ماشین كاری با اسپارك
اسپارک (به انگلیسی: SPARC (برگرفته از scalable processor architecture به معنای معماری پردازنده مقیاس‌پذیر)) یک نوع معماری پردازنده از نوع معماری ریسک است که توسط شرکت سان مایکروسیستمز توسعه یافته و در اواسط سال ۱۹۸۷ معرفی شد. اسپارک یک نشان تجاری ثبت شده برای شرکت اسپارک اینترنشنال است که در سال ۱۹۸۹ به منظور ترویج معماری اسپارک، مدیریت نشان‌های تجاری و فراهم کردن تست هماهنگی تاسیس شد. در مارس سال ۲۰۰۶، طراحی کامل ریزپردازنده UltraSPARC T1 شرکت سان به صورت متن‌باز در وبگاه OpenSPARC.net منتشر شد و OpenSPARC T1 نام گرفت. در سال ۲۰۰۷ جزئیات طراحی ریزپردازنده UltraSPARC T2 هم با نام OpenSPARC T2 منتشر شد.
اسپارك یا(Electro discharge machining (E.D.M یك روش ماشین كاری غیر سنتی است كه در ان فلز توسط جرقه های الكتریكی از سطح كنده میشود . جرقه ها بین الكترود( كه معمولا مسی یا گرافیتی است ) و قطعه كار كه فاصله كم و كنترل شده ای با هم دارند ایجاد میشوند . الكترود به فرم مورد نظر ساخته میشود و با پیشروی ان در قطعه كار در نهایت حفره ای ایجاد میشود . هیچ تماس مستقیمی بین الكترود و قطعه كار وجود ندارد . یك مایع دی الكتریك,غالبا از مواد نفتی سبك فاصله بین الكترود و قطعه كار را پر كرده و محیط مناسبی برای تولید جرقه ها ایجاد میكند . هم الكترود و هم قطعه كار الزاما باید هادی الكتریسیته باشند
مزایای ماشین كاری به روش اسپارك عبارت است از :
– چون تماس بین قطعه كار و الكترود وجود ندارد ایجاد دیواره های نازك و اشكال ظریف امكان پذیر است .
– عموماً می توان قطعات با شكل پیچیده را ماشین كاری كرد .
– نرخ ماشین كاری وابسته به سختی قطعه كار نبوده و متناسب با نقطعه ذوب قطعه كار است . بنابراین موادی كه قابلیت ماشین كاری كمی دارند مثل كاربیت های سمانته و فولادهای ابزاری ابكاری شده را میتوان ماشین كاری كرد .
– ماشین كاری بدون پلیسه است .
غالباً برای ساخت انواع قالب ها از اسپارك استفاده می شود . قالب های تزریق پلاستیك , قالبهای اكسترود , آهنگری و دایكاست فقط موارد محدودی از انواع قالبهای ساخته شده با این روش هستند .ضمنا از این روش مستقیماً در خط تولید استفاده می شود .
روش كار :
گرچه برخی از دستگاههای اسپارك قادرند در چند محور حركت كنند ولی غالب این دستگاهها دارای یك كلگی هستند كه الكترود به آن وصل شده است و با یك سیستم سرو كنترل فقط در جهت عمودی حركت می كنند.
علامت پلاریته منفی حاكی از ان است كه قطب منفی منبع تغذیه به الكترود وصل شده است .
