مقایسه کارایی دریل‌کاری بین دستگاه دریل‌زنی تخلیه الکتریکی و دستگاه دریل معمولی

اصول عملکرد: دریل‌زنی تخلیه الکتریکی در مقابل دریل‌زنی سنتی

تبخیر الکتروحرارتی در دستگاه دریل‌زنی تخلیه الکتریکی

حفاری تخلیه الکتریکی (EDM) با استفاده از تخلیه الکتریکی برای ذوب و حذف مواد کار می‌کند. در اصل، یک ابزار برنجی یا مسی جرقه‌های بسیار ریزی ایجاد می‌کند که باعث گرم شدن و حذف مواد هادی بدون تماس فیزیکی می‌شوند. وقتی این جرقه‌ها به قطعه کار برخورد می‌کنند، کیسه‌های کوچکی از پلاسمای فوق‌العاده داغ ایجاد می‌شوند که به تدریج سطح را از بین می‌برند. تمام این فرآیند نیازمند مایع دی‌الکتریک است که معمولاً نوع خاصی از آب یا روغن است. این مایع سه عمل اصلی دارد: ذرات باقی‌مانده پس از ماشین‌کاری را دور می‌کند، دمای منطقه بین الکترودها را پایین نگه می‌دارد و عایق‌بندی مناسبی فراهم می‌کند تا جرقه‌ها کنترل شده بمانند. از آنجا که در EDM هیچ نیروی برشی واقعی دخیل نیست، قطعات ظریف با دیواره‌های نازک تغییر شکل یا خمیدگی نمی‌یابند. چیزی که این روش را بسیار مفید می‌کند، توانایی آن در ایجاد سوراخ‌های دقیق حتی در فلزات بسیار سخت با سختی بالای 60 HRC است، چیزی که ابزارهای برش معمولی به سادگی قادر به انجام آن نیستند.

مکانیسم برش مکانیکی در حفاری معمولی

روش‌های سنتی فرزکاری با چرخاندن ابزارهای برشی که لبه‌های آنها به طور مستقیم با مواد تماس می‌گیرند، عمل می‌کنند. هنگامی که این ابزارها با ماده تماس پیدا می‌کنند، اصطکاک حرارت زیادی ایجاد می‌شود و گاهی دما به بیش از ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد، به‌ویژه هنگام کار با فولاد ضدزنگ. به همین دلیل، اپراتورها باید در طول فرآیند به‌طور مداوم از روغن‌های برش استفاده کنند. این روغن‌ها به کنترل دما، کاهش سایش ابزار و پاک کردن براده‌های فلزی از محل کار کمک می‌کنند. با این حال، محدودیت‌هایی در قابلیت فرزکاری معمولی وجود دارد. مواد شکننده یا آنهایی که سختی بالای ۴۵ HRC دارند، چالش‌های خاصی ایجاد می‌کنند. ابزارها تمایل به ترک خوردن زودهنگام، شکستن کامل یا سایش سریع لبه‌های برشی خود دارند، هنگامی که روی چنین مواد سختی استفاده می‌شوند.

تفاوت‌های کلیدی در تولید حرارت، تماس ابزار-قطعه‌کار و مصرف انرژی

تولید جرقه در روش تخلیه الکتریکی (EDM) انرژی را در مناطق ریز تخلیه متمرکز می‌کند که تا 95 درصد از حرارت از طریق شست‌وشوی دی‌الکتریک دفع می‌شود. در مقابل، سوراخ‌کاری متداول انرژی را در سطوح برشی وسیع‌تری پراکنده می‌کند و 30 تا 40 درصد آن به صورت گرمای محیطی هدر می‌رود. هرچند EDM از انحراف ابزار و تغییر شکل ناشی از تنش جلوگیری می‌کند، اما زمان چرخه آن در هر سوراخ معمولاً بیشتر از سوراخ‌کاری مکانیکی است.

