تعریف ماشینکاری ماشینکاری شکل دادن مواد با تراش و برش به وسیله ماشین‌های ابزار است. مقدار قشری که از قطعه اولیه (قطعه مورد نظر برای شکل‌دهی) برداشته میشود تا قطعه صیقلی و نهایی ایجاد گردد، اصطلاحا تراش‌خور نامیده میشود. در ماشینکاری قطعات برحسب نوع کار از ماشین‌های تراش، فرز، مته، صفحه‌تراش، کله‌زنی، سنگ‌زنی، تیزکاری و سوراخ‌کن استفاده میشود که معمولاً این قطعات خود محصول فرآیندهای ریخته‌گری، آهنگری، نورد و غیره میباشند. پیشرفت ماشینکاری از ابتدا تا ... در حدود دو قرن اساس تکنولوژی ماشین‌ابزار مرسوم بر برش مکانیکی بود که در هنگام برخورد ابزار با قطعه‌ای نرمتر انجام می‌شد, در واقع اساس کار این ماشین‌ها هنوز هم موضوع بررسی‌های زیادی است. اختراع روشهای براده‌برداری از زمانهای اولیه وجود داشته است، ابتدا اشیا بوسیله دست و یا ابزاری که از استخوان و چوب و سنگ ساخته شده بود، بریده می‌شدند. قدیمی‌ترین ابزار بیش از دو و نیم میلیون سال قدمت دارد این ابزارها بیشتر برای بریدن مواد برای پوشاک, لوازم آشپزی, حفاظت و صلاح بکار می‌رفتند. در یک دوره یک میلیون ساله با استفاده از فلزات ابتدایی مثل آهن و برنز پیشرفت‌هایی در دست افزارها بدست آمد درواقع تا قرن هفتم ابزار با دست و یا با روشهای مکانیکی بسیار ابتدایی به کار می‌رفتند. واگن‌ها, کشتی‌ها, لوازم و ابزارهای مورد استفاده روزانه با این روش ساخته می‌شدند. پس از اینکه برق, بخار, آب به عنوان منابع انرژی مفید شناخته شدند، ماشین ابزارهای موتوری ساخته شدند و به زودی جایگزین عملیات دستی شدند. با پیشرفت این روشها و با به‌سازی فولادهای آلیاژی که در ساخت ابزار به کار می‌رفت در قرن‌های هفدهم و هجدهم صنعت ماشینکاری جدیدی به وجود آمد. جان ویلکینسون در سال 1774 نقش مهمی در این صنعت داشت. او ماشین دقیقی برای داخل‌تراشی سیلندرهای موتور ساخت و به این ترتیب بر یکی از مشکل‌های ماشین‌ابزار اولیه که منبع اولیه آنها بخار بود، چیره شد. سیلندرهای موتور بخار ابتدا توسط ماشین‌هایی که برای داخل‌تراشی توپ طراحی شده بود، سوراخ می‌شدند. منبع انرژی این ماشین‌ها چرخ‌های آبی بود و دقت آنها نیز برای ماشین‌ابزارهای اولیه کافی نبود. بیست و سه سال بعد هنری مادسلای با اختراع یک ماشین‌تراش پیچ‌بری باعث پیشرفت بیشتری در ماشینکاری شد. در این ماشین یک پیچ راهنما که با اسپیندل ماشین درگیر بود برای حرکت دادن ساپورت به کار می‌رفت. به وسیله این پیچ راهنما ماشین با سرعت ثابت حرکت می‌کرد و بنابراین رزوه‌های پیچ درست تولید می‌شدند. دومین ماشین‌ابزار حرفه‌ای توسط جیمزناسمیت اختراع شد. ابزاری برای صفحه‌تراشی یا صفحه‌تراشی دروازه‌ای. در این دستگاه قطعه‌کار به دستگاه گیره میشود و یک رنده با حرکت رفت و برگشتی سطوح کوچک را صاف میکند و یا می‌تراشد. ماشین‌های مدرن که بر مبنای این دستگاه ساخته شده‌اند برای ماشیکاری سطوح تخت, شیارها, گوشه‌ی کار, شیار Tشکل و سطوح زاویه‌دار با ابزارهای یک نقطه‌ای به کار می‌روند. ناسمیت در سال 1838 چکش بخاری را برای چکش‌کاری قطعات سنگین اختراع کرد. او همکار جوزف ویتورث بود که ماشین‌ابزارهای جدید و پیشرفته دیگری را معرفی کرد. درنمایشگاه سال 1863 محصولات شرکت ویتورث یک چهارم کل فضای ماشین‌ابزارها را اشغال کرده بود. سومین مجموعه ماشین‌ابزارها ماشین مته‌کاری است، این دستگاه با استفاده از یک مته‌ی مارپیچ سوراخکاری می‌کرد. ویتنی در حدود سال 1818 با استفاده از اولین ماشین فرز برای تولید سلاح‌های گرم پیشرفت بزرگی را ایجاد کرد، با پیشروی قطعه‌کار در مقابل یک ابزار برش چرخان که تیغ‌چه فِرِز نامیده میشود، میتوان فلز را به اشکال دلخواه مانند: شیار, دم چلچله‌ای, شیار Tشکل و سطح تخت براده‌برداری کرد. اولین ماشین فرز یونیورسال که درسال 1862 توسط «جی.آر.براون» ساخته شد برای ماشینکاری شیارهای مارپیچ مته‌های مارپیچ به کار رفت. پنجمین نوع ماشین‌ابزار که در اواخر قرن نوزدهم معرفی شد ماشین سنگ‌زنی بود. یک چرخ یا تسمه ساینده دوار برای برداشتن براده از روی قطعات فلزی که با آن برخورد میکنند به کار می‌رود. شکل پیشرفته این روش که در آن یک پارچه نرم با چسب‌ها یا ترکیبات ساینده آغشته شده و روی سطح قطعه کار کشیده میشود تا کیفیت سطحی بالا یا تلرانس‌های بسته در حد 0.00005 به دست آید. دو نوع ماشین‌ابزار اصلی باقیمانده، ماشین‌های اره و پرس‌ها هستند. اره‌های نواری و دیسکی برای بریدن شکلها در صفحات فلزی و ساخت طرح‌های داخلی و خارجی و برش‌های داخلی و خارجی و زاویه‌ای به کار می‌روند. آخرین نوع ماشین‌ابزارها دارای یک بازوی محرک است که به یک سندان یا پایه فشرده میشود تا قطعه با عملیاتی مثل برش, پولک‌زنی, خم و کشش شکل‌دهی شود. امروزه ماشین‌ابزارهایی با دقت‌های فوق‌العاده بالا ساخته شده‌اند که از آنها برای ساختن قطعات صنعتی خیلی حساس استفاده میشود از جمله این فرآیندها میتوان ماشینکاری با اشعه الکترونی, اشعه یونی, الکتروشیمی, لیزری, قوس پلاسما و ... را نام برد.
پاسخ : انواع روشهای ماشینکاری - Click here to view the original image of 500x533px and 146KB. مقدمه: ماشینکاری آلتراسونیک (USM) یکی از فرآیندهای مدرن ماشینکاری مکانیکی میباشد. این فرآیند به منظور ماشینکاری مواد سخت و یا شکننده (رسانا و غیررسانا) که سختی آنها معمولا بیش از 40 RC است به کار گرفته میشود. این روش ماشینکاری از یک ابزار به شکل معین و حرکت مکانیکی با بسامد بالا و یک دوغاب ساینده استفاده میکند. در USM برداشت مواد توسط دانه‌های ساینده‌ای صورت میگیرد که به وسیله یک ابزار در حال ارتعاش (به صورت عمود بر سطح قطعه‌کار) به حرکت واداشته شده‌اند. در USM از اصل تغییر طول مغناطیسی استفاده میشود. هنگامی که یک جسم فرومغناطیس در یک میدان مغناطیسی متغیر پیوسته قرار داده شد طول آن تغییر میکند. وسیله‌ای که صورت‌های دیگر انرژی را به امواج مافوق صوت تبدیل میکند مبدل فراصوتی می‌نامند. مبدل در USM سیگنال الکتریکی با بسامد بالا را به حرکت مکانیکی خطی (یا ارتعاش) با بسامد بالا تبدیل میکند، این ارتعاشات با بسامد بالا از طریق ابزارگیر به ابزار منتقل میشود. برای دستیابی به نرخ برداشت ماده (MRR) بهینه ابزار و ابزارگیر به گونه‌ای طراحی میشوند تا بتوان به حالت تشدید دست یافت. تشدید (یا بیشترین دامنه ارتعاش) زمانی صورت میگیرد که بسامد ارتعاش با بسامد طبیعی ابزار و ابزارگیر یکی شود. شکل ابزار به صورت معکوس حفره مورد نظر ساخته میشود. ابزار در موقعیتی بسیار نزدیک به قطعه قرار گرفته و فاصله میان ابزار مرتعش و سطح قطعه‌کار توسط دوغاب متشکل از ذرات ساینده بسیار ریز معلق در یک ماده واسطه (معمولا آب) تشکیل میشود. وقتی ابزار در حرکت رو به پایین خود مرتعش میشود به ذرات ساینده ضربه وارد میکند. این ضربه دانه‌ها را در فاصله میان ابزار و قطعه‌کار به پیش می‌برد. این ذرات مقداری انرژی جنبشی به دست آورده و با نیرویی بیشتر از نیروی وزن خود بر سطح قطعه‌کار ضربه می‌زند. این نیرو برای برداشت ماده از سطح قطعه‌کاری ترد کافی است و باعث ایجاد یک حفره بر روی آن میشود. هر حرکت رو به پایین ابزار ذرات زیادی را شتاب میدهد و باعث تشکیل هزاران براده کوچک در هر ثانیه میشود. به نظر می‌رسد درصد بسیار کمی (در حدود 5%) از ماده نیز توسط پدیده‌ای به نام فرسایش حفره‌ای برداشته میشود. برای ثابت باقی ماندن فاصله بسیار کم بین ابزار و قطعه‌کار معمولا ابزار به سمت قطعه کار پیشروی میکند. اگرچه مقدار MRR به دست آمده در USM کم است اما این فرآیند قادر به ماشینکاری حفره‌های پیچیده در مواد ترد و یا سخت در یک مرحله است. به دلیل عدم وجود تماس مستقیم میان ابزار و قطعه کار USM فرایند مناسبی برای مواد نازک و شکننده است. همچنین با این روش ماده ترد را بسیار راحت‌تر از مواد نرم میتوان ماشینکاری نمود. به دلیل عدم وجود ولتاژ بالا مواد شیمیایی و نیروهای مکانیکی و حرارت در این فرایند آن را به عنوان روشی بسیار ایمن و بی‌خطر در نظر میگیرند. سیستم ماشینکاری فراصوتی دستگاه‌های USM موجود توانی بین 40W تا 2400W دارند و از قسمتهایی مانند سیستم تغذیه، مبدل انرژی، ابزارگیر، ابزار و ساینده‌ها تشکیل شده‌اند. یک ژنراتور موج سینوسی با توان بالا، توان الکتریکی با بسامد پایین (60Hz) را به توان الکتریکی با بسامد بالا (~20KHz) تبدیل میکند. این سیگنال الکتریکی با بسامد بالا به یک مبدل انرژی فرستاده میشود که این مبدل سیگنال را به ارتعاشی با دامنه کم و بسامد بالا تبدیل میکند. به طور کلی مبدل انرژی الکتریکی را به ارتعاش مکانیکی تبدیل میکند. دو نوع مبدل در USM مورد استفاده قرار میگیرد: نوع پیزوالکتریکی و یا نوع تغییر طول در اثر میدان مغناطیسی. بلورهای پیزوالکتریک (مانند کوارتز) به هنگام فشرده شدن جریان الکتریکی کمی تولید میکنند. همچنین زمانی که از یک بلور جریان الکتریکی گذرانده شود بلور منبسط شده و با برداشتن جریان بلور به اندازه اصلی خود بازمی‌گردد. این اثر با عنوان اثر پیزوالکتریک شناخته میشود این مبدل‌ها دارای توانی با ظرفیت 900W میباشد. طول مبدل تغییر طول در اثر میدان مغناطیسی نیز به هنگام قرار گرفتن در معرض یک میدان مغناطیسی قوی تغییر میکند. این مبدل‌ها از ورقه‌های نیکل و یا آلیاژهای آن ساخته شده‌اند. راندمان تبدیل این مبدل‌ها (35%-20%) بسیار کمتر از راندمان تبدیل مبدل‌های پیزوالکتریک تا (95%) است. بنابراین خنک کردن آنها برای از بین بردن حرارت تلف شده ضروری است. این نوع مبدل‌ها توانی با ظرفیت تا KW 2.4 دارند. بیشترین تغییر طول (یا دامنه ارتعاش) قابل حصول با این مبدل‌ها نیز 25µm میباشد. ابزارگیر ابزار را نگه می‌دارد و به مبدل متصل میکند. ابزارگیر در واقع انرژی را منتقل کرده و در بعضی موارد دامنه ارتعاش را نیز تقویت میکند. بنابراین جنس ابزار باید خواص صوتی خوب و مقاومت به ترک خستگی بالایی داشته باشد. برای جلوگیری از جوشکاری فراصوتی بین مبدل و ابزارگیر باید اقدامات لازم انجام گیرد به عنوان مثال میتوان آنها را توسط پیچ‌ها با انطباق آزاد به یک‌دیگر متصل نمود. مواد استفاده شده برای ابزارگیر معمولا از جنس مونل تیتانیوم و فولادهای زنگ‌نزن میباشد. از مونل به دلیل دارا بودن خواص لحیم‌کاری و صوتی خوب معمولا برای کاربردهای با دامنه کم استفاده میشود، در کاربردهای با دامنه زیاد جنس ابزارگیر باید استحکام خستگی خوبی داشته باشد. علاوه بر این ابزارگیر ممکن است به صورت تقویت‌کننده و یا غیرتقویت‌کننده باشد. ابزارگیرهای غیرتقویت‌کننده دارای سطح مقطح گرد هستند و دامنه یک‌سانی را در دو انتهای ورودی و خروجی می‌دهند. ابزارگیرهای تقویت‌کننده حرکت ابزار را تا حدود 6 برابر افزایش داده که این مقدار افزایش با اعمال کشش و رها کردن ابزارگیر به دست می‌آید. این نوع ابزارگیر نرخ برداشت ماده‌ای (MRR) در حدود 10 برابر بیشتر از ابزارگیر غیرتقویت‌کننده ایجاد میکند. ابزارگیرهای تقویت‌کننده گران‌تر بوده نیاز به هزینه عملیاتی بیشتری داشته و نیز کیفیت سطح نامطلوب‌تری را ایجاد میکند. ابزارها معمولاً از مواد نسبتاً شکل‌پذیر (مانند برنج، فولاد زنگ نزن، فولاد نرم و...) ساخته میشود. به طوری که نرخ سایش ابزار (TWR) را بتوان به حداقل رساند، نسبت TWR به MRR بستگی به نوع ساینده جنس قطعه‌کار و جنس ابزار دارد. پرداخت سطح ابزار نیز مهم است. چون پرداخت سطح ابزار دست آمده روی قطعه‌کار اثر میگذارد، ابزار و ابزارگیر نباید دارای زدگی‌های ماشینکاری و خراشیدگی باشند، تا در برابر شکست زودهنگام در اثر خستگی مصون بمانند. به منظور احتساب اضافه برش ابزارها باید متناسب طراحی شوند. لحیم نقره‌ای ابزار به ابزارگیر مشکل خستگی که در اتصال پیچی وجود دارد را کاهش میدهد. معیارهای انتخاب دانه‌های ساینده در USM باید سختی (اندازه‌ی ذرات)، عمر مفید و هزینه باشند. ذرات متداول مورد استفاده به ترتیب افزایش سختی عبارتند از: اکسید آلومینیوم، کاربید سیلیسیم، کاربیدبر. برای داشتن عمر مفید زیاد، سختی ذرات باید بیشتر از سختی قطعه‌کار باشد. MRR و پرداخت سطح به دست آمده در USM نیز تابع اندازه ذرات هستند. دانه‌های درشت‌تر باعث MRR بالاتر و پرداخت سطح نامطلوب‌تر میشود. در حالی که عکس آن با دانه‌های ریزتر صادق است. اندازه‌ی سرند یا الک برای دانه‌هایی که معمولاً به کار می‌روند از 240 تا 800 است. دوغاب ساینده شامل آب و ساینده‌ها به نسبت وزنی یک به یک است. با این وجود این نسبت میتواند بر حسب نوع عملیات تغییر کند به عنوان مثال مخلوط‌های رقیق‌تر (یا با غلظت کمتر) برای مته‌کاری سوراخهای عمیق و یا ماشینکاری حفره‌های پیچیده به کار می‌روند تا جریان دوغاب ذخیره شده در مخزن به فاصله تشکیل شده توسط ابزار و قطعه کار پمپاژ میشود. در صورت بکارگیری دستگاه‌های پرقدرت ممکن است یک سیستم خنک کننده برای از بین بردن حرارت دوغاب ساینده لازم باشد. قابلیت‌های فرآیند USM زمانی به طور رضایت‌بخش کار میکند که سختی قطعه‌کار بیشتر از 40 HRC (سختی در مقیاس راکول C) باشد. در صورتی‌که سختی قطعه‌کار بیش از 60 HRC باشد این فرایند بسیار خوب کار میکند. این روش موادی (کاربیدها، سرامیک‌ها، تنگستن، شیشه) را که با روشهای سنتی نمی‌توان ماشینکاری کرد به راحتی ماشینکاری می‌نماید. تلرانس‌های به دست آمده با این فرایند در گستره 7µm و 25µm میباشند. با این روش حتی سوراخهایی به کوچکی 76µm هم مته‌کاری شده‌اند. سوراخهایی با عمق تا 51mm به سهولت ایجاد شده‌اند. در حالی که سوراخهایی با عمق 152mm نیز با به کار بردن روش شستشوی مخصوص مته‌کاری شده‌اند. نسبت ابعاد به دست آمده 40:1 میباشد. در فرایند USM نرخ خطی برداشت ماده 1 MRR (که با عنوان نرخ نفوذ نیز شناخته میشوند) از 0.025mm/min تا 25mm/min است و به پارامترهای مختلف بستگی دارد. پرداخت سطح در این فرایند از 0.25µm تا 0.75µm تغییر میکند و بیشتر تحت تاثیر اندازه‌ی ذرات ساینده قرار میگیرد. USM باعث پدید آمدن بافت سطحی بدون جهت در مقایسه با فرایند سنگ‌زنی سنتی میشود. دقت سطح ماشینکاری شده توسط اندازه ذرات ساینده (سایش ابزار)، ارتعاش عرضی و عمق ماشینکاری شده تعیین میشود. اضافه برش (لقی بین ابزار و قطعه‌کار) معمولاً به عنوان معیاری از دقت به کار می‌رود. اضافه برش شعاعی ممکن است بسیار کم و در حدود 1.5 تا 4 برابر اندازه‌ی متوسط ذره ساینده باشد. اضافه برش همچنین به پارامترهای دیگری نظیر جنس قطعه‌کار و روش تغذیه ابزار بستگی دارد. اضافه برش در طول عمق ماشینکاری شده یکسان نیست و باعث مخروطی شدن حفره‌ی ماشینکاری شده میگردد. راههای مختلفی به منظور کاهش میزان مخروطی شدن پیشنهاد شده است که از آن جمله به کار بردن بار استاتیکی بیشتر، تزریق مستقیم دوغاب به درون منطقه ماشینکاری و استفاده از یک ابزار با زاویه‌ی مخروطی منفی را میتوان نام برد. عدم گردی ملاک دیگری است که برای سنجش دقت در مته‌کاری سوراخهای استوانه‌ای به کار می‌رود. تنظیم غیر دقیق ابزار در فرایند USM دلیل اصلی ارتعاش جانبی است که منجر به عدم گردی در حفره میشود، عدم گردی به جنس قطعه‌کار نیز بستگی دارد. کاربردها مهمترین کاربرد موفقیت آمیز USM در ماشینکاری حفره‌ها درسرامیک‌های غیر هادی الکتریسیته میباشد. این فرایند در مورد اجزا ترد و شکننده که میزان دور ریز نسبتاً بالایی با روشهای دیگر دارند کاملاً موفق است. جهت افزایش بهره‌وری از این فرایند برای مته‌کاری چند سوراخ به طور همزمان استفاده میشود. به عنوان مثال 930 سوراخ که شعاع هر یک 0.32mm است. برای این منظور از سوزن‌های تزریق زیرپوستی به عنوان ابزار استفاده شده است. USM همچنین برای ساخت چند مرحلهای پرده‌های توربین از جنس نیترید سیلیس به خدمت گرفته شده است.
