1 TECHNOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA ELEKTROEROZIVNÍHO OBRÁBĚNÍ Elektroerozivní obrábění (mezinárodně označené EDM Electrical Discharge Machining) řadíme mezi nekonvenční technologie obrábění, které využívají přímé působení elektrického energie bez přeměny na mechanickou energii. Nekonvenční technologie se vyznačují těmito charakteristikami [1]: rychlost a výkonnost obrábění nezávisí na mechanických vlastnostech obráběného materiálu, možnost obrábět všechny elektricky vodivé materiály přibližně stejnou rychlostí obrábění, možnost obrábění materiálu s vyšší pevností a tvrdostí než je materiál nástroje, možnost obrábění tvarově složitých a miniaturních součástí, možnost zavedení automatizované výroby. Elektroerozivní metody obrábění využívají tepelnou energii vodivých materiálů, vznikající elektrickým výbojem mezi elektrodami (nástroj a obrobek). Podle technologických možností dělíme elektroerozivní obrábění na: hloubení nebo tvarové elektroerozivní obrábění (EDM Sikning), drátové řezání (WEDM Wire Electrical Discharge Machining), broušení (EDG Electrical Discharge Grinding). Každá metoda se liší počátečními technologickými charakteristikami, použitými zařízeními a využitelností v průmyslové výrobě [1]. 1.1 Počátky a vývoj elektroerozivního obrábění Za počátek vzniku elektroeroze můžeme považovat rok 1768, kdy anglický fyzik Joseph Priestley poprvé zaznamenal, že na vodivých kovových plochách vznikají, v důsledku elektrických výbojů v plynu, krátery. V průmyslové oblasti se tento jev nejčastěji vyskytoval v konstrukci kontaktních spínacích zařízeních, kde způsoboval opotřebení kontaktů a byl tedy označen jako nežádoucí jev. Za autory prvního technologického využití elektroerozivní obrábění jsou považování sovětští výzkumníci B. R. Lazarenko a jeho manželka N. I. Lazarenková. V průběhu 2. světové války prováděli výzkumy řízeného obrábění pomocí elektrických výbojů. Později pak na základě jejich experimentů definovaly hlavní zákonitosti elektroeroze [2]: elektroerozi podléhají všechny elektricky vodivé materiály, elektroerozi podléhají materiály v plynném nebo v kapalném prostředí (dielektriku), vhodným zapojením a volbou parametrů obvodu, lze přeměnit stacionární výboj (oblouk) na nestacionární výboj, umožňující přesnější rozrušování materiálu.

11 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Princip elektroerozivního obrábění Princip elektroerozivního obrábění je založen na principu periodického odebírání částic povrchových vrstev materiálu účinkem tepelného a tlakového působení elektrických výbojů na povrchu elektrod. Obrábění probíhá mezi dvěma elektrodami ponořenými v dielektrické kapalině, které jsou od sebe odděleny jiskrovou mezerou o velikosti 0,01 mm až 0,5 mm [6]. Výboj mezi elektrodami vzniká v místě nejsilnějšího elektrického napěťového pole, které vytváří ionizovaný kanál umožňující přechod jiskry mezi nástrojem a obrobkem (obr. 1.1). Výše tohoto napěťového pole především závisí na velikosti pracovní mezery, vodivosti dielektrické kapaliny a míře znečistění dielektrika. V kanále vzniká plasmové pásmo s teplotami okolo ( ) C [2], které materiál na povrchu obrobku prudce ohřívá, taví a částečně odpařuje. Tlakem kovových par a průnikem dielektrika do uzavřeného prostoru je roztavený kov z místa vymrštěn. Tento proces způsobuje na povrchu elektrod tvarové a strukturální změny, kde energie uvolněná v kanále působí na elektrody a přenáší se na ně těmito způsoby [6]: bombardováním nabytých částic, elektronů na anodě a iontů na katodě, termickým bombardováním částic tvořících kanál, výměnou energie prostřednictvím horkých par a plynů vytékajících z elektrod, tepelným zářením. Po přerušení elektrického proudu ve výbojovém kanálu dojde k jeho zániku. Podmínky pro vznik dalšího výboje už nejsou shodné jako před prvním výbojem, ale jsou velmi podobné. Obr. 1.1 Princip elektroerozivního obrábění [5].

12 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Průraz kapalného dielektrika V počáteční fázi jiskrového výboje se v mezielektrodovém prostoru vyskytují takzvané předprůrazové děje. Ideální případ průrazu kapalného dielektrika můžeme vidět na obr Na dvě rovinné elektricky vodivé elektrody A a B z různých materiálů je trvale přivedeno elektrické napětí U [V]. Elektrody jsou rovnoběžně uspořádány ve vzdálenosti d [mm] a prostor mezi nimi je vyplněn dielektrickou kapalinou. V prostoru mezi elektrodami existuje homogenní elektrické pole, charakterizované vektorem intenzity elektrického pole E, pro které platí [2]: = [ ] (1.1) = [. ] (1.2) kde: V - elektrický potenciál. Obr. 1.2 Homogenní elektrické pole mezi elektrodami [6]. Při postupném zvyšování napětí U od nulové hodnoty teče mezi elektrodami nepatrný proud, který je přibližně úměrný velikosti napětí U. Při určitém napětí dojde k průrazu a proud prudce stoupne až na hodnotu omezenou vnitřním odporem zdroje elektrického napětí. Hodnota napětí, při kterém došlo k průrazu, se nazývá průrazné napětí Upr a intenzita elektrického pole se nazývá průrazný intenzita Epr. Hodnotu Epr ovlivňuje především použité dielektrikum, materiál elektrod a teplota a tlak záření [6]. Při sledování průrazných vlastností kapalných dielektrik můžeme pozorovat určité zákonitosti. Jestliže je vzdálenost mezi elektrodami d > 0,5 mm, je průrazné napětí lineální funkcí vzdálenosti elektrod. Při různých vzdáleností tedy dochází k průrazu při stejné intenzitě elektrického pole. Jestliže je vzdálenost elektrod d < 0,5 mm můžeme pozorovat postupné zvětšující se elektrickou pevnost dielektrika a to o několikanásobek původní hodnoty. Tento jev je zapříčiněn vznikem vrstviček v blízkosti elektrod, které mají vyšší průrazovou pevnost než původní dielektrikum. Při zmenšování vzdálenosti elektrod se tloušťka vrstviček nemění, pouze se zmenšuje tloušťka původního dielektrika s menší průrazovou pevností. Průraznou pevnost ovlivňuje tvar elektrod. Jakékoliv ostré hrany, hroty, malé poloměry zaoblení způsobují zvětšení gradientu elektrického pole. [6]