سرعت و کارایی سوراخ‌کاری در مواد سخت و ف exotic

تأثیر سختی ماده بر عملکرد دستگاه سوراخ‌کاری با تخلیه الکتریکی (EDM)

سختی مواد تأثیر چندانی بر عملکرد سوراخکاری تخلیه الکتریکی (EDM) نسبت به روش‌های سنتی ندارد، جایی که ابزارها در هنگام کار با مواد بالای ۴۵ HRC به سرعت فرسوده شده و دچار تغییر شکل می‌شوند. EDM با استفاده از جرقه‌هایی که ماده را بخار می‌کنند (به جای برش مکانیکی)، مواد را برش می‌دهد؛ بنابراین با سرعتی ثابت و دقیق، حتی در فولادهای ابزار بسیار سخت (بالای ۶۰ HRC)، سرامیک‌ها و سایر مواد مقاوم که ماشین‌های معمولی قادر به پردازش آنها نیستند، به کار خود ادامه می‌دهد. مهم‌ترین عامل در اینجا هدایت حرارتی است. موادی که هدایت حرارتی پایینی دارند، مثل اینکونل ۷۱۸، گرمای ایجاد شده در محل فرسایش را حفظ می‌کنند که به طور عجیبی باعث خروج سریع‌تر ماده نسبت به حد انتظار می‌شود.

مقایسه سرعت در تیتانیوم، سوپرآلیاژها و کاربیدها

سوراخکاری EDM در مواد غیرمعمول عملکرد بسیار بهتری نسبت به روش‌های متداول دارد. بر اساس داده‌های SME 2023، EDM در تیتانیوم درجه ۵ نسبت به فرآیندهای مکانیکی ۲ تا ۴ اینچ سریع‌تر سوراخ می‌کند:

این مزیت ناشی از عدم تأثیرپذیری EDM از فشار ابزار، ارتعاش و سختی قطعهکار است—عواملی که به طور مستقیم در استاندارد ISO 5755-2022 برای رعایت تحملات سوراخ مورد توجه قرار گرفتهاند. با عدم وجود اصطکاک مکانیکی، مصرف سیال خنککننده تا ۴۰ درصد کاهش مییابد و این امر بهبود بیشتری در کارایی عملیاتی ایجاد میکند.

قابلیتهای دقت، پرداخت سطح و سوراخکاری با نسبت ابعادی بالا

دستیابی به تحملهای زیر ۱۰ میکرومتر و سوراخهای بدون برگ با استفاده از EDM

ماشین‌کاری با تخلیه الکتریکی (EDM) دقتی در سطح میکرون فراهم می‌کند و اغلب تحملاتی کمتر از ۱۰ میکرون را از طریق فرآیندهای دقیق خوردگی حرارتی حفظ می‌کند. از آنجا که مواد به جای برش فیزیکی، لایه لایه تبخیر می‌شوند، مشکلاتی مانند بریدگی‌ها، پارگی‌های ریز یا لبه‌های تاب‌برداشته اتفاق نمی‌افتد. به همین دلیل است که تولیدکنندگان در صنایع هوافضا و بهداشتی به EDM روی می‌آورند. به نازل‌های تزریق سوخت یا سوراخ‌های ابزارهای جراحی فکر کنید که در آن‌ها حتی کوچک‌ترین خطای ابعادی می‌تواند به معنای شکست یا خطر برای بیماران باشد. بدون وجود فشار برشی، EDM همچنین در ماشین‌کاری مواد بسیار سخت نیز عملکرد عالی دارد. این روش می‌تواند فولادهای سخت‌تر از ۶۰ HRC و سرامیک‌های شکننده را بدون ایجاد ترک یا جدایش لایه‌ها پردازش کند. کارگاه‌ها حدود ۴۰ درصد کاهش در تعداد قطعات دورریز را هنگام استفاده از EDM نسبت به روش‌های متداول مته‌کاری گزارش می‌دهند که این امر در طول زمان به صرفه‌جویی واقعی منجر می‌شود.

زبری سطح (Ra): EDM (0.2–0.8 میکرومتر) در مقابل روش معمولی (1.6–6.3 میکرومتر) در فولاد ضدزنگ 17-4PH

هنگام کار با فولاد ضدزنگ 17-4PH، روش تراشکاری اسپارک (EDM) می‌تواند پرداخت سطحی در محدوده 0.2 تا 0.8 میکرومتر Ra ایجاد کند. این مقدار تقریباً هشت برابر صاف‌تر از آنچه معمولاً از روش‌های متداول سوراخکاری به دست می‌آید (که معمولاً بین 1.6 تا 6.3 میکرومتر قرار دارد) است. فرآیند خوردگی جرقه‌ای سطوحی به‌طور یکنواخت صاف ایجاد می‌کند و فاقد عیوبی مانند خطوط ابزار، براده‌های باقی‌مانده یا مشکلات ناشی از تغییر شکل حرارتی است. قطعاتی که تحت سایش شدید قرار دارند، مانند شیرهای هیدرولیکی و پوسته‌های یاتاقان، از این نوع پرداخت سطحی بهره‌مند می‌شوند، زیرا اصطکاک کاهش یافته و عمر قطعات قبل از نیاز به تعویض افزایش می‌یابد. با بررسی کاربردهای واقعی در صنایع مختلف، بسیاری از تولیدکنندگان دریافته‌اند که دیگر نیازی به مراحل اضافی پولیش پس از فرآیند EDM ندارند. طبق گزارش‌های تولیدی متعدد، این موضوع به تنهایی بین 25 تا 35 درصد از کل زمان ماشین‌کاری را صرفه‌جویی می‌کند.

