Latest Posts

1. Najczęstsze awarie wtryskarek spowodowane niepoprawnym doborem środków smarnych i sposoby ich uniknięcia.

   2 sierpnia 2021 12:28 Możliwość komentowania Najczęstsze awarie wtryskarek spowodowane niepoprawnym doborem środków smarnych i sposoby ich uniknięcia. została wyłączona

   

   Autorem artykułu jest mgr inż. Piotr Motyka, absolwent Politechniki Wrocławskiej. Ponad 40 lat pracy w przemyśle maszynowym. Konstruktor pierwszych obrabiarek CNC w Polsce.

   W celu poprawnej analizy doboru środków smarnych należy dokładnie zapoznać się z przeznaczeniem i budową wtryskarek, czyli obrabiarek do formowania wtryskowego tworzyw sztucznych. Jest wiele typów wtryskarek, ale najbardziej podstawowy podział obejmuje tym czynnika roboczego. W tym podziale wyróżniamy wtryskarki hydrauliczne gdzie w układzie napędowym tłoczony jest pod wysokim ciśnieniem olej hydrauliczny oraz wtryskarki elektryczne gdzie czynnikiem napędowym jest silnik elektryczny. W przemyśle zdecydowanie dominują wtryskarki hydrauliczne zapewniające ciągłość pracy przy dużym obciążeniu w zmiennych warunkach pracy, dające możliwość produkcji elementów wielkogabarytowych. Wtryskarki elektryczne stosowane są głównie w produkcji elementów małogabarytowych. Pozwalają na uzyskanie elementów precyzyjnych z dużą dokładnością wymiarową.

   Podstawą niezawodnej i długotrwałej pracy wtryskarek hydraulicznych jest właściwy dobór oleju hydraulicznego stanowiącego podstawowy element transmisji mocy. Ma to bezpośredni wpływ na wydłużenie czasu eksploatacji, zmniejszenie awarii i nieplanowanych przestojów jak również na wzrost wydajności, a tym samym na osiągnięcie znacznych efektów ekonomicznych. Większość wtryskarek i tzw. wydmuchiwarek przemysłowych jest przystosowana do pracy na olejach hydraulicznych o lepkości kinematycznej 46 i 68 cSt. Zdecydowaną przewagę mają wtryskarki pracujące z zastosowaniem oleju o lepkości kinematycznej 46 cSt (mm²/s) wyznaczonej laboratoryjnie w temp. 40 ^oC. Olej taki powinien posiadać wysoki wskaźnik lepkości, odporność na degradację termiczną i chemiczną, stabilność w obecności wody, powinien zawierać dodatki antykorozyjne oraz wiskozatory i depresatory czyli polimery, które stabilizują lekkość i pozostałe parametry fizyko-chemiczne przy zmianie temperatury. Ma to istotny wpływ na tzw. pompowalność oleju i utrzymywanie prawidłowej warstwy filmu smarnego. Dzięki temu w znacznym stopniu zmniejsza się zużycie mechanizmów tnących, a tym samym zwiększa się żywotność elementów ruchomych wtryskarki. Duże znaczenie mają również dyspersanty zawarte w oleju.

   

   Wpływają one na niwelowanie cząstek stałych co zmniejsza siłę tarcia i zwiększa filtrowalność eliminując zjawisko ?stick-slip?, a tym samym na likwidację drgań i zużycie łożysk tocznych i ślizgowych. Jest wiele olejów hydraulicznych różnych producentów, które gwarantują uzyskanie opisanych efektów. Jednym z nich jest olej produkowany przez firmę Shell o nazwie Tellus S2 MX 46 oraz Tellus S2 MX 68. Olej ten o dwóch rodzajach lepkości kinematycznej spełnia wysokie wymagania stawiane przez najnowszej generacji systemy hydrauliczne. Dzięki zawartości dyspersantów, olej ten posiada bardzo dobrą filtrowalność, utrzymuje separacje wody, uwalnia pęcherzyki powietrza co zapewnia dużą odporność na pienienie, a tym samym zwiększa sprawność systemów hydraulicznych. Należy podkreślić, że wtryskarki z reguły pracują w pomieszczeniach zamkniętych co gwarantuje stabilność temperatury otoczenia. W zależności od typu wtryskarki, gabarytu produkowanych elementów i średnicy siłowników hydraulicznych, temperatura pracy oleju hydraulicznego zawiera się w granicach 35^oC do 55^oC. W tylnej końcowej części wtryskarki znajduje się stabilna nieruchoma płyta, do której w czasie wtrysku dociskana jest forma poprzez ruch płyty ruchomej przesuwanej po kolumnach prowadzących lub po prowadnicach zamontowanych na łożu korpusu wtryskarki. W dużych wtryskarkach przy sile zacisku 10 000 kW (1kN = 101,97kG) wymagających siłowników o dużych średnicach musi być zainstalowany sprawny system chłodzenia oleju hydraulicznego, aby zachować temperaturę pracy oleju w przedziale przewidzianym przez producenta. Na zamieszczonym wykresie widzimy przebieg zmiany lepkości kinematycznej oleju Shell Tellus S2 MX w funkcji temperatury. Dwa rodzaje oleju o lepkościach 46 cSt i 68 cSt mieszczą się z utrzymaniem właściwej lepkości w obrębie temperatury pracy wtryskarek.