اگر كلگی بدون كنترل به سمت پایین حركت كند با قطعه كار برخورد كرده و بین آن وقطعه كار اتصال كوتاه ایجاد میشود . سرو سیستم كنترل حركت كلگی مانع این امر شده و با مقایسه ولتاژ بین الكترود و قطعه كار با یك ولتاژ مرجع مانع نزدیكی بیش از حد این دو و ایجاد اتصال كوتاه میشود . اگر ولتاژ بین الكترود وقطعه كار بیش از ولتاژ مرجع باشد كلگی به سمت پایین میرود و اگر كمتر شود برمی گردد . محرك كلگی یك جك هیدرولیكی یا یك سرو موتور است . در حین اسپارك و با خورده شدن قطعه كار فاصله بین آن و الكترود زیاد می شود و بنابراین ولتاژ بین آنها افزایش می یابد . سیستم كنترل كلگی را آن قدر پایین می آورد تا این ولتاژ مساوی ولتاژ مرجع شود . بدین ترتیب در تمام طول ماشین كاری فاصله هوایی بین الكترود و سطح ماشین كاری شده قطعه كار ثابت باقی می ماند . وقتی الكترود تا عمق از پیش تنظیم شده در قطعه كار فرو رفت استپ دستگاه عمل كرده و كلگی را بیرون می كشد .
مكانیزم كنده شـــــــــــــــدن فـــــــلز:
پالس های مربعی شكل DC توسط یك جریان مستقیم به دو سر قطعه كار و الكترود اعمال میشوند . در حالت ایده آل هر پالس یك جرقه تولید میكند . جرقه در محلی كه مقاومت الكتریكی كمتر است تولید می شود . بر اثر جرقه ها كل سطح تقابل قطعه كار و الكترود خورده می شود . اساس تكنولوژی منابع تغذیه ماشین های اسپارك تولید امواج مربعی نسبت به زمان است . متغیرها , زمان قطع و وصل پالس و ماكزیمم جریان می باشد .
البته آنچه در عمل اتفاق می افتد پیچیده تر است . وقتی كه الكترود از قطعه كار فاصله دارد ولتاژ برابر ولتاژ مدار باز , یعنی در حدود 100 ولت است . با نزدیك شدن الكترود به قطعه كار در محلی كه كمترین فاصله وجود دارد دی الكتریك شروع به یونیزه شدن میكند . در نتیجه جریان ایجاد شده و افزایش می یابد و ولتاژ تا حدود 35 ولت كاهش می یابد .بدین ترتیب یك جرقه زده می شود . فـــــاصله الكترود و قطعه كار در محلی كه جرقه زده میشود بین 01/0 تا 04/0 میلی متر است . با هر جرقه ای حفره كوچكی (هم در سطح الكترود و قطعه كار) از طریق ذوب و تبخیر مواد ایجاد می شود . زمان وصل پالس را می توان به زمان یونیزه شدن , زمان جرقه و زمان دی یونیزه شدن تقسیم كرد .زمان قطع پالس به ذرات اجازه می دهد توسط جریان دی الكتریك شسته شده و دور شوند و سیال یونیزه شده با سیال تازه جایگزین شود .
زمان قطع پالس باید از زمان دی یونیزه شدن بزرگتر باشد تا مانع تداوم جرقه در یك نقطه شود وضعیتی كه به آرگ DC (چسبیدن الترود) گفته می شود .
منبـــــــــــــــــــع تغذیه :
منابع تغذیه دستگاههای اسپارك از انواع خازنی-مقاومتی( RC ) و انواع لامپ های خلا به انواع ترانزیستوری كه درحال حاضر از آنها استفاده می شود تكامل یافته اند . از منابع RC هنوز هم برای سوراخ كاری سوراخ های قطر پایین استفاده می شود . تمایل به استفاده از ترانزیستورهای MOSFET به دلیل توانایی سویچینگ سریع این نوع ترانزیستورها در قدرت های بالا گسترش می یابد . در منابع تغذیه پیشرفته امكان تنظیم مستقل زمان قطع و وصل پالس ها وجود دارد .محدوده این زمان ها عموما بین 2تا1000 میكرو ثانیه است . كل انرژی هر جرقه مجزا متناسب با حجم مكعب مستطیلی است كه اضلاع آن زمان , جریان و ولتاژ است . البته منظور از زمان , زمان موثر یعنی زمان بعد از یونیزاسیون است . قطر حفره ایجاد شده تقریبا متناسب با جریان اعمال شده و عمق آن تقریبا متناسب با زمان وصل پالس است. نرخ ماشین كاری در یك منبع تغذیه 125 آمپری از تقریبا صفر در پرداخت تا حداكثر 410 میلیمتر مكعب بر دقیقه تغییر می كند . یك منبع تغذیه 400 آمپری می تواند تا 4350 میلی متر مكعب بر دقیقه ماشین كاری كند . باید توجه داشت كه افزایش نرخ ماشین كاری ( با افزایش جریان ) خطی نیست . در یك منبع تغذیه استاندارد در آن واحد فقط یك جرقه ایجاد می شود . بنابراین افزایش تعداد الكترود ها باعث افزایش راندمان نمی شود . اصطلاح چند راهه است . چنین منبعی در واقع تركیبی از چند منبع جریان كم در یك دستگاه است كه امكان چندین جرقه همزمان در الكترودها را فراهم می كند ( در هر الكترود در آن واحد فقط یك جرقه ) .