13 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Časový průběh jednotlivých fází Na obr. 1.3 je znázorněn časový průběh jednotlivých fází včetně průběhu napětí a proudu mezi elektrodami, který je rozdělen do devíti fází [2, 4, 7]: Fáze I: Fáze II: Fáze III: Fáze IV: Fáze V: Fáze VI: Fáze VII: Fáze VIII: Fáze IX: Vlivem zesílení elektrického pole v dielektriku se začnou mezi elektrodami polarizovat molekuly a ionty. V místě s nejmenší vzdáleností se vlivem nerovnosti povrchu vytvoří místo maximálního gradientu, které pohlcuje elektricky vodivé částice (znečištění). Vlivem maximální hodnoty napětí vytváří elektricky vodivé částice můstky potřebné k zapálení výboje. Vlivem působení elektrického pole se ze záporné elektrody se začnou uvolňovat elektrony, které se sráží v prostoru s neutrálními částicemi a tříští se. V kanále dochází ke vzniku kladných a záporných ionty. Tento jev se nazývá ionizace prostředí. Ve střed výbojového kanálu dochází ke vzniku plazmy. Mezi elektrodami začíná protékat proud, roste proudová hustota a z plazmy se vytváří vodivý kanál. Na elektrodách se teplota a proud zvyšuje a napětí klesá. Vlivem začínajícího odpařování dielektrika vzniká plynová bublina. Částice do sebe vzájemně naráží, přičemž se uvolňuje vysoká tepelná, která způsobí zahřívání, tavení a odpařování ohraničených míst na povrchu elektrod. Proud vzroste a napětí dosáhne zápalné hodnoty výboje. Dochází k intenzivní expanzi bubliny a k intenzivnímu tavení a odpařování materiálu. Dochází k přerušení přívodu energie, tím poklesne proudu a teplota. Nastává imploze plynové bubliny. V prostoru poklesne tlak, který způsobí vytrhávání materiálu do prostoru (kavitace). Proud a napětí klesne na nulovou hodnotu, bublina a výboj zanikne. Do vzniklého kráteru vniká dielektrikum, které ochlazuje taveninu a zabraňuje průniku tepla do hlubších vrstev kovu. Odebraný materiál zůstává v dielektriku ve formě mikročástic tvaru kuliček. Stav před začátkem nového výboje. Dielektrikum je znečištěno produkty eroze a obsahuje zbývající volné ionty.

14 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 14 Fáze I Fáze II Fáze III Fáze IV Fáze V Fáze VI Fáze VII Fáze VIII Fáze IX Obr. 1.3 Časový průběh jednotlivých fází [7].

15 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Charakteristika elektrického výboje Velikost a tvar kráteru vzniklého elektrickým výbojem závisí na velikosti vybíjecí energie a na době trvání výboje. Velikost kráteru má vliv na účinnost procesu obrábění, jakost opracovávaného povrchu a na přesnost rozměru obrobku. Profil vzniklého kráteru (obr. 1.4) je dán velikostí hloubky kráteru h a jeho průměrem d [2]. V i [mm 3 ]... objem obrobeného materiálu, d [mm] průměr kráteru, h [mm] hloubka kráteru. Obr. 1.4 Profil vzniklého kráteru [2]. Množství odebraného materiálu je úměrné vybíjecí energii a lze je j vypočítat [2]: =K [ ] (1.3) kde: K [-] - součinitel úměrnosti pro anodu a katodu, Wi [J] - Energie výboje [2]: energie výboje. kde T [µs] - perioda výboje, U [V] - I [A] - napětí, proud. = [J] (1.4) Celkové množství odebraného materiálu za jednotku času (1.5) je roven součtu úbytku na obou elektrodách, velikostí energie a frekvencí jednotlivých výbojů [2]. = [ ] (1.5) kde: K [-] - součinitel úměrnosti pro anodu a katodu, f [s -1 ] - r [%] - η [%] - Wi [J] - frekvence výbojů, účinnost elektrického výboje, účinnost generátoru, energie výboje.

16 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Fyzikální charakteristiky elektrického výboje Časový průběh elektrického výboje je určen řadou charakteristik [2]: pracovní proud výboje I maximální vybíjecí proud protékající mezi elektrodami v okamžiku výboje, střední vybíjecí proud Ie střední hodnota proudu mezi okamžikem zapálení výboje a vypnutím generátoru. Hodnota tohoto proudu se vypočítá [2]: = 1 [ ] (1.6) kde: te [µs] - doba výboje, I [A] - proud. střední vybíjecí napětí Ue střední hodnota napětí mezi okamžikem zapálení výboje a vypnutím generátoru. Hodnota tohoto napětí se vypočítá [2]: = 1 [ ] (1.7) kde: te [µs] - doba výboje, U [V] - napětí. napětí Uk hodnota napětí při zhasnutí výboje, závislá na materiálu, dielektriku a jeho stavu. Využívá se při řízení a optimalizaci procesu obrábění. napětí na prázdno Uz napětí při zapnutí generátoru (zápalné napětí výboje), doba impulsu ti časový úsek mezi zapojením a vypojením generátoru. Pro dobu impulsu platí vztah [2]: = + [ ] (1.8) kde: te [µs] - doba výboje, td [µs] - doba zpoždění výboje. doba pauzy to čas mezi vypojením a novým zapojením generátoru, doba zpoždění výboje td čas mezi zapojení generátoru a průrazem dielektrika, doba výboje te časový úsek mezi zapálením výboje a vypnutím generátoru, doba periody T časový úsek určený dobou impulsu a pauzou, určující frekvenci výbojů. Pro dobu periody platí vztah [2]: = + [ ] (1.9) kde: to [µs] - doba pauzy, ti [µs] - doba mezi dvěma impulsy.