سایش ابزار، نگهداری و کارایی عملیاتی بلندمدت

عدم فرسودگی مکانیکی در ماشین تراش الکتریکی در مقابل فرسودگی سریع ابزار در مته‌های معمولی

در سوراخکاری EDM، از آنجا که الکترود به طور واقعی با قطعه کار تماس نمی‌گیرد، هیچ گونه سایش ابزار مکانیکی رخ نمی‌دهد. در عوض، الکترود به آرامی و به شکل قابل پیش‌بینی از طریق فرسایش در اثر جرقه‌زدن دچار سایش می‌شود. این بدین معناست که الکترودهای EDM برای صدها عملیات بدون تغییر ابعادی باقی می‌مانند. به عنوان مثال خوب می‌توان ذکر کرد که یک الکترود EDM معمولاً قادر است حدود ۵۰۰ سوراخ در مواد سخت مثل اینکونل بزنند قبل از آنکه نیاز به تعویض داشته باشد. اما مته‌های استاندارد کاربید داستانی متفاوت دارند. این مته‌ها معمولاً پس از تولید حدود ۳۰ تا ۵۰ سوراخ در مواد مشابه نیاز به تعویض دارند، زیرا دچار مشکلاتی مانند سایش جانبی، تشکیل حفره و ترک‌های لبه می‌شوند. از نظر نگهداری، سیستم‌های EDM عمدتاً نیازمند توجه به مایع دی‌الکتریک و تنظیمات دوره‌ای موقعیت‌گذاری الکترود هستند. این رویکرد نسبت به روش‌های سنتی که در آن‌ها اپراتورها دائماً ابزارها را عوض می‌کنند، نوک‌ها را دوباره تراش می‌دهند، خنک‌کننده‌ها را مدیریت می‌کنند و مجدداً سرلنگ‌ها را کالیبره می‌کنند، حدود ۴۰ تا ۶۰ درصد از توقف‌های غیرمنتظره را کاهش می‌دهد. در نگاه کلان، مطالعات مختلفی در زمینه کارایی ماشین‌کاری نشان می‌دهند که تولیدکنندگان در طول زمان حدود ۳۰ درصد صرفه‌جویی در هزینه‌های تولید را تجربه می‌کنند.

سوالات متداول

مزیت اصلی روش سوراخکاری تخلیه الکتریکی (EDM) نسبت به روش‌های متداول سوراخکاری چیست؟

مزیت اصلی سوراخکاری EDM، توانایی آن در ایجاد سوراخ دقیق در مواد سخت (بالای 60 HRC) بدون ایجاد تنش یا تغییر شکل فیزیکی در قطعه کار است، برخلاف روش‌های متداول.

چرا سوراخکاری EDM به مایع دی‌الکتریک نیاز دارد؟

مایع دی‌الکتریک در سوراخکاری EDM برای پاک کردن ذرات برش خورده، خنک‌کردن الکترودها و فراهم‌کردن عایق لازم جهت کنترل تخلیه الکتریکی ضروری است.

سوراخکاری EDM در مقایسه با سوراخکاری متداول چگونه بر پرداخت سطح تأثیر می‌گذارد؟

سوراخکاری EDM می‌تواند پرداخت سطح بسیار صاف‌تری ایجاد کند که اغلب مقادیر Ra بین 0.2 تا 0.8 میکرومتر دارد، در حالی که پرداخت سطح در سوراخکاری متداول معمولاً بین 1.6 تا 6.3 میکرومتر است.

آیا در سوراخکاری EDM سایش مکانیکی وجود دارد؟

خیر، در فرآیند سوراخکاری EDM هیچ گونه سایش مکانیکی وجود ندارد، زیرا الکترود به قطعه کار تماس فیزیکی نمی‌گیرد و این امر منجر به عمر طولانی‌تر ابزارها نسبت به روش‌های متداول سوراخکاری می‌شود که دچار تخریب سریع ابزار می‌گردند.