ELEKTRICAL DISCHARGE MACHINING (EDM)
Transkript
ELEKTRICAL DISCHARGE MACHINING (EDM)
Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) BÖLÜM 17 ELEKTRICAL DISCHARGE MACHINING (EDM) ve JET REVİZYON MÜDÜRLÜĞÜNDEKİ UYGULAMALARI Svl.Müh. İbrahim AKKUŞ 1nci HİBM. K.lığı Jet Revizyon Müdürlüğü Şubat 2004, ESKİŞEHİR ÖZET Genellikle hidrokarbon dielektrik bir sıvının varlığında iş parçası ve elektrot arasında hızlı bir şekilde tekrarlanan bir seri elektrik boşalımı sonucunda metalin uzaklaştırıldığı/ talaş kaldırıldığı bir metot ya da yüksek frekanslı kıvılcımlar ile iletken malzemelerden erime ve buharlaşma yöntemiyle kontrollü olarak delik, yarık ve boşluklar yapma yöntemi olarak tanımlanan ve kıvılcımla işleme (spark machining) olarak da anılan EDM (Electrical Discharge Machining), bilinen araçlarla yapılmaları mümkün olmayan veya çok zor olan iletken sert malzemelerin, karışık şekilli parçaların ve ufak deliklerin yüksek hassasiyetle işlenmelerini sağlar. Bu çalışmada, en büyük avantajı malzeme sertliğinin proses için önemsiz olması ve karmaşık şekilli parçaların diğer makineleme metotları ile makinelenmesine göre daha hızlı ve ekonomik işlenmesi olarak bilinen dolayısıyla günümüzde kalıp, elektronik ve havacılık endüstrisinde geniş kullanım alanı bulan EDM hakkında detaylı bilgi verilmiştir. 17 - 1 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 1 PROSESİN ADI Electrical Discharge Machining (EDM) 2 PROSESİN AMACI EDM metodu bilinen araçlarla yapılmaları mümkün olmayan veya çok zor olan iletken sert malzemelerin, karışık şekilli parçaların ve ufak deliklerin yüksek hassasiyetle işlenmelerini sağlar. 3 PROSESİN GENEL / DETAYLI TANITIMI Bazen kıvılcımla işleme (spark machining) olarak bazen de elektro erozyon olarak anılan EDM (Electrical Discharge Machining), genellikle hidrokarbon dielektrik bir sıvının varlığında iş parçası ve elektrot arasında hızlı bir şekilde tekrarlanan bir seri elektrik boşalımı sonucunda metalin uzaklaştırıldığı/ talaş kaldırıldığı bir metottur [1,2,3]. Diğer bir tanımla, yüksek frekanslı kıvılcımlar ile iletken malzemelerden erime ve buharlaşma yöntemiyle kontrollü olarak delik, yarık ve boşluklar yapma yöntemidir [4]. EDM elektrik iletkenliği olan malzemelere uygulanır, plastik ya da seramik malzemelere uygulanmaz [5]. Kıvılcım, iş parçası ve elektrot arasındaki akımın kontrollü olarak gönderilmesiyle sağlanır. İş parçası genellikle pozitif yüklü (anot), elektrot ise genellikle negatif yüklü (katot) olur. Elektrot ve iş parçasını uçları arasında uygun kıvılcım atlaması için 0,00050,020 inç’lik bir mesafe bulunur. Şekil 1 EDM Prosesi Esnasında İşlem Esnasında Meydana Gelen Etkileşim [6] 17 - 2 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) Şekil 2 EDM Prosesini Gösteren Basit Diyagram [5] İş parçası ve elektrot bir dielektrik akışkana batırılır veya akışkan iş parçası ve elektrot arasında akıtılır (Şekil 1, Şekil 2). Bu aralıktaki dielektrik, yüksek voltajın pulse’li uygulanması altında kısmen iyonlaşır. Böylece takım ve iş parçası altında bir kıvılcım atlaması mümkün olur. Her bir kıvılcım iş parçasından küçük bir miktar eritip buharlaştıracak kadar ısı üretir [4]. İşin üzerinde çok küçük krater veya oyuk bırakır (Şekil 3). Çok az miktardaki metal parçacıkları erime veya buharlaşmayla metalden alınarak takım ve iş parçası arasındaki boşluktan yıkanarak uzaklaştırılır [3]. Şekil 3 EDM Prosesinde Kıvılcımın Parça Yüzeyinde Meydana Getirdiği Değişim [4] İşlem esnasında elektrot ve iş parçası yağın içerisinde olmalıdır. Bu sıvının başlıca fonksiyonu, elektrik boşalım akımına bir yol oluşturmaktır. Ayrıca yağ, soğutucu ve temizleyici vazife görür. Yağın dielektrik özellikte olması da şarttır. Erozyon esnasında 17 - 3 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) daima erozyon talaşı olan parçalar çıktığında buharın temizlenebilmesi için önceden tedbir almak lazımdır. Servo kontrollü kafa, elektrodu parça ile temas edinceye kadar aşağı sürer. Bu noktada dielektrik çatlar ve akım geçmeye başlar. bu akım, iş zamanı ve durma zamanı ayarlanmış olan akımdır. Elektrik kıvılcımlarıyla iş parçasının üzerinde meydana gelen çukurcukların boyutu, boşalmanın enerjisine bağlıdır. Boşalma enerjisi, boşalım esnasındaki aralık voltajına, boşalma akımına ve akımın aktığı zamanın uzunluğuna bağlıdır. Yüksek frekanslar (birim zamandaki boşalım sayısı) yüzey kalitesinin iyileşmesini sağlar [3]. 