17 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 17 Uvedené fyzikální charakteristiky jsou zobrazeny na obr V obrázku je znázorněn graf závislosti napětí na čase a graf závislosti proudu na čase pro tři elektrické výboje. Obr. 1.5 Časový průběh elektrického výboje [2]. S ohledem na značný význam časového průběhu výboje na intenzitu úběru materiálu a kvalitu obrobené plochy a pro možnost systematického rozdělení výbojů je vhodné zavést veličinu časového využití periody výboje, pro kterou platí [2]: kde: ti [µs] - doba mezi dvěma impulsy, to [µs] - doba pauzy, T [µs] - doba periody. = = + [ ] (1.10)

18 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Rozdělení elektrických výbojů Elektrické výboje rozdělujeme podle časového průběhu dodávané energie do místa výboje na [2, 4]: elektrojiskrové výboje (stacionární výboje), výboje krátkodobým elektrickým obloukem (nestacionární). Elektrojiskrové výboje (obr. 1.6a) Elektrojiskrové výboje jsou charakterizované krátkou dobou impulsu při vysokých frekvencích výboje. Ve výbojovém kanále převládá elektrická vodivost vyvolávající vyšší úbytek anody vůči katodě. V místě výboje je dosahována vysoká hodnota proudové hustoty a vysoká koncentrace energie. Elektrojiskrové výboje jsou z důvodu malých úběrů materiálu používány především u dokončovacího obrábění [2, 4]. Výboje krátkodobým elektrickým obloukem (obr. 1.6b) Krátkodobé elektrické oblouky jsou charakterizovány dlouhou dobou impulsu při nízkých frekvencích výboje. Ve výbojovém kanále převládá iontová vodivost a uvolňuje se větší počet kladných částic, které vyvolají vyšší úbytek na katodě. Ve výbojovém kanále převládá menší proudová hustota s nižšími teplotami. Tyto výboje jsou z důvodu vysokých hodnot energií jednotlivých výbojů využívány při hrubování [2, 4]. a) b) Obr. 1.6 Časový průběh a vliv polarity u stacionárních a nestacionárních výbojů [2]. Tab. 1.2 Charakteristické vlastnosti elektrických výbojů [3]. Druh výboje Elektrojiskrový výboj Elektrický oblouk Trvání pulzu krátké t i = 10-4 až 10-6 s dlouhé t i > 10-4 s Časové využití periody výboje q = 0,03 až 0,2 q = 0,2 až 1 Frekvence výbojů vysoká nižší Hustota proudu v místě výboje asi 10 6 A.mm až 10 3 A.mm -2 Ve výbojovém kanále převládá elektronová vodivost iontová vodivost Teplota ve výbojovém kanále až C 3300 až 3600 C Energie jednotlivých výbojů W e = 10-5 až 10-1 J W e = 10 2 J Použití dokončovací operace hrubovací operace

19 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Generátory elektrických výbojů Technologické aplikace využívají různé formy impulsů určité frekvence. Impulsy se vytváří v elektronické části obráběcího stroje (generátoru) a jsou charakterizován napětím, proudem a tvarem. Generátory se dělí do několika skupin [2]: závislé (relaxační) generátory, polozávislé generátory, nezávislé (pulsní) generátory Závislé (relaxační) generátory (obr. 1.7) Závislé generátory jsou nejstarším tipem používaných generátorů pro elektroerozivní obrábění. Činnost generátoru je závislá na opakujícím se nabíjení kondenzátoru C přes elektrický odpor R a vybíjení při dosažení průrazného hodnoty napětí Uc v pracovní mezeře. Velikost průrazného napětí je závislá na znečištění dielektrika a na mezielektrodové vzdálenosti. Generátory využívají stacionárních výbojů a jejich velkou předností je jednoduchost a spolehlivost. Nevýhodou jsou nízké dosahované technologické parametry a vysoké opotřebení nástroje (asi 30 %), způsobené vznikem změnou elektronové vodivosti plazmového kanálu. Obr. 1.7 Schéma uspořádání RC generátoru [6]. Zapojením indukčnosti L do obvodu lze dosáhnout změny časového průběhu vybíjení proudu což má za následek zvýšení produktivity až o 25 %. Touto úpravou je generátor nazýván RLC generátor (obr. 1.8). Aby se zabránilo průrazu jiskřiště v opačném směru, může se do obvodu paralelně připojit dioda, která svede překmity proudu mimo jiskřiště. Výhodu tohoto zapojení dosáhneme zejména u hrubování, kdy je energie ve výboji poměrně veliká [2, 6].

20 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Polozávislé generátory (obr. 1.9) Obr. 1.8 Schéma uspořádání RCL generátoru [6]. Polozávislé generátory vznikly postupným zdokonalováním relaxačních generátorů pomocí doplňkového zařízení, které snižují závislost na vybíjecí štěrbině. Tyto generátory mají díky zavedení přerušovacího prvku (tyratronu) pravidelnější impulsy než relaxační generátory [2]. Obr. 1.9 Schéma uspořádání polozávislého generátoru [2] Nezávislé generátory Nezávislé generátory umožňují nastavovat pracovní podmínky bez ohledu na poměry v pracovní mezeře. Generátory využívají krátkodobé výboje elektrickým výbojem. Rozlišujeme dva typy nezávislých generátorů [2]: rotační generátory, polovodičové generátory.