   Obok oleju ważnym czynnikiem gwarantującym niezawodną pracę wtryskarek są smary, zwłaszcza przy zastosowaniu do łożysk silników elektrycznych napędzających przekładnie ślimakową podającą rozgrzany granulat przetwarzanego plastomeru. Najlepsze w tym przypadku są smary syntetyczne o zwiększonej trwałości do łożysk wysokoobrotowych. Smar taki powinien być odporny na wypływanie przy zwiększonej temperaturze. W tym przypadku zalecane są smary o gęstości w klasie wg NLGI 2,5 lub 3. Firma Shell zapewnia prawidłowe smarowanie poprzez zastosowanie smaru o zagęszczeniu litowym (Li). Smar ten jest w pełni syntetyczny o nazwie Shell Gadus S5 V42P 2,5 w klasie NLGI 2,5. Jest on w szczególności zalecany do łożysk silników elektrycznych zamontowanych we wtryskarkach. Układ smarowania podajników surowca we wtryskarkach, wydmuchiwarkach i wytłaczarkach jest taki sam. Nowe generacje tych maszyn zwiększają wymogi jakości smaru i z tego względu coraz większe zastosowanie mają smary zagęszczone kompleksowym sulfonianem wapnia, dającym wysoką wytrzymałość na duże obciążenia mechaniczne i wysoką temperaturę kroplenia powyżej 300oC. Wtryskarki konstruowane są pod kątem wymogów produkcyjnych. Można jednak przedstawić ogólny schemat budowy, który obrazuje potrzebę zastosowania różnych środków smarnych.

   

   Jak widzimy na tym schemacie ślimak obraca się w cylindrze, który jest podgrzewany w celu wstępnego uplastycznienia tworzywa jakim jest granulat podawany z leja zasypowego. Ślimak poprzez ruch obrotowy przesuwa tworzywo w cylindrze i jednocześnie miesza to tworzywo co powoduje równomierne ogrzewanie granulatu. Czynnikiem ogrzewającym ślimak są elektryczne elementy grzejne wbudowane w płaszczu wtryskarki.

   Jest jednak wiele rozwiązań, które zamiast bezpośredniego zasypu granulatu, dostarczają wstępnie podgrzane tworzywo z osobnego zasobnika. Podgrzewanie to następuje w wyniku transmisji ciepła oleju grzewczego będącego w wymuszonej cyrkulacji za pomocą oleju grzewczego (np. Shell Heat Transfer Oil S2). Olej grzewczy powinien być w wysokim stopniu odporny na proces krakingu, utlenianie i zmianę lepkości. Najważniejszą cechą w tym przypadku jest niewielka ilość lotnych związków, które mają niską prężność co zabezpiecza oleje przed procesem krakingu. Jest to bardzo ważny proces w przypadku olejów grzewczych, który polega na rozpadzie dłuższych łańcuchów alkanów na krótsze alkany i alkeny. Należy podkreślić, że kraking następuje na skutek działania wysokiej temperatury.

   Reakcje chemiczne zachodzące w czasie krakingu sprowadzają się do pękania pojedynczych wiązań chemicznych węgiel-węgiel z wytworzeniem wolnych rodników, które inicjują powstanie metanu, gazu LPG, nienasyconych węglowodorów koksu. Przy spadku temperatury, mieszanina ta zaczyna krystalizować tworząc masę asfaltową będącą ciałem stałym. Proces ten jest nieodwracalny i doprowadza to do trwałego zaślepienia przelotu rur.

   W ramach programu wdrażania olejów specjalistycznych firma Shell wprowadziła na rynek olej syntetyczny Shell Tellus S4 VE przeznaczony do wtryskarek tworzyw sztucznych. Olej ten został opracowany na bazie technologii GTL (gas-to-liquid) z myślą o wydłużeniu pracy wtryskarek, a tym samym zmniejszeniem kosztów produkcji. Duże znaczenie ma tutaj wpływ na zmniejszenie zużycia energii elektrycznej i wydłużenie bezawaryjnego czasu pracy wtryskarek. Olej ten cechuje krótszy czas uwalniania powietrza ze zbiorników hydraulicznych co zapewnia ochronę przed tworzeniem się pęcherzyków co zmniejsza hałas, eliminuje pękanie gumowych węży hydraulicznych i zmniejsza awarię pomp.