پاسخ : انواع روشهای ماشینکاری - ماشينكاري با جت آب و ذرات ساينده ماشينكاري با جت آب و ذرات ساينده اگرچه سالهاست كه از استفاده از تكنولوژي جت مواد ساينده و جت آب مي‌گذرد و ليكن اخيراً اين دو فرآيند در زمينه بازار ماشین ابزار جايگاه مناسبي پيدا كرده است. اين موضوع مهم و قابل توجه است و تعدادي از نوآوران قديمي با استفاده از جايگزيني و تكميل فرآيندهاي معمولي ماشينكاري خود با استفاده از اين دو فرآيند (ماشينكاري با جت‌آب و جت مواد ساينده) سود فراواني برده‌اند. اخيراً بر طبق گزارش Frost و Sullivan كه يك شركت بازاريابي كار مي‌كنند، اعلام نموده‌اند كه abrasive waterjet به نحو چشمگيري رشد و گسترش قابل ملاحظه‌اي پيدا كرده است. رشد 1/9 درصد در فاصله سال‌هاي 2002-1997 براي بازار واترجت و جت مواد آينده پيش‌بيني ميشود. هم واترجت و هم ليزر قادرند فلزات و ديگر مواد را برش دهند. وليكن دستگاه‌هاي واترجت ارزان‌تر از دستگاه‌هاي ليزر مي‌باشند و عملاً دستگاه‌هاي واترجت برتر از ماشينهاي برش معمولي مي‌باشند. چرا تعداد زيادي از مردم به خريد دستگاه‌هاي واترجت روي آورده‌اند، زيرا: چون ميتوانند سريع برنامهريزي كرده و در مدت كوتاهي پول‌دار شده و سود زيادي عايدشان شود. همچنين ميتوانند سريعاً دستگاه را تنظيم كرده و كل مجموعه تنظيمات دستگاه را تنظيم كرده و كل مجموعه تنظيمات دستگاه را چك كنند آنها از ابزار دستگاه خيلي تعريف مي‌كنند. چونكه ابزار، هم در ماشينكاري اوليه و هم در ماشينكاري ثانويه (نهايي) يكي است و نيازي به تغيير ابزار نمي‌شود. سرعت ساخت قطعات بسيار بالا و خارج از تصور مي‌باشد. اين روش باعث ايجاد اثرات حرارتي روي قطعه نمي‌شود. آنها ميتوانند هزينه خريد دستگاه را در مدت كوتاهي تامين نمايند. شما قبلاً عبارات واترجت و جت مواد ساينده را شنيده‌ايد، اين مهم است كه بدانيد جهت مواد ساينده همان واترجت نمي‌باشد، اگرچه خيلي به هم شبيه هستند. تكنولوژي جت‌آب به حدود 20 سال پيش برمي‌گردد و جت مواد ساينده حدوداً 10 سال بعد به وجود آمد. اساس هر دو روش مبتني بر افزايش فشار آب تا حد خيلي زياد و خروج آب از يك روزنه كوچك به خارج مي‌باشد. سيستم واترجت از يك باريكه آب استفاده ميكند كه از دهانه (orifice) خارج ميشود و ميتواند مواد نرمي از قبيل پارچه و مقوا را برش دهد و ليكن نمي‌تواند مواد سخت‌تري را برشكاري كند. آب در دهانه ورودي از 20 تا 55 هزار پوند بر اينچ مربع تحت فشار قرار ميگيرد، سپس از دهانه (jewel) كه قطر آن به طور نمونه 015/0-010/0 اينچ مي‌باشد. با فشار خارج ميشود و در سيستم جت مواد ساينده، مواد ساينده به جت‌آب افزوده شده تا بتواند مواد سخت‌تر را نيز برش دهد. سرعت خيلي زياد جت آب باعث ايجاد خلاء شده و مواد ساينده را به داخل نازل مكش ميكند. اغلب مردم زماني كه منظورشان جت ساينده است، به غلط اصطلاح واترجت را به كار مي‌برند. يك مجموعه كامل نازل واترجت حدود 500 تا 1000 دلار مي‌باشد در صورتي كه نازل جت سازنده حدود 800 تا 2000 دلار هزينه در بر دارد. هزينه عملياتي جت مواد ساينده به خاطر سايش تيوپ مخلوط‌كننده مواد ساينده با آب و همچنين به خاطر مصرف مواد ساينده نسبت به واترجت خيلي زياد است. تنها محدوديت جت‌آب نازل‌هاي آن مي‌باشد و jewel داراي سوراخ بسيار ريزي بوده كه آب با فشار از آن به بيرون پاشيده ميشود. Jewel ممكن است ترك برداشته و يا در اثر رسوب در آن مسدود شدن دهانه ياقوتي نازل در اثر ورود مواد زائد و گرد و كثافت در دهانه ورودي آب (inlet water) مي‌باشد و ميتوان براحتي و با استفاده از يك فيلتراسيون مناسب از بروز چنين مواردي جلوگيري نمود. رسوبات در اثر مواد معدني موجود در آب نيز ممكن است پديد آيد. Jewelها را ميتوان در مدت كوتاهي حدود 2 تا 10 دقيقه تعويض نمود. همچنين قيمت بالايي نداشته و حدود 5 تا 50 دلار مي‌باشد، البته نازل‌هاي الماسه نيز وجود دارند وليكن قيمت آنها حدود 200 دلار مي‌باشد و همچنين ساخت آنها نيز مشكل‌تر از نازل‌هاي ياقوتي مي‌باشد. ابعاد و شكل هندسي دهانه نازل در نحوه عملكرد آن تاثير بسيار مهمي داشته و در مورد نازل‌هاي الماسي تامين اين دقت و تلرانس كمي مشكل و هزينه‌بر مي‌باشد. محدوديت‌هاي موجود در مورد نازل‌هاي مربوط به جت مواد ساينده : نازل‌هاي جت مواد ساينده علاوه بر طرح ساده‌اي كه دارند گاهگاهي ايجاد مشكلاتي نيز مي‌كنند. طرح‌هاي گوناگوني ساخته شده‌اند ولي همگي در بروز يكسري مشكلات مشترك هستند. تيوپ مخلوط‌كننده يك قطعه و مجموعه گران‌قيمت بوده و به علت سايش در اثر مواد ساينده داراي عمر كوتاهي نيز مي‌باشد. همانطوري كه گفته شد، جت مواد ساينده قادر است هر چيزي را برش دهد و اين توانايي بالايي فرسايش و در نتيچه آن برش مسير عبور و تيوپ مخلوط‌كننده را نيز تحت تاثير قرار مي‌دهد و همين مسئله در افزايش قيمت نهايي قطعه توليدي تاثير مي‌گذارد. از ديگر مشكلات موجود در مورد دستگاه‌هاي جت مواد ساينده اين است كه تيوپ مخلوط‌كننده به هميشه بلكه گاهگاهي مسدود ميشود. معمولاً علت اين امر در اثر مواد زايد و كثيف (dirt) و همچنين دانه‌هاي مواد ساينده كه از اندازه استاندارد بزرگتر باشند نيز حاصل ميشود. مزاياي ماشينكاري با جت مواد ساينده : برنامهريزي و تنظيم فوق‌العاده سريع در اين فرآيند نيازي به تغيير ابزار جهت كارهاي مختلف نمي‌باشد، برعكس ديگر دستگاه‌هاي ماشينكاري كه حتي براي تعويض ابزار نير بايد براي دستگاه برنامهريزي كرد. تنها برنامهريزي لازم براي انجام عمليات ارائه نقشه قطعه به دستگاه مي‌باشد و اگر مشتري نقشه قطعه كار را روي يك ديسكت به شما تحويل دهد، نصف كار انجام شده است و اين به اين معني است كه شما در توليدات كم و حتي تك‌سازي هم مي‌توانيد سود قابل توجهي ببريد. براي اغلب كارها نياز به فيكسچر خيلي كمي نياز است براي مواد تخت ميتوان پس از قرار دادن آنها روي ميزكار با قراردادن دو وزنه 10 پوندي روي آن قطعه كار را فيكس نمود و براي قطعات كوچك ميتواند با استفاده از رويندهاي كوچك، كار را محكم نمود. امكان ماشينكاري تقريباً هر قطعه (شكل) دو بعدي و برخي از قطعات (اشكال) سه بعدي امكان ماشينكاري شعاع‌ها و گوشه‌هاي داخلي با شعاع كم، امكان ساخت فلانج كاربراتور با سوراخها و همه چيزهاي لازم آن. برخي از دستگاه‌هاي فوق‌العاده پيشرفته قادر به ماشينكاري سه بعدي مي‌باشند. ماشينكاري سه بعدي نيازمند و مستلزم دقت زيادي مي‌باشد. به همين دليل ماشينكاري سه بعدي صرفاً جهت كاربردهاي خاص به كار ميرود. به هر حال ماشينكاري جت مواد ساينده داراي توانمندي فوق‌العاده در توليد اشكال دو بعدي است و ليكن در مورد اشكال سه بعدي داراي محدوديت‌هايي مي‌باشد. اعمال نيروي جانبي بسيار كم به قطعه حين ماشينكاري بدين معني كه شما مي‌توانيد با اطمينان قطعاتي كه ضخامت ديواره آنها به كوچكي 0025/0 اينچ باشد را به راحتي و بدون تركيدگي و يا حتي لب‌پريدگي، ماشينكاري كنيد. همچنين پايين بودن زياد ميزان نيروي جانبي برش اين امكان را فراهم ميكند تا بتوان اشكال لانه زنبوري و تو در تو توليد نموده و با اين كار را از متريال حداكثر استفاده را كرد. اغلب هيچ گونه گرمايي روي قطعه كار ايجاد نمي‌شود.شما مي‌توانيد قطعه كار را ماشينكاري كنيد. بدون ايجاد افزايش دما و سخت شدن قطعه كار و بدون توليد دودهاي سمي، بدون ايجاد پيچيدگي در قطعه كار، و بدون توليد دودهاي سمي، و بدون ايجاد پيچيدگي در قطعه كار. شما مي‌توانيد قطعاتي را كه قبلاً سخت‌كاري شده‌اند و عمليات حرارتي بر روي آنها انجام شده است را به راحتي ماشينكاري كنيد. در ايجاد سوراخ بر روي فولاد به ضخامت 2 اينچ حداكثر دماي قطعه كار به 120 درجه فارنهايت مي‌رسد و ليكن ماشينكاري بر روي ديگر قطعات در دماي اتاق انجام ميشود. نيازي به ايجاد سوراخ اوليه نمي‌شود: بر خلاف ماشينكاري با وايركات كه نياز به ايجاد سوراخ اوليه مي‌باشد در اين روش نيازي به ايجاد سوراخ اوليه نمي‌باشد. موضوع ضخامت قطعه‌كار : محدوديت مشخصي براي ضخامت معلوم نمي‌باشد و ليكن سرعت برش تابعي از ضخامت قطعه كار مي‌باشد. عدم آسيب‌رساني به محيط : شما مي‌توانيد از مواد ساييده شده قرمز رنگ كه از garnet بجاي مانده است جهت تزئين باغچه استفاده كنيد حتي اگر شما مي‌خواهيد قطعات زيادي از جنس مواد خطرناك از قبيل سرب و … را ماشينكاري كنيد، اين مهم است كه مقدار خيلي كمي از ماده برداشته ميشود. اين خود در حفاظت محيط‌زيست موثر است. باقي مانده مواد خام نيز قابل استفاده است هنگام ماشينكاري قطعات گران‌قيمت از قبيل تييانيوم، باقي مانده ماده خام نيز ارزشمند است زير عرض برش اين فرآيند كوچك بوده و پس از توليد قطعه اصلي، ميتوان از مواد باقي مانده مجدداً قطعات ديگري توليد نمود. تنها و تنها فقط به يك ابزار نياز است در اين روش نيازي به تغيير ابزار نمي‌باشد و حتي نيازي به برنامهريزي جهت تغيير ابزار نمي‌باشد. برنامهريزي و تنظيم دستگاه و تميز كردن نيز زمان زيادي نمي‌برد، از اين رو در اين روش سرعت توليد و بهره‌وري خيلي زياد است. افسانه‌ها و موهومات معمول در مورد جت مواد ساينده : اوه! شما مي‌توانيد فولاد به ضخامت 6 اينچ را با آب ببريد!؟ خير! اگر شما مشاهده مي‌كنيد كه يك قطعه فولادي به ضخامت 6 اينچ در حال برشكاري است، بدانيد كه اين واترجت نيست بلكه جت مواد ساينده است كه اين كار را انجام مي‌دهد. وظيفه آب در اينجا فقط اعمال شتاب فوق‌العاده زياد بر مواد ساينده است. و اين مواد ساينده است كه فولاد را ميبرد، نه آب! عمر نازل برشكاري : به اشتباه خيال ميشود كه عمر نازل خيلي مهم و حساس است و اين در حالي است كه عمر قسمت نازل دستگاه اهميت آن چناني ندارد و آنچه كه مهم است عمر تيوپ مخلوط‌كننده مواد ساينده با آب است. Orifice يا jewelها ارزان هستند و اصلاً قابل قياس با تيوپ اختلاط نمي‌باشد. Jewelها (قسمت نازل يا دهانه خروجي آب است كه از جنس لعل يا ياقوت مي‌باشد) تقريباً ارزان و حدود 15 تا 50 دلار مي‌باشند و اين در حالي است كه قيمت تيوپ مخلوط‌كننده 100 تا 200 دلار مي‌باشد. Jewelها نوعاً در اثر رسوبات معدني موجود در آب آسيب مي‌بينند كه البته اين رسوبات قابل برداشت مي‌باشند. Jewel از جنس ياقوت قرمز و آبي تقريباً يكسان هستند و تفاوتشان فقط در رنگشان است. علت رنگ قرمز rubyها به علت درصد بالاي كرم موجود در آنها بوده و در مقابل sapphireها علت رنگ آبي، درصد بالاي آهن موجود در آنها است وليكن هر دو سنگ ياقوت معدني مي‌باشند. اما اگر هنوز عمر مفيد نازل براي شما خيلي مهم است مي‌توانيد بجاي نازل از جنس ياقوت قرمز يا آبي، از نازل الماسه استفاده كنيد ولي بهتر است فعلاً از يك سامانه مناسب فيلتراسيون آب استفاده كنيد. مدت كاركرد مفيد تيوب مخلوط‌كننده چقدر است؟ براي روشن شدن موضوع بدانيد استفاده از يك تيوب مخلوط‌كننده كهنه و آسيب ديده در اثر كاركرد مانند بكارگيري يك تيغچه الماسه كند شده مي‌باشد. اين مشكل است كه بگوييم چه وقت يك تيوب كاملاً آسيب ديده و قابل كاربرد نمي‌باشد. اما اين مهم است كه ساييدگي در تيوب باعث كاهش كارآيي ماشينكاري مي‌گردد. براي كارهاي دقيق بهتر است از يك تيوب جديد استفاده نمود. عمر مفيد تيوب به پارامترهاي زيادي بستگي دارد، به عنوان مثال نوعاً از 20 تا 100 ساعت ميتواند عمر مفيد متوسط فرض شود. البته با توجه به شرايط ممكن است از اين زمان سريع‌تر يا كندتر نيز سايش اتفاق بيفتد كه البته باز به شرايط كاري بستگي دارد. پس هزينه اصلي عملياتي چه چيزي است؟ وقتي هزينه‌هايي از قبيل تيوب اختلاط و دهنه‌هاي نازل كه قطعات گران‌قيمت و فرسايشي هستند را مورد توجه قرار مي‌دهيد بايستي هزينه كل عميات را نيز در نظر گرفته و آن را با سودمندي و قدرت توليد دستگاه مقايسه كنيد وقتي شما چنين مقايسه‌اي را انجام دهيد خواهيد ديد كه دستگاه جت مواد ساينده شايد سودآورترين دستگاه در كارگاه شما باشد. توجه داشته باشيد كه قيمت ساعت كار دستگاه بين 20 تا 35 دلار متغير است. البته كارگاه‌هايي نيز مشاهده شده‌اند كه به علت انجام كارهاي فوق‌العاده دقيق، ساعت كار دستگاهشان بين 500 تا 2000 دلار مي‌باشد. البته كمي غير عادي نيز مي‌باشد و همچنين گاهگاهي كارگاه‌هايي نيز ديده ميشوند كه كارهايي انجام ميدهند كه انجام آنها با ساير روشها يا تقريباً غير ممكن و يا با استفاده از روش‌هايي كه بتواند جايگزين جت مواد ساينده شود، خيلي گران ميشود. تلرانس‌ها و دقت‌هاي قابل دستيابي : جهت توليد قطعات دقيق نياز به دستگاه دقيق نيز مي‌باشد. البته پارامترهاي ديگري نيز وجود دارند كه مهم و قابل توجه مي‌باشند. يك ميزكار دقيق در دقت كار تاثير دارد. فاكتور اصلي در دقت و تلرانس، نرم‌افزار دستگاه است نه سخت‌افزار آن! تلرانس قابل دستيابي به مقدار زيادي به مهارت استفاده كننده بستگي دارد. اخيراً پيشرفت‌هاي مهمي در خصوص كنترل فرآيند جهت دستيابي به تلرانس‌هاي بالاتر صورت گرفته است. دستگاه 10 سال پيش داراي تلرانس كاري بين 060/0 تا 10/0 اينچ بوده است و ليكن امروزه دستگاه‌هايي توليد شده‌اند كه قادرند قطعاتي با تلرانس 002/0 اينچ توليد كنند. جنس قطعه كار : مواد سخت‌تر نوعاً پس از برشكاري كمتر taper شده‌اند و اين مسئله در تعيين ميزان تلرانس قابل دستيابي، قابل توجه است. ضخامت قطعه كار : هنگامي كه ضخامت قطعه كار افزايش مي‌يابد، كنترل رفتار خروجي جت ساينده در محلي كه از قطعه كار خارج ميشود، مشكل مي‌گردد و هر چه ضخامت قطعه كار افزايش يابد، ميزان شيب‌دار شدن و احتمال لب‌پريدگي افزايش مي‌يابد. دقت ميزكار : واضح است است دقت بالاتر وقتي حاصل ميشود كه حركت ميز دقيق‌تر و قابل كنترل‌تر باشد. استحكام و پايداري ميزكار: ارتعاشات بين سيستم حركتي و قطعه كار و ضعف در كنترل سرعت و تغيير ناگهاني در وضعيت دستگاه ميتواند باعث بروز عيب در قطعه كار گرديده كه اغلب witness marks ناميده ميشود . شکل زیر قطعات تولید شده توسط این روش را نشان میدهد. كنترل جت مواد ساينده : چون اساساً ابزار برشي يك جرياني از آب پر فشار همراه با مواد ساينده است . هنگام خروج از قطعه كار حالت اريبي