مقالات و مطالب آموزشی مهندسی مکانیک

امروزه درآمریكا برای انتخاب جنس الكترود،گرافیت بیشترین مصرف را دارد.اگرتفاوت بین گریدهای گرافیت شناخته نشده باشند، انتخاب بهترین گرید گرافیت برای یك كاربرد خاص مشكل خواهد بود.انتخاب گرافیت می تواند عامل كلیدی در موفقیت یاشكست نتایج خواسته شده از تجهیزات باشد.دامنه گسترده ای از گریدهای گرافیت ساخته شده توسط سازندگان گوناگون وجود دارد.هرسازنده مواد اولیه،تكنیك تولید و كنترل فرآیند متفاوتی دارد كه درنتیجه محصول نهایی متفاوت خواهدبود.گریدهای هرسازنده برای بهترین عملكرد درهركاربرد خاص تعریف شده است.بمنظور انتخاب ماده،هرسازنده یك دفترچه مشخصات فنی برای تولیداتش منتشر می كند اماهیچ استانداردی برای آن وجود ندارد.از آنجاییكه هرگرید گرافیت شبیه گرید دیگر است مشخصات ظاهری نمی تواند معیار انتخاب باشد.هر گرید باید با خواص و مشخصه های فیزیكی اش انتخاب شود.برای اینكه این كار ساده باشد،گریدهای مختلف گرافیت به شش كلاس (براساس متوسط اندازه ذرات) گروه بندی شده اند.فقط چهار كلاس از این شش كلاس برای الكترودهای اسپارك و فرآیند EDM مناسب هستند.

پیشرفت گرافیت
صنعت گرافیت تلاش مستمری برای تولید گریدهای باكیفیت داشته است تابتواند نیازهای صنعت رو به رشد EDM راجوابگو باشد.برای بهبود عملكرد،پیشرفت های حاصله در ساختار میكروسكوپی گرافیت بوده است.گرافیت های خشن با اندازه ذره بالای 100 میكرون هرگز برای ساخت الكترود مناسب نیستند.در طول دهه گذشته گریدهای متوسط با اندازه ذره بین 21 تا 100 میكرون به بازار آمده اند ولی از بازار مواد اسپارك حذف شده اند.درچند سال گذشته خیلی از گریدهای كلاس نرم (Fine) (اندازه ذره 11 تا 21 میكرون) نیز از بازار حذف شده اند.فقط كلاس خیلی نرم ( Super Fine ) (اندازه ذره بین 6 تا 10 میكرون)پایدار مانده اند.كلاس مافوق نرم ( Ultra Fine ) (اندازه ذره 1 تا 5 میكرون) نتیجه تلاش های صورت گرفته درتوسعه گرافیت است. برای تولید خیلی از محصولات پلاستیكی،قالب هایی با اجزاء ظریف و پرداخت شده لازم است كه بسادگی می توان بامواد مافوق نرم تولید كرد.مواد دراین كلاس خیلی گران و مشكل ساخته می شوند.گریدهای محدودی در كلاس انگستروم هستند( اندازه ذره كمتر از 1 میكرون).به منظور كنترل یكنواختی گرافیت،این گریدهادربلوك های كوچكی ساخته می شوند و استفاده از آنها نیزبسبب قیمت بالا محدود است.عموما از آنهابرای الكترودهای حكاكی اجزاء ظریف و اشكال كوچك كه پرداخت سطح بالایی لازم دارند و امكان پولیش قالب وجود ندارد استفاده می شوند.

گریدهای میانی در كلاس های طبقه بندی شده
خواص فیزیكی هر گرید گرافیت درجه آنرا دربین كلاس های تعیین شده مشخص می كند.خواصی كه روی عملكرد تاثیر می گذارد شامل اندازه ذرات،استحكام و سختی Shore است.باتعیین این خواص و به كمك فتومیكروگرافی ساختار میكروسكوپی، می توان عملكرد گرافیت را پیش بینی كرد.بهترین گرافیت درهر كلاس،گرافیتی است كه بیشترین فشردگی باكمترین تغییرات اندازه ذره را داشته باشد.اندازه ذره عمومامتوسط سایز بوده و تخلخل گرافیت، مرز بین ذرات است.وقتی اندازه ذرات كوچك باشد،ساختار میكروسكوپی خیلی یكنواخت شده و تخلخل كاهش می یابد.ذرات بصورت مكانیكی یا شیمیایی به هم متصل می شوند و نقص دراین سیستم سبب خواهد شد كه ذرات در گپ اسپارك رهاشوند.اگر ذرات كوچك همگن و محكم چسبیده باشند،خوردگی الكترود حداقل خواهد بود.از آنجاییكه الكترود ساختار خودش را به قالب منتقل می كند،پرداخت بالای سطوح را نمی توان با گریدهایی با اندازه ذره بزرگ و غیرهمگن بدست آورد.یك میكروساختار ناهمگن بایك محدوده وسیع از اندازه ذرات همراه با تخلخل زیاد می تواند شامل نقاط نرم كه نواحی تخلخل بزرگ در بین آنها وجود دارد و یانقاط سخت باشد.نقاط سخت ناشی از تركیب ناجور ویا از ورود مواد در محافظ الكترود شكل می گیرد.از آنجاییكه چشم غیرمسلح نمی تواند این ساختارمیكروسكوپی راببیند،روشی برای دیدن این مشكل قبل از ماشینكاری نیست.شناسایی این عیوب باتست های مخرب و تست میكروگرافی امكان پذیر می باشد.