3.1 Kullanılan Terimler 4 Güç Ünitesi: Bir elektronik ünite olup, elektrik enerjisi için cereyanı üretir ve kontrol eder. 4 Makine Kısmı: Elektrotu tutar ve iş parçasına doğru yönlendirir. 4 Voltmetre: İş parçası ve elektrot arasındaki mevcut kesme darbesi ortalama voltajını gösterir. Voltaj, elektrotun tabanı ve iş parçası arasındaki açıklığı gösterir. Daha büyük açıklık daha yüksek voltajı gösterir. Kısa devre (Elektrotun iş parçasına teması) voltmetrenin sıfıra yakın düşmesine sebep olur. 4 Ampermetre: EDM kesme sırasında elektrot ve iş parçası arasındaki kesme çarpması akımın ortalama değerini gösterir. Yüksek kesme akımı daha hızlı metal kaldırma sağlar. 4 Polarite: Elektrot veya iş parçasının kutuplanması (+) veya (-) olmasıdır. 4 On Time ve Off Time: Kesme darbeleri 1 msn’lik artmaları içinde akım “on” zamanında devam eder, “off” zamanında kesilir. 4 Revers Polar Switch’leri: Reverse polaritede elektrot (+), iş parças(-) dir. Standart polaritede elektrot(-), iş parçası (+) dır. İstenilen polarite değişiklikleri iş parçası tipi ve elektrot malzemesi ile planlanır. 4 Kondansatör: Jeneratör tarafından kumanda edilerek doldurulan bir elektrik deposudur. 4 Pulse: Atış zamanıdır. 4 Cycle Time: Bütün cycle’daki zamandır. 4 İyonizasyon: Dielektrik akışkanın yarılarak elektrik geçirgen olduğu noktadır. 17 - 4 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 4 Frekans: Saniyede meydana gelen kıvılcım sayısıdır. Belirli bir kıvılcım aralığında ve amperde yüksek frekans daha iyi yüzey verir. 4 İş Zamanı: Akım geçmesine müsaade edilen zaman aralığıdır. Mikrosaniye (Saniyenin milyonda biri) ile ölçülür [4]. 3.2 EDM’in Avantajları EDM makine atelyelerinde uzman prosesi olarak bilinmesine karşın, üretim hattını iyileştirmiştir ve bilinen makineleme metotlarından daha hızlı ve daha ekonomiktir. EDM’in en çok bilinen avantajlarından bir tanesi, malzeme sertliğinin proses için önemsiz olmasıdır. Eğer işlenecek parçanın elektrik iletkenliği varsa o parça işlenebilir. Çok sert metaller, ısıl işlem görmüş çelikler ve süperalaşımlar, yumuşak metaller kadar kolay işlenebilir. Takımlar, ilk önce yumuşatma gerekmeksizin onarılabilir ve parçalar, sertleştirme prosesinde oluşan şekil değişiklikleri giderilerek, sertleştirme sonrası makinelenebilir. Elektrot iş parçası ile asla temas etmediği için EDM’de mekanik kuvvetler gerekmez. Çok kırılgan malzemeler şekil bozukluğu olmaksızın kolaylıkla makinelenebilir. İlave parlatma operasyonları gerekmeksizin pürüzsüz parçalar üretilebilir. EDM tarafından elde edilen yüzey geleneksel makineleme metotlarına göre çok iyidir. Karmaşık şekilli parçalarda normal makineleme işlemlerinde ortaya çıkan problemler EDM prosesinde ortaya çıkmaz [6]. 3.3 Dielektrik Sıvı Dielektrik sıvı, bir delik takımdan veya harici bir sistemden veya her ikisinden birlikte temin edilerek kıvılcım aralığına püskürtülür. Dielektrik sıvı ayrıca iş parçasındaki deliklerden de püskürtülür. Sıvının bu şekilde verilmesi ile hem kıvılcım ileticilik hem de soğutuculuk ayrıca iş parçasından sökülen parçacıkları uzaklaştırmak için kullanılır. Sıvı, uygun bir dielektrik değerine sahip olmalı ve kıvılcım atlaması olabilmesi için 40-400 Volt‘ta iyonize olmalıdır. Ayrıca kıvılcımın neden olduğu ergimiş ve buharlaşmış metali bu bölgeden uzaklaştırmalıdır. En çok kullanılan dielektrik sıvı viskozitesi 100 °F‘da 400 sus olan hidrokarbon (petrolatum) yağıdır. Özel uygulamalar için diğer tip sıvılar, kerosin, silikon yağlar, deiyonize su ve etilen glikol solüsyonu gibi polar sıvılardır. Dielektrik sıvıdan beklenen özellikler; uygun oranda dielektrik mukavemet (tipik bir yağda her 0,001 inç’te 170 Volt), düşük viskozite, yüksek parlama noktası ve düşük maliyettir. Bundan başka, korozyon yapmayan ve insan sağlığına zarar vermeyen bir sıvı olmalıdır. 17 - 5 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 3.4 Elektrot Malzemeleri Elektrotlar genelde grafit, bakır, pirinç, bakır-tungsten, çelik veya diğer elektrik geçirgen maddelerden yapılır. Kolektör kömürü, pota eritme kömürü, kaynak kömürü v.s. bu iş için tamamen elverişsizdir. Grafit, tungsten gibi elektrotlar çeşitli firmalar tarafından değişik ebatlarda ve kalitelerde üretilerek satışa sunulmaktadır. “No Wear” (aşınmasız) tip çalışma ile birçok oyuklar aynı elektrot ile yapılabilir. Bu tip çalışma dışındaki ayarlar elektrodun çok aşınmasına neden olur. 3.4.1 Grafit Elektrotlar Grafit başlıca EDM uygulamaları için tercih edilen elektrot malzemesidir. Diğer elektrot malzemelerine göre aşınma direnci fazla, işlenmesi kolay, metal kaldırma oranı fazladır. Grafit, karpit iş parçaları için tavsiye edilmez. Karpit işler için bakır ve bakırtungsten elektrotlar tavsiye edilir. Bu elektrotlar aynı zamanda ince ve hassas işçilik isteyen çeliklerin işlenmesinde tavsiye edilir. 