شكل بوجود مي‌آيد، لذا جهت حصول تلرانس و دقت لازم بايستي اين عقب‌افتادگي با كنترل مناسب جبران گردد. اين مسلئه عقب‌افتادگي (lag) ميتواند در موارد ذيل بروز اشكال نمايد : الف- در اطراف منحني‌ها هنگامي كه جت مي‌خواهد از يك مسير منحني شكل عبور نمايد، lag باعث شيب‌دار شدن مي‌گردد، بنابراين براي جلوگيري از اين امر بايستي سرعت حركت خطي مسير برش را پايين آورد و اجازه داد كه قسمت انتهايي جت و قسمت ابتدايي آن كه اين دو مابين محل ورود جت و محل خروج آن از قطعه كار قرار دارد در يك راستا قرار گرفته و از شيب‌دار شدن آن جلوگيري گردد. ب- گوشه‌هاي داخلي هنگامي كه جت وارد يك گوشه داخلي از مسير برش مي‌گردد بايستي سرعت پيشروي را پايين آورد تا عقب‌افتادگي قسمت انتهايي جت جبران شده و مسير برش صاف و بدون شيب‌دار شدن توليد شود در غير اين صورت احتمال افزايش شعاع گوشه وجود خواهد داشت. همچنين پس از اتمام ماشينكاري گوشه‌ها و رسيدن به خط مستقيم نبايستي سرعت پيشروي يكمرتبه افزايش يابد زيرا اين عمل باعث پس زدن ناگهاني جت و آسيب‌ديدگي قطعه كار مي‌گردد. ج- ميزان پيشروي هنگامي كه سرعت پيشروي كاهش داده ميشود، عرض مسير برش قه مقدار اندكي افزايش مي‌يابد. د- شتاب هر گونه حركت ناگهاني از قبيل تغيير در ميزان پيشروي به طور ناگهاني باعث آسيب‌ديدگي قطعه كار مي‌گردد. لذا بايستي براي كارهاي فوق‌العاده دقيق، شتاب به خوبي كنترل گردد. هـ- فاصله نازل تا قطعه كار برخي از نازل‌ها نسبت به برخي ديگر باعث شيب‌دار شدن بيشتري در مسير برش مي‌گدرد. نازل‌هاي بلندتر معمولاً شيب كمتري ايجاد مي‌نمايند، كاهش فاصله نازل تا سطح قطعه كار باعث كمتر شدن شيب مي‌گردد. و- عرض برش عرض برش كه همان قطر يا عرض پرتو جت مي‌باشد، مشخص ميكند كه تا چه حد شما مي‌توانيد گوشه‌هايي تيز و با حداقل شعاع گوشه توليد نماييد. تقريباً كوچكترين قطر پرتو جت توليد عرض برشي به پهناي 030/0 اينچ مي‌نمايد. دستگاه‌هايي با قدرت عملياتي بالاتر نيازمند نازل‌هاي بزرگتري مي‌باشد زيرا حجم آب و مواد ساينده نيز بيشتر خواهد بود. ز- ثبات فشار پمپ تغييرات در فشار پمپ واترجت ميتواند باعث ايجاد اثراتي بر روي قطعه نهايي گردد. بنابراين لازم است كه در حين انجام عمليات طوري برنامهريزي گردد كه تغييرات فشار پمپ به حداقل رسيده تا از ايجاد اثرات نامطلوب بر قطعه كار جلوگيري شود و اين موضوع بخصوص در مواردي كه تلرانس مورد نظر در حدود 005/0 اينچ باشد، رعايت اين مسئله الزامي است پمپ‌هاي قديمي‌تر اغلب بيشتر باعث بروز چنين مشكلاتي مي‌شدند وليكن پمپ‌هايي كه با استفاده از سيستم ميل‌لنگ كار مي‌كنند باعث توزيع فشار يكنواخت‌تر و منظم‌تر مي‌گردند. ح- تجربه اپراتور با توجه به فاكتورهاي ذكر شده سيستم جت مواد ساينده قادر است قطعات را با تلرانسي از 020/0 اينچ تا 001/0 اينچ توليد نمايد. امتياز و برتري يك دستگاه جت مواد ساينده نسب به نوع مشابه خود، در سهولت دستيابي به تلرانس‌هاي مذكور مي‌باشد در صورتي كه نازل بتواند در هر موقعيت لازم نسبت به محورهاي x و y با تلرانس 01/0 اينچ قرار گيرد، بنابراين شما مي‌توانيد قطعه‌اي با ضخامت 5/0 اينچ را با تلرانس 002/0 اينچ توليد نماييد. علاوه بر مطالب فوق، تجربه اپراتور نيز حائز اهميت مي‌باشد. منابع : مجله قلبسازان ، شماره ۳۱ ، صفحات ۷۱-۷۴ فرآیندهای پیشرفته ماشینکاری ترجمه دکتر نصر الله بنی مصطفی عرب
پاسخ : انواع روشهای ماشینکاری - دستگاه لیزر شامل سه قسمت اصلی است: 1- ماده لیزر: منظور ماده ای است که در اثر تحریک و تشعشع اشعه لیزر تولید می کند 2- قسمت تولید تحریک و تولید معکوس جمعیت (مثال فلاش لامپها و تخلیه های الکتریکی) 3-سیستم موازی کننده اشعه: در دو طرف اتاقک لیزر دو آینه یکی کاملاً بازتابدهنده و دیگری با بازتاب دهندگی جزئی وجود دارند که بخشی از اشعه را ازخود عبور می دهد. این آینه ها با عبور دادن مرتب اشعه از داخل ماده لیزریک حالت خود انگیخته ایجاد می کنند. هر اتم ماده لیزر دارای چندینسطح انرژی است که حداقل یکی از این سطوح نیمه پایدار است. با تحریک خارجیایجاد شده بسیاری از الکترونها جهش کرده و اتمها به صورت برانگیخته در میآیند. در حین برگشت الکترونها به لایه های اولیه، برخی در سطوح نیمهپایدار به دام می افتند. اگر تحریک به اندازه کافی باشد معکوسجمعیت(population inverse) اتفاق می افتد یعنی تعداد اتمهای نیمه پایداراز اتمهای پایدار بیشتر می شوند. اگر در یکی از این اتمهای نیمه پایدارالکترون از سطح نیمه پایدار به سطح اولیه خود بازگردد یک فوتون آزاد خواهدشد. اگر این فوتون آزاد شده از اتم نیمه پایدار دیگری عبور کند آن راتحریک کرده و آن اتم یک فوتون با همان سرعت و فاز و جهت فوتون اولیه ساطعمی کند که این دو فوتون یک موج اولیه را می سازند و با عبور از دورناتمهای دیگر آنها را تحریک کرده و شدت پرتو افزایش می یابد. چون ممکن استکه فوتون توسط یک اتم پایدار جذب شود و تنها اتم را برانگیخته کند و هیچفوتونی آزاد نشود، حالت معکوس جمعیت الزامی است. وقتی که یک اتم از حالت تحریک شده که دارای انرژی است به سطح پایین تر انرژی می رسد یک کوانتوم با فرکانس منتشر می کند به صورت: که h در این معادله ثابت پلانک است. اتم دیگری هم در صورت رسیدن این انتشار به آن می تواند انتشاری با فرکانس مشابه داشته باشد. هر دو انتشار تحریک کننده و تحریک شده دارای جهت و قطبیت مشابه هستند. این مسئله اساس کار لیزر است. برخیاز لیزرهای حالت جامد به صورت چهار مرحله ای کار می کنند. در اینجا یونهابا ارسال نور و رفتن به سطح چهارم انرژی تحریک می شوند. سپس آنها تا سطح سوم کاهش یافته و در مرحله بعد در خلال کاهش به سطح دوم اگر معکوس جمعیتبین دو سطح وجود داشته باشد عمل لیزر صورت گرفته و یونها به سطح اولیه انرژی خود باز می گردند. تنها درصد کمی از یونهای سطح خنثی انرژی لازم استکه تحریک شوند تا معکوس جمعیت اتفاق بیافتد این مسئله را با لیزر سه مرحلهای مقایسه کنید که در آنجا به تحریک 50% از یونها نیاز بود. در نتیجه سیستم های چهار مرحله ای به میزان پمپینگ (ارسال) بسیار کمتر نیاز داشته وآستانه لیزر آنها بسیار پایین تر است. یکی از اعضای معروف لیزرهای چهارمرحله ای یون است که از اجزای لیزرهای YAG (کریستالهای که در آنها کاشته شده) است. در لیزرهای سه مرحله ای یک کاهش غیر رادیو اکتیو در سطح بالاتر انرژی رخ داده و عمل لیزینگ در خلال کاهش انرژی به سطح اولیه رخ میدهد که به نوبه خود باعث افزایش تعداد یونهای موجود در سطح بالاتر انرژی می شود. برای این امر باید حداقل 50% یونها به سطح بالاتر انرژی بروند تابا وجود حالت خنثی عمل معکوس جمعیت اتفاق بیافتد. این عمل لیزینگ سه گانه نیاز به ارسال های پر انرژی ایجاد شده به صورت پالسی را دارد. 1- لیزر یاقوت: در این لیزر اکسید کروم ماده لیزر، نور سفید عامل تحریک کننده و کریستال یاقوت اتاقک تشدید کننده است. 2- لیزر NYAG: (Neodymium ion in yttrium Aluminum Garnet) توان آنها بین 100 تا 1000 وات است می توان با آن پالسهایی تا 10 کیلووات تولید کرد. مهمترین شاخصه آن طول موج کوتاه آن 06/1 میکرومتر است. میله لیزر یک تک کریستال از جنس YAG است که اتمهای نئوداییوم با دقت روی آن کاشت شده اند. این میله قابلیت عبور نور فلاش و فوتونهای تولید شده و در نتیجه تحریک اتمهای نئوداییوم را داراست. همگی اتاقک در یک محفظه آبگرد قرار دارد تا میله را خنک کرده و از شکسته شدن آن تحت حرارت جلوگیری کند. پالسهای جریان در لامپ تبدیل به پالسهای نور سفید می شوند و توسط مجموعه منعکس کننده به داخل میله رانده می شود و اتمهای نئوداییوم را جهت تولید خود به خودی اشعه تحریک می کند. اگر به صورت پالسی بکار برده شوند پیکهایی با قدرت بالا بوجود می آورند که ماشینکاری مواد با ضخامت بالا را هم ممکن می سازد. هر چه زمان پالسها کوتاهتر باشد برای ماشینکاری مواد نازکتر مناسب است. 3- لیزر دی اکسید کربن: توانهای خروجی در حدود 5/0 تا 25 کیلووات است. مقدار کمی گازهای هلیم و نیتروژن به دی اکسید کربن اضافه می کنند تا طول موجهای زائد را گرفته و باعث تولید بیشتر فوتون شوند. برای تحریک هم از جریان یکنواخت DC استفاده می کنند. این لیزر برای برشکاری ظریف ورقها با سرعت مناسب است. در باب مقایسه باید گفت که توان خروجی و بازده لیزر بیشتر ازNYAG بوده و قابلیت اعتماد و کار با آنها و بیشتر است. طول موج کمتر NYAG باعث می شود تا درصد بیشتری از انرژی جذب قطعه کار شود و همچنین باعث می شود تا لیزر را براحتی از طریق فیبر نوری انتقال داد. در چگالی توان و سرعت برابر عمق نفوذ NYAG به دلیل جذب بیشتر توسط قطعه، بیشتر است. میزان انعکاس پرتو به عواملی چون طول موج انتشار لیزر و شرایط و خواص ماده از جمله میزان پرداخت سطح، میزان اکسید شدن سطح و دمای آن بستگی دارد. به طور مشخص بازتاب دهندگی بالای برخی مواد در طول موجهای مشخص آنها را برای ماشینکاری نامناسب می کند. .به طور عمومی هر چه طول موج پرتو بیشتر شود میزان بازتاب دهندگی ماده نیز افزایش می یابد. انرژی لیزری که منعکس نمی شود به داخل ماده جذب می شود. جذب نور در فلزات با یک اثر نوری- الکتریکی داخلی اتفاق می افتد که الکترونهای موجود در باند رسانش فلزات را به سطوح انرژی بالاتر می برد. اکنون میانگین زمان (Mean Free Time) بین برخوردها برای الکترونهای رسانایی به تا ثانیه می رسد. بدین صورت در یک نانوثانیه الکترونها تا برخورد بین خود انجام خواهند داد. به دلیل اینکه این زمان در مقایسه با کوتاهترین زمان پالس لیزر بسیار کوتاه است ، انرژی جذب شده توسط الکترونها از پرتو لیزر به سرعت به شبکه کریستالی انتقال می یابد. هدایت گرمای ناشی از لیزر به داخل قطعه یک اثر بی نهایت پیچیده است. به همین دلیل هیچ تئوری مناسبی برای هدایت گرمای ناشی از ماشینکاری لیزر ارائه نشده است. تغییر متالورژیکی اصلی که در قطعات ماشینکاری شده با لیزر رخ می دهد در ناحیه HAZ است. پس در این صورت باید منطقه HAZ را در خلال ماشینکاری با لیزر با کنترل فاکتورهای مختلف کوچکتر کنیم. افزایش سرعت و کاهش توان لیزر منجر به این امر می شود. وانگ و همکاران در ماشینکاری ورق فولادی پوشش دار با لیزر به این نکته رسیدند افزایش فشار اکسیژن منجر به بزرگتر شدن HAZ می شود. در ماشینکاری تیتانیوم و آلیاژهای آن به این نکته می رسیم که حداقل HAZ زمانی به دست می آید که انرژی پالس متوسط، فرکانس پالسها بالا، سرعت برش بالا و گاز کمکی آرگون پر فشار باشد، در حالی که استفاده از گاز اکسیژن به عنوان گاز کمکی HAZ بزرگتری را نسبت به نیتروژن و آرگون می دهد. در ماشینکاری لیزر آلیاژهای آلومینیوم دیده می شود که با افزایش عمق سوراخ ایجاد شده HAZ بزرگتری خواهیم داشت. در ورقهای ضخیم سوپر آلیاژهای نیکل هر چه ضخامت و انرژی پالس کمتر باشد HAZ کوچکتر می شود در حالی که در این مورد فرکانس پالسها تقریباً بی تأثیر است. ژنگ و همکاران بیان می کنند که در برش با لیزر پالسی، طول موج کم با عرض پالس کم HAZ کوچکتری را در مقایسه با طول موج بلند همراه با عرض پالس بزرگ می دهد. در سوراخکاری سوپر آلیاژ TBC نیکل با لیزر NYAG می بینیم که هر چه زاویه پرتو نسبت به سطح بیشتر می شودHAZ، لایه دوباره منجمد شده و ضخامت لایه اکسیدی کمتر می شود البته این روند تا ادامه دارد و بعد از آن تقریباً به یک حالت ثابت می رسیم. شکل13 با توجه به اینکه بخش عمده ماده در خلال LBM با بیرون رانی مذاب برداشته می شود، مذابی که از حفره خارج نمی شود دوباره منجمد شده و یک لایه دوباره منجمد شده را روی دیواره ها و در ته حفره تشکیل می دهد که خواص آن به طور کلی با ماده پایه متفاوت است. پس هدف اینست که این لایه به حداقل رسانده یا حذف کنیم. در سوراخکاری آلیاژهای با پایه نیکل و تیتانیوم ضخامت این لایه ها در قسمت شروع سوراخ بیشترین است. مطالعه پارامترها نشان داده که با افزایش فرکانس و انرژی پالس ضخامت لایه کم می شود در حالی که افزایش ضخامت ماده تأثیر منفی بر این امر می گذارد. تأثیر زاویه پرتو روی ضخامت لایه دوباره منجمد شده مشابه تأثیر آن بر روی HAZ است به طوری که در برش با لیرز ورقهای سرامیکی ضخیم زاویه و فاصله بهینه ای وجود دارد که به طور کلی لایه دوباره منجمد شده را حذف می کند. در حالت ذوب، سوختن و دمش از گاز اکسیژن یا مخلوطهایی شامل گاز اکسیژن استفاده می کنیم که علاوه بر ذوب ماده وقتی به دمای سوختن می رسیم اکسیژن با مذاب ترکیب شده و تشکیل اکسید در سطح می دهد سپس توسط دمش ایجاد شده لایه اکسیدی به سمت پایین شیار رانده شده و مذاب را همراه با خود خارج می شود. اگر سرعت حرکت لیزر کمتر از سرعت اکسید شدن باشد، اکسید فرصت یافته و به سمت کناره ها گسترش می یابد در نتیجه لایه ای از اکسید در لبه لرش مشاهده می شود. شکست در اثر تنشهای گرمایی در مواد شکننده اتفاق می افتد به این صورت که با تاباندن لیزر در یک محدوده کوچک و ایجاد تنشهای گرمایی، انبساط و تنشهای کششی متعاقب را به دنبال خواهد داشت. اگر ترکی در منطقه مورد نظر وجود داشته باشد باعث تمرکز تنش شده و ترک در جهت نقطه لیزر شروع به رشد می کند. سرعت، دقت و کیفیت سطح بسیار عالی است. در نزدیکی لبه ها نحوه اشاعه ترک بسیار پیچیده می شود و کمی کنترل مشکل می شود. تنها مشکل ایجاد پروفیلهای بسته مانند آینه بغل اتومبیل است زیرا سرعت اشاعه مستقیم ترک بدون توجه به جهت زیاد است. انرژی مورد نیاز آن پایین است. به این صورت است که شیارها و یا سوراخهایی سراسری یا محدود در قطعه ایجاد می کنیم همین اندازه که قطعه را ضعیف کند و با نیروی مکانیکی جدا کردن را انجام دهیم. منطقه HAZ بسیار کوچکی داشته و پالسهای با توان بسیار بالا برای تبخیر آنی یک نقطه استفاده می کنیم ولی انرژی مورد نیاز در کل کم است. در این فرایند از لیزر Excimer توان بالا استفاده می شود که در محدوده ماوراء بنفش است. انرژی فوتون ماوراء بنفش در حد انرژی پیوند بیشتر مواد آلی است پس می تواند این پیوندها را بشکند. اگر جریان فوتونها به اندازه کافی باشد می تواند برشی را در ماده ایجاد کند. به خصوص در پزشکی برای برداشتن تومورها این شیوه جدید بسیار جذاب شده است. چنانکه در بالا نیز ذکر شد بازده ماشینکاری با لیزر در صورت استفاده از گاز کمکی اکسیژن بهبود می یابد. این تکنیک بر پایه استخراج واکنشهای گرماده شیمیایی است که در یک مشعل اکسی استیلن کامل در برش فلزات اتفاق می افتد. با این تأثیر گفته شده، ذوب و اکسید شدن اولیه با گرمای بوجود آمده توسط شعله اتفاق می افتد. با گرمای آزاد شده ناشی از فرایند اکسید شدن و با جاری شدن جریان گاز که اکسید را از ناحیه تحت برش می زداید، برش اتفاق می افتد. در شکل هم می بینیم که استفاده از گاز خنثی کیفیت سطح را بهبود بخشیده اما نرخ براده برداری را کاهش داده و هزینه را افزایش می دهد. دو پارامتر مهم در LBM که کیفیت سطح ماشینکاری را تعیین می کند عرض برش/ قطر سوراخ و شکل گیری مخروط است. با توجه به طبیعت همگرا- واگرای لیزر تقریباً همیشه حالت مخروطی وجود خواهد داشت. آزمایشاتی با سه گاز متفاوت اکسیژن، نیتروژن و آرگون در فشار بالا انجام داد و به این نکته رسید که در برش با لیزر عرض شیار برش با افزایش چگالی توان لیزر و کاهش سرعت برش، افزایش می یابد. همچنین به این مطلب رسید که هوا و اکسیژن نسبت به گاز خنثی عرض برش بیشتری را تولید می کنند. برای لیزر NYAG یافته اند آنها همچنین دریافتند که با افزایش فرکانس عرض شیار برش کمتر می شود. در لیزر پالسی NYAG زمانهای پالس کوتاه تر میزان مخروطی شدن کمتری را در شیار برش نتیجه می دهند. عرض شیار برش کمتر یا قطر کمتر سوراخ میزان مخروطی شدن را کم می کند. در جوشکاری با لیزر فولاد HSLA برای ورقهای با ضخامت کم (1.5 میلی متر) اگر کانون لیزر روی سطح ورق باشد کمترین عرض شیار برش را خواهیم داشت این مسئله برای ورقهای ضخیم (3.5 میلی متر) زمانی است که کانون لیزر را در درون ورق تنظیم کنیم. باندیوپادهیای همکاران هم بیان کرده اند که قطر سوراخ و زاویه مخروط برای مواد مختلف متفاوت است و با کاهش ضخامت افزایش می یابند. زاویه مخروط با افزایش فرکانس پالس کاهش می یابد در حالی که انرژی پالس هیچ اثری را روی مخروط نشان نمی دهد. زبری سطح با افزایش سرعت برش و فرکانس و همچنین با کاهش توان لیزر و فشار گاز، کاهش می یابد. همچنین نیتروژن صافی سطح بهتری نسبت به اکسیژن می دهد. در یک سرعت بهینه زبری سطح حداقل بوده و در این حالت توان لیزر تأثیر بسیار کمی روی زبری سطح داشته و تقریباً روی خط بندی سطح بی تأثیر است. اینکه استفاده از نیتروژن به عنوان گاز کمکی و شدت کمتر توان لیزر میزان زبری سطح را کاهش می دهد. برش لیزر پالسی نتایج بهتری نسبت به حالت پیوسته می دهد. شرایطی که "optical piping" نامیده می شود که پروفیل سوراخ را تغییر داده که به طور مکرر در سوراخکاری ظاهر می شود. این اثر با عمیق تر شدن سوراخ به دلیل انعکاسهای داخلی پدیدار می شود. به طور معمول کانون لیزر روی سطح سوراخ متمرکز می شود. متعاقباً نور در ورودی سوراخ واگرا می شودو به وسیله دیواره ها منعکس می شود که باعث زاویه برخورد کوچک می شود. در پاشنه سوراخ زاویه برخورد معمولی است و بیشتر نور در نواحی قبلی جذب شده است. حداکثر عمق قابل دستیابی سوراخ به دلیل از دست رفتن انرژی در حین انعکاس از دیواره ها کاهش می یابد البته کاهش اندازه دهانه هم بر روی این امر تأثیر گذار است. سعی می شود که پرتو لیزر را دباره در هر پالس دوباره متمرکز کنند تا عمق سوراخ بدست آمده افزایش یابد. (چون از انعکاس پرتو به وسیله دیواره ها تا حدی جلوگیری می کند) اثر دیگر زیان آور، تولید بخار و دود در داخل حفره است که انرژی لیزر را بیش از فلز جذب می کند. در نتیجه سوراخ کم عمق و سطحی بدست می آید. برای اجتناب از این مشکل و رسیدن به قطر و عمق مشخص سوراخ نیاز است که از پالسهای متوالی استفاده کنیم. گاگلیانو و همکاران همچنین بیان می کنند که استفاده از لیزر پالسی سطح انرژی لازم برای رسیدن به سوراخ ایده آل را کاهش داده و میزان مخروطی شدن را هم کم می کند. با توجه به علاقه زیاد به سوراخکاری با لیزر لازم است که مکانیزم به خوبی شناسایی شود. گاگلیانو و همکاران به این نتیجه رسیده اند در حالت مشخص استفاده از موج شوکی که به صورت غیر جهت دار به داخل ماده انتشار می یابد میزان ماده برداشته شده را بیشتر می کند. ماشینکاری هایی که ترکیب از دو یا چند ماشینکاری هستند توجه زیادی را به خود جلب کرده است و در ماشینکاری های نوین مواد مهندسی کاربردی شده است. این فرایندها به منظور بهره برداری از امتیازات و حذف کردن مضرات ماشینکاری های تکی گسترش داده شده اند. عمدتاً کارکرد ماشینکاری مرکب بهتر از مجموع کارکرد همان فرایندها به صورت تکی و با تنظیمات مشابه است. در فرایندهای مرکب علاوه بر کارکرد تک تک فرایندها، فوایدی ناشی از اثر متقابل فرایندها بر هم دیگر هم بوجود می آید. بیشتر فرایندهای ماشینکاری مرکب با ترکیب فرایندهای ماشینکاری سنتی و غیر سنتی با LBM و USM پدید آمده اند. لیزر به عنوان منبع انرژی (انرژی گرمایی) در ترکیب با فرایندهای تراشکاری و فرزکاری و سنگ زنی جهت نرم کردن ماده قطعه کار به کار برده می شود. در تراشکاری همراه با لیزر، پرتو لیزر برای گرم کردن قسمت ماشینکاری نشده جلو ابزار بر روی این قسمت متمرکز می شود. اضافه شدن گرما باعث نرم شدن لایه سطحی مواد مشکل زا در تراشکاری شده و تغییر شکلها از حالت شکننده به تغییرشکل نرم در حین برش تبدیل می شود. این فرایند باعث نرخ براده برداری بیشتر همراه با کیفیت سطح و دقت ابعادی بهتر می شود. اساساً این فرایند باعث کم شدن سایش ابزار و هزینه ماشینکاری به دلیل کاهش ساعت کاری ماشین و اپراتور به ازای هر قطعه می شود. ترکیب LBM با سایر فرایندهای ماشینکاری غیر سنتی از نظر کیفیت ماشینکاری هم مفید است. اولتراسونیک همراه با لیزر (UALBM)، ماشینکاری الکتروشیمیایی همراه با لیزر (LAECM)، ماشینکاری تخلیه الکتریکی همراه با لیزر (LAEDM) و اچ کردن همراه با لیزر (LAE) نمونه هایی از این نوع ترکیبها هستند. ژنگ و هوانگ دریافتند که هر دوی نسبت شکل ( عمق به قطر) و پرداخت سطح دیواره میکرو سوراخها در حالت ترکیب لیزر-اولتراسونیک به نسبت لیزر به تنهایی، بهبود یافته اند. همچنین یو دریافت که در سوراخکاری لیزر-اولتراسونیک ضخامت لایه دوباره منجمد شده (recast layer) بسیار کمتر از سوراخکاری با لیزر است. در LAECM پرتو لیزر، انحلال الکتروشیمیایی را شتاب بخشیده و منطقه ماشینکاری را در حد چند میکرون موضعی متمرکز می کند که باعث افزایش دقت و بهره وری می شود. لی و آچارا دریافتند که ماشینکاری با لیزر-شیمیایی (ماشینکاری لیزر در محلول نمک) ناحیه تحت تأثیر از گرما و ضخامت لایه دوباره منجمد شده را - نسبت به حالت ماشینکاری لیزر در هوا- کم کرده و همزمان نرخ براده برداری را افزایش می دهد. لی و همکاران LBM و EDM را به صورت متوالی جهت میکرو سوراخکاری نازلهای سوخت رسانی استفاده کرده اند. آنها ابتدا لیزر را برای ایجاد میکرو سوراخها بکار برده و سپس از EDM برای لبه دار کردن (rimming) میکرو سوراخهای ایجاد شده استفاده کردند. آنهابه این نکته رسیدند که این ترکیب لایه دوباره منجمد شده و ناحیه تحت تأثیر از گرما ناشی از سوراخکاری با لیزر را حذف می کند و همچنین 70% از زمان سوراخکاری را نسبت به سوراخکاری با EDM کاهش می دهد. فرایندهای اچ کردن شیمیایی و الکتروشیمیایی جهت متمرکز و موضعی شدن اچینگ با لیزر ترکیب شده که این کار توانایی برداشتن مواد به صورت انتخابی را ممکن می کند.
پاسخ : انواع روشهای ماشینکاری - در این فرایند هوای فشرده بعنوان گاز پلاسما بکار می رود . وقتی که هوا تحت دمای بالای قوس الکتریکی قرار می گیرد به گاز های تشکیل دهنده خود تجزیه می شود به علت اینکه اکسیژن در پلاسمای حاصل بسیار فعال است سرعت برش تا حدود 25% زیاد می شود . یک اشکال این روش این است که معمولا یک سطح به شدت اکسید شده , بویژه با فولاد زنگ نزن وآلومینیم بدست می آید همچنین هوا باید بدون ناخالصی وبا فشار مناسب حفظ شود برای این کار از کمپرسور استفاده می شود در این روش بجای تنگستن از الکترودهای هافینم مس استفاده می شود زیا تنگستن یا اکسیژن واکنش نشان می دهند عمر الکتودها بدون توجه به مواد بکار رفته کوتاه است برای افزایش عمر الکترود از جریان رو به پایین اکسیژن د سوراخ نازلی که نیتروژن به عنوان گاز برشی اصلی از میان آن عبور می کند استفاده شده است با استفاده از مخلوط گازی 80% نیتروژن و 20% اکسیژن سرعت برش فولاد نرم تا حدود25% زیاد می شود. فقط مواد رسانای الکتریکی مثل فولاد زنگ نزن , کرم نیکل , آلومینیم ومس را می توان با روش پلاسما هوا ماشینکاری کرد. ماشینکاری با پلاسما هوا برای برش صفحه ای از جنس فولاد به ضخامت6.25 mm نصف روش های گازدوگانه و تزریق آب هزینه دارد زیرا در این روش هوا بعنوان حامل پلاسما وگاز محافظ استفاده می شود . ماشین های صنعتی دارای تجهیزات راه اندازی قوس اتوماتیک هستند که سرعت برشی اولیه بالا و قابل اطمینانی را تضمین می کند . این سرعت برشی سه تا پنج برابر بیش از سرعت بذش با گاز مرسوم است . مکانیزم ماشینکاری پلاسما موس وشوارد (1970 ) از محدود کسانی هستند که براده برداری با روش پلاسما را به روش غیر عملی بررسی کردند آنها برای ساده کاری فرض کردند که قطعه کار بعنوان جاذب گرما عمل می کند و کل انرژی آزاد شده با جت پلاسمای برخوردی جذب می شود یعنی کل انرژی جت پلاسما برای برش بکار می رود . انتقال گرما از جت پلاسما به قطعه کار اساسا با جابه جایی انجام می شود وتابش ستون سهم کمی با این انتقال دارد. هنگامی که مثلا آرگون بکار می رود انتقال گرمای جابه جایی با ترکیب مجدد یون ها والکترون ها انجام می شود . روش اخیر بسیار موثر است واحتمالا دلیل این موضوع دمای پایین تر آن در موقع عمل و بنابراین نزدیک بودن به قطعه کار است. موس وشوارد همچنین درمورد راههای براده برداری در قوس پلاسما بحث کرده اند ابتدا باید دمای جزء تا دمای لازم برای ایجاد واکنش براده برداری بالا برود . سپس قطعه کار ذوب شده ومایع مذاب بوسیله پلاسما به صورت افشانه ظریف به بیرون دمیده می شود خطوط جریانی که روی سطح ماشینکاری شده ایجاد می شود نشانه مشخصه این روش براده برداری است همچنین ممکن است با واکنش شیمیایی بین پلاسما وقطعه کار یک مخلوط روان ایجاد شود . مکانیزم دیگر تبخیر است ماده تبخیر شده با جت پلاسما از منطقه ماشینکاری خارج می شود در این روش از گرافیت استفاده می شود. هنگامی که مواد آلی تحت PAM قرار می گیرند بر اثر گرما تجزیهشده ومحصولات فراری تولید می کنند که از محیط خارج شده وباقیمانده جامدی , اغلب کربن , باقی می گذارد که این نیز از سطح جدا می شود اگر باقیمانده سخت تر باشد باید با روشهای دیگری مثل تبخیر برداشته شود . کاربرد ماشینکاری با فرایند پلاسما 1.برش پروفیل از صفحه تخت برش پروفیل از فلزاتی مانند فولاد زنگ نزن , آلومینیم وآلیاژهای مس که ماشینکاری آنها با روشهای سوخت واکسی مشکل است , بویژه همراه با کنترل عددی کامپیوتر (CNC) یک کاربرد صنعتی گسترده ماشینکری با پلاسما است برای برش صفحاتی به ضخامت 6-25mm سرعت هایی تا چهار برابر سرعت روش گاز سوخت واکسی گزارش شده است یک دسگاه اقتصادی تا حدود 250kw توان مصرف می کند . 2. شیارها ابعاد شیار آشکار به توان قوس ,سرعت جابه جایی وزاویه وارتفاع مشعل پلاسما بستگی دارد . بوسیله PAM با توان دستگاه 50kw و سرعت براده برداری mm/min80 شیارهایی با عمق 1.5mm وپهنای12.5mm در فولادزنگ نزن تولید شده است این سرعت در حدود ده تا سی برابر بزرگتر از سرعت براده برداری وسنگ زنی بزرگتر است روش های جت پلاسما را می توان برای ایجاد شیارهای مشابه در مواد غیر رسانا بکار برد اگرچه در این حالت سرعت براده برداری درحدود 30mm/min کاهش می یابد. ماشینکاری با پلاسما را می توان برای تولید شیارها برای تولید آتی بکار برد .هنگامی که جوش لب به لب با کیفیت بالا در نظر باشدمی توان یک سمت اتصال را جوش دادوسپس در سمت مقابل اتصال ایجاد کرد(مثلا با براده برداری یا سنگ زنی) تا فلز جوش سالم بدست آید. 3.روتراشی بعلت اینکه در ماشینکاری پلاسما قطعه کار و ابزار بهم برخورد نمی کنند این روش در روتراشی بویژه در مواردی که ماشینکاری آنها با روشهای مرسوم مشکل است مورد توجه می باشد. مشعل پلاسما مشابه یک ابزار معمولی در ماشین استاندارد بسته می شود. مشعل باید مماس بر قطعه کار وبا زاویه 30 درجه نصب شود.سرعت سطح اغلب حدود 2m/min باسرعت پیشروی در حدود 5mm/min است.در روتراشی فولادآلیاژیسرعت براده برداری با توان مصرفی زیاد می شود. 4.ماشینکاری با پلاسما در زیرآب اخیرا گزارش شده (گراهام ,1980) که با فروبردن نازل پلاسما وقطعه کار به عمق 10mm آب صدا ,نورخیرهکننده ودود کم می شود همچنین می توان گاز نیتروژن براحتی بعنوان گاز پلاسما بکار برد ویک دستگاه تخلیه گران قیمت حذف می شود بعلت اینکه نیتروژن سطح ایجادشده را اکسید اکسید نکرده وبنابراین محصولات ماشینکاری در آب محلول هستند در ماشینکاری با پلاسما صفحات فولاد نرم این گاز به آرگون ویا ترکیبات آرگون / هیدروژن ترجیح داده می شود افزایش جزیی قدرت اسیدی با جایگزین کردن آب تازه به مقدار مناسب کم می شود . البته ماشینکاری پلاسما در زیر آب با سرعت برش کم بدست آمده وبا مشکلات عملیاتی با الکترودهای سوزنی بکار رفته کاهش می یابد در هرحال دقت 0.2mm در 9mm برای ماشینکاری با پلاسما درزیر آب با کنترل عددی مطرح شده است کاربرد این روش در زیر آب مدتی مورد بررسی قرار گرفته ولی هنوز اطلاعات کمی در این مورد وجود دارد مشکل اصلی پیشرفت ماشینکاری پلاسما مقدار توان الکتریکی زیاد برای این فرایند است برای برش ورق 12mm فولاد نرم با سرعت 2.5m/min توان220kw لازم است از طرف دیگر این فرایند با روش کنترل عددی کامپیوتر تطبیق پیدا می کند اخیرا یک دستگاه ماشینکاری با پلاسما با کنترل عددی مستقیم (DNC ) برای استفاده در پل سازی معرفی شده است.
