Témata
Reklama

Konstrukce a výroba elektrod

Proces konstrukce a výroba elektrod pro elektroerozivní obrábění se skládá z několika částí, na které je kladen větší čí menší důraz. Výrobu elektrody ovlivňuje řada faktorů, vycházejících z CAD/CAM softwarového, nástrojového a strojního vybavení výrobního podniku, z výběru materiálu elektrody a upínacího a paletizačního systému a držáku elektrod.

Postup výroby elektrody pro elektroerozivní obrábění vychází z tvaru tvářecí zápustky či formy pro lití, střižného nástroje nebo nástroje pro lití plastů (dále jen model). Z dutin, které by byly obtížně obrobitelné frézováním, je materiál odebírán pomocí elektrody za pomoci proudu a dielektrické kapaliny. Elektroda má negativní tvar obrobené plochy, který je prostřednictvím výbojů kopírován do obrobku. Prvním krokem je však převzetí modelu od zákazníka a jeho následná úprava.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Model tvárníku (CAD systém Rhinoceros)

Import modelu

Mnoho procesů z oblasti tvorby forem a nástrojů začíná importem dat z jiných CAD systémů. V praxi je realita taková, že zákazník většinou používá jiný CAD/CAM systém než výrobce elektrody. Proto musí CAD/CAM systém nabízet širokou paletu převodníků dat z/do nejužívanějších formátů (DXF, DWG, STEP, IGES aj.) včetně možností jejich úprav a doladění. CAD/CAM systém by měl zaručit přesné přeložení dat z jakéhokoliv vstupního formátu z jiných CAD systémů, což zaručí přesnost finálního výrobku a udržení integrity geometrie modelu – obrobku. Přeložená vstupní data modelu mohou ovlivnit přesnost frézování. V praxi se setkáváme s modely, které musíme následně „sešívat“, aby se zamezilo otevřeným plochám.

Obr. 2. Modely elektrod (CAD systém Rhinoceros)

Výběr ploch

Po finální úpravě importovaného modelu jsou vybrána ta místa, která budou obráběna elektroerozivní metodou. Pro formy a zápustky, které jsou tvarově složité, je typické použití i  několika desítek nebo stovek elektrod. Proto je nezbytné důkladné označení míst, která budou obrobena elektrodami, a jejich následný popis.

Tvorba modelu elektrody

Model elektrody se vytváří výběrem ploch, které budou tvořit vnější povrch elektrody. Z těchto ploch se vytvoří duplikát. Pak se vysunou plochy pro základnu elektrody nad povrch modelu zápustky nebo formy tak, aby byl vytvořen prostor pro přívod dielektrické kapaliny a aby nedocházelo ke kolizi elektrody s povrchem modelu.
Vytvoří se základna, která může (ale nemusí) být v podnicích normalizována na celý rozměr (např. 20 x 20 mm, 25 x 25 mm nebo Ø25 či Ø30 mm atd.). Záleží na kapacitě skladu a velikosti elektrod, kdy můžeme mít v zásobě nachystané polotovary. K této základně se následně přiřadí ze zásobníku model upínacího prvku.

Obr. 3. Model elektrod s modelem palety k usazení na držák elektrody (CAD systém Rhinoceros)

Výběr materiálu elektrody

Materiál elektrody má mít vysokou elektrickou vodivost, dobrou obrobitelnost, vysoký bod tavení a dostatečnou pevnost, aby se elektroda při vlastní práci nedeformovala.

Zpočátku se jako materiál pro výrobu elektrod používala měď, grafit se dostal ke slovu přibližně o třicet let později. S ohledem na stále sofistikovanější generátory pulzů v elektroerozivních hloubičkách však dnes jeho použití převažuje. Grafitové elektrody připouštějí vyšší proudovou hustotu, mají menší hmotnost, méně se opotřebovávají, nemění své vlastnosti během erodování a ve srovnání s mědí se lépe obrábějí. Nevýhodou grafitu je, že zůstane-li déle v zápalu, elektroda se odpařuje a znečišťuje hloubicí stroj.

Výběr upínacího prvku a držáku elektrody

Jedním z mnoha výrobců upínacích prvků a držáků elektrod je firma W-Technology. Tyto upínací prvky (palety) zaručují přesnost počátku souřadného systému elektrody v řádu tisícin milimetrů i při opětovné demontáži elektrody z držáku. Tyto držáky lze totiž uplatnit i na obráběcím stroji při obrábění elektrody, tu poté z držáku odepnout a následně ji na vyjiskřovacím stroji opět upnout bez dalšího vyrovnávání. V případě upínacího prvku W-Technology polohu souřadného systému zaručuje nalisovaný kříž s přesností 0,001 mm.