3.4.2 Pirinç Elektrotlar Ana kullanımları, aynı anda çok sayıda delik delmek gibi tekrarlamalı işlerdedir. Pirinç elektrotlar daima standart polariteyle kullanılmalıdır. Ters polarite daha çok elektrot aşınmasına sebep olur. Bazı operasyonlar için ekonomik olabilir. 3.4.3 Tungsten Elektrotlar İyi bir aşınma kalitesine sahiptir (bakır ve pirinçten çok daha iyi). Küçük çap uygulamalarında büyük bir rijitliğe sahip olması avantajlarından birisidir [4]. 3.4.4 Bakır Elektrot İyi bir yüzey elde etmek için önerilir ve aşınmasız EDM için çok iyidir. 3.4.5 Çelik Malzeme alım hızları yavaştır. Doğrusal kesmelerde uygulanabilir. 3.4.6 Gümüş Tungsten Karbidleri makinelemek için kullanılır. Bakır tungstenden düşük aşınma ve daha hızlı malzeme alımı sağlar. 3.4.7 Bakır Tungsten Aşınma karakteristiği ve rijitliği iyidir. Düşük toleranslar, hassas detaylar, düşük aşınmalar için kullanılır. Malzeme alımı grafitten düşük, maliyeti yüksektir [6]. 17 - 6 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 3.5 No Wear (Aşınmasız) EDM Aşınmasız EDM, revers (ters) kutupta, yüksek akım düşük frekans pulse’yi ve grafit elektrot kullanılarak yapılır ve kaba işlemlerde kullanılır. Maksimum talaş kaldırma oranı, grafit elektrot ile kaba işleme yapan normal EDM‘lere göre %10-20 daha azdır. Aşınmasız EDM aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır: 4 Ters polarite 4 Frekans miktarının 400-20000 cps (cycle per second) genellikle 2000 cps olmalıdır. 4 Değişebilir pulse zamanının en ez %90‘ı “ON”, %10‘u “OFF” durumunda olmalıdır. 4 Soğutucu sıvı sıcaklığı 120 °F‘ı aşmamalıdır. 4 Voltaj 80 Voltu aşmamalıdır. 4 Soğutucu sıvının akış basıncı düşük olmalıdır. 4 Düzgün doğrusal servo kontrol olmalıdır. 4 Soğutucu sıvının akışı partiküllere engel olmamalıdır. Genel olarak iş parçasından kopan ergimiş sıvı metal ve buharı elektrodun üzerinde ince yapışkan bir tabaka oluşturur. Bu tabaka prosesin şartlarını değiştirecek kadar kalınlaştığında, elektrodun derhal değiştirilmesi gerekir. Aksi halde istenilenden daha kaba bir yüzey elde edilir [4]. 3.6 Enerji Boşaltımının Kontrolü Geleneksel makinelemede kontrol edilebilen faktörler EDM’de mevcuttur: talaş kaldırma oranı, doğruluk ve operasyonun verimliliği. Frezeleme gibi geleneksel makineleme operasyonunda bu faktörler motor gücü ve RPM tarafından kontrol edilir. EDM’de bu faktörler akım, ark süresi, % çalışma zamanı ve elektrot besleme sistemi tarafından kontrol edilir (Şekil 4). 0 0 OnTime = T1 + T2 + T3 T 17 - 7 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) Şekil 4 EDM Prosesinde Kontrol Edilebilen Faktörlerin Gösterimi [6] 3.7 Ortalama Amper Amper, giriş gücü tarafından elde edilen ve kesme operasyonunda kullanılan toplam elektrik enerjisini ya da kesme gücünü gösterir. Bu ortalama amper kesme oranını belirler. Ortalama amper, en uygun makineleme oranında arzu edilen sonuçlara ulaşmak için verilen aralıkta ayarlanabilir. Ortalama amper üç faktörle elde edilir: 4 Akım seviyesi, 4 % Çalışma süresi, 4 Verimlilik. Akım seviyesi elektrik pulse’lerinin büyüklüğünü sınırlandırır. % Çalışma süresi pulse’lerin tekrarlanma oranını belirler. Elektrotla parça arasındaki boşluk ve işlem esnasındaki temizlik verimliliği belirler. Şekil 5 Maksimum Akımın Etkisinde Oluşan Kıvılcımın Durumu [6] 17 - 8 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) Ortalama amper güç girişi üzerinde gösterilen değerdir. Bu değer makineleme operasyonu için kullanılan gerçek akımdır ve amperaj, dielektrik kirlenmesi, elektrot ve iş parçası arasındaki mesafe ve kullanılan elektrot malzemesinin tipi ve boyutu gibi değişkenler tarafından etkilenir (Şekil 5) [6]. 3.8 Ark Süresi Ark süresi, pulse’nin uzunluğudur. Bu,son yüzeyin durumunu ve fazla kesmeyi maksimum akımla beraber kontrol eder. Ark süresi yüzeyi ve elektrot aşınmasını etkiler. Ark süresi son yüzeyi ve elektrot aşınmasını etkiler. Kısa ark süreleri daha iyi sonuçlara neden olur, uzun ark süreleri kaba yüzeylerin oluşmasına neden olur. Eğer maksimum akım ve % çalışma zamanı sabit tutulursa ark süresinin değişimi son yüzeyi ve aşırı kesmeyi değiştirecektir. 