پاسخ : انواع روشهای ماشینکاری - ماشين كاري با روش تخليه الكتريكي(EDM) افزايش گسترده نياز به فلزات سخت ، با استحكام زياد و مقاوم در مقابل گرما در مهندسي به نيازهاي خاصي در زمينه تكنولوژي و تكنيكهاي ماشين كاري انجاميد. بنابراين بسياري از روشها در فرايندهاي ماشين كاري پيشرفت كرد . ماشين كاري با صوت ،ماشين كاري اشعه الكتروني، ماشين كاري پلاسما وماشين كاري ليزري مثالهايي از اين فرايندهاي ماشين كاري هستند. يكي ديگر از اين فرايندهاي مدرن لايه برداري شيميائي است كه براي مخلوطي از تجمعي از فلزات نرم و آلياژهاي آلومينيوم بوده و براي صنعت هواپيمايي بكار گرفته ميشود. ماشينهاي تخليه الکتريکي (EDM) بصورت فرايندهاي پرداخت فلزات رسانا ، توسط جرقه هاي الکتريکي مشخص مي شوند. در ابتدا براي از بين بردن براده هاي مته کاري، و همچنين سوراخ کردن ابزارهاي ظريف و گرانبها بکار گرفته شد. امروزه EDM براي ساخت حفره ها و قالبهاي هندسي و غير هندسي بسيار پيچيده بکار مي رود. مفهوم ماشين كاري الكتريكي ممكن است به يك گروهي از فرايندها كه جريان الكتريكي را براي برداشتن فلزات بكار ميگيرند اطلاق شود. در فرايند ماشين كاري الكتريكي بر خلاف ماشين كاري مكانيكي فلز ابزار مي تواند از فلز قطعه كار نرمتر باشد و براده برداري نيز هيچ ارتباطي به سختي مكانيكي قطعه كار ندارد. هر چند که فلزات سخت کمي سخت تر از فلزات نرم براده برداري مي شوند. فرايندهاي ماشين كاري الكتريكي به دو دسته تقسيم مي شوند. اولين آنها ماشينهاي تخليه الكتريكي هستند. در اينجا اثر خوردگي از يك توالي سريع از پالسهاي الكتريكي در از بين بردن فلز از روي قطعه كار بكار گرفته ميشود. فرايند دوم ، فرايندهاي الكتروشيميايي و فرسايش با الكتروليت هستند. فرايند ماشين كاري تخليه الكتريكي يا بعبارت ديگر ماشين كاري اسپارک بر روي اثر خوردگي جرقه الكتريكي بر روي هر دو الكترود پايه گذاري شده است. ياد داشتن اين نكته كه اگر هر دوي قطعه كار و الكترود هم از يك جنس باشند، بيشترين سائيدگي در قطعه أي بوجود مي آيد كه روي الكترود منفی بسته شده باشد ، الزامي است. بنابراين براي بدست آوردن خوردگي ماكزيمم از قطعه كار ، در حاليكه الكترودمان سايش بسيار كمي داشته باشد، بايد قطعه كار را به پايه منفی و الكترود يا ابزار را به پايه مثبت وصل كنيم. فرايند براده برداري توسط جرقه قطعه كار در حمامي از دي الكتريك غرق ميشود. و اين دي الكتريك پنج سانتيمتر بالاتر از سطح قطعه كار را مي پوشاند ، اينكار از آتش گرفتن دي الكتريك در اثر جرقه ها جلوگيري ميكند. الكترود و قطعه كار به دو سر يک منبع ولتاژ DC با ولتاژي بالاتر از 50 ، 60 ولت وصل شده اند. دي الكتريك در چرخه اي توسط پمپ مي چرخد . فاصله هوايي براي جرقه زني در حدود 25 تا 100 ميكرومتر توسط سروموتور ثابت نگه داشته ميشود. زمانيكه منبع تغذيه روشن شد ، پس از انتخاب مقادير جريانها ، ولتاژها ،فاصله مجاز gap[1] ،زمانهاي [2]ontime ، off time[3] ، زمانهاي شستشو و … با استفاده از وروديهاي مختلف (مكانيكي با سلکتورها يا بصورت عددي و با استفاده از يك سيستم ميكروپروسسوري )، ولتاژ به دو سر الكترود اعمال ميشود ، با اعمال ولتاژ در فاصله معيني از gap جرقه توليد ميشود ،سيال يونيزه شده و تخليه الكتريكي صورت ميگيرد ، بعلت حركت سيال زير محل فعال ، سيال غير يونيزه اي خواهيم داشت بنابراين باز سيال جداساز خوبي خواهد بود و سيكل ادامه مي يابد … سيال انتخاب شده بايد تا زمان وقوع شكست الكتريكي بعدي ، نارسانا باقي بماند . زمانيكه به ولتاژ دلخواه رسيديم سيال بايد سريع بشكند (شكست الكتريكي ) و پس از عمل تخليه در زمان خاموشي پالس ( off time ) باز سريع غير يونيزه شده به حالت اول برگردد. در اين روش توالي تندي از جرقه ها بدست مي آيد ( بين 500 تا 50000 جرقه در ثانيه) ، هر جرقه أي ، دماي محلّي نقطه جرقه ديده را به حرارت بسيار بالائي در حدود7000 تا C ْ 12000 مي رساند اين جرقه حرارت بالا باعث ذوب اين نقطه از مكان جرقه ديده شده و ناحيه مذاب بسيار كوچكي را روي سطح قطعه كار بوجود مي آورد، در زمان Offtime دی الکتريک سرد به روی اين نقطه با حرارت بسار بالا می رسد و اختلاف دمای چند هزار درجه ای موجب انفجار نقطه ذوب شده می شود ، بديهي است که اغلب جرقه بين نقاطي از قطعه كار و الكترود كه به هم نزديک هستند اتفاق مي افتد و نقطه هاي داغي از قطعه كار خورده شده و از سطح قطعه كار كنده ميشوند اين خوردگيها توسط دي الكتريك از محل دور ميشوند . همچنين كه قطعه کار خورده ميشود الكترود توسط موتور سِروُيِ كنترل شده اي نزديك ميشود.كنترل موتور سِروُ براي فاصله هوائي مناسب وقابل تنظيم توسط نمونه برداري ازولتاژ بين قطعه كار و الكترود انجام خواهد گرفت. فرايند تخليه پالسي : الکترود به قطعه کار بسيار نزديک می شود و فرايند کامل يک تخليه الکتريکي به ترتيب زير به وقوع می پيوندد. Offtime پديده تخليه الکتريکی از زمان اعمال پالس تا شروع جرقه 1. ولتاژ بين الکترود و قطعه کار يک ميدان الکتريکی در فاصله هوائی يا GAP بوجود می آورد. 2. در نتيجه اين ميدان ،ذرات هادی در وسط ناحيه ميدان که ميدان الکتريکی بسيار قوی است، متمرکز می شوند. و پلی را در وسط ميدان تشکيل ميدهند. ( بدليل نبود ذرات هادی معلق در آب مقطر خالص در ابتدای بکارگيری ماشين وايرکات براده برداری به کندی صورت ميگيرد چون کانال دير يونيزه ميشود.) 3. در اين زمان الکترونها از قطب منفی به داخل کانال ايجاد شده حرکت می کنند، و با اِين ذرات برخورد می کنند. بنابراين يونهای مثبت و منفی از اين ذرات معلق بوجود می آيند. اين فرايند بصورت انفجاری کل ناحيه GAP را در بر می گيرد. پديده تخليه الکتريکی از شروع جرقه تا انتهای پالس 1. يونهای مثبت به سمت قطب منفی حرکت ميکنند ، و يونهای منفی بسمت قطب مثبت. و جريان يونها بوجود می آيد. 2. اين جريان الکتريکي به شدت افزايش يافته و در برخورد در آن نقطه گرماي شديدي بوجود مي آورد و در صورتيکه گرما موثر باشد، همان نقطه از قطعه کار ذوب مي شود. اين گرما مايع دي الکتريک را بخار کرده و فشاري را بين الکترود و قطعه کار بوجود مي آورد اين فشار بسيار کوچکتر از آني است که بتواند در قطعه کار يا ابزار حرکت ايجاد کند اما اين فشار در واحد سطح مقدار بسيار بزرگي است. 3. پس از ذوب شدن آن نقطه، با ادامه اعمال ولتاژ و جريان، کانال يونيزه گشادتر مي شود و سطح نقطه ذوب بيشتر مي شود اما اين ولتاژ و جريان را تا آخر نمي توان ادامه داد چرا که با ادامه جريان، آن نقطه هر چه بيشتر داغتر مي شود و به کربنها فرصت کافي براي سوختن مي رسد و اين کربنها در اثر فشار حاصل و بدليل مرطوب بودن کانال يونيزه به هم مي چسبند و حال الکترونها به جاي حرکت از طريق کانال يونيزه از طريق اين توده کربن منتقل مي شوند و علاوه بر اينکه بر ذوب بيشتر کمک نمي کند بلکه عارضه بسيار بدي بنام ARC يا جوشکاري را پديد مي آورد. پديده تخليه الکتريکی از در زمانofftime 1. حال پالس خاموش مي شود.( off time) مايع سرد به سطح مذاب حرارت بالا مي رسد و مذاب بسيار سرد مي شود. اين سرد شدن شديد باعث انجماد نشده و مذاب را متلاشي مي کند که بصورت آتشفشاني فوران مي کند و از محل دور مي شود. اما همه مذاب متلاشي نمي شود و قسمتي از آن در اثر فشار گازهاي حاصل جابجا شده و لبه مي گيرد. اين لبه هاي بوجود آمده، نقاط موثر تخليه بعدي خواهند بود. در زمان خاموشي پالس، GAP دوباره ايزوله مي شود و براي پالس بعدي آماده مي شود. دی الکتريک در ابتدای کشف اسپارک در روسيه از هوا بعنوان دی الکتريک استفاده شد. بزودی کشف شد که مشتقات نفت مزايای زيادی نسبت به هوا دارند. استحکام آنها زياد است. و با استفاده از مشتقات نفت از گپ کوچکتری ميتوان استفاده کرد و کيفيت اسپارک کاری با آن بسيار مطلوب است. در اين نوع مواد فرکانس کار اسپارک ميتواند بيشتر گردد و ذرات برداشته شده براحتی توسط آن جابجا ميشوند. وظايف دی الکتريک · جداسازی يکی از مهمترين فوائد دی الکتريک عايق سازی بين الکترود و قطعه کار است. دی الکتريک باعث باريک شدن پهنای کانال جرقه نيز ميشود که اين به نوبه خود باعث بالا رفتن کيفيت سطح اسپارک ميشود. · يونيزاسيون سيال انتخاب شده بايد تازمان وقوع شکست الکتريکي غير رسانا باقي بماند. زمانيکه ولتاژ فاصله هوائي به ولتاژ يونيزاسيون رسيد ، سيال بايد سريع بشکند ( شکست الکتريکي ) و پس از عمل تخليه باز سريع غير يونيزه گردد. گرماي نهان تبخير سيال بايد بزرگ باشد تا تنها يک قسمت کوچکي از دي الکتريک تبخير شود و کانال اسپارک سطح کوچکي را به خود اختصاص مي دهد. در نتيجه آن چگالی انرژی بالا ميرود و دانه بندي اسپارک ريزتر گردد. · خنک سازی دمای جرقه اسپارک در سطح الکترود و قطعه کار مقداری بين 8,000-12,000° C دارد اين گرمای بالا قطعه کار را سريع ذوب ميکند که دی الکتريک بايد هر دو سطح را خنک سازد. اگر الکترود خنک نگه داشته شود خوردگی آن نِيز کاهش مِی يابد. · جابجائی ذرات براده برداری شده شرايط لازم دی الکتريک بطور تئوريک همه مايعاتی که عايق باشند ميتوانند بعنوان دی الکتريک مورد استفاده قرار گيرند. يک دی الکتريک بايد شرايط زير را داشته باشد. · فرسايش: فرسايش زياد قطعه کار داشته باشد در حاليکه فرسايش الکترود توسط يونهای آن کم باشد. ( يونهای مثبت آن بسيار سنگين تر از يونهای منفی آن باشد) · تاثير بر سلامتی: تحريک پوستی نداشته باشد، سمی نباشد، دود توليد نکند و بوی بد نداشته باشد. هيدروکربنهای گروه پارافين بر پوست تاثير دارند و نبايد بکار برده شوند. بر روی وان اسپارک يک سيستم تهويه بايد نصب شود مگر در مواردی که اسپارک فقط برای پرداخت بکار ميرود. · نقطه اشتعال: دی الکتريک نبايد زود بخار شده و مشتعل شود. مايعات با درجه اشتعال پائين تر، گازهاي زيادي را توليد مي کنند که اين گازها سرعت ماشين کاري را پائين آورده و احتمال آتش گرفتگي را بالا مي برد. · چگالی: مواد با چگالی بالا نرخ براده برداری بالائی دارند. چگالی مواد معمولا در دمای 15 درجه سانتيگراد محاسبه می شوند. دی الکتريکهای مورد استفاده امروزی چگالی بين 0.750-0.820 دارند. · چسبندگی يا ويسکوزيته: ويسکوزيته، فاکتور بسيار مهمي است. روغن با ويسکوزيته بسيار بالا براي ماشين کاري خوب است. و براي اين نوع روغن چرخش مابين فاصله هوائي کوچک به سختي صورت مي گيرد. برعکس ، اين روغن سنگين براي سطوح خشن مناسب است . · هدايت الکتريکی: هيدروکربنهائی که برای مصارف صنعتی بکار گرفته ميشوند هدايتی در حدود 2x 10-14 ohmxcm-1 دارند. · ضريب دی الکتريک:برای محاسبه ضريب دی الکتريک ظرفيت يک خازن در دو حالت پر از دی الکتريک و خالی از دی الکتريک در يک حالت فرکانس بالا اندازه گيری می شود. ضريب دی الکتريک از تقسيم دو مقدار بدست آمده بدست می آيد. دی الکتريکی برای اسپارک مناسب است که ضريب دی الکتريکی بين دو تا دونيم داشته باشد. · ولتاژ از هم گسيختگی: مقدار ولتاژی که ميتواند يک لايه 5/2 (دو نيم) ميليمتری از دی الکتريک را بين دو الکترود کروی از هم بپاشد (عايق را به هادی تبديل کند) ولتاژ از هم گسيختگی يا طاقت جرقه گويند. دی الکتريک مناسب برای اسپارک بايد طاقت جرقه ای بين 50-60 kv داشته باشد. · تعليق ذرات:ذراتي که از قطعه کار يا الکترود برداشته ميشوند بخصوص کربن در آن ناحيه ايجاد ناخالصی ميکند. دی الکتريک بايد اين قطعات را از روی ناحيه کار دور کند. بهتر است مقدار کمی از اين ناخالصی ها برای براده برداری بهتر روی ناحيه کار باقی بمانند اما غلظت ناخالصی ها نبايد بالا باشد. افزايش غلظت ناخالصی ها موجب بروز arc ميشود. بعبارت ديگر ذرات ميِکرونی موجب سرعت براده برداری ميشوند و اضافه کردن مقداری ناخالصی به دی الکتريک خالص سرعت براده برداری آنرا بالا ميبرد. · رنگ و واشرهای ماشين را حل نکند. · عمر بالا , در دسترس بودن و در نهايت قيمت ديگر پارامترهای مهم اسپارک هستند. در انتخاب روغن مناسب بعنوان دي الکتريک نکات زير بايد مورد توجه قرار گيرند: 1. براي ماشينکاري کاربيدتنگستن استفاده از نفت سفيد مناسبتر است. 2. براي ماشين کاري قطعات ريز با سطوح صاف ( مثل صنعت ساعت سازي ) نيز از نفت سفيد استفاده شود. 3. براي ماشين کاري قطعات با اندازه هاي متوسط ( که h35 يا آنهائي که صافي سطح خوبي را لازم دارند ) از روغن با ويسکوزيته بين 6-12cts استفاده شود. 4. براي ماشينکاري قطعات بزرگ ( با سطوح خشن يا ch36 ) از روغن با ويسکوزيته بين 12 تا 20cts استفاده گردد. روغن مخصوص EDM اين نوع از روغن ويسکوزيته پائين بوده و رنگ روشن دارد و همچنين براحتي فيلتر شده و براحتي جابجا مي شود. نقطه اشتغال بالائي نيز دارد از جمله خواص ديگر اين ماده ضد اکسيد اسيون بودن آنست که رسوب را کاهش مي دهد.کميابي و گران قيمت بودن و غير استاندارد بودن انواعي از آن از جمله مشکلات اين روغن يا دي الکتريک مخصوص است.