21 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 21 Rotační generátory (obr. 1.10) Rotační generátory jsou tvořeny hnacím motorem M a generátorem G, jehož konstrukce zajišťuje požadovaný výkon a opakovací frekvenci generátoru. Impulzy vznikají otáčením motoru a jejich frekvence může dosahovat až 400 Hz se střídáním délky trvání impulzů k délce mezery 1 : 1 až 1 : 2 [6]. Jelikož doba impulzů je dlouhá, při výboji převládá čas působení iontové vodivosti v plazmovém kanále, využívá se u rotačních generátorů opačná polarita než u RC generátorů, tedy nástroj je zapojen na kladný pól (anoda) a obrobek na záporný pól (katoda). Rotační generátory umožňují dosahovat velkých výkonů jednotlivých výbojů a jsou tedy vhodné k hrubování. Nevýhodou těchto generátorů je nutné použití přídavného RC nebo RLC generátoru při dokončování, vysoká hlučnost a obtížná regulace frekvence impulzů [2, 6]. Obr 1.10 Schéma uspořádání rotačního generátoru [2]. Polovodičové (tranzistorové) generátory (obr. 1.11) Tyto generátory se vyznačují vysokou spolehlivostí a širokou možností nastavování elektrických parametrů. Tranzistorové impulsní generátory umožňují měnit frekvenci pulzů v rozsahu 500Hz až 50 khz a jsou vhodné pro jemné technologické operace. Skládají se z výkonových tranzistorů T1 až Tn, které jsou buzeny zesilovačem Z, a jejich počet ovlivňuje impulzní proud v jiskřišti J. Zesilovač dodává zesílené impulsy od multivibrátoru MV, který určuje frekvenci a délku trvání impulzů k délce časové prodlevy mezi impulzy [6]. Obr Schéma uspořádání tranzistorového impulsního generátoru [6].

22 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 22 Polovodičoví generátory řízené CNC systémem Generátory řízené CNC systémem jsou v dnešní době nezbytné pro řízení elektrických impulzů v jiskřišti. Generátor, řízený CNC systémem, reaguje na veškeré dění v jiskřišti a upravuje parametry obrábění tak, aby byly dodrženy stejné podmínky pro obrábění v každém okamžiku. Nasazením generátorů řízených CNC systémy se zvýšila přesnost a produktivita obrábění, snížilo opotřebení nástrojové elektrody a zjednodušilo nastavení parametrů pro technologii obrábění [1] Regulace posuvu nástrojové elektrody proti obrobku (obr. 1.12) Vzdálenost elektrod ovlivňuje průrazové napětí. Při zvětšování vzdálenosti elektrod může nastat stav, kdy průboj vůbec nevznikne a při zmenšování vzdálenosti budou vznikat průboje při nižším napětí čemuž odpovídá nižší energie a účinek elektroerozivního procesu bude malý. Regulací zajistíme stálou optimální vzdálenost mezi elektrodami během celého procesu elektroerozivního obrábění. Regulace rychlosti a směru posuvu nástrojové elektrody odvozujeme od napěťových poměrů v jiskřišti. Střední hodnota napětí na elektrodách v jiskřišti Ujs se porovnává v diferenčním členu D se žádanou hodnotou středního napětí Už, která odpovídá požadované vzdálenosti mezi elektrodami d. Posuv nástrojové elektrody vykonává akční člen A, který vyhodnocuje odchylky mezi vstupní a žádanou veličinou. Odchylky nejsou do akčního členu přivedeny v požadované energetické úrovni a proto je nutné je zesílit v zesilovači Z [6]. Obr Schéma regulace posuvu nástrojové elektrody [6]. Při malých energiích v jednotlivých výbojích je potřebná vzdálenost velmi malá a udržení této vzdálenosti je velice obtížné. Proto se z tohoto důvodu pro zlepšení eroze kmitá pomocí elektromagnetického vibrátoru s elektrodou ve směru posuvu do záběru. Amplituda kmitu se pohybuje v mezích 0,005 mm 0,02 mm. Tento jev nám umožňuje vyrobit jednoduchou elektrodou i složitější tvary dutin (obr. 1.13) [6]. Obr Možné tvary dutin [8].

23 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Nástrojové elektrody Vhodná volba nástrojové elektrody v elektroerozivním obrábění ovlivňuje několik parametrů v obráběcím procesu, proto je nutné navrhovat a konstruovat elektrody zvlášť pro každý typ obrábění Mezi tyto parametry patří přesnost rozměrů, jakost obrobené plochy, obráběcí výkon a výsledná cenu obrobku. Aby bylo možné co nejoptimálněji dodržet zmíněné parametry, je nutné, aby nástrojové elektrody splňovaly tyto vlastnosti [26]: vysokou elektrickou vodivost, dobrou tepelnou vodivost a kapacitu, vysoký bod tání a varu, vysokou odolnost proti elektrické erozi, dostatečnou mechanickou pevnost, stálost tvarů a malou tepelnou roztažnost, dobrou obrobitelnost, přijatelnou cenu Materiály nástrojových elektrod Nástrojové elektrody se skládají z pracovní a upínací části. Pracovní část elektrody je většinou vyrobena z elektroerozivně odolnějšího materiálu než upínací část. Volba materiálu nástrojové elektrody závisí na materiálu obrobku, na používaném stroji a na relativním opotřebením nástrojové elektrody. Podle strukturního složení můžeme nástrojové elektrody rozdělit na [26]: kovové (měď, mosaz, ocel, slitiny wolframu, nekovové (grafit), kombinované (kompozice grafitu a mědi). Tab. 1.3 Charakteristika materiálů nástrojových elektrod [37]. Materiál Grafit Měď Měď - wolfram a stříbro - wolfram Měď - grafit Mosaz Wolfram Charakteristika Nejčastěji používaný materiál, je dobře obrobitelný a vykazuje nízké opotřebení. Nevýhodou je znečišťování hloubicího stroje. Má dobrou elektrickou vodivost, vykazuje nízké opotřebení. Jsou vhodné pro obrábění karbidu wolframu. Dosahovaná drsnost povrchu obrobené plochy je lepší než Ra = 0,5 µm. Jde o drahé materiály. Používají se pro výrobu elektrod na hluboké drážky. Jsou vyráběny slinováním wolframu s mědí nebo stříbrem. Jelikož tento materiál je asi 1,5 až 2 dražší než grafit, používá se pro obrábění karbidu wolframu. Levný a snadno obrobitelný materiál, vykazuje vysoké hodnoty opotřebení. Pro výrobu malých děr, ød < 0,2 mm.