3.9 % Çalışma Zamanı Şekil 6 Farklı Değerlere Sahip % On Time'lerin Gösterimi [6] % Çalışma zamanı, bazen durma zamanı da denilen enerji pulse’leri arasındaki bekleme zamanını ayarlar. % Çalışma zamanının değişimi son yüzeyi ve aşırı kesmeyi etkilemez. Bu fonksiyon kararlılığı ve makineleme oranını sağlamak içindir. Genellikle, düşük % çalışma zamanında yüksek % çalışma zamanından daha yavaş makineleme olur. Örneğin Şekil 6‘da iki ayar değeri gösterilmiştir, a ve b aynı son yüzeye sahiptir. Ancak b daha hızlı kesilecektir [6]. % Çalışma zamanı, pulse’leri kontrol etme kabiliyetinden dolayı mümkün olmayan kesmelerin işlenmesine olanak sağlar. 17 - 9 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 3.10 Kapasitör Mod Boşalmanın elde edilişinin iki farklı yolu vardır. Biri, maksimum akım, ark süresi ve % çalışma zamanı ayarlarının kesmenin hızını ve bitişini belirlediği pulse mod, diğeri ise kapasitörler içerisinde güç girişi tarafından üretilen pulse’leri besleyen kapasitör moddur. Kapasitör modda ,boşluktaki şartlar uygun oluncaya kadar enerji kapasitörlerde depolanır. Daha sonra, yüksek yoğunluklu bir boşalma elde etmek için kapasitörler boşluk içerisine bu enerjiyi hızlıca bırakırlar. Metal kaldırma oranı ve bitişi belirlediği için, kapasitör modta kapasitörün değeri düşünülmelidir. Maksimum akım, % çalışma zamanı ve ark süresi, kapasitörleri doldurmak için güç beslemesi tarafından üretilen enerjiyi belirler. Büyük boşalım enerjisine sahip olan, yüksek kapasitör değeri seçimi yüksek metal kaldırımına ve daha kaba bir bitişe neden olur. Kapasitör mod, metalik elektrotlarla EDM için ve yabancı alaşımların makinelenmesi olacağı durumda, kötü boşluk şartları olduğu zaman faydalıdır. Kesme boşluğunda kesme kalıntılarını gidermek için kapasitör enerjisinin yüksek yoğunluğu hizmet eder. 3.11 Flushing (Yıkama) Boşlukta kesme bölgesindeki kalıntıların temizliği olarak tanımlanan flushing çok önemidir. İyi olmayan temizlik uygun olarak ayarlanmış değerlerin etkisinin kötü olmasını sağlar. Çok fazla kalıntı çalışma boşluğunda kaldığı zaman elektrik boşalmaları partiküller tarafından deliğe doğru transfer olur. Bu basamak taşı etkisi boşalmanın verimini düşürür. Bu durumda boşluk düşük voltajda bozulur ve boşalmanın büyüklüğü düşer. Bu boşalma büyüklüğünün düşmesi metal kaldırma oranını düşürür ve parça üzerinde karbonun oluşmasına izin verir. Bu karbonlaşma servo sensör ünitesinin verimini düşürür ve dahası kesmenin verimini düşürür. Uygun olmayan yıkamanın neden olduğu aşırı partikül elektrot ve iş parçası arasında kısa devre oluşturabilir. Bu, iş parçasının bir bölgesinde aşırı enerji oluşturur ve yanma ile sonuçlanır. Bu durum iş parçasını kötü duruma getirebilir. Çalışmaya başlanacak işin tipi için, istenen yıkama verimi ve yıkama metodu uygulanmalıdır. Örneğin, yüksek enerji boşalımı kullanıldığı zaman (Yüksek akım, yüksek % çalışma zamanı, uzun ark süresi) partiküllerin boyutu büyük olur. Bu büyük partiküller kısa devre oluşturmaya eğilimlidirler dolayısıyla daha etkili bir şekilde o bölgeden uzaklaştırılmalıdırlar. Birde, kolayca makinelebilen metallerde boşlukta biriken kalıntı miktarı artar bu nedenle yüksek dereceli bir yıkama gereklidir. 17 - 10 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) Yüksek basınçlı yıkama zararlı olabilir. Bu, ark çevresinde pürüzlülüğe neden olabilir ve kesme esnasında elektrot sapmasına neden olabilir. Yıkama, işin durumuna göre dengelenmelidir. 3.12 Uca Doğru İncelmek (Sivrilmek) EDM operasyonunda sivrilmenin küçük bir miktarı doğaldır; fakat çoğu durumda önemsiz bir problemdir. Yalnızca dielektrik sıvıdaki büyük kirlilik problemlere neden olur. Önceden makinelenmiş yüzeyler ve deliklerin alt tarafına doğru yıkama kalıntıları ya da partiküllerin etkisiyle sivrilme oluşur. Şekil 7 EDM Prosesinde Sivrilmenin Gösterimi [6] Bu sivrilmeyi tamamen yok etmenin ya da minimize etmenin yolları vardır. Bu metotların birisi, iş parçası üzerindeki açıklıktan emişli yıkama yapmaktır. Emişli yıkama deliğin cidarları boyunca kalıntıların hareketini önler. Diğer metot ise açıklığın üstünde parçanın cidarına yakın elektrot yüzeyleri olmayan bisküvi elektrotlar kullanmaktır (Şekil 7) [6]. 