Obr. 4. Hliníková paleta pro grafitové elektrody

Provedení upínacích prvků při konstrukci elektrody závisí na materiálu, z něhož je zhotovena. V případě grafitové elektrody je elektroda slepena s hliníkovou podložkou, na které je nalisován orientační kříž a ve středu podložky je vyřezán závit. Lepidlo musí být z vodivého materiálu. V případě měděné elektrody je nalisovaný kříž a závit součástí elektrody. Dalšími výrobci upínacích prvků jsou například firmy Erowa a 3R.

Označení a výkresová dokumentace elektrody

Společně s modelem je vytvářena výkresová dokumentace a označení elektrody. Součástí objednávky bývá výkresová dokumentace obrobku v tištěné nebo elektronické podobě či ve formě 3D modelů. Na jejich základě technik, programátor a obsluha stroje zvolí konkrétní kroky a postup při výrobě [3]. Elektrody se běžně popisují lihovým fixem z důvodu jejich snadné zaměnitelnosti. Výkres by měl obsahovat hlavní kóty, tzn. rozměry základny a ve většině případů výšku elektrody. Dnes se již od výkresové dokumentace upouští, jelikož elektrody mají 3D tvary a její kontrola v měřicí laboratoři vychází přímo z modelu elektrody. Měření je prováděno měřicími sondami.

Obr. 5. Držáky elektrod: a) pro jednu elektrodu, b) paletizační systém

Výběr stroje a chlazení (odsávání)

Grafit a měď lze zpracovávat na všech obráběcích strojích včetně konvenčních, a to s velkou přesností a s nízkými tolerancemi. Ať již je proces použitého opracování jakýkoliv, obrobky si uchovávají svoji rozměrovou stabilitu jak během odebrání třísek, tak i po něm.

Grafit se musí zpracovávat za sucha. Nedoporučuje se použití emulzí pro vrtání a řezání. Pokud není k dispozici odsávání, lze použít provizorní řešení, kde se grafit předem na několik hodin ponoří do dielektrika EDM, čímž se omezí vytváření prachu. Ovšem při tomto způsobu zamezení prašnosti následuje velice nepříjemný úklid strojů, jelikož grafitová kaše je mastná a velice obtížně se ze strojů odstraňuje. Kromě toho se při obrábění na mokro rapidně snižuje životnost nástrojů.

Výběr nástrojů pro výrobu elektrod

Z mechanického pohledu se grafit zpracovává velmi dobře použitím nástrojů z tvrdých kovů, jako jsou například rychlořezná ocel, karbid wolframu (K10) nebo diamantovaný kov [1]. Pro výrobu elektrody se používá válcových stopkových nebo kulových tvrdokovových fréz K10-20F čistých nebo s povlakem TiAlN. Dále lze využít frézy osazené polykrystalickým diamantem (PKD) nebo nástroje s diamantovým povlakem (DC).

Dalším faktorem je životnost nástroje. Ta je především ovlivněna abrazivními vlastnostmi grafitu. Pro maximální využití nástrojů a efektivitu opracování se doporučuje volit maximální posuv na zub při hrubování a při finišování by neměla tato hodnota klesnout pod 0,2 mm. Řezná rychlost se pohybuje kolem 125 a 150 m.min-1 při soustružení a mezi 75 a 150 m.min-1 při frézování. Grafit se jeví zvláště výhodný z důvodu lepší obrobitelnosti – čas pro obrobení grafitové elektrody je až 10x nižší než měděné [1].

Závěr

Konstrukce a výroba elektrody se neobejde bez kvalitního CAD/CAM softwarového, nástrojového a strojního vybavení. Konstruktér – programátor CNC strojů, který výrobu elektrody navrhuje, se musí jednak orientovat v oblasti plošného a objemového modeláře, jednak znát potřebnou technologii výroby. Musí být schopen po importování modelu jeho části zkontrolovat a případně upravit tak, aby povrch byl celistvý a vytvářel souvislé plochy v určité přípustné toleranci.

Dále je nutné správně určit plochy, které se budou erodovat, a plochy, které je možné obrobit klasickou konvenční formou, přičemž v úvahu připadá i technologie mikrofrézování nástroji s průměrem menším než lidský vlas. Je třeba volit tu technologii obrábění, která bude produktivnější a rentabilnější.

Ing. Marek Pagáč, Ing. Marek Sadílek, Ph.D.
FS VŠB-TU Ostrava,
katedra obrábění a montáže

Použité zdroje

[1] JENIS, J. Obecné charakteristiky grafitu. 2001 [on-line]. [cit. 2011-29-03]. Dostupné z <//www.atiur.cz/grafit_technol.htm>.

[2] HUMÁR, Anton. TECHNOLOGIE I TECHNOLOGIE OBRÁBĚNÍ – 3. část: Studijní opory pro magisterskou formu studia. Vyd. 1. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2005, s. 57.

[3] MATOUŠEK, J. Zakázková výroba elektrod. 2008 [on-line]. [cit. 2011-29-03]. Dostupné z <//www.mmspektrum.com/clanek/zakazkova-vyroba-grafitovych-elektrod>.