    Analiza awaryjności wtryskarek sprowadza się najczęściej do zespołów ruchomych. Najważniejszy z nich to zespół zamykania i otwierania form. Forma wtryskowa składa się z dwóch płyt z których, jedna jest przymocowana do korpusu wtryskarki, a druga jest przesuwana po kolumnach prowadzących lub po prowadnicach zamontowanych na korpusie wtryskarki. Powierzchnie cierne tych elementów smarowane są przez podajnika smaru. Należy codziennie sprawdzać ilość smaru zawartego w tych pojemnikach. Używamy w tym przypadku smaru powinien być odporny na podwyższone temperatury, powinien być odporny na wysokie naciski EP (Extreme Pressure) oraz posiadać konsystencję NLGI 1,5. Sprawdzone w praktyce i zalecane są tutaj dwa smary Firmy Shell tj. Gadus S5 T460 1,5 oraz Gadus S3 T460 1,5.

   

   Smary te znakomicie sprawdzają się przy smarowaniu powierzchni kotłów prowadzących wyrzutnika oraz wszelkich innych płaszczyzn ślizgowych. Należy podkreślić, że temperatury robocza oleju hydraulicznego wynosi 45-50^oC. Tak więc konsystencja smaru powinna zabezpieczać smarowane elementy przed wpływem smaru, a tym samym zmniejszać ryzyko zatarcia. Wzrost temperatury oleju powyżej 60^oC świadczy najczęściej o zbyt małej ilości tego oleju w zbiorniku agregatu zasilającego. W tym przypadku należy bezzwłocznie uzupełnić olej do wymaganego stanu. Jeżeli wokół stanowiska wtryskarki pojawiają się plamy olejowe czyli następuje tzw. zjawisko pocenia wtryskarki to najczęściej przyczyną tego są nieszczelności olejowe, które wystąpiły na skutek zmniejszania lepkości kinetycznej oleju pod  wpływem wzrostu temperatury pracy oleju. W tym przypadku należy sprawdzić jakość uszczelek, zmniejszyć temperaturę, a w przypadku mocno wyeksploatowanych wtryskarek przejść na olej o zwiększonej lepkości kinematycznej i większym wskaźniku lepkości. Ma to też istotne znaczenie jeśli wypracowane wtryskarki mają większe luzy robocze, zwiększoną stałą czasową, wycieki, nadprodukcję ciepła, straty energii i gromadzenia się zanieczyszczeń. To wszystko wiąże się z zastosowaniem właściwych środków smarnych. W celu polepszenia warunków pracy wtryskarek, środki smarne powinny posiadać wysoki wskaźnik lepkości, zdolność do filtracji oraz dobrą odporność na utlenianie. Wydłużona żywotność oleju chroni najważniejsze elementy układu hydraulicznego takie jak serwomechanizmy i zawory. Dlatego wydłużenie okresów wymiany oleju, bez ryzyka awarii sprzętu jest możliwe wyłącznie przez zastosowanie wysokości jakości środków smarnych o właściwym pakiecie dodatków uszczelniających.

   mgr. inż. Piotr Motyka
   Industrial Engineering Manager

2. Jak dobrać prawidłowy olej lub smar do maszyny?

   12:01 Możliwość komentowania Jak dobrać prawidłowy olej lub smar do maszyny? została wyłączona

   

   Autorem artykułu jest mgr inż. Piotr Motyka, absolwent Politechniki Wrocławskiej. Ponad 40 lat pracy w przemyśle maszynowym. Konstruktor pierwszych obrabiarek CNC w Polsce.

   W ciągu ostatnich dwóch dekad rozwój produktów na bazie ropy naftowej zaowocował powstaniem setek produktów dedykowanych do precyzyjnie określonych zastosowań. Porównując obecne czasy z okresem, kiedy w danej kategorii oleju lub smaru mieliśmy do czynienia z trzema lub czterema produktów, dobór prawidłowego środka smarującego okazuje się kłopotliwe.

   Poniżej przedstawiamy 

   1. DTR ? Dokumentacja Techniczno-Ruchowa stanowi integralną część z maszyną. Należy sprawdzić lub dobrać właściwy produkt smarny, który jest przewidziany do zastosowania przez producenta. Wykaz produktów smarnych jest podany w rozdziale ?Konserwacje i Remonty?. W zależności od producenta maszyny w DTR możemy znaleźć konkretnie dobrane produkty (np. Shell Tellus S4 VX 32), specyfikację (np, HVLP wg DIN 51524, HV wg ISO 11158, NLGI-2 wg DIN 51818), normę lub aprobatę producenta (np. Komatsu, Bosch Rexroth RE 90245, API SN+, ) lub cechę produktu (np. EP, zawierający MoS2, niskopopiołowy). Częstym problemem wynikającym z DTR jest odniesienie do starych nazw lub nieistniejących już produktów bądź norm.
   2. Lepkość kinematyczna ? należy sprawdzić, czy dany produkt posiada przewidzianą przez producenta lepkość kinematyczną. Cyfra lub liczba jako wyznacznik lepkości zawarta jest zazwyczaj w nazwie danego produktu. Jest to liczba mianowana wyrażona w ?cSt? (centistoks) lub ?mm²/s: (system SI) przy czym 1cSt = 1mm²/s. Lepkość kinematyczna jest ilorazem lepkości dynamicznej do gęstości i jest wyznaczana laboratoryjnie w temperaturze 40^o.
   3. Wskaźnik lepkości ? należy sprawdzić, czy produkt smarny posiada właściwy wskaźnik lepkości. Wskaźnik ten jest liczbą niemianowaną charakteryzującą zależność lepkości kinematycznej do temperatury. Oleje o dużym wskaźniku lepkości charakteryzuje mała zmiana lepkości w funkcji temperatury i tym samym lepiej spełnia wymagane warunki. Wyższe wskaźniki lepkości są charakterystyczne dla produktów smarnych w wyższej jakości.

   Potrzebujesz pomocy w doborze oleju lub smaru? Skontaktuj się z nami.

   Są to podstawowe parametry, na które należy zwracać uwagę. W bardziej specjalistycznych aplikacjach, na przykład takich jak silniki gazowe lub praca układu w ekstremalnych uwagach należy dokonać szerszej analizy, weryfikując następujące parametry. Elementy z poniższej listy są także niezbędne do przeprowadzenia audytu obecnie stosowanych środków smarnych.

   1. Smarność ? ważne jest zachowanie właściwości smarności tam gdzie występują duże naciski i siły tarcia zwłaszcza na powierzchniach o dużym współczynniku tarcia. W takim przypadku należy zawsze stosować produkty smarne z grupy EP (Extreme Pressure) w celu zachowania filmu smarnego zabezpieczającego przed powstaniem tarcia suchego. Jest to bardzo ważne w przypadku prowadnic aby zmniejszyć zjawisko ?stick-slip? eliminując drgania. Zjawisko to występuje wtedy gdy tarcie statyczne jest większe niż tarcie ślizgowe.
   2. Liczba kwasowa TAN (Total Acid Number) – sprawdzenie liczby kwasowej w danym produkcie pozwala na zwiększenie żywotności urządzenia mechanicznego. Liczba kwasowa określana jest przez ilość miligramów wodorotlenku potasu KOH potrzebną do zneutralizowania kwasów znajdujących się w 1g produktu smarnego. Kwasy i ich związki powodują korozję.
   3. Liczba zasadowa TBN (Total Base Number) – sprawdzenie liczby zasadowej w danym produkcie pozwala na neutralizację szkodliwych kwasów przy łączeniu kompatybilnych produktów. Dodanie oleju o wysokiej liczbie kwasowej spowoduje znaczną neutralizację kwasów, a tym samym zmniejszy aktywację korozji. Liczba zasadowa wyrażana jest w miligramach wodorotlenku potasu KOH/g i jest to ilość mg KOH oznaczona jako równoważna pod względem zdolności neutralizacji kwasów dodatkom alkalicznym znajdujących się w 1g produktu smarnego. Im większa jest liczba TBN tym większa jest zawartość czynnych dodatków alkalicznych w danym produkcie.
   4. Liczba zmydlania ? sprawdzenie ilość mg KOH potrzebnej do zneutralizowania nierozpuszczalnych w wodzie kwasów organicznych oraz zmydlenia tłuszczów, estrów i laktonów zawartych w 1g oleju stanowi liczbę zmydlania wyrażoną w mg KOH/g danego produktu. Im liczba ta jest większa tym większa jest zmywalność, zachowanie urządzeń w czystości i zwiększenie żywotności filtrów danego urządzenia.
   5. Odporność na emulgowanie ? jest to czas wyrażony w sekundach ?s? potrzebny do wydzielenia 20 cm³ oleju z wytworzonej w znormalizowany sposób emulsji oleju i wody. Duża odporność na emulgowanie to krótki czas wydzielania się oleju. Im mniejsza jest liczba odporności na emulgowanie tym produkt smarny jest lepszy. Odporność na emulgowanie maleje gdy rośnie lepkość oleju oraz gdy znajdują się w nim dodatki ulepszające takie jak inhibitory korozji, dodatki smarnościowe itp.
   6. Nadmierne ciśnienie w układzie hydraulicznym ? występuje wówczas gdy zastosowano olej w zbyt wysokiej lepkości. Praca takiego układu powoduje wzrost temperatury ponad dopuszczalną co z kolei obniża lepkość. Układ taki pracuje w niedozwolonych parametrach. W takim przypadku należy zastosować olej o wysokim wskaźniku lepkości i właściwą liczbą lepkości kinematycznej wyrażonej w cSt.
   7. Odporność na utlenianie ? do wszelkiego typu układów hydraulicznych preferowane są oleje z dodatkami anty-oksydacyjnymi zwiększającymi stabilność oleju. Odporność na utlenianie oraz ścinanie mechaniczne jest miernikiem podatności na tworzenie szkodliwych produktów reakcji powodujących zakwaszenie, wzrost lepkości oraz powstanie laków zapychających filtry.
   8. Dodatki antypienne – przy zastosowaniu środków smarnych, gdzie istnieje możliwość przedostania się do układu powietrza lub innego gazu np. przez nieszczelności na ssaniu pompy olejowej, może dojść do utworzenia się piany. Jest to zjawisko bardzo niebezpieczne, zwłaszcza przy transmisji mocy w układach hydraulicznych gdzie występują węże gumowe. Dochodzi w tym przypadku do koagulacji cząstek powietrza. Drobne pęcherzyki powietrza pod wpływem ciśnienia i temperatury łączą się, co w konsekwencji doprowadza do powstania dużych pęcherzyków powietrza o znacznie większej ściśliwości niż oleju, w którym są tworzone. Ściśliwość objawia się zmianą objętości gazu zachodzącą pod wpływem działania sił powierzchniowych co w konsekwencji doprowadza do utworzenia dużych pęcherzy gazowych i ich kawitacji. Kawitacja polega na implozji pęcherzyków gazu w cieczy.
   9. Zapowietrzenie układu ? w czasie audytu należy zwrócić uwagę na zapowietrzenie układu. Obecność powietrza w układzie powoduje niedostateczne smarowanie na skutek tworzenia piany. Najczęstszą przyczyną są nieszczelności przewodów pompy i niski poziom cieczy hydraulicznej.
   10. Czystość oleju – w czasie audytu należy sprawdzić czystość oleju, która jest określana ilością cząstek stałych  o określonej wielkości. Jest to bardzo ważne aby nie dopuścić do blokady filtrów i wprowadzenia obiegu bajpasem bez filtracji. Do określenia liczby cząstek stałych o określonym wymiarze służą specjalne urządzenia np. OPCom Portable Oil Lab. W wyniku pomiarów można określić stopień zanieczyszczenia oleju cząstkami stałymi o wielkości 4; 6; oraz 14 mikrometrów. Pozwala to na sklasyfikowanie oleju wg normy ISO4406; 1999 oraz określenie jego jakości zaliczając olej do jednaj z 23 klas ISO. Badanemu olejowi przypisywany jest trójliczbowy kod zawierający informację o liczbie cząstek stałych o wielkości większej niż 4; 6 i 14 mikronów zawartych w jednym mililitrze oleju. Norma ISO4406:1999 podaje zalecane klasy czystości oleju przy eksploatacji w różnych urządzeniach. Oleje pracujące z pompą zębatą powinny mieć klasę 21/18/15; z pompą łopatkową 20/17/14, a w układach z rozdzielaczami elektromagnetycznymi 21/18/15 i serwomotorami 17/14/11.

   mgr. inż. Piotr Motyka
   Industrial Engineering Manager

3. Elektrodrążarki i dobór cieczy elektroerozyjnej

   11 lutego 2020 10:12 Możliwość komentowania Elektrodrążarki i dobór cieczy elektroerozyjnej została wyłączona

   

   Autorem artykułu jest mgr inż. Piotr Motyka, absolwent Politechniki Wrocławskiej. Ponad 40 lat pracy w przemyśle maszynowym. Konstruktor pierwszych obrabiarek CNC w Polsce.

   Tradycyjne metody obróbki wiórowej polegającej na tzw. skrawaniu materiału obrabianego, nie zapewniły uzyskania pełnej gamy różnorodnych kształtów, jakości powierzchni, dokładności i precyzji odwzorowań jak również możliwości obróbki tzw. materiałów trudnoskrawalnych tj. stopów metalowych z zawartością niklu, chromu, kobaltu i tytanu. Ciągłe poszukiwania nowych metod obróbki doprowadziły do pionierskich rozwiązań w 1770 roku, kiedy to odkryto, że wolne elektrony o dużej energii kinetycznej przy zderzeniu z powierzchnią metalową powodują efekt erozyjny.

   To zjawisko efektu erozyjnego ładunku elektrycznego na metal zostało wykorzystane do produkcji pierwszych obrabiarek sterowanych numerycznie w roku 1969. Obrabiarki te z uwagi na metodę obróbki nazwano elektrodrążarkami.  Powstały dwa rodzaje elektrodrążarek: wgłębne i drutowe. Pierwsze z nich wykorzystują zjawisko drążenia elektroerozyjnego tzw. EDM (Electrical Discharge Machining) tj. obróbki wyładowaniem elektrycznym. Natomiast drugie wykorzystują zjawisko cięcia elektroerozyjnego tzw. WEDM (Wire Electrical Discharge Machining). Nie bez kozery w nazwie tych zjawisk pojawia się wspólne oznaczenie EDM, a to dlatego, że cięcie materiału obrabianego jest efektem erozji na jego powierzchni wywołanej wyładowaniem elektroiskrowym.

   W celu poznania jaką rolę spełnia ciecz elektroerozyjna należy wnikliwie rozpatrzyć zjawisko erozji elektroiskrowej. Jak powszechnie wiadomo przy zachowaniu odpowiednich parametrów tj. natężenia pola elektrycznego i napięcia między elektrodami powstaje zjawisko wyładowania elektrycznego. Z teorii kinetyczno-molekularnej wiemy, że każda materia zbudowana jest z cząsteczek i tworzących je atomów. W stanie normalnym dodatni ładunek jądra atomowego jest równy ujemnemu ładunkowi wszystkich elektronów. Należy również pamiętać o tym, że w układzie odosobnionym suma algebraiczna ładunków elektrycznych jest zawsze stała. Jeżeli pod wpływem czynników zewnętrznych np. napięcia prądu elektrycznego równowaga ta zostanie naruszona, to wówczas doprowadzamy do powstania energii potencjalnej wytworzonej między katodą tj. elektrodą ujemną i anodą tj. elektrodą dodatnią. W obróbce elektroiskrowej przyjmuje się najczęściej układ tzw. prosty i wówczas katodą jest elektroda robocza ?ER? natomiast anodą jest materiał obrabiany ?MO? określany w dokumentacji DTR jako przedmiot obrabiany ?PO?. Wytworzona energia potencjalna jest efektem nagromadzenia ładunków elektrycznych, w tym przypadku elektronów na katodzie. Należy pamiętać, że stosunek tej energii potencjalnej do wielkości nagromadzonego ładunku jest wielkością charakterystyczną dla każdego pola elektrostatycznego zwaną potencjałem elektrycznym. Ten potencjał elektryczny jest właśnie napięciem jakie powstaje między elektrodami i mierzony jest w jednostkach zwanych woltem V. Ta jednostka potencjału odpowiada różnicy potencjału między anodą, a katodą wówczas jeśli przeniesienie ładunku jednego kulomba C wymaga wykonania pracy jednego dżula J. Tak więc napięcie jednego wolta stanowi wartość ilorazu jednego dżula do jednego kulomba. Ponieważ wartość jednego kulomba jest większa o mnożnik 3×10⁹ od elektrostatycznej jednostki ładunku, która w istocie rzeczy jest takim ładunkiem elektrycznym, który na równy mu ładunek znajdujący się w próżni w odległości jednego centymetra działa z siłą jednej dyny, więc widać wyraźnie jak wielki jest potencjał między elektrodami, który może być wykorzystany do wykonania pracy przez przechodzące elektrony z katody do anody. W celu spotęgowania tego zjawiska, jak również uzyskania precyzji obróbki erozyjnej, wprowadzono ciecze elektroerozyjne. Przechodzące z ogromną energią elektrony przez dielektryk powodują lawinowe powstawanie anionów zwane jonizacją udarową w wyniku czego między elektrodami powstaje wąski kanał plazmowy, wypełniony jonami i elektronami. Ten ?swoisty? prąd przepływający przez kanał powoduje wydzielanie się ogromnej ilości ciepła, w wyniku którego następuje parowanie cieczy. Wydzielająca się para tworzy pęcherz gazowy powiększający się w czasie funkcji zadanego napięcia i natężenia w generatorach prądu obrabiarki. Stosowane generatory relaksacyjne ?RC? oraz tranzystorowe pozwalają na wytworzenie pola elektrycznego o wysokim natężeniu rzędu 10⁵ do 10⁶ N/cm.

   Obróbka elektroerozyjna jest w istocie rzeczy obróbką dokonywaną poprzez wyładowanie elektryczne pozwalające na uzyskanie dostatecznie wysokiej temperatury, niezbędnej do stapiania metalu na jego powierzchni. Należy jednak pamiętać, że obróbkę EDM można stosować tylko do materiałów o elektrycznej przewodności właściwej większej od 10^-2 S/cm. Generowane przez katodę elektrony przechodzą przez ciecz elektroerozyjną tworzą wąski kanał plazmowy, wokół którego powstaje pęcherz gazowy. Niezwykle duża energia kinetyczna tych elektronów pozwala na wydzielanie się ogromnej ilości ciepła przy zderzeniu elektronów z powierzchnią materiału obrabianego, co powoduje jego stapianie, jak również intensywne parowanie. Efektem parowania jest pęcherz gazowy, w którym gromadzą się cząstki stałe stopionego materiału obrabianego. Pękający pęcherz gazowy wyrzuca do cieczy elektroerozyjnej cząstki stałe, a następnie zamyka się implozyjnie, co ułatwia ich usuwanie i tworzenie kolejnych cykli obróbki erozyjnej. Z kolei wolne aniony uderzają w powierzchnię katody powodując zużycie elektrody roboczej.

   Jakość powierzchni obrobionej, jak również przebieg obróbki elektroerozyjnej zależą w znacznej mierze od rodzaju cieczy elektroerozyjnej, a ściślej od stopnia precyzji jej dobrania. Od jej składu chemicznego i właściwości fizyko-chemicznych zależy zużycie elektrody roboczej, stopień zanieczyszczenia produktami erozji, dokładność wymiarowa i chropowatość powierzchni  oraz zmiany zachodzące w warstwie wierzchniej materiału obrabianego. Te zmiany uzależnione są od składu chemicznego materiału obrabianego, który najczęściej w omawianej obróbce jest anodą. Stale węglowe niestopowe zawierają najczęściej 6,67% węgla, w związku węglika żelaza zwanego cementytem Fe₃C. Stal jest tym bardziej twarda im więcej posiada cementytu. W obróbce cieplnej zwanej hartowaniem ten cementyt podgrzany do stanu austenistycznego przy gwałtownym schładzaniu przybiera strukturę martenzytyczną, a tym samym stal uzyskuje największą możliwą twardość. Tak więc do obróbki takiej stali musi być dobrana odpowiednia ciecz elektroerozyjna. W przypadku zbyt wolnego chłodzenia w miejsce martenzytu otrzymamy strukturę trostytu lub sorbitu o mniejszej twardości i wówczas przy tej samej cieczy elektroerozyjnej należy zastosować inne parametry obróbki. Należy pamiętać, że w wysokich temperaturach tj. przekraczających 723°C żelazo doznaje przemiany alotropowej z żelaza  ??? w żelazo ???, które rozpuszcza węgiel w większej ilości pochodzącego z cementytu. Powstające wówczas kryształy węgla w żelazie tworzą tzw. roztwór stały węgla w żelazie ??? zwany austenitem. Ponieważ struktura austenitu może utrzymywać się tylko w wysokich temperaturach, często rodzaj cieczy erozyjnej i parametry obróbki decydują o powstaniu końcowej struktury powierzchniowej, a tym samym twardości i jakości powierzchni materiału po obróbce. Parametry i rodzaj cieczy pozwalają na osiągnięcie temperatury niezbędnej do powierzchniowego stapiania stali węglowej, która jest różna i zależy od rodzaju materiału obrabianego. Należy pamiętać, że czyste żelazo Fe topi się i krzepnie w temperaturze 1539°C, ale już jego stop z węglem o zawartości węgla 4,3% zwany ledeburytem topi się i krzepnie zawsze w stałej temperaturze 1130°C. Znajomość tych zjawisk oraz rodzajów stopów, jak ten eutektyczny pozwala na dokładny dobór parametrów obróbki i cieczy elektroerozyjnej. W praktyce dobrane przez technologa parametry są weryfikowane w czynnej obróbce przez operatora i odpowiednio korygowane. Jest to niezbędne chociażby ze względu na zaistnienie obniżonej zawartości węgla np. do wartości 0,8% w czystym żelazie tj. ferrycie i wówczas struktura stali przybiera formę drobnych, jednakowych ziaren, z których każde składa się z drobnych płytek cementytu i ferrytu.

   Taka struktura zwana perlitem utrzymuje się poniżej temperatury 723°C, natomiast powyżej przekształca się w austenit i struktura stali zmienia się. Po stopieniu warstwy powierzchniowej materiału, w zależności od stopnia schładzania i dojścia do warunków otoczenia uzyskujemy parametry i strukturę powierzchniową materiału uzależnioną od stopnia odprowadzania ciepła, a to w dużej mierze zależy od rodzaju dobranej cieczy elektroerozyjnej. Obecnie w zakładach pracy można spotkać elektrodrążarki starszej generacji do produkcji jednostkowej np. Deckel De-Center West Germany jak też nowej generacji np. Accutex EDM z systemem mocowania elektrod typu Hirschmann pozwalające na uzyskanie takich parametrów jak: maksymalne natężenie prądu obróbki do 75 ?A?, całkowita moc pobierana ?7 Kva??, szybkość usuwania cząstek obrabianego metalu do 770 mm3/min oraz periodyka czasów włączania 4,5 do 600 mikrosekund. W przemyśle stosowane są również elektrodrążarki pracujące w tzw. metodzie drutu traconego np. Mitsubischi FX 10 gdzie mosiężna elektroda o średnicy 0,25 mm jest bezpowrotnie tracona po wykonaniu jednego przebiegu.

   Większość obrabianych materiałów obróbką elektroerozyjną posiada bardzo twardą powierzchnię stanowiącą następstwo powstania wyżej opisanych struktur, jak również dodatków stopowych w postaci najczęściej chromu, niklu, tytanu i kobaltu. Twardość ta niezbędna jest do prawidłowej pracy takich detali jak części maszyn, narzędzia skrawające, matryce kuźnicze, formy wtryskowe, wykrojniki, stemple, narzędzia z węglików spiekanych itp. Obróbka elektroerozyjna niezbędna jest również do obróbki części ze stopów żarowytrzymałych jak również wykonywania bardzo małych otworów dysz wtryskowych silników wysokoprężnych, wykonania tłoków sterujących hydrauliki siłowej czy cięcia prętów paliwowych w energetyce jądrowej.

   W wyniku obróbki elektroerozyjnej na powierzchni materiału obrabianego powstaje ogromna ilość wzajemnie nakładających się mikrokraterów. Wgłębienia są tym większe, im większą energię kinetyczną posiadają elektrony, a ich ilość uzależniona jest od częstotliwości impulsów elektroiskrowych. Zwykle parametr chropowatości R_Z utrzymuje się poniżej 0,1 mikrometra. Przedmiot obrabiany po zakończonym procesie obróbki posiada na powierzchni trzy warstwy. Znajomość wcześniej opisanych zjawisk pozwala na zrozumienie genezy ich powstania. Pierwsza warstwa powstaje z przetopionej stali, której cząsteczki nie zostały oderwane od powierzchni i ponownie zastygły na powierzchni materiału. Warstwa  ta posiada w swym składzie cząsteczki elektrody roboczej ?ER? oraz pozostałe produkty wygenerowane w procesie pirolizy dielektryka. Warstwa ta posiada strukturę dendrytyczną. Twardość jej jest znacznie niższa niż rodzimego materiału, a grubość nie przekracza kilku mikronów. Drugą warstwą jest warstwa martenzytyczna o wcześniej opisanej strukturze. Cechuje ją bardzo wysoka twardość, znacznie większa od twardości warstwy pierwszej i materiału rodzimego. Ten wzrost twardości spowodowany jest między innymi przez dyfuzję węgla powstałego z rozkładu dielektryka oraz dużą szybkością chłodzenia. Przebieg tego procesu odpowiada obróbce cieplnej zwanej hartowaniem. Trzecia warstwa posiada znacznie mniejszą twardość, bo zbyt powolne odprowadzanie ciepła nie doprowadziło do utworzenia struktury martenzytu natomiast doprowadziło do procesu zwanego odpuszczaniem. W tym procesie materiał zostaje podgrzany do wysokiej temperatury, a następnie wolno schładzany. Wielkość tych warstw uzależniona jest w znacznej mierze od wielkości szczeliny iskrowej powstającej między elektrodą roboczą, a materiałem obrabianym, a więc między katodą a anodą i wynosi zwykle od 0,01 do 0,8mm. Dobrze dobrane parametry obróbki, rodzaj elektrody i cieczy erozyjnej wpływają na zmniejszenie szczeliny, a tym samym na zmniejszenie błędów wymiarowych, kształtów i położenia.

   Do elektrod grafitowych i miedzianych zalecane są uniwersalne, specjalnie rafinowane ciecze o nazwie Macron EDM. Zawierają one niewielką ilość węglowodorów aromatycznych, są przezroczyste i posiadają łagodny zapach. Dzięki dużej wytrzymałości dielektrycznej szczeliny erozyjne są małe co w połączeniu z dobrymi właściwościami wypłukiwania daje wysoką wydajność elektrodrążenia. Ciecze te mają wysoką odporność na starzenie i charakteryzują się dobrą filtrowalnością przy użyciu wszystkich powszechnie stosowanych materiałów filtracyjnych. Macron EDM65 zalecany jest do obróbki wykańczającej natomiast, Macron EDM110 zalecany jest do obróbki wstępnej. Macron EDM130 zalecany jest do obróbki węglików spiekanych. Przy obróbce z tą cieczą nie występuje wypłukiwanie kobaltu z węglików spiekanych.

   Reasumując należy pamiętać, że dobór odpowiedniej cieczy elektroerozyjnej powinien być zawsze dokonywany przez wysokiej klasy specjalistę lub specjalistyczną firmę.

   mgr. inż. Piotr Motyka
   Industrial Engineering Manager

4