3.13 Aşırı Kesme Aşırı kesme, elektrot çevresi etrafında aşırı malzeme alımı ya da boşluktur ve iş parçası ve elektrot arasında en yakın noktada meydana gelen boşalmaların sonucudur. Sonuçta, elektrot kendinden biraz büyük bir delik keser. Aşırı kesme, deliğin aşınmamış dikey yüzeyi ile elektrotun aşınmamış dikey yüzeyi arasındaki dik uzaklık olarak ölçülür. Bu boyut yalnızca bir kenar üzerinde ölçülür. Örneğin, 1 inç’lik bir elektrot 1.004 inç çapında bir delik kesebilir ve ölçülen aşırı kesme 0.002 inç olacaktır (Şekil 8) [6]. 17 - 11 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) Şekil 8 EDM Prosesinde Oluşan Aşırı Kesmenin Oluşumu [6] 3.14 Elektrot Aşınması Her bir enerji boşalması esnasında iş parçasından olduğu gibi elektrotun kenarlarından ve ucundan malzeme kaybolur. Normal çalışma şartlarında iş parçasından malzeme alımı elektrottan fazladır fakat farklı malzemelerle aşınmanın oranı farklı olur. Bir çok malzemenin aşınma oranları bilinmektedir. Elektrot aşınması genellikle köşe, uç, kenar v.b. ile ölçülür, elektrotun bu bölgeleri diğer alanlardan daha hızlı aşınır. Keskin köşe elektrot üzerinde en fazla aşınır. Köşelerdeki yüksek elektrot aşınması içerilen küçük alanın bir nedenidir. Köşenin yanında meydana gelen boşalmalar ilave malzeme aşınmasına eğilimlidir. Kenarlar yanındaki boşalmalar, düz yüzey üzerindeki boşalmalar gibi iyi ısı absorbsiyonu için yeterli yüzey alanına sahip değillerdir bu nedenle ilave ısılar köşeleri kötüleştirmeye eğilimlidirler. Köşe aşınması, EDM’de kusursuz bir kare köşe elde edilememesinin nedenidir. Diğer bir neden elektrotun köşeleri ile elektrot arasında en yakın noktada meydana gelen boşalmalardır. Ancak EDM, diğer makineleme metotlarından daha iyi keskin köşe yapmaya kabiliyetlidir. Bir delik makineleneceği zaman elektrotun toplam aşınma alanını ilave etmek daima hatırlanmalıdır. Bu “elektrot uzunluğu aşınmanın uzunluğu + kesme derinliği + normal uzunluğun %10’u + tutma uzunluğuna eşit olmalıdır” anlamına gelmektedir (Şekil 9) [6]. 17 - 12 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) (a) (b) Şekil 9 EDM Prosesinde Oluşan Elektrot Aşınması [6] 3.15 Düşük Aşınma Bu, elektrot üzerindeki aşınmayı minimumda tutarak kesmeyi yapabilmektir. Bu, elektrot üzerinde iş parçasının küçük miktarının kaplanmasına izin vermek için yeterli uzunlukta pulse üretimini sağlamak amacıyla güç girişini ayarlayarak ve ark boşluğunda üniform yüzey sıcaklığı elde etmek amacıyla dielektrik akışını minimuma düşürerek başarılır [6]. 3.16 EDM Uygulamaları EDM, takım ve kalıp endüstrisi tarafından oldukça yaygın kullanıma sahiptir; fakat özellikle elektronik ve uzay endüstrilerinde parça üretimi ve prototip üretiminde kullanımı artmıştır. Basma kalıplarının üretiminde EDM prosesinin ekonomikliği nedeniyle EDM’in kullanımı önem kazanmaktadır [3]. 3.17 Proses Karakteristikleri EDM prosesi normal olarak ±0,002 - ±0,005 inç hassasiyetteki toleransları sağlar. Ancak daha dikkatli ve kontrollü olarak yapılan çalışma şartlarında ±0,0001 -±0,0005 inç toleranslarına çıkılabilir. 17 - 13 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) Şekil 10 30 ve 36 RC Sertlikteki (Ti-6Al- 4V) ile 4340 Çelik Malzemelerde EDM'de Son İşleme Proseslerinin Yüzey Sertliğine Etkisi [4] Talaş kaldırma hızı: 0,01-30 inç/sa ve pirinç bir elektrotla dakikada 0,00025 inç /Amp lik talaş kaldırılırken grafit elektrot bunun 2-3 katı daha fazla kaldırır. EDM konik, overcut (elektrodun orijinal ölçüsü ile delik ölçüsü arasındaki farkın yarısı) ve köşe radyüslü işlemler yapar. Yani tam keskin köşe işleyemez. Bir kenarda 0,0005-0,005 inç’lik bir koniklik ve yeni bir kenarda 0,0002-0,005inç’lik bir overcut oluşturulur. Burada minimum köşe radyüsü overcut’a eşittir. Kaba talaştan sonraki son yüzey işlemede; talaş kaldırma hızı arttıkça yüzey pürüzlülüğü de artmaktadır. 3 Yüksek sıcaklıklar; işlenmiş parça yüzeyinde 0,001 - 0,005 inç kalınlığında ergimiş, buharlaşmış bir tabaka oluşturur. İşlemeden sonra en dış tabakadaki ergimiş metal hızlıca soğuduğundan bu kısım oldukça serttir. Böylece bu sert tabakanın üzerindeki tabaka temperlenmiş olur. Sertleştirilmiş çeliklerde; kaba işlemlerde en dış katman kalınlığı 0,0001inç’tir ve son sertlik 60 HRC'den daha büyüktür. Sert tabakanın altındaki temperli tabaka kalınlığı; kaba işlemlerde 0,008 inç’tir. İşleme faktörünün malzeme sertliğine etkisi büyüktür. Bu durum Şekil 10'da daha iyi görülmektedir [4]. 