24 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Opotřebení nástrojových elektrod Při elektroerozivním obrábění dochází vlivem elektrických výbojů k opotřebení nástrojové elektrody, které způsobí změnu jejího tvaru a rozměru. Opotřebení elektrod je závislé na elektrických parametrech výboje, polaritě zdroje a fyzikálních vlastnostech materiálu. Příčiny opotřebování elektrod [4]: oddělování částic kovů z důvodu velké hustoty elektronů ve výboji, porušení elektrody kolísáním proudu nebo vlivem polarity, porušení vlivem termických veličin (vysoká teplota výboje, nepravidelný ohřev součásti a elektrody v průběhu výboje), porušení mechanickými nárazy vzniklými při kavitaci, porušení při oddělování částic kovů z obráběného materiálu, poruchy v materiálu elektrody (pórovitost, struktura), opotřebení nepříznivými pracovními podmínkami (vysoká hustota proudu, špatná cirkulace dielektrika). Aby bylo možné zvolit optimální nástrojovou elektrodu, byla zavedena veličina δ (relativní objemové opotřebení), pro kterou platí vztah [2]: ϑ = 100% [ ] (1.11) kde: VN [mm 3.min -1 ] - objemové opotřebení nástroje, VO [mm 3.min -1 ] - objem odebraného materiálu. Hodnoty tohoto relativního objemového opotřebení jsou určeny kombinací materiálu nástroje a obrobku, polaritou, pracovním proudem a dobou trvání impulsu. 1.8 Dielektrická kapalina Dielektrická kapalina vytváří v procesu elektroerozivního obrábění pracovní prostor mezi elektrodami. Její druh a stav má značný vliv na průběh elektroerozivních procesů, proto je nutné věnovat pozornost její volbě. Dielektrická kapalina musí splňovat tyto základní funkce [2, 4]: působí jako izolátor mezi elektrodami, odvádí teplo z pracovního prostoru, ohraničuje výbojový kanál, odstraňuje odebraný materiál z místa výboje, zabraňuje usazování částic odebraného materiálu na elektrodě.

25 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 25 Jako dielektrická kapalina se používá deionizovaná destilovaná voda, transformátorový olej, strojní olej, petrolej a speciální dielektrika, určena pro elektroerozivní obrábění. Všechny dielektrické kapaliny musí splňovat tyto vlastnosti [1, 2]: dostatečný elektrický odpor, malou viskozitu a smáčivost, pro rychlé obnovení izolace v místě výboje, vysoký bod vzplanutí, aby nedocházelo k hoření (má být vyšší jak 60 C), hygienická a ekologická nezávadnost, ekonomicky výhodná a lehce vyrobitelná, chemicky neutrální, aby se zamezilo korozi. Do pracovního prostoru je dielektrická kapalina přiváděna v požadovaném množství při požadovaném tlaku a čistotě a při zajištěné tepelné stabilizaci stroje. Pro zajištění těchto parametrů jsou stroje vybaveny filtračním, chladicím a vyplachovacím zařízením [1, 2, 4] Vliv znečištěného dielektrika na elektrický výboj Při elektroerozivním obrábění se dielektrická kapalina velmi rychle znečišťuje zplodinami jiskrového procesu. Nečistoty mají následující charakter [6]: vodivé kovové kuličky, nevodivá nepravidelná zrna nečistot, vodivá nepravidelná zrna sazí. Vliv nečistot na průrazovou pevnost dielektrika je velmi značný. Při napětí na elektrodách 500 V může být vzdálenost elektrod v čistém dielektriku 0,005 mm, ale ve znečištěném dielektriku vzdálenost stoupá na 0,1 mm, což je v praxi velmi nepříznivé. V homogenním poli dochází v nevodivé částici nečistoty k polarizaci, kde na straně částice obrácené směrem k anodě je více elektronu než na straně obrácené ke katodě. Jestliže se částice dostane do styku s jednou z elektrod, přenese na ni svůj náboj a z neutrální částice se stane elektricky nabitá částice, která se pod vlivem elektrického pole začne pohybovat směrem k opačné elektrodě. Pohybující se částice odevzdá svůj náboj a znovu se nabije na opačnou polaritu. Tento děj se pak opakuje v opačném smyslu. Těmito pochody vzniká kmitavý pohyb částice, který trvá až do ukončení. Prakticky se homogenní pole vyskytuje jen zřídka. Ve skutečnosti se častěji vyskytuje nehomogenní pole, které vzniká díky různě zakřiveným plochám elektrod. V nehomogenním poli vzniká výsledná síla, která vtahuje částici do prostoru maximálního gradientu pole, tedy do prostoru s nejmenší vzdáleností elektrod. Povrch elektrod je obvykle pokryt nevodivou vrstvičkou, která zapříčiní, že částice zůstane na povrchu nalepená. Vytvoří se tzv. mikropole, které přitáhne další částečky nečistot, až dojde k vytvoření řetězce podél siločar elektrického pole. Při větší koncentraci nečistot vznikají tzv. můstky, které jsou označovány za zárodky průrazu [6].

26 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Vyplachování pracovního prostoru Úkolem vyplachování je zajistit přívod dielektrické kapaliny a zároveň odvést částečky odebraného materiálu z pracovního prostoru. Vyplachování pracovního prostoru může být realizován několika způsoby [2, 7, 26]: Vnější vyplachování (obr. 1.14a) Vnější vyplachování je nejběžnější forma vyplachování, která se nejčastěji při obrábění dutin o větší hloubce kombinuje s pulsním vyplachováním. Pulsní vyplachování Nástrojová elektroda se v časových intervalech vzdaluje od obrobku a v některých případech může být doprovázena rotací. Současně s oddalováním se vypíná pracovní proud, čímž se zabrání sekundární erozi. Proud je opět zapnut až po dosažení optimální mezery mezi elektrodou a obrobkem. Pulsní vyplachování se nejčastěji využívá při obrábění hlubokých dutin, obrábění na čisto nebo obrábění pomocí tenkých elektrod. Vnitřní tlakové vyplachování (obr. 1.14b) Nástrojová elektroda je opatřena otvorem, kterým je dielektrická kapalina přiváděna do pracovního prostoru. Částečky obrobeného materiálu vnikají do postranní mezery mezi nástrojem a obrobkem, což způsobují tzv. sekundární erozi, která zhoršuje tvarovou přesnost obráběné plochy. Vyplachování odsáváním (obr. 1.14c) Dielektrická kapalina je odsávána dutinou v nástrojové elektrodě nebo dutinou v obrobku. Tento způsob zaručuje velmi dobrou tvarovou přesnost obráběné dutiny. Kombinované vyplachování Kombinované vyplachování zajišťuje kombinaci vnitřního tlakové vyplachování a vyplachování s odsáváním. Používá se při hloubení tvarově složitých dutin. Obr Metody vyplachování [9].

