Teknologifag

Gnistudladning

Åbn siden som PDF

Materialefjernelse Gnistudladeforløb Ændring af polaritet Brændtid Temperatur Gnistspalte og GAP Overfladeruhed Impulsparametre / profildybde

Gennem udladningsfunktion finder en gnistudladning sted via den nødvendige gnistspalte der er mellem værktøjet og elektroden. Der hvor afstanden er mindst vil der springe en gnist i det isolerende dielektrikum.

Dielektrikum må ikke være ledende, og væskens formål er at fjerne bortgnistet materiale og afkøle elektroden.

Materialefjernelse

Kontakten afbrydes. Afladekanalen falder sammen, og det smeltede lag fordamper i en eksplosion, der efterlader et krater i overfladen. Når der tændes og slukkes, vil der hver gang dannes nye kratere. Der springer kun én gnist ad gangen. Den springer der hvor der er kortest afstand mellem elektrode og emne.

Til top

Gnistudladeforløb

Tændingsfunktionen er afhængig af:

• Styrken på tændingsfunktionen
• Hvor beskidt dielektrikum er
• Gnistspaltens størrelse
• Den anviste strømstyrke

Strømmen tændes og slukkes i intervaller og hver gang efterlades et krater. Der springer kun en gnist ad gangen og præcis der hvor der er kortest afstand.

Ladningsstrømstyrken skal reduceres når man går fra skrup til sletbeatbejdning.

• Fra + ploen sendes positivt ladede ioner.
• Fra - polen sendes negativt ladede elektroner.
• I midten er de neutrale væskemolekyler

Gnistbearbejdningens ni grundlæggende faser.

• 1. Spændingen stiger og danner et felt hvor afstanden mellem elektrode og anode er mindst, (normalt hvor overfladen har toppe og hvor GAP en mindst.)
• 2. Der dannes en bro af negativt ladede dele, som sendes fra den negative elektrode. Spændingen stabiliseres mens strønstyrken fortsat er nul. Gnistvæsken bliver delvist ioniseret.
• 3. Væskens funktion som isolator ophører. Spændingen falder og strømmen begynder at flyde. Derved begynder ladningen.

• 4. De negative og positive dele vandrer nu mod den henholdsvis positive og negative elektrode. Strømstyrken stiger, og spændingen aftager. Der dannes en dampkanal, og selve smelteprocessen begynder på en meget lille del af emneoverfladen.
• 5. Afladekanalen udvider sig yderligere, strøm og spænding bliver stabil mens temperatur og tryk i den bestående kanal øges væsentligt.
• 6. Den elektriske ladning og varmen når højeste intensitet. Dampkanalen udvides hurtigt. Ved slutningen af denne fase åbnes strømkredsen.

• 7. Når strømme slukkes opnås ikke længere nogen varmeudvikling. Trykket fra afladekanalen aftager og det smeltede materiale gennem den eksplosionsaktige fordampning løsnet fra emnet. Det fordampede metal køles hurtigt ned i den omkringværende gnistvæske og samler sig i mikroskopiske hulkroppe.
• 8. Gaslommen implodiere og opnår en dynamisk kraft, som suger det eroderede materiale ud af krateret.
• 9. I denne proces opstår restdele af metaldele, kulsof og gas. Sidstnævnte stammer fra gnistvæsken. Kredsen bliver lukket klar til næste gnist

Afsmeltningens størrelse

• Eftersom ionerne er større og indeholder mere varme end elektronerne, kan der ved gode indstillinger være smeltet 0,5% af elektroden og 99,5% af emnematerialet.

Billedet ovenfor viser forholdet mellem ladningsenergi (strømstyrke) og den opnåelige overfladeruhed.

Til top

Ændring af polaritet

Under 10µs vil man vende polariteten, idet ionerne ikke kan nå at accelerere og optage så meget varme som de mindre elektroner, disse vil ophedes og smelte mere materiale på + (positiv) polen end ionerne er i stand til på - (negativ) polen.

Til top

Brændtid

Selve tiden, som gnistudladningen varer, kaldes impulstiden eller brændtiden. Tiden kan variere fra 1 til 3000 µs alt efter maskintype. 1 µs udtales mikrosekund og er lig med en milliontedel sekund.

Til top

Temperatur

Temperaturerne under gnistudladningerne er store, op til mellem 30 - 50.000°C i afladekanalen og imellem 6 - 10.000°C i de smeltede lag på elektroderne. Disse temperaturer er så høje, at selv materialer med et meget højt smeltepunkt vil fordampe under gnistprocessen.

Til top

Gnistspalte

Ved gnistspalte forstås det GAP, der opstår under gnistudladningen. Gnistspalten måles fra den gnistede overflades kratertop til overfladen på elektroden. Gnistspaltens størrelse varierer fra 0,02 - 0,8 mm, alt afhængig af "arbejdsimpulsen".

Gnistspalten sideværts kaldes lateral GAP.

Afstanden foran elektroden kaldes frontal GAP.

Det frontale GAP kan reguleres; det kan det laterale ikke fordi det er fastlagt ved generatorindstillingen.

Til top

Overfladeruhed

Den gnistede overflade minder mest om et månelandskab og udtrykkes for det meste som en R^max eller en R^z værdi. Dette svarer til profildybden målt i µm, og er lig med afstanden afstanden målt mellem top og bundlinien.

Værktøjets gnistbarhed er afhænger af værktøjsstålets varme-ledningsevne. Dette bestemmer hvor meget energi der skal til for at overfladen smeltes.

De lokalt opståede metalsmeltning bliver løsnet fra materiale-overfladen når gnistimpulser afbrydes. Der opbygges et lille krater, som afhænger af den benyttede udladnings effekt.

Når udladning følger på udladning så opstår krater ved krater og dermed en stadig fjernelse af værktøjsoverfladen.

Når man arbejder med gnistede overflader arbejder man med overfladeprofiler som Ra og Rz og Rmax . Ra/ Rz har en omregningsfaktor Ra/ Rz ~ 1/6.

Ra/Rmax som en tommelfingerregel 1/8.

Til top

Impulsparametre / profildybde.

Udladningsenergiens indflydelse på overfladeruheden.

Udseende af overflader og dermed dybden og størrelsen på krateret er afhængig af den tid, gnisten brænder og med, hvor stor strømstyrke (energi) gnisten indeholder. Dybden varierer efter indstillinger fra 1 til 120 µm angivet i Rmax værdier.

Tp = Brændtiden

Ige = Strømstyrken

Samme ruhed kan nemt have forskellig udseende.

Til top