گرافیت و ماشینكاری سرعت بالا
ماشین های سنترسرعت بالا قادربه ماشینكاری اجزاء ریز و پیچیده تقریباهرنوع گریدی از گرافیت هستند.كاری كه باماشینهای سنتی و CNC معمولی امكان پذیرنیست.سرعت بالای اسپیندل با باردهی كم و پاس های زیاد، امكان ماشینكاری دیواره های نازك بدون اعمال فشار را مهیا كرده است.این ریبها در ماشین كاری معمولی خواهند شكست.گرافیت با میكروساختار ناجور ماشینكاری سرعت بالا رانیز بامشكل مواجه می كند.نقاط سخت در گرافیت می تواند باعث خیز ابزار و پس زدن آن شود.هنگام سوراخكاری، برخورد با نقاط سخت سبب كج شدن سوراخ می شود.نقاط نرم نیز كه در اثر تخلخل زیاد بوجود می آید باعث كاهش دقت می شوند.
برخلاف فلزات كه سختی انها با روشهای راكول اندازه گیری می شود،سختی گرافیت با روش Shore اندازه گیری میشود.اگرچه سختی در عملكرد اسپارك تاثیر ندارد،اما روی قابلیت ماشینكاری ماده تاثیرگذار خواهد بود.گرافیت باسختی 75-55 Shore بهترین ماده برای ماشینكاری است.گرافیت ایده آل برای الكترود دیواره های نازك گریدی با استحكام خمیدگی ( Strenght Flexural ) 10000 psi است تادرمقابل نیروهای ماشینكاری مقاومت كند.گریدی كه این خاصیت راداشته باشد طبیعتا در كلاس فوق نرم یافت می شود.بدون استحكام خمیدگی بالا،الكترودهای دیواره های نازك دراثر فشارشستشو خم شده ویاخواهند شكست.گرافیت باذرات كوچك فشرده شده درمقابل خوردگی گوشه ها و لبه ها بهتر از گرافیت با ذرات بزرگ و تخلخل مقاومت می كنند.یك الكترود شانه ای دندانه باریك از كلاس فوق نرم می تواند قالب را باموفقیت ماشینكاری كند درحالیكه همان شكل الكترود باگرید خیلی نرم و یانرم ممكن است ترك برداشته و یا بشكند.
كاهش نرخ برداشت ماده نیز مشكل دیگری ست كه دراستفاده از گریدهای پایین اتفاق می افتد.زیرا سنسورهای ماشین با مانیتوركردن گپ، پارامترهای ماشینكاری راتنظیم می كنند.ذرات بزرگ مابین گپ باعث بالا رفتن رم دستگاه و كاهش سرعت می شوند.اطلاعات مربوط به قابلیت و توانایی مواد به فرمتهای زیاد در دسترس است.(البته در آمریكا !)سازندگان گرافیت برای خدمات پس از فروش خود افراد متخصص را به كارگاه ها اعزام می كنند. آنهابرای اسپارك كاران درحل مشكلاتشان و انتخاب گرید مناسب مشاوره می دهند.

نتیجه گیری
انتخاب گرافیت در بدست آوردن عملكرد بهینه از دستگاه اسپارك بسیار موثراست.تجهیزات نمی توانند به كیفیتی بالاتر از آنچه كه گرافیت اجازه می دهد برسند.پرداخت سطح قالب، آینه شكل سطح الكتروداست.بنابراین گریدها با اندازه دانه بزرگ و متخلخل نخواهند توانست مانند گریدهای فوق نرم سطوحی با كیفیت پرداخت عالی را ایجاد كنند.