با گسترش استفاده از منابع تغذیه solid state كاربرد پلاریته مثبت (اتصال قطب مثبت منبع تغذیه به الكترود ) بیش از گذشته عمومیت یافته است . در بعضی از منابع تغذیه در فواصل معینی یك پالس معكوس ایجاد می شود تا حتی الامكان مانع چسبیدن الكترود و قطعه كار ( آرك DC ) شود مثلا به ازای هر 15 پالس معمولی یك پالس معكوس ایجاد می شود . منابع تغذیه بر حسب ظرفیت جریان از 10 تا1000 آمپر طبقه بندی می شوند .
بافت سطح :
سطح اسپارك شده خصوصیات منحصر به فردی دارد و از حفره های زیادی كه اندازه یكسانی دارند تشكیل می شود . بر خلاف سطوح حاصل از ماشین كاری سنتی جهت ماشین كاری , اثری بر جای نمی گذارد . چون اندازه حفره ها بستگی به انرژی هر جرقه دارد و انرژی هر جرقه در محدوده وسیعی قابل تغییر است بنابراین پرداخت سطح حاصل از اسپارك در محدوده ra=0/2,12/5 μm تغییر میكند .
اثرات متالوژیكی و شیمیایی :
سطح اسپارك شده به دلیل سرد بودن قطعه كار و وجود دی الكتریك كوئینج می شود . ضخامت لایه متأثر از اسپارك نسبتاً نازك است . ( در خشن كاری 13/0 و در پرداخت 01/0 میلی متر )
كیفیت سطح :
درجه مطلوب بودن سطح حاصل از اسپارك همواره عامل نگرانی بوده است . هر دو لایه حرارت دیده و ذوب شده تحت تنش كششی هستند . در لایه ذوب شده ممكن است ترك های مویی ظاهر شود و شروعی بر آسیب كلی قطعه كار باشند . سئوالی كه باید جواب داد این است كه آیا امكان انتشار ترك سطحی در كل حجم قطعه كار وجود دارد . و اگر لازم است آیا لایه برداشته شود چطور می توان این كار را انجام داد .
شات بلاست مقدار كمی از لایه ذوب شده را برداشته و استحكام خستگی را افزایش می دهد .
برای بهبود كل استحكام خستگی قطعه , هر دو لایه حرارت دیده و ذوب شده باید برداشته شوند . عام ترین روش انجام این كار پولیش و روش الكترومكانیكی است .
الكترودها :
قیمت الكترود معمولا عمده ترین بخش از كل هزینه ماشین كاری به روش EDM است .
برای انتخاب بهترین جنس الكترود و شرایط ماشین كاری , لازم است قیمت مواد , قیمت ساخت , مقدار سایش و هزینه تعمیر و اصلاح الكترود به دقت محاسبه شود .
سایش :
نقطه ذوب بیش ترین نقش را در تعیین مقدار سایش دارد نرخ سایش الكترود بر حسب سایش انتهایی , سایش لبه ها و سایش گوشه ها بیان می شود .
