Generator de impuls de relaxare

Echipamentele EDM timpurii utilizau generatoare de impulsuri de relaxare cu descărcări ale condensatorului, așa cum se arată în Fig. 8. Capacitatea este încărcată conform următoarei ecuații:

Aici, u0 este tensiunea în gol a sursei de alimentare, iar i(t) este curentul de încărcare. Când tensiunea interstițiului depășește rezistența la străpungere dielectrică, descărcarea este amorsată în interstițiu, așa cum se arată în Fig. 9.

Curentul de descărcare ie(t) poate fi obținut din următoarea ecuație:

Aici, ue este tensiunea de descărcare. Durata de descărcare este de câteva microsecunde sau mai puțin, chiar mai scurtă de zece nanosecunde, urmată de recuperarea rezistenței dielectrice a interstițiului. Astfel, încărcarea și descărcarea capacității pot fi repetate autonom. Acest tip de generator de impulsuri a fost utilizat, în special în WEDM până în ultimii ani, deoarece în WEDM este necesar un curent de descărcare cu valori de vârf ridicate și durată scurtă din motivele descrise în secțiunea „Influența condițiilor de impuls”. Dezavantajul generatorului de impulsuri de relaxare este dificultatea controlului impulsului. De exemplu, deoarece tensiunea de interstițiu începe să crească imediat după fiecare descărcare, deionizarea plasmei nu poate fi asigurată. Prin urmare, în cazul în care plasma nu se stinge după descărcare, curentul de la sursa de alimentare se scurge prin interstițiul de descărcare, dezactivând sarcina capacității. Astfel, odată cu dezvoltarea recentă a tranzistoarelor de putere, care pot gestiona curenți mari cu răspuns înalt, generatoarele de impulsuri de relaxare au fost înlocuite cu generatoare de impulsuri cu tranzistoare, prezentate în Fig. 10. Totuși, generatoarele de impulsuri de tip relaxare sunt încă utilizate în prelucrarea de finisare și microprelucrare deoarece este dificil să se obțină o durată semnificativ de scurtă a impulsului cu energie constantă a impulsului utilizând generatorul de impulsuri cu tranzistoare.

Generator de impulsuri cu tranzistor

Cu generatorul de impulsuri cu tranzistor, o serie de rezistențe și tranzistoare sunt conectate în paralel între sursa de alimentare cu curent continuu și interstițiul de descărcare, așa cum se arată în Fig. 10. Aici, luați în considerare cazul în care tensiunea în gol a sursei de alimentare este de 100 V și doar un tranzistor este comutat ON. Se știe că în EDM, atunci când descărcarea este amorsată, tensiunea în interstițiu scade la aproximativ 20 V independent de curentul de descărcare. Acest lucru se datorează faptului că un curent mai mare duce la un grad mai mare de ionizare și un diametru mai mare al coloanei arcului, rezultând o conductivitate electrică crescută a plasmei. Prin urmare, tensiunea de descărcare ue este în mod normal în jurul valorii de 20 V. Curentul de descărcare obținut este prin urmare de 4 A utilizând un singur circuit cu tranzistor în acest exemplu. Astfel, se constată că curentul de descărcare poate fi crescut prin creșterea numărului de tranzistoare care sunt comutate ON în același timp.

Figura 11 prezintă formele de undă ale tensiunii și curentului în interstițiu, care sunt tipice în operațiunile EDM cu electrod masiv. Când tranzistoarele sunt comutate ON, între electrodul sculei și piesa de prelucrat se aplică tensiunea în gol uo de 100 V în cazul din Fig. 10. Însă, descărcarea nu are loc imediat, amorsarea ei este întârziată cu td. Acest lucru se datorează faptului că străpungerea dielectrică necesită o întârziere de timp statistic în care electronii inițiali ar trebui generați prin ciocnirea razelor cosmice, radioactive, ultraviolete și X cu speciile neutre din interstițiu și întârzierea de timp formativ în care electronii inițiali sunt accelerați pentru a genera avalanșa de electroni (Meek și Craggs 1978). În EDM, deoarece lichidul dielectric este contaminat cu particule de reziduuri conductoare electric, timpul de întârziere la amorsare este determinat nu numai de lățimea interstițiului, ci și de concentrația particulelor de reziduuri în interstițiu.