27 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Charakteristika povrchové vrstvy Charakteristika povrchové vrstvy, která vznikla po elektroerozivním obráběním se výrazně liší od povrchu získaného klasickými metody obrábění. Elektrický výboj vytváří na povrchu obrobku nepravidelné krátery, jejichž velikost a tvar závisí na použitém dielektriku, materiálu elektrody a pracovních podmínkách. Krátery vznikají natavováním povrchové vrstvy vlivem tepelně ovlivněné vrstvy a plastické deformací kráteru i jeho okolí. Natavená povrchová vrstva způsobuje vznik stabilní austenitické vrstvy, která se vytváří chemickou reakcí materiálu elektrod s molekulami dielektrické kapaliny. Následným rychlím ochlazením pomocí dielektrické kapalinou je povrch zakalen. Účinek vysokých teplot způsobuje metalurgické změny na povrchu a vznik poruch (trhliny, dvojčatění). Vlivem těchto účinků se na povrchu obrobku se vytváří tzv. Bílá vrstva, která je velmi tvrdá a má rozdílné vlastnosti jako základní materiál. Rozložení jednotlivých vrstev povrchu je zobrazeno na (obr. 1.15) [1, 4]. Obr Složení jednotlivých vrstev [10] Technologická aplikace elektroerozivního obrábění V průmyslu existuje několik metod využívajících principu elektroerozivního obrábění. Ty nejpoužívanější můžeme rozdělit podle druhu elektrického výboje, parametrů obrábění a zdroje impulsního toku na [4]: elektrojiskrové obrábění, elektroimpulsivní obrábění, elektrokontaktní (elektromechanické) obrábění, anodomechanické obrábění, elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou. Jednotlivé metody se od sebe liší svými technologickými charakteristikami, obráběcími stroji a možností průmyslového využití. Mezi jejich společné znaky můžeme považovat použitý druh dielektrické kapaliny, přívod energie elektrických impulsů a vznik elektrického výboje v obráběné zóně [4].

28 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Elektrojiskrové obrábění Princip elektrojiskrového obrábění vychází ze základního principu elektroerozivního obrábění (viz kap. 1.2). Elektrojiskrové obrábění využívá krátké asymetrické impulzy a jeho pracovní cyklus sestává z výbojů, tepelného účinku a z uvolnění erodovaného materiálu. Elektrojiskrové obrábění řadíme mezi dokončovací metody obrábění. Nejčastěji se používá při hloubení malých otvorů, tvarově složitých vnitřních a vnějších otvorů, střižných nástrojů, atd. [4, 27] Elektroimpulsní obrábění Elektroimpulsní obrábění v porovnání s elektrojiskrovým obráběním dosahuje většího úběru materiálu, menšího opotřebení nástrojové elektrody a snížené spotřeby energie, ale jeho přesnost a kvalita povrchu je menší. Elektroimpulsní obrábění využívá jednosměrných obloukových impulsů. Technologické charakteristiky (úběr materiálu a velikost opracované plochy) jsou závislé na hodnotě pracovního proudu (80 až 360 A) a napětí (2,5 až 25V). Nástrojová elektroda se zapojuje na kladný pól (+) a obrobek na záporný pól (-) [4] Elektrokontaktní obrábění Elektrokontaktní obrábění využívá energii nestacionárních obloukových výbojů a tepla průchodu elektrického náboje vzniklých při kontaktu elektrod. Tento kontakt může být nepřetržitý nebo intervalový. Při přiblížení elektrod nastává krátkodobý oblouk a na povrchu dojde ke kontaktu. Aby nedošlo ke svařené elektrod, je nutné, aby jedna z elektrod vykonávala rotační pohyb. Pro snadnější odstraňování natavených částeček materiálu jsou rotační elektrody opatřeny zářezy. Elektrody jsou napájené střídavým napětím (10 až 30 V) o výkonu 10 až 250 kw a frekvenci 50 až 500 Hz. Doba impulsů ve výbojovém kanále s převládající iontovou vodivostí je 0,01 s. Rychlost úběru může dosahovat až 1 mil. mm 3.min -1. Tvarová a rozměrová přesnost je nízká, proto se tato metoda využívá při obrábění nahrubo nebo při ořezávání vtokových a výfukových soustav ve slévárnách [4, 6] Anodomechanické obrábění Andomechanické obrábění kombinuje elektroerozivní a elektrochemické obrábění, při kterém využívá krátkodobých nepolárních impulsů. Obrobek je připojen na kladný pól stejnosměrného proudu a malou silou je přitlačován k povrchu rotující nástrojové elektrody záporný pól. Místo styku je zaplaveno kapalinou (elektrolyt), která vytváří na povrchu povlak s velkým elektrickým odporem, zabraňující přímému kontaktu nástroje s obrobkem. Pohybem nástroje se povlak v místě styku naruší, což sníží odpor a vyvolá elektrický výboj, který způsobí úběr materiálu. Andomechanické obrábění se používá při řezání těžkoobrobitelných materiálů a slinutých karbidů. Nevýhodou této metody je méně kvalitní a méně přesný řez [3, 4] Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou patří v dnešní době k nejrozšířenější metodě využití elektroerozivního procesu. V následující kapitole si podrobně probereme jeho princip a využití.