17 - 14 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) Benzer şekilde işleme şartları Fatique Strength (Yorulma dayanımını) da etkiler. Şekil 11'de 7 ayrı metale oda sıcaklığında iki farklı proses ve EDM uygulanmış ve yorulma dayanımları mukayese edilmiştir ve şekilde izlendiği gibi EDM işleme sonrasındaki malzemelerin yorulma dayanımının mekanik işleme sonrası yorulma dayanımlarından daha düşük olduğu görülmüştür. Zorunlu durumlarda yorulma ömrü shot peen veya hasarlı yüzeyi makinelemek suretiyle arttırılabilir [4]. Şekil 11 Mekanik İşleme ve EDM İşleminin Yorulma Dayanımı [4] 3.18 EDM’in Malzemeye Etkisi Talaş Kaldırılan metal yüzeyinde iki ayrı bölge vardır. En dış bölge ergimiş ve katılaşmamış olup, yüzeyden içeriye doğru nüfuz ederek malzemeyi zayıflatan mikro çatlaklara sahip recast tabakası oluşur. İkinci bölge ise recast tabakasının altıdır. Buradaki metal tabakası ergime sıcaklığının altında olmasına rağmen, metalin fiziksel özellikleri birinci bölgeden etkilenmiştir. Mikrofilmler ve parça çizimleri, bazen çatlak derinliği ve recast limitlerini belirtirler. Bunlar sadece işlenen parça veya metalurjik olarak parçanın aynısı olan örnek kuponlara yine orijinale benzer elektrot ve parametreler kullanılarak işlenip, mikroskobik incelenmesi sonucunda tespit edilebilirler [4]. 3.19 Genel Bir Proses İçin Hesaplamalar 3.19.1 Kaba Kesme İçin Ortalama Amper Hesaplaması Amper= (Elektrot Temas Alanı) X 50 Amp. /İnç2 [4] 17 - 15 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 3.19.2 Kaba Kesmede Çalışma Çevrimi (Duty Cycle) Seçimi Tablo 1 Kaba Kesmede Çalışma Çevrimi (Duty Cycle) Seçimi [4] ELEKTROT İŞ PARÇASI POLARİTE DUTY CYCLE Grafit Çelik Reverse(+) %60 Grafit Alüminyum Reverse(+) %60 Grafit In. 718 Reverse(+) %70 Bakır Çelik Reverse(+) %90 Bakır Alüminyum Reverse(+) %60 Bakır Karpit Standart(-) %30 Bakır Grafit Karpit Standart(-) %30 Bakır Tungsten Karpit Standart(-) %30 Bakır Tungsten Çelik Reverse(+) %30 3.19.3 Kaba Kesmede En Yüksek Akımın Hesabı En Yüksek Akım= Ortalama Amper + Duty Cycle [4] 3.19.4 Aşınmasız Kaba Kesme için Çalışma Zamanının (On Time) Hesaplaması [4] ON TIME Yüksek Yoğunlukta Grafit (POCO EDM-3) 10 Amper veya aşağısı 50 Yüksek Yoğunlukta Grafit (POCO EDM-3) 10 Amper veya yukarısı 75-50 Orta Yoğunlukta Grafit (POCO EDM-1) 10 Amper veya aşağısı 80 Orta Yoğunlukta Grafit (POCO EDM-1) 10 Amper veya yukarısı 125 Düşük Yoğunlukta Grafit (KK-6 / KK-10) 10 Amper veya aşağısı 250 Düşük Yoğunlukta Grafit (KK-6 / KK-10) 10 Amper veya yukarısı 350 Bakır Elektrot .................................................. 5 Amper veya aşağısı 200 Bakır Elektrot .................................................. 6-12 Amper 700 Bakır Elektrot .................................................. 13 amper veya yukarısı 1000 17 - 16 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 3.19.5 Kaba Kesmede Durma Zamanının (Off Time) Hesaplaması Örnek: Yüksek yoğunlukta grafit elektrot ile çelik bir parçanın 20 amper ile kesilmesi. Durma Zamanı = On Time − On Time Duty Cycle On Time: Çalışma Zamanı Duty Cycle: Çalışma Çevrimi Durma Zamanı = 3.19.6 75 − 75 = 50 0.6 [4] Tavsiye Edilen Elektrot Sayısı 60 RMS elde etmek için minimum 2 elektrot 45 RMS elde etmek için minimum 3 elektrot En iyi yüzey elde etmek için minimum 4 elektrot [4] 3.19.7 Küçük Delikleri Kesmek İçin Rehber Tablo 2 Küçük Delikleri Kesmek İçin Rehber [4] ELEKTROT ÇAPI ON TIME OFF TIME 0.007” 5 100 veya daha fazla 0.5 0.012” 10 100 veya daha fazla 0.5 – 1 0.020” 15 150 veya daha fazla 1 0.030” 20 150 veya daha fazla 1 0.050” 20 150 veya daha fazla 2 3.19.8 YAKLAŞIK ORT. AMPER Genel EDM için Elektrot Ölçüsü Belirleme İşlenecek Parçanın Ölçüsü : 1” X 1” X 1” Yüzey Pürüzlülüğü : 125 RMS Elektrot Malzemesi : POCO 1 ( Grafit) İş parçası : Çelik 17 - 17 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 3.19.8.1 İşlenecek Elektrodun Ölçüsü İşlenecek elektrodun ölçüsü parçanın ölçüsünden 0.010” daha düşük olacaktır. Kaba Elektrot Ölçüsü : 0.980” X 0.980” Kaba “z“ derinliği : 0.990” Amper = Alan X 50 = 0.980 X 0.980 X 50 = 48 A On Time : 125 Off Time = ( On Time / Duty Cycle ) – On Time = (125 / 0.6) – 125 =83 3.19.8.2 Son Elektrot Ölçüsü (125 RMS) Son elektrot ölçüsü (125 RMS) = Elektrot ölçüsü – ( Son kesmedeki aşındırma X 2) = 1” –( 0.0024” X 2 ) = 0.9952” Elektrodun ölçüsü = 0.9952” X 0.9952” “z” derinliği = 1” – 0.0024” = 0.9976” On Time = 25 4 Off Time = 10 Akım = 10 [4] JET REVİZYON MÜDÜRLÜĞÜNDE EDM Jet Revizyon Müdürlüğü bünyesinde EDM prosesi, çeşitli kapasitelerdeki 6 adet EDM tezgahı kullanılarak şekil ve boyut yönünden farklılık gösteren bir çok motor parçasının onarım işlemlerinde etkin olarak kullanılmaktadır. Şekil 12'de Jet Revizyon Müdürlüğü bünyesinde bulunan EDM tezgahının görüntüsü gösterilmiştir. 