مواد :
مواد الكترودها عمدتا از :
– گرافیت
– مس
– آلیاژ مس تنگستن و نقره تنگستن
– مس گرافیت
– برنج
– فولاد
– تنگستن
ساخت الكترودها :
الكترودها عمدتاً با روش تراش , فرز , وایركات و دیگر ماشین ابزار و استفاده گسترده گرافیت در ساخت الكترود سهولت ماشین كاری آن است . طراحی سیستم های ابزار بر اساس این فرض است كه الكترود بدون جدا شدن از هلدر آن ماشین كاری شود .
اتصال و تنظیم الكترود :
الكترود باید طوری ساخته شده باشد كه بتوان الكترود های با دنباله استاندارد را به آن وصل كرد . در جریان تعمیر یا ساخت الكترود نیز همین پایه و دنباله باید مبنای ماشین كاری و ساخت الكترود باشد . در صورت باز كردن الكترود از جای خود یا تغییر موقعیت آن مثلا برای تست ابعادی باید بتوان آن را دقیقاً به وضعیت اولیه برگرداند .
سیال دی الكتریك :
مایع دی الكتریك هادی جرقه است و تحت ولتاژ اعمال شده باید یونیزه شود الكترود و قطعه كار توسط آن خنك می شوند , ذرات ریز حاصل از اسپارك را شسته و با خود می برد . دی الكتریك خوب باید ویسكوزیته پایین , نقطعه اشتعال بالا و قیمت كم داشته باشد .
اسپارك عمودی CNC :
اسپارك های cnc سه محوره و حتی شش محوره ساخته شده كه مثل فرز cnc با الكترود كروی كوچكی می تواند انواع سطوح پیچیده را ماشین كاری كنند .
مزایای اسپارك های CNC :
– تعیین موقعیت الكترودها نسبت به نقاط مرجع .
– ایجاد چند حفره در قطعه كار با پارامترها های اسپارك یكسان .
– تعدیل و اصلاح سایش الكترود با تنظیم تماس آن روی سطوح مرجع .
– كنترل قطعه كار بدون باز كردن آن با نصب پروب هایی در نشیمن گاه الكترود .
– امكان تنظیم سریع دستگاه برای قطعه كار و الكترود خاصی بر اساس نرخ ماشین كاری یا درجه پرداخت سطح .
– امكان ذخیره سازی و استفاده مجدد از اطلاعات مربوط به مقدار افست الكترود در مواردی كه محور الكترود منطبق بر محور نصب الكترود نیست خطای چرخش الكترود را نیز می توان اصلاح كرد .
– وجود چند سیستم مختصات برای قطعاتی با موقعیت های خطی و دورانی مختلف .
– امكان ایجاد افست های كوچك و بزرگ با الكترودهای شبیه فرز برای خشن كاری و پرداخت .
منبع : http://mechanicology.mihanblog.com/post/14
اسپارک چیست؟
همانطور که قبلا گفتم دستگاه اسپارک به روش ماشینکاری EDM کار میکند.این دستگاه عموما برای ساخت قالبهای پلاستیک مورد استفاده قرار میگیرد بدین صورت که جاهایی از قالب را که با دستگاههای براده بردار دیگر نمیتوان ماشینکاری کرد را به صورت معکوس بر روی الکترودی از جنس عموما مس یا گرافیت ماشینکاری کرده و آنرا به قطب مثبت دستگاه اسپارک می بندیم. و قطعه کار را به قطب منفی آن وسپس ماشینکاری را با دادن یک سری پارامتر از جمله (میزان جریان آمپر،میزان عمق پیشروی،میزان زمان ماشینکاری و استراحت دستگاه)شروع میکنیم.با نزدیک شدن الکترود به قطعه کار به سبب وجود جریان، در هردو قطعه جرقه ایجاد میشود که سبب خورده شدن قطعه کار میشود .در حین ماشینکاری حتما از یک سیال که عموما نفت میباشد برای خنک کاری و شتشو استفاده میشود. فرآیند ماشینکاری در اسپارک نسبت به ماشینهای دیگر بسیار طولانی است ولی چیزی که در انتها میبینید از نظر ظرافت و صافی سطح نظر شما را جلب خواهد کرد.
