Elektrodrążenie to metoda obróbki materiałów opierająca się na zjawisku erozji elektrycznej. To niezwykle precyzyjna technika pozwalająca na obróbkę wyjątkowo twardych materiałów i nadawanie elementom skomplikowanych kształtów. Na czym dokładnie polega elektrodrążenie, jakie są jego zalety i gdzie się z niego korzysta?
Elektrodrążenie — co to znaczy i na czym polega?
Elektrodrążenie jest ubytkową metodą obróbki materiałów wykorzystującą zjawisko erozji elektrycznej wywoływanej wyładowaniami elektrycznymi. Napięcie pojawiające się między odpowiednią elektrodą i materiałem obrabianym zanurzonym w dielektryku wytwarza niejednorodne, zmienne pole elektryczne. Mówiąc w pewnym uproszczeniu, prowadzi to do punktowego wzrostu temperatury (sięgającej od 6 do 50 tysięcy stopni Celsjusza). To z kolei powoduje lokalne stopienie i parowanie materiału obrabianego. Warto zaznaczyć, że wielkość i kształt powstających ubytków zależy od geometrii zastosowanej elektrody. Ponieważ erozję można wywoływać punktowo, metoda ta jest niezwykle precyzyjna i pozwala na bardzo dokładne cięcie czy drążenie.
Elektrodrążenie nie jest zależne od siły skrawającej stosowanej w tradycyjnej obróbce materiałów np. metodami toczenia, frezowania czy szlifowania. Doskonale sprawdza się więc przy obróbce nawet wyjątkowo twardych materiałów. Z elektrodrążenia korzysta się zatem tam, gdzie obróbka skrawaniem jest niewystarczająca lub nieuzasadniona ekonomicznie.
Brak sił skrawania oddziałujących na obrabiany element ma też znaczenie praktyczne. W przypadku niektórych wyjątkowo precyzyjnych elementów takie siły mogą naruszać strukturę materiału. Elektrodrążenie pozwala tego uniknąć.
Skąd się wzięło elektrodrążenie?
Elektrodrążenie jest metodą nowoczesną, ale jego korzenie sięgają roku 1770. Właśnie wtedy angielski fizyk Joseph Priestley zauważył, że metal poddawany wyładowaniom elektrycznym ulega erozji. Odkrycie to na swoje komercyjne zastosowanie czekało jednak aż do 1960 roku, kiedy na rynek trafiła pierwsza maszyna do elektrodrążenia drutowego.
Maszyna ta była wynikiem pracy rosyjskich naukowców — Borisa i Nataliji Lazarenko, którzy w 1943 roku wynaleźli praktyczne zastosowanie dla zjawiska erozji elektrycznej w obróbce metali. Choć za twórców elektrodrążenia uznaje się Rosjan, sprawiedliwość trzeba oddać również Amerykanom. Jest bowiem niezwykłym zbiegiem okoliczności, że w tym samym roku Harold Stark, Victoria Harding i Jach Beaver, zupełnie niezależnie od Rosjan, zastosowali ładunki elektryczne do obróbki metali. Elektrodrążenie wykorzystali do usuwania wierteł łamiących się i zostających w materiale przy obróbce odlewów aluminiowych.
Niemniej to Rosjanie wprowadzili na rynek pierwszą maszynę do elektrodrążenia i oni również zaczęli dynamicznie rozwijać tę technologię. Już w 1967 roku wprowadzili elektrodrążarkę drutową sterowaną numerycznie, a więc nadającą się do zastosowań na dużą, przemysłową skalę.
Kolejnym przełomem w rozwoju technologii elektrodrążenia była pierwsza maszyna CNC wykorzystująca tę metodę. Na rynek wprowadziła ją w roku 1976 amerykańska firma Andrew Engineering Company, przejmując tym samym prym w produkcji i rozwoju komercyjnych maszyn do elektrodrążenia.
Dziś elektrodrążarki są szeroko stosowane do obrabiania materiałów wyjątkowo twardych oraz do produkcji szczególnie skomplikowanych części z trudno dostępnymi zakamarkami. Od lat 70 oczywiście znacząco wzrosła precyzja i prędkość obróbki elektroerozyjnej, a także możliwości kontroli wykończenia powierzchni. Elektrodrążenie wpływa bowiem na zewnętrzną warstwę obrabianego materiału, co utrudnia takie procesy jak np. polerowanie.
Współczesne elektrodrążarki to rzecz jasna głównie maszyny CNC sterowane komputerowo. Zapewniają one wyjątkową dokładność i powtarzalność, a także wysoką wydajność produkcji nie tylko jednostkowej, ale i seryjnej.
Gdzie i do czego wykorzystuje się elektrodrążenie?
Elektrodrążenie to metoda pozwalająca na obróbkę bardzo twardych materiałów, które nie poddają się tradycyjnym procesom skrawania. Tu tkwi jeden z głównych atutów tej technologii. Elektrodrążenie wykorzystuje się zatem m.in. w przemyśle ciężkim, motoryzacyjnym, energetycznym, medycznym, lotniczym, kosmicznym, czy wojskowym, gdzie stosuje się materiały wyjątkowo trudne w obróbce.
Co więcej, elektrodrążenie pozwala na uzyskanie nawet najbardziej skomplikowanych kształtów. Możliwe jest np. wykonanie żeber (wąskich i głębokich szczelin), zakrzywionych (również “na ostro”) kanałów, głębokich, ślepych otworów i innych skomplikowanych kształtów wklęsłych. Elektrodrążenie z powodzeniem stosuje się zatem tam, gdzie tradycyjne metody obróbki zawodzą np. ze względu na niedostateczny zasięg lub swobodę ruchu narzędzi skrawających.
W praktyce elektrodrążenie stosowane jest więc m.in. przy obróbce turbin, łopatek i wielu innych części w branży lotniczej, kosmicznej czy auto-moto. Elektrodrążarki wykorzystuje się także do produkcji form wtryskowych i odlewniczych, stempli, wykrojników, tłoczników oraz matryc. Jest to również doskonała metoda produkcji narzędzi tnących i skrawających oraz licznych części specjalizowanych. Z elektrodrążenia korzysta się nawet w energetyce jądrowej do obróbki prętów paliwowych.
Elektrodrążenie ma oczywiście swoje ograniczenia związane przede wszystkim z rodzajem materiału, który można poddawać takiej obróbce. Z oczywistych względów muszą to być surowce przewodzące prąd. Możliwe jest zatem elektrodrążenie stali narzędziowej, konstrukcyjnej, hartowanej, nierdzewnej czy kwasoodpornej, a także mosiądzu, brązu, miedzi, aluminium i innych metali. Technikę elektroerozyjną wykorzystuje się także do obróbki węglików spiekanych i diamentu polikrystalicznego.
Elektrodrążenie drutowe WEDM
Elektrodrążenie drutowe WEDM to wyjątkowo precyzyjna metoda obróbki materiałów. Wykorzystuje się tu elektrodę w formie bardzo cienkiego drutu (najczęściej wykonanego z miedzi). Elektroda ma zazwyczaj od 0,1 do 0,3 mm średnicy, choć istnieją również maszyny tnące drutem o średnicy 0,02 mm. Pozwala to na niezwykle dokładne wycinanie kształtów idealnie zgodnych ze specyfikacją techniczną. Elektrodrążenie drutowe na maszynach CNC to oczywiście również wysoka powtarzalność, a więc możliwość produkcji seryjnej.
Elektrodrążenie drutowe WEDM daje duże możliwości wycinania i drążenia nietypowych, wysoce skomplikowanych kształtów. Możliwe jest prowadzenie drutu (elektrody) pod kątem, co pozwala uzyskiwać inne kształty na górze i u dołu przedmiotu. Elektrodrążenie drutowe WEDM pozwala też na uzyskanie wyjątkowo gładkiej powierzchni niezależnie od wycinanego kształtu.
Metodę elektrodrążenia drutowego WEDM wykorzystuje się przede wszystkim przy tworzeniu wykrojników, form wtryskowych, tłoczników, matryc, narzędzi tnących i innych elementów, których parametry są ściśle określone.
Elektrodrążenie wgłębne EDM
Elektrodrążenie wgłębne EDM znajduje zastosowanie głównie przy precyzyjnej obróbce detali z materiałów trudnoskrawalnych. Metoda ta stosowana jest m.in. tam, gdzie dostęp narzędzi skrawających jest utrudniony, a nawet niemożliwy. Elektrodrążenie wgłębne EDM wykorzystuje się zatem m.in. przy powierzchniach łączących się pod kątem prostym oraz przy obróbce wklęsłych kształtów o dużej złożoności.
Przy elektrodrążeniu wgłębnym EDM najczęściej wykorzystuje się elektrody miedziane lub grafitowe o formie odzwierciedlającej docelowy kształt elementu drążonego. Takie elektrody wykonuje się specjalnie pod konkretne zamówienie, przy użyciu obrabiarek CNC, a także elektrodrążarek drutowych.
Elektrodrążenie wgłębne doskonale sprawdza się więc przy tworzeniu złożonych, skomplikowanych elementów, również z materiałów trudnoobrabialnych. To świetna metoda produkcji specjalistycznych części i elementów maszyn.