پاسخ : انواع روشهای ماشینکاری - الکترولیز به طور موفقیت آمیزی درفرآیندهای آبکاری برقی،شکل دهی برقی و پرداختکاری برقی بکار گرفته شده است.فرآیند برداشت ماده توسط تجزیه یا حل شدن شیمیایی از سال 1780 میلادی کشف شده است ، اما در طی چند دهه گذشته این روش بهتر مورد استفاده قرار گرفته است.این فرآیند همچنین به عنوان فرآیند شکل دهی الکتروشیمیایی غیر تماسی نیز شناخته میشود.مشخصه قابل توجه الکترولیز این است که انرژی الکتریکی برای تولید واکنش شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد.بنابراین ، فرآیند ماشینکاری راکه بر اساس این اصل استوار است به عنوان ماشینکاری شیمیایی میشناسند.این فرآیند بر اساس قوانین تجزیه الکتریکی فاراده عمل میکند.در ECM اختلاف پتانسیل الکتریکی DC کمی(25-5)ولت به دو الکترود یا به عبارت دیگر به کاتد و آندی (آند قطعه کار است و کاتد ابزار)که در الکترولیت قراردارند اعمال میشود انتقال الکترونها بین یونها و الکترودها مدار الکتریکی را کامل میسازد.فلز به صورت اتم های منفرد از سطح آند جدا میشود و در الکترولیت به صورت یونهای مثبت ظاهر میشود.در ماشینکاری الکتروشیمیایی فلزجدا شده به صورت هیدروکسیدهای فلزی جامدرسوب کرده ظاهر میشود. الکترولیتهای مورد استفاده در ECM حاوی اسیدها یا در حالت کلی تر، نمکهای قلیایی محلول در آب میباشند.وقتی که الکترولیت با سرعت زیاددرحد فاصل بین دو الکترود حرکت میکندچندین کاررا انجام میدهد.این الکترولیت محصولات واکنش الکتروشیمیایی رارقیق میکند و آنها را از این فاصله خارج میسازد، حرارت رابا سرعت بیشتر وبه مقدار زیادتری منتقل میکند و تمرکز یونها را بر روی سطح الکترود محدود میکند تا نرخ های ماشینکاری بیشتری حاصل شود.دبی حجمی الکترولیت بر اساس سرعت جریان الکترولیت ، فاصله بین دو الکترود و سایز قطعه ای که ماشینکاری میشود تعیین میگردد. خواص الکترولیت (ترکیب،غلظت،مقدارPH،دما و غلظت عناصرخارجی) همراه با شکل ابزار به دلیل اینکه متغیرهای مهمی هستند که شکل قطعه ماشینکاری شده (پروفیل آند)را تعیین میکنند باید دقیقا کنترل شوند.انتخاب الکترولیت بسیار مهم است.اغلب از کلرید سدیم(نمک معمولی)به عنوان ماده ای که ارزان و به راحتی موجود میباشد استفاده میشود.به منظورحفظ MRR مطلوب لازم است الکترولیت تحت فشار بالایی یه فاصله بین دوالکترود پمپاژگردد. بنابراین،شکلی که قراراست درآند ایجاد شود به عوامل زیادی بستگی دارد اما این عوامل را میتوان فقط به چگالی شدت جریان و شکل کاتد محدود کرد. ماشین ابزار ECM شامل چهار زیر سیستم اصلی میشود: 1- مولد قدرت 2- سیستم تغذیه و تمیز کردن الکترولیت 3- سیستم ابزار و تغذیه آن 4- قطعه کار و سیستم نگهداری آن نمای شماتیک ماشین ابزار ECM را در شکل زیر مشاهده میکنید: ۱- مولد قدرت: در حین فرآیند ECM یک جریان مستقیم بالا (ممکن است تا 40000A نیز باشد) و یک اختلاف پتانسیل الکتریکی پایین(در حدود 5-25V)در حد فاصل بین دو الکترود مطلوب است تا کنون بالاترین چگالی جریان بدست آمده در حدود 20000A/CM2 بوده است. بنابراین جریان متناوب سه فاز به کمک یک رکتیفایر و یک ترانس به یک جریان بالای مستقیم با ولتاژ پایین تبدیل میشود. رکتیفایرهای کنترل شده سیلیکونی (SCR)به خاطر عکس العمل سریع در برابرتغیرات به وجود آمده درحین فرآیند و کوچک بودن ، جهت انجام عمل یکسوکنندگی و همچنین تنظیم ولتاژ،مورد استفاده قرار میگیرند. ۲- سیستم تغذیه و تمیز کردن الکترولیت: سیستم تغذیه و تمیزکاری الکترولیت شامل یک پمپ،فیلترها، لوله ها، شیرهای کنترل ، سیم پیچهای گرم کننده یا سرد کننده ، فشارسنجها و مخزن ذخیره میباشد.دریچه های تغذیه الکترولیت ممکن است در ابزاریا قطعه کار یا فیکسچربا توجه به نوع حرکت مورد نیاز الکترولیت ساخته شوند.جهت بدست آوردن MRR زیادو دقت بالا معمولا فاصله بین دو الکترود باید کمتر از 1mm باشد.جریان آرام الکترولیت باید حفظ گردد و به این منطور باید از هر نوع انسداد این فاصله کم توسط ذراتی که الکترولیت با خود حمل میکند جلوگیری به عمل آید. بنابراین تمیزی الکترولیت ضروری میباشد معمولا الکترولیت به کمک فیلترهایی از جنس فولاد زنگ نزن ، مونل یا هر ماده مقاومدر برابر خوردگی تمیز میشود.جهت عملکرد مناسب ، این فیلترها باید به طور متناوب تمیز گردند. بمنظوربدست آوردن نتایج مطلوب میتوان فیلترها را در لوله تغذیه الکترولیت درست قبل از ظرفی که قطعه کاردرآن قرارگرفته است نصب نمود. ۳- ابزار و سیستم پیشروی آن: نظر به اینکه ابزار و فیکسچرها باید برای مدت زمانی طولانی در یک محیط خورنده بکار گرفته شوند استفاده از موادی که در برابر خوردگی مقاوم باشند در این محیط ضروری است. هدایت حرارتی و الکتریکی بالای ابزار نیز از ضروریات اصلی میباشد. ماشینکاری آسان ابزار نیز به همین اندازه مهم است به این دلیل که دقت ابعادی و پرداخت سطح ابزار بطور مستقیم بر دقت و پرداخت سطح قطعه تاثیر میگذارد. آلومینیم ، برنج ، برنز ، مس ، کربن ، فولادزنگ نزن و مونل از موادی هستند که برای این منظور استفاده میشوند . علاوه براین قسمتهایی از ابزار که عمل ECM در آنجا مورد نیاز نیست باید عایق کاری شوند. برای مثال ، عدم عایق کاری دیواره های جانبی ابزار قالبسازی باعث ماشینکاری ناخواسته قطعه ودرنتیجه از بین رفتن دقت قطعه ماشینکاری شده میشود. برای ساخت فیکسچرها استفاده از مواد غیر خورنده و مواد نارسانای الکتریکی توصیه مشود. همچنین فیکسچرها و ابزار باید به اندازه کافی صلب باشند تا وقتی تحت نیروهای بالای هیدرولیکی قرار میگیرند مرتعش یا خم نشوند. ۴- قطعه کاروسیستم نگهداری آن: با این فرآیند تنها قطعات کاری که از لحاظ الکتریکی رسانا باشند را میتوان ماشینکاری نمود.خواص شیمیایی جنس آند (قطعه) به مقدار زیادی بر نرخ برداشت ماده (MRR) تاثیر میگذارد. وسایل نگهدارنده قطعه کار از موادی که از لحاظ الکتریکی نارسانا باشند ساخته میشود و دارای خواص پایداری حرارتی خوب و جذب رطوبت پایین میباشند. برای مثال پلاستیک های تقویت شده با گرافیت ، پلاستیکها ، پرپلکس و... موادی هستند که برای ساخت وسایل نگهدارنده قطعه کار مورد استفاده قرار میگیرند. مزایا و محدودیتهای ماشین ابزار ECM : ECM مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد. این فرآیند میتواند اشکال بسیار پیچیده و منحنی شکل را دریک مرحله ماشینکاری ایجاد نماید. تنها از یک ابزار برای ماشینکاری تعداد زیادی قطعه میتوان استفاده نمود ، بدون اینکه این ابزار شکل و سایز خودش راازدست بدهد.از لحاظ تئوری عمر ابزار در ECM خیلی طولانی است. این فرآیند چند مزیت دارد از جمله اینکه توانایی ماشینکاری قطعه کار مسقل از خواص فیزیکی و مکانیکی آن است. سطوح ماشینکاری شده بدون تنش و پلیسه با پرداخت سطح خوب مقاومت بهتر در برابر خوردگی و دقت بهتررا میتوان با این فرآیند ایجاد نمود. این فرآیند دورریزکمتری ایجاد کرده ، کارکردی اتوماتیک دارد و کل زمان ماشینکاری و هزینه های مربوط به انبارداری را نیز کاهش می دهد. ECM محدودیتهای خاص خود را دارد و تنها میتواند برای موادی که رسانای الکتریسیته هستند به کاررود. علاوه براین دقت قطعات ماشینکاری شده به عواملی مانند طرح ابزار، مقدار کنترل اعمال شده بر فرآیند ، پیچیدگی اشکال تولیدی و .... بستگی دارد. ماشینکاری موادی که دارای نقاط سخت ، ذرات ناخالص ، ماسه و پوسته باشند مشکلات اجرایی را ایجاد میکند. ECM تحت بعضی شرایط قادر به تولید اقتصادی تلرانس های ابعادی مطلوب در قطعه کار نیست. این فرآیند نمیتواند گوشه ها و لبه های تیز ایجاد کند. به منظور غلبه براین مشکل محققان بطور مداوم درگیربهبود تکنولوژی سیستم و تجهیزات ECM هستند. کاربردهای ماشین ابزار ECM : سالهاست اصول ECM برای انجام عملیاتهای ماشینکاری متعددی بکار گرفته شده که چند نمونه از آنها عبارتند از: گرد تراشی (تراشکاری)،واشربری،خان کشی،سنگ زنی،مته کاری سوراخهای ریز،قالب سازی،سوراخ کاری،پلیسه زدایی و برش سنبه ای،این فرآیند بطوروسیعی درصنایع مرتبط باهواپیمایی،تکنولوژی هسته ای، سفینه های فضایی،خودروها، توربین ها وغیره استفاده میشود. مثال هایی از کاربرد هایECM عبارتند از: ماشینکاری پره های توربین از جنس آلیاژهای محکم ومقاوم در مقابل حرارت، کپی کاری سطوح داخلی و خارجی،برشکاری شیارهای منحنی الخط ، ماشینکاری قطعات پیجیده، تولید مقاطع منحنی دار طویل،ماشینکاری چرخ دنده ها،تولید صحیح وبدون عیب نازل تیغه دار برای مصرف در لوکوموتیوهای دیزلی،تولید رینگ های استلیتی و شاتون،ماشینکاری دیافراگم های نازک با قطر زیاد و.... . این فرآیند بیشتر مورد توجه کسانی قرار گرفته که با ماشینکاری مواد سخت وچقرمه مخصوصا برای قطعاتی با اشکال پیچیده سروکاردارند. با وجود این از تمامی توانایی های این فرآیند بدلیل مشکلات طبیعی که در طراحی ابزار وسازگاری با محیط وجود دارداستفاده نشده است. خواص مکانیکی قطعات ماشینکاری شده توسط ECM : آگاهی ازتاثیرات ECM بر خواص مکانیکی قطعاتی که توسط این فرآیند ماشینکاری شده اند اهمیت بسیاری دارد و به مقدار زیادی بر استفاده از آن در صنایع مختلف تاثیر گذار می باشد.به سختی می توان مدرکی دال بر تردی هیدروژنی قطعات ماشینکاری شده توسطECM یافت. دلیل اصلی این مطلب این است که در حالیکه برداشت فلز دراثر تجزیه آندی درآند صورت می گیرد، هیدروژن در کاتد ظاهر می شود. گزارش شده است که فرآیند مورد بحث تاثیری برشکل پذیری،استحکام تسلیم،استحکام نهایی و میکرو سختی قطعات ماشینکاری شده ندارد. لایه های سطحی صدمه دیده در حین ماشینکاری قراردادی یا توسط فرآیندهای دیگر را می توان با استفاده از این فرآیند برداشت و به این ترتیب خواص قطعه کار را بهبود بخشد. با وجود این، برداشت لایه ها به این طریق از سطح قطعه کار استحکام خستگی قطعات ماشینکاری شده را با روشهای قراردادی را کاهش می دهد. سطوحی که به روش قراردادی ماشینکاری شده اند دارای تنش های پس ماند فشاری هستند که باعث استحکام خستگی بالاتر آنها میشود. این حقیقت بطور تجربی مورد تائید قرارگرفته است. با این حال،استحکام خستگی مورد نیاز را میتوان بعدها دوباره با عملیات مناسب پرداخت مکانیکی دیگری ایجاد نمود. عملیاتهای مکانیکی بعدی در سطح قطعه تنش های فشاری ایجاد می کند. بطوریکه قطعه کار نهایی میتواند خواص خستگی را به گونه ای که قابل مقایسه و یا بهتر از خواص خستگی قطعاتی که به صورت مکانیکی پرداخت شده اند به نمایش بگذارد. پرداخت سطح ایجاد شده توسط ecm ممکن است عامل کاهش خواص خستگی نیز باشد. سطح تولیدی با ecm عموما خواص سایشی ، اصطکاکی و مقاومت در برابر خوردگی بهتری نسبت به سطوحی که توسط روشهای مکانیکی تولید شده اند دارند.
