Szikraforgácsolás és marás - a technológiák összehasonlítása

Napjainkban a klasszikus szerszám- és formagyártás kulcstechnológiáihoz tartozik a szikraforgácsolás (EDM) és a nagysebességű marás (HSM). Míg a szikraforgácsoló megmunkálási eljárás termikus anyagleválasztáson alapul, addig a nagysebességű marás a geometriailag meghatározott éllel történő forgácsleválasztó eljárásokhoz tartozik. Már ez az egyszerű és nem túlzottan részletes összehasonlítás is olyan tulajdonságokra enged következtetni, melyek meghatározzák a forgácsoló és maró gyártástechnológia bizonyos feladatokra történő alkalmazhatóságát.

Nagysebességű marás (HSM)

A nagysebességű marás fogalmán olyan megmunkálást kell értenünk, amelynél a szerszámél geometriailag meghatározott, a modern szerszámanyagok és bevonatok a különböző szerkezeti anyagú munkadarabok megmunkálásakor pedig a lehető legnagyobb forgácsolósebességet teszik lehetővé. A szerszám- és formagyártás területére vonatkoztatva a legnagyobb alkalmazási területet a modell- és elektródagyártáshoz használt, könnyen forgácsolható szerkezeti anyagok (jellemző forgácsolósebesség 800…2000 m/min), valamint az edzett szerszámacélok (forgácsolósebesség 100…500 m/min) jelentik. Szerszámként modern, finomszemcsés keményfémeket használnak, amelyeket a munkadarabok szerkezeti anyagaihoz illeszkedő bevonatokkal látnak el. A szerszám- és formagyártásban a jellemző szerszámátmérők D = 0,2 mm-tol D = 16 mm-ig terjednek, ahol a max. élhossz / szerszámátmérő arányszám L/D = 10…15 lehet.

A nagysebességű marást 3-, 4- vagy 5-tengelyes gépeken végzik 

Szikraforgácsolás (EDM)

A szikraforgácsoló technológiánál két feszültség alá helyezett elektródát elektromosan szigetelő folyadékban (dielektrikum) addig közelítenek egymáshoz, míg az elektromos mezők csúcsain töltéskisülés következik be, és ennek következtében az elektródák között létrejön egy plazmacsatorna. Az elektródák felületére nagy sebességgel becsapódó töltések kinetikus energiája hővé alakul át, így a plazmacsatorna és az elektródák érintkezési felületén
az elektróda anyaga megolvad. A megolvadt elektródaanyag egy része már az elektromos töltések becsapódásakor elgőzölög vagy pedig kihordódik a kialakuló kráterből. Ha ezután a tápfeszültség megszakad, a plazmacsatorna igen kis idő alatt összeomlik. Az így keletkező vákuum növeli a folyamat hatékonyságát, a túlnyomás és vákuum váltakozása miatt pedig egyre több megolvadt elektródaanyag hordódik ki a kráterből. Ennek a folyamatnak a sorozatos ismétlésével jelentős anyagmennyiség választható le szinte az összes, elektromosan vezetőképes elektródaanyagból.

A szikraforgácsoló technológiákat tömbös és huzalos eljárásokra tagoljuk. Az első esetben az elektróda az előírt, jellemzően háromdimenziós süllyeszték végső geometriájának felel meg, és a süllyeszték formáját ezzel az elektródával hozzuk létre. A második esetben egy folyamatosan feszített és előtolt elektródahuzallal két- vagy háromdimenziós alakzatokat vágunk ki egy lemezből. A huzalos szikraforgácsolás 3 tengellyel történik, az U- és
V-tengelyek elmozdításával pedig kúposan is lehet vágni. A kiegészítő A- és B-tengellyel különleges megmunkálások végezhetők el.

A szikraforgácsolással szinte minden olyan anyag megmunkálható, amely elektromosan vezetőképes. A technológia alapját képező funkcióelv miatt az eljárás teljesen független a munkadarabanyag keménységétől és összetételétől. Az elhanyagolható megmunkáló erők olyan különleges tulajdonságokat eredményeznek, melyek ezt az eljárást már régen a szerszám- és formagyártás területére predesztinálták, és a mai napig egy technológia sem tudta teljesen helyettesíteni.

Huzalos szikraforgácsolás

A technológiák összehasonlítása

A szerszám- és formagyártás területén a tömbelektródás szikraforgácsolás és a nagysebességű marás egymással versengő eljárások. Mindkét technológia elsősorban a műanyag-fröccsöntő és nyomásos öntőszerszámok összetett, háromdimenziós süllyesztékeinek és formamagjainak, továbbá a kovácsoló- bélyegek és süllyesztékek, présszerszámok, szinterprésmatricák és fúvószerszámok előállítására szolgál. A nagysebességű marás különösen a grafit- és vörösréz-elektródák gyártásánál hódított teret, és technológiai szempontból egyenértékű eljárásnak minősül a tömbelektródás szikraforgácsolással. A tömbelektródás szikraforgácsoló gépek üzemeltetési költségei körülbelül megegyeznek a nagysebességű marógépekével, feltéve, hogy ugyanolyan kategóriájú szerszámgépeket hasonlítunk egymással össze.

Ennél az összehasonlításnál fontos szempont a szerszámköltség (marószerszámok, elektródagyártás költsége), a fogyóeszközök költsége (dielektrikum, olaj a minimális mennyiségű kenéshez), a tartalék- és cserealkatrészek költsége (orsó) és a hulladékkezelés költségei (dielektrikum, forgács, iszap stb.). Egyszerű formák esetén az EDM-mel összehasonlítva a HSM-mel elért időmegtakarítás növekszik, összetett formáknál ez azonban csökkenő tendenciát mutat, sőt, az EDM javára is átfordulhat (lásd táblázat).

Összegzés

A huzalelektródás szikraforgácsolás napjainkban a kivágó- és a sajtolószerszámok gyártásánál szinte kizárólagos, versenytárs nélküli technológia. A tömbelektródás szikraforgácsolás és a nagysebességű marás számos alkalmazási területen konkurens technológiaként állnak szemben egymással. Ennek ellenére nem lehet végleges választ adni arra a kérdésre, vajon a tömbelektródás szikraforgácsolás, vagy pedig a nagysebességű marás rendelkezik-e több előnnyel (vagy kevesebb hátránnyal) a szerszám- és formagyártás területén. A nagysebességű marás kétségtelenül jelentős előnyei ellenére is léteznek olyan különleges geometriaelemek, amelyek az eljárás alkalmazási lehetőségét beszűkítik. Ebből a szempontból e két technológia – a technika jelenlegi szintjén – inkább egymást
kiegészítő eljárásnak minősül.

A tömbelektródás szikraforgácsolás 3 tengellyel történik, kiegészíthető egy forgó C-tengellyel

Köszönet az Info-Prod kft. segítségéért a tartalom biztosításához.