După străpungerea dielectrică, un curent de descărcare, ie, curge în interstițiu. Circuitul de control al porții menține tranzistoarele ON pentru durata prestabilită de descărcare, te, după străpungerea dielectricului, rezultând o dimensiune uniformă a craterului de descărcare independentă de timpul de întârziere la amorsare care poate varia statistic pentru fiecare descărcare. Apoi, după intervalul fix de descărcare to tranzistoarele sunt din nou comutate ON și tensiunea în gol se aplică între electrozi.

Energia de descărcare pe un singur impuls q este exprimată ca

unde ue este tensiunea de descărcare, care este în jur de 20 V. Prin urmare, curentul de descărcare și durata de descărcare sunt stabilite de operatori luând în considerare dacă procesul este pentru o operație de degroșare sau de finisare. Pentru a obține o prelucrare stabilă, intervalul de descărcare ar trebui să fie suficient de lung pentru ca plasma să se stingă și, prin urmare, rezistența dielectrică la străpungere să fie recuperată în timpul intervalului. Factorul de sarcină, raportul dintre durata de descărcare și durata medie a ciclului de descărcare, poate fi definit ca

unde (td) este timpul mediu de întârziere la amorsare măsurat. Odată cu creșterea D.F., rata de îndepărtare a materialului poate fi crescută, în timp ce prelucrarea devine instabilă. Mașinile avansate de descărcare electrică pot controla intervalul de descărcare în mod adaptiv prin monitorizarea formelor de undă ale tensiunii din interstițiu.

Controlul servo-avansului (Controlul interstițiului)

Viteza de avans a electrodului sculei nu este constantă, ceea ce este diferit de metodele convenționale de prelucrare în care sculele de tăiere sunt alimentate cu o viteză de avans constantă. Controlul servo-avansului prezentat în Fig. 12 menține interstițiul de lucru la o lățime adecvată. Lățimi mai mari ale interstițiului provoacă întârzieri mai lungi la amorsare, rezultând o tensiune medie mai mare în interstițiu. Atunci când tensiunea medie a interstițiului măsurată este mai mare decât tensiunea de referință servo prestabilită de operator, viteza de avans este crescută. Dimpotrivă, viteza de avans este redusă sau electrodul este retras atunci când tensiunea medie în interstițiu este mai mică decât tensiunea de referință servo. Astfel, scurtcircuitele pot fi evitate chiar și atunci când particulele de reziduuri sau cocoașele craterelor de descărcare unesc interstițiul. Prin urmare, viteza de avans a electrodului sculei este modificată adaptiv în funcție de variația suprafeței de descărcare în timpul procesului.

De exemplu, să presupunem că tensiunea de referință este setată de către operator la 25 V, cu durata de descărcare de 100 μs și interval de impuls de 40 μs. Deoarece servo-avansul este controlat astfel încât tensiunea medie a interstițiului să fie egală cu 25 V, se poate obține următoarea ecuație:

Din ecuația de mai sus, timpul mediu de întârziere la amorsare (td) este de 20 μs. Atunci, D.F. poate fi obținut din Ec. 4 ca 0,625. Deoarece durata medie a ciclului de descărcare este (td) + te + to = 160 μs, frecvența de descărcare poate fi calculată la 6,25 kHz. Când tensiunea de referință servo este setată mare, lățimea interstițiului este mărită; astfel, îndepărtarea particulelor de reziduuri din interstițiu devine ușoară. D.F. mai scăzut duce la o prelucrare mai stabilă. Dar, acuratețea reproducerii formei electrodului sculei în piesa de prelucrat este redusă, iar rata de îndepărtare a materialului scade.

În unele cazuri, timpul mediu de întârziere la amorsare este utilizat în locul tensiunii medii a interstițiului pentru a monitoriza lățimea interstițiului (Altpeter și Perez 2004).