29 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 29 2 TECHNOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA ELEKTROJISKROVÉHO ŘEZÁNÍ DRÁTOVOU ELEKTRODOU Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou (Wire electrical discharge machining - WEDM) se řadí mezi specializované technologie obrábění využívající tepelný proces, kterým je možno přesně obrábět tvarově složité dílce s různou tvrdostí a s požadavkem ostrých hran. Tato praktická technologie je založena na elektroerozivním jevu s možností dosažení vysokého stupně rozměrové přesnosti a kvality povrchu. 2.1 Princip elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou (obr. 2.1) Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou se řídí všemi zákonitosti elektroeroze uvedené v kapitole 1. Nástrojová (drátová) elektroda je tvořena tenkým drátem, který se odvíjí z jedné cívky na druhou a prochází přes vodící ústrojí. Převíjením se eliminuje nadměrné opotřebovávání elektrod v pracovním procesu. Drátová elektroda a obrobek jsou do elektrického obvodu s tranzistorovými generátory zapojeny tzv. přímou polaritou, tj. nástrojová elektroda jako katoda a obrobek jako anoda. Mezi drátovou elektrodou a obrobkem vzniká vlivem elektroeroze pracovní mezera a řez požadovaného tvaru. Aby se dosáhlo co největší přesnosti řezu, je nutné, aby drátová elektroda vstupovala do místa řezu řádně napnutá a vyrovnaná. Z tohoto důvodu jsou drátové elektrody před vstupem do pracovní zóny kalibrovány v diamantových průvlacích. Pracovní pohyb (posuv) vykonává současně nebo odděleně horní a dolní řezací hlava podle předem naprogramované dráhy a za stálého dodržování pracovní mezery. Víceosé řezačky umožňují, aby pracovní pohyb vykonával i obrobek. Tato metoda je výhodná všude tam, kde je třeba zhotovit různé tvarové díly, které by klasickým způsobem vyžadovaly naprostou odlišnou technologičnost konstrukce. V dnešní dobou se drátové řezání využívá nejčastěji při výrobě přesných lisovacích nástrojů, nástrojů na výrobu různých tvarů brzdového obložení, kombinovaných nástrojů na výrobu tvarových výlisků, ke stříhání rotor statorových plechů apod. [4, 25]. Obr. 2.1 Princip elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou [12].

30 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Dielektrická kapalina v procesu drátového řezání Nejčastěji používaná dielektrická kapalina pro drátové řezání je v současné době deionizovaná voda. Výhodou této dielektrické kapaliny je naprostá ekologická nezávadnost, nízká cena, malá viskozita, nehořlavost a chemická nenávaznost s uhlíkem. Nevýhodou deionizované vody je nutnost používání deionizační pryskyřice, která zlepšuje deionizační vlastnosti, a nízká korozivzdornost obrobků při jejich dlouhém setrvávání ve vodní lázni. S rozvojem mikroobrábění a obrábění karbidů se vyvinuly dielektrické kapaliny na bázi oleje. Výhodou olejového dielektrika je naprosté omezení koroze způsobené dlouhým setrváváním obrobku ve vodní lázni. Nevýhodou používání olejových dielektrik je malá obráběcí rychlost. Z ekonomického hlediska je používání olejových dielektrik v prvním roce provozu nákladnější. Je to způsobené počátečními náklady na olejové nádrže, olejové filtry a neposlední řadě i na hasící systém, protože na rozdíl od vodního dielektrika může dojít ke vzplanutí oleje. V současné době, díky nástupu vysoce výkonných generátorů, můžeme dosahovat stejných či vyšších rychlosti jako při použití vodní lázně. Vyšších obráběcích rychlostí můžeme využít až při dosažení drsnosti povrchu Ra = 0,15 µm a nižší. Na obr. 2.2 je znázorněna závislost drsnosti povrchu na obráběcím času při použití olejové dielektrika a dielektrika na vodní bázi [1, 11]. Obr. 2.2 Porovnání vodního a olejového dielektrika [13].

31 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Drátové elektrody Dráty pro elektrojiskrové řezání se používají nepovlakované a povlakované v průměrech o rozmezí 0,02 mm až 0,33 mm. Volba vhodného průměru má vliv na výslednou kvalitu povrchu a rychlost odvíjení drátu. Malé průměry drátu se používají pro velmi jemné obrábění, kdy je kladen důraz na velkou přesnost a dobrou kvalitu povrchu. Nejčastěji používaný průměr drátu je 0,2 mm a 0,25 mm. Na drátové elektrody jsou kladeny následující požadavky [28]: vysoká elektrická vodivost, dostatečná pevnost v tahu, vysoký bod tavení, přijatelná cena. Vysoká elektrická vodivost Elektrická vodivost určuje velikost přenášeného proudu. Při přenosu vysokých proudů se drátová elektroda více zahřívá, což umožňuje použít vyšší rychlostí při řezání. Nízká hodnota elektrické vodivosti má za následek pokles napětí, které je spojeno s energií výboje mezi zdrojem a místem řezu. Do místa řezu by se tak dostala malá hodnota elektrické energie, což by způsobilo nedostatečné natavování řezaného materiálu [28]. Dostatečná pevnost v tahu Dostatečná pevnost v tahu je důležitá při řezání, kdy je drát napínán na požadované přepětí. Pevnost nesmí být moc vysoká, protože by mohlo docházet k roztahování drátu. Drát dosahuje pevnosti N.mm -2, kdy se pevnost rozděluje do 3 skupin [28]: tvrdé (900 N.mm -2 a výše), polotvrdé (490 N.mm -2 až 900 N.mm -2 ), měkké (do 490 N.mm -2 ). Tvrdé dráty se využívají pro běžné práce. Polotvrdé a měkké dráty se využívají při úhlovém řezání, kde úhel naklonění je větší než 5. Vysoký bod tavení Vysoký bod tavení je důležitý proto, aby se drát vlivem vysokých teplot při výboji nenatavil rychleji než řezaný materiál a nedocházelo tak k častému přetržení drátu [28]. Přijatelná cena Celková cena drátu zahrnuje náklady spojné s elektrojiskrovým řezáním. Jelikož se drát nedá znovu použít, musí se volit optimální délka drátu pro daný proces [28].