17 - 18 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) Şekil 12 Jet Revizyon Müdürlüğü Bünyesindeki Hansvedt, H-Pulse 1004 Modeli EDN Tezgahı 4.1 Uygulama Alanı EDM prosesi, F110 motoru düşük basınç türbini vane kesme işlemi, F110 motoru türbin frame yağ borusu sökme işlemi, J79 motoru kompresör casing’in delik ve testere yarıklarının işlenmesi, J85 motoru difüzör casing bracket deliğinin delinmesi, J85 motoru main frame slot yarığının işlenmesi gibi bir çok motor parçasının onarım işlemlerinde yoğun olarak kullanılmaktadır. 4.2 Uygulama Esnasındaki Ortam Koşulları Prosesin kendisi için özel bir ortam koşulu gerekmemektedir. Ortam şartları MILSTD-1472D esas alınarak düzenlenmektedir: 4 Sıcaklık; yaz ve kış şartlarına göre 18-27ºC (65-80ºF) arasında değişebilmektedir. 4 Aydınlatma; Tamir atölyesi standartlarına uygun şekilde, 30-50 FT-C (325-540 LUX) 4 Havalandırma; Havalandırma ihtiyacı atölye hacmi, çalışan personel sayısı ve ortama verilen gaz ve toz miktarı göz önünde bulundurularak hesaplanır. 17 - 19 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 4.3 Uygulama İçin Gerekli Tezgah / Ekipmanlar EDM prosesinin gerçekleştirileceği EDM tezgahı ve EDM prosesi esnasında, yapılacak işlemin durumuna göre iş parçasını konumlandırmak amacıyla gerekli olan aparatlara ihtiyaç duyulmaktadır. 4.4 Proses Öncesi Yapılması Gerekenler Eğer, EDM prosesi için gelen parça ilk defa EDM yapılacaksa işlemde kullanılacak parametrelerin doğruluğunun kontrolünün yapılması için test kuponu hazırlanarak öncelikle bu kupon üzerine işlem yapılmalıdır. Test kuponunun incelenmesi sonucunda uygulanan parametreler laboratuar tarafından kabul edilirse parçanın EDM işlemi yapılmalıdır. EDM işlemi için gelen parça daha önceden, işlem yapılacak tezgahta prosese tabi tutulmuşsa proses öncesi herhangi bir işleme gerek yoktur. 4.5 Emniyet Tedbirleri 4 Elektrik bağlantılarının ve monte edilen elektrotun gevşek oluşu, soğutucu sıvı üzerinde ark oluşturacağından bu bağlantıların iyi yapılması gerekir. 4 Elektrotun veya iş parçasının pastan veya korozyondan temizlenmiş olduğundan emin olunuz. Bunlar malzemenin iletkenliğini düşürür ve hatalı işlemler meydana getirebilir. 4 Kirli soğutucu yağ, düzensiz EDM kesmelerine sebep olur. 4 Kesme esnasında, kıvılcım tamamen sıvının içinde olmalıdır. Yağ seviyesi iş planının min. 2 inç üzerinde olması gerekir. 4 Soğutucu sıvı seviyesinin normalden düşük olması, tavsiye edilen kesme akımından daha yüksek kesme yapılması sonucunda güçlü bir yangın tehlikesi oluşabilir. 4 EDM prosesi sonucunda oluşacak yanıcı gazların iş parçası, tezgah ve elektrot üzerinde birikmesi önlenmelidir. Biriken gazlar tutuşup, can ve mal kaybına neden olabilir. 4 Çalışma ortamındaki buharın uzaklaştırılması gerekiyorsa hava ventilasyonu sağlanmalıdır. 4 Tezgah çalıştırma talimatlarına kesinlikle uyulmalıdır. 17 - 20 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 4.6 Prosesin Uygulama Adımları 4 Tezgah ve EDM güç kaynağının “ON” durumunda olduğundan emin olun. 4 Elektrodu ve iş parçasını iş planına göre uygun aparata ve/veya tezgaha bağlayın. 4 Elektrot ve iş parçasını pozisyonlandırın. 4 Dielektrik yağını tezgah haznesine doldurun. 4 Güç kaynağı üzerinde uygun parametreleri iş planına uygun olarak ayarlayın. 4 Emniyet tedbirlerine uygun olarak tezgahı çalıştırın [4]. 4.7 Prosesin Uygunluğunun Kontrolu Proses, proses metalurjik karakteristikleri diye bilinen yüzey düzensizliği, erimiş ve katılaşmış malzeme birikintisi ısıdan etkilenen bölge, yeniden katılaşmış bölgedeki çatlaklar ve ana malzemeye uzanan çatlaklar yönünden değerlendirilir. Bu değerlendirmede Tablo 3’teki limitler göz önüne alınır. 17 - 21 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 17 - 22 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 4.7.1 Proses Kontrol Metodu 4 EDM tezgahında imalata geçmeden önce iş parçası ile aynı malzemeden test kuponu temin edilir. Test kuponu üzerinde proses parametreleri ve metalurjik karakteristikler inceleneceği için temin edilen test kuponunun parça ile malzeme analizi, kalınlığı, sertliği ve ısıl işlem durumu aynı olmalıdır. 4 İşlem gören tüm parçaların proses kontrolünde iş planında yer alan metalurjik karakteristikler incelenecektir. Bu incelemede Tablo 3’teki limitler değerlendirilir. 4 EDM operatörü kendisi tarafından belirlenen proses parametrelerine göre kuponu işler ve proses parametrelerini kayıt eder. 4 Hazırlanan test kuponlarının kontrolü amacıyla operatörce laboratuar formuna metalurjik limitler ve proses parametreleri belirtilerek laboratuara gönderilir. 4 Test kuponundaki metalurjik limitler için onay almışsa proses parametreleri iş planına girilir ve proses mühendisi tarafından onaylanır. Artık iş planındaki proses parametreleri kullanılarak imalata geçilebilir. 4 Test kuponuna metalurjik limitler için laboratuar tarafından onay verilmemişse proses mühendisine bilgi verilir ve proses parametreleri değiştirilerek test kuponu tekrar işlenir. Metalurjik inceleme için kupon laboratuara gönderilir. 4 EDM prosesinden sonra recast tabakası oluşan yüzeylerde N6 ( 32√ ) kalitesinde taşlama, N7 (63√ ) yüzey kalitesinde freze ile kesme ve tornalama, delik açma işleminde ise; çapta minimum 1 mm değişikliğe sebep olacak şekilde matkap ile delik genişletme işlemleri uygulanması durumunda metalurjik limitlerin belirlenmesine gerek yoktur. 4 Asamble üzerindeki perçinlerin çürütülmesi veya sıkışmış vida, cıvata ve somunların kesilmesi amacıyla proses kullanılmışsa yine metalurjik limitlerin belirlenmesine gerek yoktur. 4 Metalurjik limitlerin belirlenmesine gerek yoktur diye ifade edilen üstteki iki maddenin dışında kalan tüm durumlarda limitlerin kontrolü için laboratuar onayının alınması zorunludur. 4.7.2 Proses Kontrol Periyodu 4 EDM tezgahında işlem gören her parça için, kontrol gerekmeyen durumlar hariç, metalurjik karakteristikler periyodik olarak yılda bir kez test kuponu ile kontrol edilmelidir. Laboratuar onay tarihi 1(bir) yılı geçmesine rağmen, parça üretilmediği sürece test yapılmaz. 4 Yer destek parçaları hariç , tüm uçak ve motor parçalarının metalurjik karakteristik kontrolü yapılmalıdır. 17 - 23 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) 4 Metalurjik karakteristikler laboratuar onayı aldıktan sonra tezgah parametrelerinde değişiklik yapılması halinde, kontrol periyodunun tamamlanması beklenmeden test kuponu ile onayın yenilenmesi gerekir [7]. 4.8 Proses Bitiminden Sonra Yapılması Gerekenler Proses sonrasında yapılması gereken özel bir işlem olmamakla beraber, prosesi biten parçalar dielektrik sıvıdan arındırılmak üzere temizleme işlemleri için temizleme atelyesine sevk edilir. 4.9 Kapasite 4 Boyut:Jet Revizyon Müdürlüğünde 6 adet EDM tezgahı mevcut olup bu tezgahlardan en büyüğü olan Hansvedt H-Pulse 1400 model EDM tezgahına göre değerlendirme yapıldığında 96" X 180" X103" ( Yükseklik X Genişlik X Derinlik) boyutlarına kadar olan parçalar, EDM prosesi kapsamında kesme ve işleme prosesleri görebilmektedir. 4 Hassasiyet: EDM prosesi kapsamında işlenecek parçalarda, zaman kısıtlaması olmaksızın ve çok elektrotla 0.01mm doğrulukla işlem yapılabilmektedir. 4.10 Kullanılan Tezgahların Özellikleri Jet Revizyon Müdürlüğü bünyesinde 6 adet EDM tezgahı mevcut olup bu tezgahların özellikleri Tablo 4'te verilmiştir. Tablo 4 Jet Revizyon Müdürlüğü Bünyesinde Kullanılan EDM Tezgahları Marka Model Voltaj Frekans Güç Elektroda Uygulanan Maksimum Amper Hansvedt H-Pulse 1004 380 V 50 Hz 12 KVA 100 A Hansvedt H-Pulse 502 380 V 50 Hz 7.5 KVA 50 A Hansvedt H-Pulse 201E 117 V 60 Hz 5 KVA 25 A Hansvedt H-Pulse 201E 117 V 60 Hz 5 KVA 25 A CP-60 380 V 50 Hz 6.8 KVA 50 A CR-2000 380V 50 Hz 6 KVA 50 A Raycon Ingersol 17 - 24 Jet Revizyon Müdürlüğü EDM(Electrical Discharge Machining) REFERANSLAR [1] Society, of Manufacturing Engineers, Tool and Manufacturing Engineers Handbook, Volume I, Fourth Edition, (1983). Syf. 14-42 [2] Korsakov, V. S., Fundamentals of Manufacturing Engineering, MIR Publishers Moskow, Syf. 204 . [3] Dallas, DANIEL B., Tool and Manufacturing Engineers, McGRAW-HILL Book Company,Third Edition, Syf.13.1 [4] Elitok, N. ve Öztaşan, A., PPMP-100 EDM Proses Planı, (1993). [5] Wright, R. Thomas, Processes of Manufacturing, The Googheart-Willcox Company Inc.,(1987). Syf. 296-297. [6] Hansvedt Cintrojet Ram EDM Machines Operating Manuel,1995, Bölüm 3, Sayfa 3.2.1. [7] Küçükoğlu, A., PQMP -100 EDM Prosesi Kontrol Planı, (2001). 17 - 25