[4] Přesné upínací systémy, paletizace. www.w-technology.cz
//www.interspark.cz/download/mini_cz.pdf [cit. 2012-04-01]

marek.sadilek@vsb.cz

marekpagac@seznam.cz
//www.346.vsb.cz/

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 120102
Datum: 15. 02. 2012
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Cena MM Award na EMO 2019

Také v roce 2019 došlo na udílení cen MM Award. Jedná se o oficiální a jediné ceny udělované na veletrhu EMO. Porota i letos vybírala z mnoha přihlášených exponátů, nejen německých výrobců. Do užšího výběru se jich dostalo jen pár, a nakonec bylo rozdáno pět hlavních cen v pěti kategoriích. S prázdnou neodešly ani firmy, jejichž produkty se ocitly na druhém a třetím místě. I v tomto roce došlo k jistému „posunu“ ve vnímání obsahu jednotlivých kategorií, a tedy i oceněných produktů. Pojďme se podívat na vítězné exponáty podívat jednotlivě. Je to lehký nástin toho, jak EMO vidí němečtí kolegové.

Technologie roku 2018

Další z řady odborných seminářů společnosti Misan v jejím sídle v Lysé nad Labem s názvem Technologie roku 2018 se uskutečnil v únoru ve spolupráci se společností Tungaloy. Hlavními tématy byly automatizace výrobních procesů, monitorování a propojování výrobních strojů a systémů a představení nových výrobních zařízení, nástrojů a technologií, které pak byly následně předvedeny v praktické části semináře při ukázkách obrábění. Bonusem na semináři byla přítomnost chairmana a CEO Okuma Europe a Okuma America Corporation Takeshiho Yamamota a senior manažera z oddělení obchodu Okuma Europe Ralfa Baumanna, kteří poskytli MM Průmyslovému spektru exkluzivní rozhovor.

Související články
Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Veletrh EMO opět v Hannoveru

Mezinárodní kovozpracující veletrh EMO se po čtyřech letech opět vrací do Hannoveru. Konat se bude od 18. do 23. září a podle našich informací je určitě na co se těšit. Letošním heslem veletrhu je „Connecting systems for intelligent production“, volně přeloženo „Propojováním systémů k inteligentní výrobě“. Cílem tohoto článku je představit trendy letošního veletrhu a několik novinek společností, které v průběhu předveletržní tiskové konference prozradily, jaké inovace budou na svých stáncích v Hannoveru prezentovat.

Novinky značky IMAO pro upínání obrobků

V dnešní době je velká poptávka po efektivní produkci různorodých výrobků v malém objemu a klíčem k vyšší produktivitě je použití přípravků, které lze flexibilně přizpůsobit mnoha různým obrobkům. Upínací prvky ONE-TOUCH se vyrábějí v mnoha různých provedeních, snadno z nich lze vybrat prvky vhodné pro upnutí požadované součásti. Upnutí a odepnutí součásti je jednoduché, bez použití dalšího nářadí a rychlé, zkracuje se čas potřebný pro manipulaci s obrobkem a tím i celkové náklady na výrobu.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Nástroje v rámci čtvrté průmyslové revoluce

Abychom mohli vyrábět součásti hospodárně, je potřebné rozšířit proces o výměnu informací. Důležitou roli při tom hraje management nástrojů, neboť pokud chybí nástroj, výroba stojí.

Bezdotykové orovnávání brousicích kotoučů

Exaktní orovnávání diamantových brousicích kotoučů musí zajistit jak vytvoření požadovaného tvaru, tak i optimální topografii povrchu. U mechanických technologií vznikají vždy síly mezi nástrojem a kotoučem. Bezkontaktní strategie nyní používá pro orovnávání kotoučů technologii elektroerozivního řezání drátovou elektrodou.

900 000 nástrojových datových záznamů navíc

Nové rozhraní výrazně rozšiřuje datovou nabídku pro uživatele systému TDM. Ti mají nově k dispozici nástrojová data od více než 40 výrobců, tedy téměř pro každou obráběcí operaci.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Větší řádkování při obrábění načisto

Při použití fréz s optimálně zakřiveným břitem pro frézování vnějších povrchů je možné časy na dokončovací obrábění značně snížit. Docílit toho lze vzájemnou souhrou stroje, nástroje a softwaru, jak ukazuje následující příklad.

Simulací ke zlepšení efektu mazání a chlazení

Optimalizace třískového obrábění moderní metodou simulace strategie mazání a chlazení je dnes podrobena systematickému výzkumu. Použitím simulace procesu třískového obrábění a simulace proudění chladicího média se značně sníží náklady na výzkum a vývoj.

Sputtering v oblasti moderního PVD povlakování

V současné době jsou vysoce výkonné povlaky vyráběny celou škálou metod. Proces magnetronového naprašování (sputtering) umožňuje kombinovat různé povlakovací materiály a přitom poskytuje optimální pružnost a tvrdost povlaku. Ukázal se tak velmi efektivním pro mnoho aplikací.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit