1.Elektroerozyon Tezgahları Elektroerozyon işleminde ( EDM Electrical Discharge Machining ), malzeme kaldırma işlemi takım fonksiyonunu yapan bir elektrot ile parça arasında meydana gelen yüksek frekanslı kıvılcımların yardımıyla gerçekleşir. Kıvılcımlar ergitme ve buharlaşma yoluyla çok küçük malzeme parçacıkları kaldırarak parça yüzeyini erozyona tabi tutarlar ve üzerinde ufacık çukurlar oluştururlar Genellikle takım katot (-), parça ise anot (+) durumdadır. Fakat çelik ve alüminyum elektrotlar, çeliğin işlenmesinde kullanılan tungsten-bakır elektrotları ve kaba işlem için kullanılan grafit elektrotlar bu kuralın dışındadır. Bunlar pozitif yüklü olup ters kutuplu takımlardır. İşlem elektriksel iletkenliğe sahip malzemelere uygulanır. Elektrot (takım) ile parça arasında 0.0125 ile 0,5 mm lik bir ark aralığı ve bu aralıkta dielektrik bir sıvı bulunur. Dielektrik sıvı, soğutma fonksiyonunun yanısıra, yüzeyden kaldırılan çok küçük malzeme parçacıklarını aralık arasından uzaklaştırır. Bu olayı hızlandırmak amacıyla, çeşitli yöntemlerin yanısıra, bir sirkülasyon pompası da kullanılabilir (4). 2.Takımlar( Elektrotlar) Elektroerozyon işlemlerin takım fonksiyonunu elektrik iletim özelliği olan elektrotlar üstlenmiştir. Şekilleri işlenecek malzemenin şekline veya uygulamanın türüne göre değişim gösterir. Örneğin kalıp çıkarma işlemlerinde elektroda işlenecek malzemenin şeklinin ayna görüntüsü şekli verilirken tel-delik erozyon işlemlerinde elektrotlar çok küçük çaplara sahip silindirler şeklindedirler. Genel bir tanım olarak elektrotlar elektrik iletkenliğine sahip malzemelerden yapılırlar. Elektrotların sahip olması gereken özellikleri şu şekilde sıralamamız mümkün olacaktır: 1- Isı ve elektriği iyi iletmeli, 2- Kolay ve ucuza üretilebilmeli, 3- İş parçasında talaş (metal) kaldırma oranı yüksek olmalı, 4- İşleme sırasında fazla aşınmamalı (3). 2.1. İmalat Malzemeleri Genel olarak kullanılacak elektrotlar işlenen parçanın malzemesine, istenen şeklin detaylarına ve hassasiyetine ve bitiş yüzeyinin kalitesine göre seçilirler. Elektrot olarak en çok kullanılan malzemeler grafit, bakır, pirinç, bakır tungsten, gümüş tungsten, karpit ve çinko alaşımlarıdır. Kullanılan tüm materyallerin farklı ihtiyaçlar için çeşitli alaşımlarının kullanılması mümkündür. Grafit elektrot: EDM tezgahlarında son zamanlarda elektrot olarak en çok kullanılan malzeme grafittir. Grafit, büyük parçacık boyutu ve düşük yoğunluk ile küçük parçacık boyutu ve yüksek yoğunluk arasında çeşitli dereceler arasında bulunabilir. Genelde fiyatı da parçacık boyutuna göre belirlenir. Küçük parçacıklı grafit, büyük parçacıklı grafite göre daha pahalıdır. İri parçacıklı grafit EDM işlemlerinin büyük bir bölümünü oluşturan kaba işlemlerde kullanılırken, küçük parçacıklı grafit daha hassa işlerde kullanılır. Grafitin genel kullanım alanı çelik işlemedir. Bakır, pirinç, çinko alaşımları vb. diğer metalik malzemelerle karşılaştırıldığında grafitin, çok daha iyi bir metal kaldırma oranı vardır. Çelik dışında tungsten-karpit i grafitle işlemek de iyi sonuçlar verebilir. Ancak bu işlemede oldukça dikkat edilmelidir. Aksi taktirde kesilen yüzeyin karbonlaşmasına ve yüzey üzerinde kavislerin oluşmasına sebebiyet verilebilir. Grafit gözenekli bir yapıya sahiptir ve bu özelliği üç boyutlu kalıpların hazırlanmasında ve benzeri işlemlerde göz önünde bulundurulmalıdır. İri parçacıklı grafit daha gözenekli bir yapıya sahip olduğundan daha fazla pürüze sebep olur. Bu nedenle de hassas işlemlerde ince tanecikli grafit tercih edilmelidir. Orta ölçekli grafit genelde çeliğe delik açmada kullanılır. Bakır grafit elektrot: Tungsten karpit in işlenmesinde ince parçacıklı grafit ile bakırın alaşımından oluşan bakır grafit elektrotlar iyi sonuçlar verecektir. Ancak pahalı elektrotlar sınıfına girer. Bakır elektrot: Saf bakır ya da elektrolitik bakır bu tür elektrotların imalatında kullanılır. Genel olarak çok hassas yüzeylerin işlenmesinde kullanılırlar. Bu tür elektrot ile karmaşık yüzeyleri düşük maliyetler ile üretmek mümkündür. 1
Telluryum bakır elektrot: Telluryum bakır elektrotlar EDM işlemlerinde birincil olarak elektrot üretmede kullanılırlar. Telluryum, bakırın işlerliğini arttırmak için eklenir. Telluryum bakır elektrotlar ile saf bakır elektrotlarla yapılan hemen hemen tüm işlemleri gerçekleştirmek mümkündür. Pirinç elektrot: Bu tür elektrotlar fazla yaygın değillerdir ve pek kullanılmazlar. Ancak bazı durumlarda özellikle titanyum alaşımlarının işlenmesinde uygun olmaktadırlar. Bakır tungsten elektrot: İnce detaylı, yüksek doğruluk ihtiyaçlı işlemlerde kullanılır. Grafitle karşılaştırıldığında çok daha dayanıklı ve kırılgan olmayan bir malzemedir. Ancak pahalı sınıf elektrotlardandır. Yüksek yoğunluklu, sağlam, ısı ve elektriği iyi ileten bir malzemedir. Yüksek yoğunluklu olduğu için hassa işler için uygundur. Ayrıca tungsten karpit parçaların işlenmesinde de kullanılabilir. Gümüş tungsten elektrot: yüksek oranda tungsten içerir. Çok pahalıdır ve üretimi zordur. Hassas ve pürüzsüz yüzeylerin işlenmesinde kullanılır. İyi elektrik iletkenliğine sahip, yüksek yoğunlukta ve sert bir malzemedir. Tungsten karpit elektrot: Çelik ve tungsten karpit parçaların kesiminde kullanılır. Çok sert ve sağlam bir yapıya sahip olduklarından ve 0.015-0.250 inch çapında tüpler halinde üretildiklerinden derin ve ince deliklerin açılmasında uygundur. Çinko alaşımı elektrot: Döküm malzemeler özellikle kalıp ve oyma işlemlerinde kullanılırlar. Bunların arasında en çok tutulan dökme malzemeler çinko alaşımlarıdır. Ancak bunların aşınma oranları grafit gibi malzemelerle karşılaştırıldıklarında çok yüksektir (2). 2.2. Üretim şekilleri Elektrotların üretimiyle ilgili konuya yaklaşım, herhangi bir parçanın üretimiyle aynı olmasına karşın genelde elektrotların üretimi EDM de işlenen parçaların işlenmesinden daha kolaydır. Aynı zaman çeşitli yollarla elektrotların üretimini daha kolay ve ucuz hale getirmek de mümkündür. Bunlardan biri ayrı ayrı parçaların birleştirilmesiyle elektrot oluşturulmasıdır. Çoğunlukla torna, taşlama tezgahları vb. yaygın tezgahların kullanımıyla üretilirler (2). Ancak dökme elektrotların üretimi için eritme kapları, boşaltma kapları, kalıplar ve benzeri araçlar gerekli olacaktır. Dökme elektrotların üretimi sırasında elektrot malzemesi eritme kabında eritildikten sonra kalıbın içine boşaltılır ve işlenecek parçanın şeklinin ayna görüntüsünü alacak şekilde preslenir (1). 2.3. Kullanım Sırasında Aşınma İşleme sırasında, parçada olduğu gibi elektrotlarda da aşınma meydana gelecektir. Bu sebeple de takım şeklini kaybederken istenilen tolerans değerlerine ulaşmak zorlaşacaktır. Bu şekil kaybı yüzünden işleme sırasında birkaç defa elektroda yeniden şekil vermek gerekir. Ancak bu çok uğraştırıcı olacağından genelde işleme sırasında yedek elektrotlar bulundurulur. Örneğin detaylı kalıp işlemleri için 12 elektrot kullanılabileceği gibi daha kaba işlemlerde bu sayı 3 e kadar düşebilmektedir. Elektrotun aşınması, işlenen parçanın aşınması kadar çok değildir. aralarında yaklaşık 3:1 oranı vardır. Bu değer metalik elektrotlar için geçerlidir ve grafitte bu aşınma daha da azalarak 10:1 oranına kadar çıkabilir. Grafitin diğer metalik elektrotlara göre daha yaygın kullanılmasının bir sebebi de budur. Elektrotların aşınmasını önlemek için kullanılan en yaygın yöntem ters kutuplaşma işlemidir. Bu yöntemde aşınan grafit elektrotun eriyen kısımları, iş parçasından kaldırılan malzeme ile geri tedarik edilmektedir (3). Deney ve tecrübelerin gösterdiği gibi elektrotların aşınma oranı ergime noktasına bağlıdır. Ergime noktası yüksek olan malzemelerde aşınma oranı düşüktür. Bu bakımdan en yüksek ergime noktası grafite aittir (3483 0 C); ayrıca grafit oldukça ucuz ve kolay imal edilebilen bir malzemedir. Grafiti, tungsten (3372 0 C), molibden (2594 0 C) izler. Ancak bu malzemeler çok pahalıdır (4). 2
3. Kalıp İşlemlerinde Takımlar EDM tezgahlarının en yaygın kullanıldıkları işlemlerdir. Bu işlemlerde takım olarak kullanılacak malzeme hem kalıbı iyi işleyebilmeli, hem de dayanıklı olmalıdır. Bu tür uygulamalar için genel olarak ucuz olduğu için grafit kullanılır. Fakat keskin köşeleri, hassas detayları ve pürüzsüz yüzeyleri olacak olan bir oyuk için bakır tungsten elektrotlar kullanılır çünkü tungsten, bakır gibi küçük bölgeleri işlerken tabakalar halinde dökülmez. Kalıp işlemleri için hazırlanan elektrotlar genelde son safhada üzerlerinde çeşitli pürüz ve girinti çıkıntılar taşırlar ve üretildikten sonra elle düzeltilmeye ihtiyaç duyarlar. Bu tür üretim zorluklarını ve paralel olarak masraflarını önlemek için elektrot malzemesi olarak dökme metaller ve alaşımları kullanılır. En çok kullanılan dökme malzemeler, çinko ve çinko alaşımlarıdır. Bunlar arasında en popüler olanı çinko-kalay alaşımladır. Saf çinkodan, 50/50 oranında çinko-kalay alaşımına kadar her türlü oranda çinko-kalay alaşımı elektrot olarak kullanılır. Oyma ve kalıp işlemlerinde kullanılacak elektrotların sayısı, kalıbın hassasiyetine, detaylarına ve hacmine bağlı olarak değişir. Çinko-kalay elektrotların ömürleri, krom kaplama ile arttırılabilir. Kaplama yapılacak elektrotların daha önceden asitle işlenmesi ve kaplama için hazır hale getirilmesi gerekir (1). 4. Tel-Delik Erozyon İşlemlerinde Takımlar Çelik gibi çok sert ve işlenmesi zor olan malzemeler üzerinde açılması gereken çok ince ve derin oyukların açılması için delik erozyon kullanılır. Bunun dışında torna ve benzeri tezgahlarda açılamayacak kadar kompleks parçaların imalatında da Tel-delik erozyon kullanılır. Tel-delik erozyonda açılacak delik yada oyuğun şekline bağlı olarak çok ince takımlar kullanılır. En çok kullanılan takım malzemesi bakırdır. Bakır dışında genel olarak pirinç, tungsten ve çinko takımlar kullanılır. 0,05 ile 0,30 mm arasında değişen çaplarda ve 0,90 ile 45,36 kg arasında değişen ağırlıklarda olabilirler. Gerek aşınma gerekse de talaş kaldırma oranı kullanılan takımın elektrik ve ısı iletimine, erime ısısına vb. bağlıdır. Tel-delik erozyonda kullanılacak elektrotun sahip olması gereken özellikler şöyle sıralanabilir: 1- Elektriği iyi iletmeli, 2- Yüksek erime noktası olmalı, 3- Sert olmalı, 4- Isıyı iyi iletmeli, 5- Talaş kaldırma oranı yüksek olmalı (3). 5. Uygulama Notları EDM tezgahlarının takımlarının özellikleri ve seçimleri hakkında detaylı bilgi alabilmek için İbrahimağa Cad. 2. Emintaş San. Sit. No: 20/56 Bayrampaşa adresinde faaliyet gösteren Burak Elektro Erozyon Plastik San. e gidilmiştir. Uygulamalar şu yöndedir. Genel olarak piyasada en çok kullanılan elektrotlar grafit ve bakır olanlardır. Bakır elektrot kullanılırken ya saf bakır ya da elektrolitik bakır tercih edilir. Grafit, kırılgan bir malzemedir. Elektrik iletimi bakırdan daha iyidir. Bu nedenle de takım aşınması grafitte daha azdır. Ancak bakır ile karşılaştırıldığında grafit daha pahalıdır. Bakır grafite göre daha sağlam ve kötü koşullara daha dayanıklıdır. Ancak elektrik iletimi daha az olduğundan takım aşınması daha fazladır. Kalıp işlemlerinde genelde parça ihtiyacına göre kullanılacak takımın malzemesi seçilir. Örneğin elektrikli süpürgenin dış aksanının kalıbı gibi büyük kalıplar hazırlanırken, bakır kullanımı çok zordur çünkü bakır ağır bir malzemedir ve bu yüzden daha hafif olan grafit tercih edilir. Tornada açılamayacak kadar hassa kanalların açılması için elektroerozyon tezgahları kullanılır. Ayrıca sulu çelik gibi sert ve işlenmesi zor olan malzemelerin kesilmesi vb. işlemlerde elektroerozyon tezgahlarında yapılır. 3
Şekil1. Elektroerozyon tertibatı ve tezgahı Şekil2. Elektroerozyon tezgahının dıştan görünüşü 4
Şekil3. Elektroerozyon işlemi Şekil4. İşleme sırasında takımların aşınması Şekil5. Elektroerozyon ile kalıp açma 5
Şekil6. Tel-Delik Elektroerozyon Şekil7. Tel elektroerozyon ile yapılmış bazı örnekler Şekil8. Tel erozyon ile kanal açma 6