پاسخ : انواع روشهای ماشینکاری - در این فرایند هوای فشرده بعنوان گاز پلاسما بکار می رود . وقتی که هوا تحت دمای بالای قوس الکتریکی قرار می گیرد به گاز های تشکیل دهنده خود تجزیه می شود به علت اینکه اکسیژن در پلاسمای حاصل بسیار فعال است سرعت برش تا حدود 25% زیاد می شود . یک اشکال این روش این است که معمولا یک سطح به شدت اکسید شده , بویژه با فولاد زنگ نزن وآلومینیم بدست می آید همچنین هوا باید بدون ناخالصی وبا فشار مناسب حفظ شود برای این کار از کمپرسور استفاده می شود در این روش بجای تنگستن از الکترودهای هافینم مس استفاده می شود زیا تنگستن یا اکسیژن واکنش نشان می دهند عمر الکتودها بدون توجه به مواد بکار رفته کوتاه است برای افزایش عمر الکترود از جریان رو به پایین اکسیژن د سوراخ نازلی که نیتروژن به عنوان گاز برشی اصلی از میان آن عبور می کند استفاده شده است با استفاده از مخلوط گازی 80% نیتروژن و 20% اکسیژن سرعت برش فولاد نرم تا حدود25% زیاد می شود. فقط مواد رسانای الکتریکی مثل فولاد زنگ نزن , کرم نیکل , آلومینیم ومس را می توان با روش پلاسما هوا ماشینکاری کرد. ماشینکاری با پلاسما هوا برای برش صفحه ای از جنس فولاد به ضخامت6.25 mm نصف روش های گازدوگانه و تزریق آب هزینه دارد زیرا در این روش هوا بعنوان حامل پلاسما وگاز محافظ استفاده می شود . ماشین های صنعتی دارای تجهیزات راه اندازی قوس اتوماتیک هستند که سرعت برشی اولیه بالا و قابل اطمینانی را تضمین می کند . این سرعت برشی سه تا پنج برابر بیش از سرعت بذش با گاز مرسوم است . مکانیزم ماشینکاری پلاسما موس وشوارد (1970 ) از محدود کسانی هستند که براده برداری با روش پلاسما را به روش غیر عملی بررسی کردند آنها برای ساده کاری فرض کردند که قطعه کار بعنوان جاذب گرما عمل می کند و کل انرژی آزاد شده با جت پلاسمای برخوردی جذب می شود یعنی کل انرژی جت پلاسما برای برش بکار می رود . انتقال گرما از جت پلاسما به قطعه کار اساسا با جابه جایی انجام می شود وتابش ستون سهم کمی با این انتقال دارد. هنگامی که مثلا آرگون بکار می رود انتقال گرمای جابه جایی با ترکیب مجدد یون ها والکترون ها انجام می شود . روش اخیر بسیار موثر است واحتمالا دلیل این موضوع دمای پایین تر آن در موقع عمل و بنابراین نزدیک بودن به قطعه کار است. موس وشوارد همچنین درمورد راههای براده برداری در قوس پلاسما بحث کرده اند ابتدا باید دمای جزء تا دمای لازم برای ایجاد واکنش براده برداری بالا برود . سپس قطعه کار ذوب شده ومایع مذاب بوسیله پلاسما به صورت افشانه ظریف به بیرون دمیده می شود خطوط جریانی که روی سطح ماشینکاری شده ایجاد می شود نشانه مشخصه این روش براده برداری است همچنین ممکن است با واکنش شیمیایی بین پلاسما وقطعه کار یک مخلوط روان ایجاد شود . مکانیزم دیگر تبخیر است ماده تبخیر شده با جت پلاسما از منطقه ماشینکاری خارج می شود در این روش از گرافیت استفاده می شود. هنگامی که مواد آلی تحت PAM قرار می گیرند بر اثر گرما تجزیهشده ومحصولات فراری تولید می کنند که از محیط خارج شده وباقیمانده جامدی , اغلب کربن , باقی می گذارد که این نیز از سطح جدا می شود اگر باقیمانده سخت تر باشد باید با روشهای دیگری مثل تبخیر برداشته شود . کاربرد ماشینکاری با فرایند پلاسما 1.برش پروفیل از صفحه تخت برش پروفیل از فلزاتی مانند فولاد زنگ نزن , آلومینیم وآلیاژهای مس که ماشینکاری آنها با روشهای سوخت واکسی مشکل است , بویژه همراه با کنترل عددی کامپیوتر (CNC) یک کاربرد صنعتی گسترده ماشینکری با پلاسما است برای برش صفحاتی به ضخامت 6-25mm سرعت هایی تا چهار برابر سرعت روش گاز سوخت واکسی گزارش شده است یک دسگاه اقتصادی تا حدود 250kw توان مصرف می کند . 2. شیارها ابعاد شیار آشکار به توان قوس ,سرعت جابه جایی وزاویه وارتفاع مشعل پلاسما بستگی دارد . بوسیله PAM با توان دستگاه 50kw و سرعت براده برداری mm/min80 شیارهایی با عمق 1.5mm وپهنای12.5mm در فولادزنگ نزن تولید شده است این سرعت در حدود ده تا سی برابر بزرگتر از سرعت براده برداری وسنگ زنی بزرگتر است روش های جت پلاسما را می توان برای ایجاد شیارهای مشابه در مواد غیر رسانا بکار برد اگرچه در این حالت سرعت براده برداری درحدود 30mm/min کاهش می یابد. ماشینکاری با پلاسما را می توان برای تولید شیارها برای تولید آتی بکار برد .هنگامی که جوش لب به لب با کیفیت بالا در نظر باشدمی توان یک سمت اتصال را جوش دادوسپس در سمت مقابل اتصال ایجاد کرد(مثلا با براده برداری یا سنگ زنی) تا فلز جوش سالم بدست آید. 3.روتراشی بعلت اینکه در ماشینکاری پلاسما قطعه کار و ابزار بهم برخورد نمی کنند این روش در روتراشی بویژه در مواردی که ماشینکاری آنها با روشهای مرسوم مشکل است مورد توجه می باشد. مشعل پلاسما مشابه یک ابزار معمولی در ماشین استاندارد بسته می شود. مشعل باید مماس بر قطعه کار وبا زاویه 30 درجه نصب شود.سرعت سطح اغلب حدود 2m/min باسرعت پیشروی در حدود 5mm/min است.در روتراشی فولادآلیاژیسرعت براده برداری با توان مصرفی زیاد می شود. 4.ماشینکاری با پلاسما در زیرآب اخیرا گزارش شده (گراهام ,1980) که با فروبردن نازل پلاسما وقطعه کار به عمق 10mm آب صدا ,نورخیرهکننده ودود کم می شود همچنین می توان گاز نیتروژن براحتی بعنوان گاز پلاسما بکار برد ویک دستگاه تخلیه گران قیمت حذف می شود بعلت اینکه نیتروژن سطح ایجادشده را اکسید اکسید نکرده وبنابراین محصولات ماشینکاری در آب محلول هستند در ماشینکاری با پلاسما صفحات فولاد نرم این گاز به آرگون ویا ترکیبات آرگون / هیدروژن ترجیح داده می شود افزایش جزیی قدرت اسیدی با جایگزین کردن آب تازه به مقدار مناسب کم می شود . البته ماشینکاری پلاسما در زیر آب با سرعت برش کم بدست آمده وبا مشکلات عملیاتی با الکترودهای سوزنی بکار رفته کاهش می یابد در هرحال دقت 0.2mm در 9mm برای ماشینکاری با پلاسما درزیر آب با کنترل عددی مطرح شده است کاربرد این روش در زیر آب مدتی مورد بررسی قرار گرفته ولی هنوز اطلاعات کمی در این مورد وجود دارد مشکل اصلی پیشرفت ماشینکاری پلاسما مقدار توان الکتریکی زیاد برای این فرایند است برای برش ورق 12mm فولاد نرم با سرعت 2.5m/min توان220kw لازم است از طرف دیگر این فرایند با روش کنترل عددی کامپیوتر تطبیق پیدا می کند اخیرا یک دستگاه ماشینکاری با پلاسما با کنترل عددی مستقیم (DNC ) برای استفاده در پل سازی معرفی شده است.
پاسخ : انواع روشهای ماشینکاری - افزايش گسترده نياز به فلزات سخت ، با استحكام زياد و مقاوم در مقابل گرما در مهندسي به نيازهاي خاصي در زمينه تكنولوژي و تكنيكهاي ماشين كاري انجاميد. بنابراين بسياري از روشها در فرايندهاي ماشين كاري پيشرفت كرد . ماشين كاري با صوت ،ماشين كاري اشعه الكتروني، ماشين كاري پلاسما وماشين كاري ليزري مثالهايي از اين فرايندهاي ماشين كاري هستند. يكي ديگر از اين فرايندهاي مدرن لايه برداري شيميائي است كه براي مخلوطي از تجمعي از فلزات نرم و آلياژهاي آلومينيوم بوده و براي صنعت هواپيمايي بكار گرفته ميشود. ماشينهاي تخليه الکتريکي (EDM) بصورت فرايندهاي پرداخت فلزات رسانا ، توسط جرقه هاي الکتريکي مشخص مي شوند. در ابتدا براي از بين بردن براده هاي مته کاري، و همچنين سوراخ کردن ابزارهاي ظريف و گرانبها بکار گرفته شد. امروزه EDM براي ساخت حفره ها و قالبهاي هندسي و غير هندسي بسيار پيچيده بکار مي رود. مفهوم ماشين كاري الكتريكي ممكن است به يك گروهي از فرايندها كه جريان الكتريكي را براي برداشتن فلزات بكار ميگيرند اطلاق شود. در فرايند ماشين كاري الكتريكي بر خلاف ماشين كاري مكانيكي فلز ابزار مي تواند از فلز قطعه كار نرمتر باشد و براده برداري نيز هيچ ارتباطي به سختي مكانيكي قطعه كار ندارد. هر چند که فلزات سخت کمي سخت تر از فلزات نرم براده برداري مي شوند. فرايندهاي ماشين كاري الكتريكي به دو دسته تقسيم مي شوند. اولين آنها ماشينهاي تخليه الكتريكي هستند. در اينجا اثر خوردگي از يك توالي سريع از پالسهاي الكتريكي در از بين بردن فلز از روي قطعه كار بكار گرفته ميشود. فرايند دوم ، فرايندهاي الكتروشيميايي و فرسايش با الكتروليت هستند. فرايند ماشين كاري تخليه الكتريكي يا بعبارت ديگر ماشين كاري اسپارک بر روي اثر خوردگي جرقه الكتريكي بر روي هر دو الكترود پايه گذاري شده است. ياد داشتن اين نكته كه اگر هر دوي قطعه كار و الكترود هم از يك جنس باشند، بيشترين سائيدگي در قطعه أي بوجود مي آيد كه روي الكترود منفی بسته شده باشد ، الزامي است. بنابراين براي بدست آوردن خوردگي ماكزيمم از قطعه كار ، در حاليكه الكترودمان سايش بسيار كمي داشته باشد، بايد قطعه كار را به پايه منفی و الكترود يا ابزار را به پايه مثبت وصل كنيم. فرايند براده برداري توسط جرقه قطعه كار در حمامي از دي الكتريك غرق ميشود. و اين دي الكتريك پنج سانتيمتر بالاتر از سطح قطعه كار را مي پوشاند ، اينكار از آتش گرفتن دي الكتريك در اثر جرقه ها جلوگيري ميكند. الكترود و قطعه كار به دو سر يک منبع ولتاژ DC با ولتاژي بالاتر از 50 ، 60 ولت وصل شده اند. دي الكتريك در چرخه اي توسط پمپ مي چرخد . فاصله هوايي براي جرقه زني در حدود 25 تا 100 ميكرومتر توسط سروموتور ثابت نگه داشته ميشود. زمانيكه منبع تغذيه روشن شد ، پس از انتخاب مقادير جريانها ، ولتاژها ،فاصله مجاز gap[1] ،زمانهاي [2]ontime ، off time[3] ، زمانهاي شستشو و … با استفاده از وروديهاي مختلف (مكانيكي با سلکتورها يا بصورت عددي و با استفاده از يك سيستم ميكروپروسسوري )، ولتاژ به دو سر الكترود اعمال ميشود ، با اعمال ولتاژ در فاصله معيني از gap جرقه توليد ميشود ،سيال يونيزه شده و تخليه الكتريكي صورت ميگيرد ، بعلت حركت سيال زير محل فعال ، سيال غير يونيزه اي خواهيم داشت بنابراين باز سيال جداساز خوبي خواهد بود و سيكل ادامه مي يابد … سيال انتخاب شده بايد تا زمان وقوع شكست الكتريكي بعدي ، نارسانا باقي بماند . زمانيكه به ولتاژ دلخواه رسيديم سيال بايد سريع بشكند (شكست الكتريكي ) و پس از عمل تخليه در زمان خاموشي پالس ( off time ) باز سريع غير يونيزه شده به حالت اول برگردد. در اين روش توالي تندي از جرقه ها بدست مي آيد ( بين 500 تا 50000 جرقه در ثانيه) ، هر جرقه أي ، دماي محلّي نقطه جرقه ديده را به حرارت بسيار بالائي در حدود7000 تا C ْ 12000 مي رساند اين جرقه حرارت بالا باعث ذوب اين نقطه از مكان جرقه ديده شده و ناحيه مذاب بسيار كوچكي را روي سطح قطعه كار بوجود مي آورد، در زمان Offtime دی الکتريک سرد به روی اين نقطه با حرارت بسار بالا می رسد و اختلاف دمای چند هزار درجه ای موجب انفجار نقطه ذوب شده می شود ، بديهي است که اغلب جرقه بين نقاطي از قطعه كار و الكترود كه به هم نزديک هستند اتفاق مي افتد و نقطه هاي داغي از قطعه كار خورده شده و از سطح قطعه كار كنده ميشوند اين خوردگيها توسط دي الكتريك از محل دور ميشوند . همچنين كه قطعه کار خورده ميشود الكترود توسط موتور سِروُيِ كنترل شده اي نزديك ميشود.كنترل موتور سِروُ براي فاصله هوائي مناسب وقابل تنظيم توسط نمونه برداري ازولتاژ بين قطعه كار و الكترود انجام خواهد گرفت. فرايند تخليه پالسي : الکترود به قطعه کار بسيار نزديک می شود و فرايند کامل يک تخليه الکتريکي به ترتيب زير به وقوع می پيوندد. Offtime پديده تخليه الکتريکی از زمان اعمال پالس تا شروع جرقه 1. ولتاژ بين الکترود و قطعه کار يک ميدان الکتريکی در فاصله هوائی يا GAP بوجود می آورد. 2. در نتيجه اين ميدان ،ذرات هادی در وسط ناحيه ميدان که ميدان الکتريکی بسيار قوی است، متمرکز می شوند. و پلی را در وسط ميدان تشکيل ميدهند. ( بدليل نبود ذرات هادی معلق در آب مقطر خالص در ابتدای بکارگيری ماشين وايرکات براده برداری به کندی صورت ميگيرد چون کانال دير يونيزه ميشود.) 3. در اين زمان الکترونها از قطب منفی به داخل کانال ايجاد شده حرکت می کنند، و با اِين ذرات برخورد می کنند. بنابراين يونهای مثبت و منفی از اين ذرات معلق بوجود می آيند. اين فرايند بصورت انفجاری کل ناحيه GAP را در بر می گيرد. پديده تخليه الکتريکی از شروع جرقه تا انتهای پالس 1. يونهای مثبت به سمت قطب منفی حرکت ميکنند ، و يونهای منفی بسمت قطب مثبت. و جريان يونها بوجود می آيد. 2. اين جريان الکتريکي به شدت افزايش يافته و در برخورد در آن نقطه گرماي شديدي بوجود مي آورد و در صورتيکه گرما موثر باشد، همان نقطه از قطعه کار ذوب مي شود. اين گرما مايع دي الکتريک را بخار کرده و فشاري را بين الکترود و قطعه کار بوجود مي آورد اين فشار بسيار کوچکتر از آني است که بتواند در قطعه کار يا ابزار حرکت ايجاد کند اما اين فشار در واحد سطح مقدار بسيار بزرگي است. 3. پس از ذوب شدن آن نقطه، با ادامه اعمال ولتاژ و جريان، کانال يونيزه گشادتر مي شود و سطح نقطه ذوب بيشتر مي شود اما اين ولتاژ و جريان را تا آخر نمي توان ادامه داد چرا که با ادامه جريان، آن نقطه هر چه بيشتر داغتر مي شود و به کربنها فرصت کافي براي سوختن مي رسد و اين کربنها در اثر فشار حاصل و بدليل مرطوب بودن کانال يونيزه به هم مي چسبند و حال الکترونها به جاي حرکت از طريق کانال يونيزه از طريق اين توده کربن منتقل مي شوند و علاوه بر اينکه بر ذوب بيشتر کمک نمي کند بلکه عارضه بسيار بدي بنام ARC يا جوشکاري را پديد مي آورد. پديده تخليه الکتريکی از در زمانofftime 1. حال پالس خاموش مي شود.( off time) مايع سرد به سطح مذاب حرارت بالا مي رسد و مذاب بسيار سرد مي شود. اين سرد شدن شديد باعث انجماد نشده و مذاب را متلاشي مي کند که بصورت آتشفشاني فوران مي کند و از محل دور مي شود. اما همه مذاب متلاشي نمي شود و قسمتي از آن در اثر فشار گازهاي حاصل جابجا شده و لبه مي گيرد. اين لبه هاي بوجود آمده، نقاط موثر تخليه بعدي خواهند بود. در زمان خاموشي پالس، GAP دوباره ايزوله مي شود و براي پالس بعدي آماده مي شود. دی الکتريک در ابتدای کشف اسپارک در روسيه از هوا بعنوان دی الکتريک استفاده شد. بزودی کشف شد که مشتقات نفت مزايای زيادی نسبت به هوا دارند. استحکام آنها زياد است. و با استفاده از مشتقات نفت از گپ کوچکتری ميتوان استفاده کرد و کيفيت اسپارک کاری با آن بسيار مطلوب است. در اين نوع مواد فرکانس کار اسپارک ميتواند بيشتر گردد و ذرات برداشته شده براحتی توسط آن جابجا ميشوند. وظايف دی الکتريک · جداسازی يکی از مهمترين فوائد دی الکتريک عايق سازی بين الکترود و قطعه کار است. دی الکتريک باعث باريک شدن پهنای کانال جرقه نيز ميشود که اين به نوبه خود باعث بالا رفتن کيفيت سطح اسپارک ميشود. · يونيزاسيون سيال انتخاب شده بايد تازمان وقوع شکست الکتريکي غير رسانا باقي بماند. زمانيکه ولتاژ فاصله هوائي به ولتاژ يونيزاسيون رسيد ، سيال بايد سريع بشکند ( شکست الکتريکي ) و پس از عمل تخليه باز سريع غير يونيزه گردد. گرماي نهان تبخير سيال بايد بزرگ باشد تا تنها يک قسمت کوچکي از دي الکتريک تبخير شود و کانال اسپارک سطح کوچکي را به خود اختصاص مي دهد. در نتيجه آن چگالی انرژی بالا ميرود و دانه بندي اسپارک ريزتر گردد. · خنک سازی دمای جرقه اسپارک در سطح الکترود و قطعه کار مقداری بين 8,000-12,000° C دارد اين گرمای بالا قطعه کار را سريع ذوب ميکند که دی الکتريک بايد هر دو سطح را خنک سازد. اگر الکترود خنک نگه داشته شود خوردگی آن نِيز کاهش مِی يابد. · جابجائی ذرات براده برداری شده شرايط لازم دی الکتريک بطور تئوريک همه مايعاتی که عايق باشند ميتوانند بعنوان دی الکتريک مورد استفاده قرار گيرند. يک دی الکتريک بايد شرايط زير را داشته باشد. · فرسايش: فرسايش زياد قطعه کار داشته باشد در حاليکه فرسايش الکترود توسط يونهای آن کم باشد. ( يونهای مثبت آن بسيار سنگين تر از يونهای منفی آن باشد) · تاثير بر سلامتی: تحريک پوستی نداشته باشد، سمی نباشد، دود توليد نکند و بوی بد نداشته باشد. هيدروکربنهای گروه پارافين بر پوست تاثير دارند و نبايد بکار برده شوند. بر روی وان اسپارک يک سيستم تهويه بايد نصب شود مگر در مواردی که اسپارک فقط برای پرداخت بکار ميرود. · نقطه اشتعال: دی الکتريک نبايد زود بخار شده و مشتعل شود. مايعات با درجه اشتعال پائين تر، گازهاي زيادي را توليد مي کنند که اين گازها سرعت ماشين کاري را پائين آورده و احتمال آتش گرفتگي را بالا مي برد. · چگالی: مواد با چگالی بالا نرخ براده برداری بالائی دارند. چگالی مواد معمولا در دمای 15 درجه سانتيگراد محاسبه می شوند. دی الکتريکهای مورد استفاده امروزی چگالی بين 0.750-0.820 دارند. · چسبندگی يا ويسکوزيته: ويسکوزيته، فاکتور بسيار مهمي است. روغن با ويسکوزيته بسيار بالا براي ماشين کاري خوب است. و براي اين نوع روغن چرخش مابين فاصله هوائي کوچک به سختي صورت مي گيرد. برعکس ، اين روغن سنگين براي سطوح خشن مناسب است . · هدايت الکتريکی: هيدروکربنهائی که برای مصارف صنعتی بکار گرفته ميشوند هدايتی در حدود 2x 10-14 ohmxcm-1 دارند. · ضريب دی الکتريک:برای محاسبه ضريب دی الکتريک ظرفيت يک خازن در دو حالت پر از دی الکتريک و خالی از دی الکتريک در يک حالت فرکانس بالا اندازه گيری می شود. ضريب دی الکتريک از تقسيم دو مقدار بدست آمده بدست می آيد. دی الکتريکی برای اسپارک مناسب است که ضريب دی الکتريکی بين دو تا دونيم داشته باشد. · ولتاژ از هم گسيختگی: مقدار ولتاژی که ميتواند يک لايه 5/2 (دو نيم) ميليمتری از دی الکتريک را بين دو الکترود کروی از هم بپاشد (عايق را به هادی تبديل کند) ولتاژ از هم گسيختگی يا طاقت جرقه گويند. دی الکتريک مناسب برای اسپارک بايد طاقت جرقه ای بين 50-60 kv داشته باشد. · تعليق ذرات:ذراتي که از قطعه کار يا الکترود برداشته ميشوند بخصوص کربن در آن ناحيه ايجاد ناخالصی ميکند. دی الکتريک بايد اين قطعات را از روی ناحيه کار دور کند. بهتر است مقدار کمی از اين ناخالصی ها برای براده برداری بهتر روی ناحيه کار باقی بمانند اما غلظت ناخالصی ها نبايد بالا باشد. افزايش غلظت ناخالصی ها موجب بروز arc ميشود. بعبارت ديگر ذرات ميِکرونی موجب سرعت براده برداری ميشوند و اضافه کردن مقداری ناخالصی به دی الکتريک خالص سرعت براده برداری آنرا بالا ميبرد. · رنگ و واشرهای ماشين را حل نکند. · عمر بالا , در دسترس بودن و در نهايت قيمت ديگر پارامترهای مهم اسپارک هستند. در انتخاب روغن مناسب بعنوان دي الکتريک نکات زير بايد مورد توجه قرار گيرند: 1. براي ماشينکاري کاربيدتنگستن استفاده از نفت سفيد مناسبتر است. 2. براي ماشين کاري قطعات ريز با سطوح صاف ( مثل صنعت ساعت سازي ) نيز از نفت سفيد استفاده شود. 3. براي ماشين کاري قطعات با اندازه هاي متوسط ( که h35 يا آنهائي که صافي سطح خوبي را لازم دارند ) از روغن با ويسکوزيته بين 6-12cts استفاده شود. 4. براي ماشينکاري قطعات بزرگ ( با سطوح خشن يا ch36 ) از روغن با ويسکوزيته بين 12 تا 20cts استفاده گردد. روغن مخصوص EDM اين نوع از روغن ويسکوزيته پائين بوده و رنگ روشن دارد و همچنين براحتي فيلتر شده و براحتي جابجا مي شود. نقطه اشتغال بالائي نيز دارد از جمله خواص ديگر اين ماده ضد اکسيد اسيون بودن آنست که رسوب را کاهش مي دهد.کميابي و گران قيمت بودن و غير استاندارد بودن انواعي از آن از جمله مشکلات اين روغن يا دي الکتريک مخصوص است.