32 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Typy drátových elektrod Drátové elektrody se rozdělují podle počtu vrstev povlaku na: nepovlakované, povlakované, difúzně povlakované, kompozitní, s gamma povlakem. Nepovlakované drátové elektrody Nepovlakované drátové elektrody mají jedinou homogenní složku, neobsahující žádný povlak. Patří sem měďěné, wolframové, molybdenové a mosazné elektrody (obr. 2.3a), které mají díky svým vlastnostem nejvyšší využitelnost v drátovém řezání [28]. Povlakované drátové elektrody V současné době převládá použití povlakovaných drátových elektrod (obr. 2.3b). Tyto elektrody zaručují vysokou pevnost v tahu, dobrou elektrickou vodivost a vysokou mechanickou pevnost při zvýšení tažné síly v důsledku obrábění [28]. Difúzně povlakované drátové elektrody Tyto elektrody mají na povrchu zvýšený obsah zinku. Jelikož zinek má nízkou hodnotu bodu tání, může docházet při výboji k odpalování zinkové vrstvy z povrchu elektrody. Zvýšení obsahu se dosáhne pomocí difúzního žíhání, které zajistí, aby se atomy zinku dostaly z oblasti vyšší koncentrace do oblasti s nižší koncentrací [28]. Kompozitní drátové elektrody Kompozitní drátové elektrody (obr. 2.3c) umožňují kombinovat tradiční materiály drátových elektrod s netradičními materiály, které vytváří jedinečné vlastnosti. Jedná se například o kombinaci měděné elektrody, která má vnitřní jádro z oceli. Tyto dráty se vyznačují zvýšenou tažností, pevností v tahu, vodivostí, vysoký výkonem a dobrou řezivostí při přerušovaných řezech. Nevýhodou těchto elektrod je jejich vysoká cena [28]. Drátové elektrody s gamma povlakem Jedná se o speciálně povlakované elektrody, které se vyznačují vysokým obsahem zinku (až 65 %) na povrchu. Povlak je velmi křehký, což způsobuje, že povrch je nesouvislý a mírně popraskaný. Výhodou těchto elektrod je že můžeme obrábět vyššími rychlostmi [28]. a) b) c) Obr. 2.3 Průřezy drátových elektrod [29].

33 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Elektrody pro startovací otvory Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou vyžaduje ke zhotovení vnitřních řezů startovací otvor na provlečení drátu. Průměr otvoru je většinou 3 mm a vyrábí se buď klasickou technologií za měkka anebo elektroerozivním hloubením pomocí tzv. trubiček. Trubičky se dělí podle průměru řezané díry a způsobu vyplachování na jednokanálové, dvoukanálové a vícekanálové. Trubičky pro hloubící stroje jsou znázorněny na obr. 2.4 [25]. 2.4 Hlavní části stroje pro drátové řezání Obr. 2.4 Trubičky pro děrovací stroje [14]. Mezi hlavní části strojů pro drátové řezání patří: Rám stroje rám stroje, generátor impulsů (viz kap. 1.6), systému vedení drátové elektrody, čerpací, filtrační a chladicí zařízení, pro dielektrickou kapalinu, upínací systém, CNC řídicí systém. Rám stroje musí mít dostatečnou geometrickou přesnost, tuhost a stabilitu, i když při řezání nepůsobí žádné mechanické síly. Rám musí odolávat hydraulickým silám, které vznikají při plynulém proudění dielektrika. Rám je nejčastěji vyráběn z litiny, protože litina má velmi dobré tlumící účinky [27]. Systém vedení drátové elektrody Systém vedení drátu (obr. 2.5) zajišťuje plynulé odvíjení drátu ze zásobníku cívky, spolehlivé navlékaní a vyplachování řezu. Drát je veden přes vyrovnávací kladky a stlačeným vzduchem je přiveden do horního vodítka. Z horního vodítka je drát automaticky navlékán proudem dielektrika nebo mechanickým podávacím systémem vsunut přes trubičku do tělesa spodního vodítka. Aby bylo dosáhnuto úspěšného navlečení drátu je zapotřebí, aby drát byl přímý a ostrý. Princip navlékání je zobrazen na (obr. 2.6). Drát se nahřeje na požadovanou teplotu a pak ochladí proudem vzduchu. V požadovaném místě dojde k jeho přerušení a na konci drátu se vytvoří pozvolná špička. V posledním kroku dojde k navlečení drátu skrz startovací otvor a dolní hlavu. Po navlečení prochází drát přes řadu kladek a je odveden do sběrné nádoby, kde může být dělícím zařízením rozsekán na malé kousky.

34 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 34 Systém vedení umožňuje také řezání pod úhlem až ±45, kdy vodící hlavy zůstávají ve svislé poloze, nebo jsou konstruovány jako výkyvné a obě hlavy se naklápí [30]. Obr. 2.5 Systém vedení drátu [30]. Obr. 2.6 Princip přípravy drátu pro návlek [30].

35 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 35 Čerpací a filtrační systém dielektrické kapaliny Čerpací a filtrační systém zajišťuje dodávku dielektrické kapaliny do místa řezu, správnou cirkulaci dielektrické kapaliny při chladícím procesu a účinnou filtraci znečištěné dielektrické kapaliny. Systém sestává z dielektrické nádrže, filtračního systému, deionizačního systému a z chladící jednotky. Při obrábění je dielektrická kapalina do místa řezu přiváděna z nádrže pomocí čerpadla. Znečištěná dielektrická kapalina prochází přes filtrační systém a odchází zpět do nádrže s čistou kapalinou. Jakmile filtrační systém dosáhne určitého znečištění, spustí se automatický systém, který vyčistí filtry pomocí stlačeného vzduchu. Odpadlé nečistoty odchází do kalové nádrže. Životnost filtrů je přibližně 8000 pracovních hodin. Obr. 2.7 Schéma filtračního systému [7]. Jelikož dielektrikum během řezu ztrácí své dielektrické vlastnosti. Jestliže se zvýší vodivost dielektrika nad stanovenou úroveň, dielektrikum automaticky projde přes deionizační zařízení, kde získá opět požadované vlastnosti. Pro filtraci dielektrické kapaliny může být použito i jiného systému jako je např. systém s olejovým filtrem nebo filtrační systém s obalovou vrstvou [7]. Upínací systém Upínací systém zajišťuje obrobek proti posunutí, které může být vyvoláno řeznými silami nebo tlakovým účinkem při vyplachování. Upínací systém se skládá z upínacího stolu, ze sady upínek, soustavy lišt, pravítek, svěráků a dalších zařízeních [27].