پاسخ : انواع روشهای ماشینکاری - الکترولیز به طور موفقیت آمیزی درفرآیندهای آبکاری برقی،شکل دهی برقی و پرداختکاری برقی بکار گرفته شده است.فرآیند برداشت ماده توسط تجزیه یا حل شدن شیمیایی از سال 1780 میلادی کشف شده است ، اما در طی چند دهه گذشته این روش بهتر مورد استفاده قرار گرفته است.این فرآیند همچنین به عنوان فرآیند شکل دهی الکتروشیمیایی غیر تماسی نیز شناخته میشود.مشخصه قابل توجه الکترولیز این است که انرژی الکتریکی برای تولید واکنش شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد.بنابراین ، فرآیند ماشینکاری راکه بر اساس این اصل استوار است به عنوان ماشینکاری شیمیایی میشناسند.این فرآیند بر اساس قوانین تجزیه الکتریکی فاراده عمل میکند.در ECM اختلاف پتانسیل الکتریکی DC کمی(25-5)ولت به دو الکترود یا به عبارت دیگر به کاتد و آندی (آند قطعه کار است و کاتد ابزار)که در الکترولیت قراردارند اعمال میشود انتقال الکترونها بین یونها و الکترودها مدار الکتریکی را کامل میسازد.فلز به صورت اتم های منفرد از سطح آند جدا میشود و در الکترولیت به صورت یونهای مثبت ظاهر میشود.در ماشینکاری الکتروشیمیایی فلزجدا شده به صورت هیدروکسیدهای فلزی جامدرسوب کرده ظاهر میشود. الکترولیتهای مورد استفاده در ECM حاوی اسیدها یا در حالت کلی تر، نمکهای قلیایی محلول در آب میباشند.وقتی که الکترولیت با سرعت زیاددرحد فاصل بین دو الکترود حرکت میکندچندین کاررا انجام میدهد.این الکترولیت محصولات واکنش الکتروشیمیایی رارقیق میکند و آنها را از این فاصله خارج میسازد، حرارت رابا سرعت بیشتر وبه مقدار زیادتری منتقل میکند و تمرکز یونها را بر روی سطح الکترود محدود میکند تا نرخ های ماشینکاری بیشتری حاصل شود.دبی حجمی الکترولیت بر اساس سرعت جریان الکترولیت ، فاصله بین دو الکترود و سایز قطعه ای که ماشینکاری میشود تعیین میگردد. خواص الکترولیت (ترکیب،غلظت،مقدارPH،دما و غلظت عناصرخارجی) همراه با شکل ابزار به دلیل اینکه متغیرهای مهمی هستند که شکل قطعه ماشینکاری شده (پروفیل آند)را تعیین میکنند باید دقیقا کنترل شوند.انتخاب الکترولیت بسیار مهم است.اغلب از کلرید سدیم(نمک معمولی)به عنوان ماده ای که ارزان و به راحتی موجود میباشد استفاده میشود.به منظورحفظ MRR مطلوب لازم است الکترولیت تحت فشار بالایی یه فاصله بین دوالکترود پمپاژگردد. بنابراین،شکلی که قراراست درآند ایجاد شود به عوامل زیادی بستگی دارد اما این عوامل را میتوان فقط به چگالی شدت جریان و شکل کاتد محدود کرد. ماشین ابزار ECM شامل چهار زیر سیستم اصلی میشود: 1- مولد قدرت 2- سیستم تغذیه و تمیز کردن الکترولیت 3- سیستم ابزار و تغذیه آن 4- قطعه کار و سیستم نگهداری آن نمای شماتیک ماشین ابزار ECM را در شکل زیر مشاهده میکنید: ۱- مولد قدرت: در حین فرآیند ECM یک جریان مستقیم بالا (ممکن است تا 40000A نیز باشد) و یک اختلاف پتانسیل الکتریکی پایین(در حدود 5-25V)در حد فاصل بین دو الکترود مطلوب است تا کنون بالاترین چگالی جریان بدست آمده در حدود 20000A/CM2 بوده است. بنابراین جریان متناوب سه فاز به کمک یک رکتیفایر و یک ترانس به یک جریان بالای مستقیم با ولتاژ پایین تبدیل میشود. رکتیفایرهای کنترل شده سیلیکونی (SCR)به خاطر عکس العمل سریع در برابرتغیرات به وجود آمده درحین فرآیند و کوچک بودن ، جهت انجام عمل یکسوکنندگی و همچنین تنظیم ولتاژ،مورد استفاده قرار میگیرند. ۲- سیستم تغذیه و تمیز کردن الکترولیت: سیستم تغذیه و تمیزکاری الکترولیت شامل یک پمپ،فیلترها، لوله ها، شیرهای کنترل ، سیم پیچهای گرم کننده یا سرد کننده ، فشارسنجها و مخزن ذخیره میباشد.دریچه های تغذیه الکترولیت ممکن است در ابزاریا قطعه کار یا فیکسچربا توجه به نوع حرکت مورد نیاز الکترولیت ساخته شوند.جهت بدست آوردن MRR زیادو دقت بالا معمولا فاصله بین دو الکترود باید کمتر از 1mm باشد.جریان آرام الکترولیت باید حفظ گردد و به این منطور باید از هر نوع انسداد این فاصله کم توسط ذراتی که الکترولیت با خود حمل میکند جلوگیری به عمل آید. بنابراین تمیزی الکترولیت ضروری میباشد معمولا الکترولیت به کمک فیلترهایی از جنس فولاد زنگ نزن ، مونل یا هر ماده مقاومدر برابر خوردگی تمیز میشود.جهت عملکرد مناسب ، این فیلترها باید به طور متناوب تمیز گردند. بمنظوربدست آوردن نتایج مطلوب میتوان فیلترها را در لوله تغذیه الکترولیت درست قبل از ظرفی که قطعه کاردرآن قرارگرفته است نصب نمود. ۳- ابزار و سیستم پیشروی آن: نظر به اینکه ابزار و فیکسچرها باید برای مدت زمانی طولانی در یک محیط خورنده بکار گرفته شوند استفاده از موادی که در برابر خوردگی مقاوم باشند در این محیط ضروری است. هدایت حرارتی و الکتریکی بالای ابزار نیز از ضروریات اصلی میباشد. ماشینکاری آسان ابزار نیز به همین اندازه مهم است به این دلیل که دقت ابعادی و پرداخت سطح ابزار بطور مستقیم بر دقت و پرداخت سطح قطعه تاثیر میگذارد. آلومینیم ، برنج ، برنز ، مس ، کربن ، فولادزنگ نزن و مونل از موادی هستند که برای این منظور استفاده میشوند . علاوه براین قسمتهایی از ابزار که عمل ECM در آنجا مورد نیاز نیست باید عایق کاری شوند. برای مثال ، عدم عایق کاری دیواره های جانبی ابزار قالبسازی باعث ماشینکاری ناخواسته قطعه ودرنتیجه از بین رفتن دقت قطعه ماشینکاری شده میشود. برای ساخت فیکسچرها استفاده از مواد غیر خورنده و مواد نارسانای الکتریکی توصیه مشود. همچنین فیکسچرها و ابزار باید به اندازه کافی صلب باشند تا وقتی تحت نیروهای بالای هیدرولیکی قرار میگیرند مرتعش یا خم نشوند. ۴- قطعه کاروسیستم نگهداری آن: با این فرآیند تنها قطعات کاری که از لحاظ الکتریکی رسانا باشند را میتوان ماشینکاری نمود.خواص شیمیایی جنس آند (قطعه) به مقدار زیادی بر نرخ برداشت ماده (MRR) تاثیر میگذارد. وسایل نگهدارنده قطعه کار از موادی که از لحاظ الکتریکی نارسانا باشند ساخته میشود و دارای خواص پایداری حرارتی خوب و جذب رطوبت پایین میباشند. برای مثال پلاستیک های تقویت شده با گرافیت ، پلاستیکها ، پرپلکس و... موادی هستند که برای ساخت وسایل نگهدارنده قطعه کار مورد استفاده قرار میگیرند. مزایا و محدودیتهای ماشین ابزار ECM : ECM مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد. این فرآیند میتواند اشکال بسیار پیچیده و منحنی شکل را دریک مرحله ماشینکاری ایجاد نماید. تنها از یک ابزار برای ماشینکاری تعداد زیادی قطعه میتوان استفاده نمود ، بدون اینکه این ابزار شکل و سایز خودش راازدست بدهد.از لحاظ تئوری عمر ابزار در ECM خیلی طولانی است. این فرآیند چند مزیت دارد از جمله اینکه توانایی ماشینکاری قطعه کار مسقل از خواص فیزیکی و مکانیکی آن است. سطوح ماشینکاری شده بدون تنش و پلیسه با پرداخت سطح خوب مقاومت بهتر در برابر خوردگی و دقت بهتررا میتوان با این فرآیند ایجاد نمود. این فرآیند دورریزکمتری ایجاد کرده ، کارکردی اتوماتیک دارد و کل زمان ماشینکاری و هزینه های مربوط به انبارداری را نیز کاهش می دهد. ECM محدودیتهای خاص خود را دارد و تنها میتواند برای موادی که رسانای الکتریسیته هستند به کاررود. علاوه براین دقت قطعات ماشینکاری شده به عواملی مانند طرح ابزار، مقدار کنترل اعمال شده بر فرآیند ، پیچیدگی اشکال تولیدی و .... بستگی دارد. ماشینکاری موادی که دارای نقاط سخت ، ذرات ناخالص ، ماسه و پوسته باشند مشکلات اجرایی را ایجاد میکند. ECM تحت بعضی شرایط قادر به تولید اقتصادی تلرانس های ابعادی مطلوب در قطعه کار نیست. این فرآیند نمیتواند گوشه ها و لبه های تیز ایجاد کند. به منظور غلبه براین مشکل محققان بطور مداوم درگیربهبود تکنولوژی سیستم و تجهیزات ECM هستند. کاربردهای ماشین ابزار ECM : سالهاست اصول ECM برای انجام عملیاتهای ماشینکاری متعددی بکار گرفته شده که چند نمونه از آنها عبارتند از: گرد تراشی (تراشکاری)،واشربری،خان کشی،سنگ زنی،مته کاری سوراخهای ریز،قالب سازی،سوراخ کاری،پلیسه زدایی و برش سنبه ای،این فرآیند بطوروسیعی درصنایع مرتبط باهواپیمایی،تکنولوژی هسته ای، سفینه های فضایی،خودروها، توربین ها وغیره استفاده میشود. مثال هایی از کاربرد هایECM عبارتند از: ماشینکاری پره های توربین از جنس آلیاژهای محکم ومقاوم در مقابل حرارت، کپی کاری سطوح داخلی و خارجی،برشکاری شیارهای منحنی الخط ، ماشینکاری قطعات پیجیده، تولید مقاطع منحنی دار طویل،ماشینکاری چرخ دنده ها،تولید صحیح وبدون عیب نازل تیغه دار برای مصرف در لوکوموتیوهای دیزلی،تولید رینگ های استلیتی و شاتون،ماشینکاری دیافراگم های نازک با قطر زیاد و.... . این فرآیند بیشتر مورد توجه کسانی قرار گرفته که با ماشینکاری مواد سخت وچقرمه مخصوصا برای قطعاتی با اشکال پیچیده سروکاردارند. با وجود این از تمامی توانایی های این فرآیند بدلیل مشکلات طبیعی که در طراحی ابزار وسازگاری با محیط وجود دارداستفاده نشده است. خواص مکانیکی قطعات ماشینکاری شده توسط ECM : آگاهی ازتاثیرات ECM بر خواص مکانیکی قطعاتی که توسط این فرآیند ماشینکاری شده اند اهمیت بسیاری دارد و به مقدار زیادی بر استفاده از آن در صنایع مختلف تاثیر گذار می باشد.به سختی می توان مدرکی دال بر تردی هیدروژنی قطعات ماشینکاری شده توسطECM یافت. دلیل اصلی این مطلب این است که در حالیکه برداشت فلز دراثر تجزیه آندی درآند صورت می گیرد، هیدروژن در کاتد ظاهر می شود. گزارش شده است که فرآیند مورد بحث تاثیری برشکل پذیری،استحکام تسلیم،استحکام نهایی و میکرو سختی قطعات ماشینکاری شده ندارد. لایه های سطحی صدمه دیده در حین ماشینکاری قراردادی یا توسط فرآیندهای دیگر را می توان با استفاده از این فرآیند برداشت و به این ترتیب خواص قطعه کار را بهبود بخشد. با وجود این، برداشت لایه ها به این طریق از سطح قطعه کار استحکام خستگی قطعات ماشینکاری شده را با روشهای قراردادی را کاهش می دهد. سطوحی که به روش قراردادی ماشینکاری شده اند دارای تنش های پس ماند فشاری هستند که باعث استحکام خستگی بالاتر آنها میشود. این حقیقت بطور تجربی مورد تائید قرارگرفته است. با این حال،استحکام خستگی مورد نیاز را میتوان بعدها دوباره با عملیات مناسب پرداخت مکانیکی دیگری ایجاد نمود. عملیاتهای مکانیکی بعدی در سطح قطعه تنش های فشاری ایجاد می کند. بطوریکه قطعه کار نهایی میتواند خواص خستگی را به گونه ای که قابل مقایسه و یا بهتر از خواص خستگی قطعاتی که به صورت مکانیکی پرداخت شده اند به نمایش بگذارد. پرداخت سطح ایجاد شده توسط ecm ممکن است عامل کاهش خواص خستگی نیز باشد. سطح تولیدی با ecm عموما خواص سایشی ، اصطکاکی و مقاومت در برابر خوردگی بهتری نسبت به سطوحی که توسط روشهای مکانیکی تولید شده اند دارند.
