برش وایرکات

به دلیل فاصله موجود بین سیم و قطعه کار این فرآیند از خطای ابزاری کمتری نسبت به روش های دیگر برش بهره می برد و این مسئله موجب دقت زیادی در فرآیند برش وایرکات می شود.  این فاصله در حدود 0.025 میلی متر بوده که توسط سیستم های کامپیوتری کنترل می شود. دستگاه وایر کات توانایی تنظیم برای حرکت در فضای سه بعدی و برشکاری اشکال پیچیده را دارد. ابزارهای کنترل دیجیتال وظیفه کنترل محورهای حرکت سیم را روی قطعه کار دارد. دستگاه وایر کات در حالت معمول توان برش تا ضخامت 150 میلی متر را دارد و با تنظیمات خاص تا ضخامت 420 میلی متر را نیز برش می زند. 

نحوه عملکرد فرآیند برش وایرکات

عملکرد فرآیند برش وایرکات به این صورت است که در مسیر برش ابتدا سوراخ کوچکی ایجاد می شود که سیم از درون آن گذر کند.  سیم دارای انرژی الکتریکی شده و سپس از طریق یک سیستم دارای غلتک و قرقره به سمت قطعه کار هدایت می شود. سپس بین ابزار و سیم نازک که نقش کاتد را دارد و قطعه کار که نقش آند را بازی می کند جریان الکتریکی برقرار می شود.

جریان بسیار کنترل شده تخلیه های الکتریکی بین سیم و قطعه کار صدها هزار جرقه در ثانیه تولید کرده تا فرآیند برش انجام شود. گرمای هر جرقه الکتریکی بین 8 تا 10  هزار درجه سانتی گراد تخمین زده شده است. فلز قطعه کار در نتیجه اعمال این جرقه ها ذوب یا بخار می شود. در نتیجه اعمال این دما بخشی از سیم هم ذوب می شود.

جریان مایع دی الکتریک سیم نازک و قطعه را در بر می گیرد و جرقه ها را فیلتر و هدایت می کند. در نتیجه جریان مایع دی الکتریک، هر خرده ریزی که ممکن است توسط جریان ایجاد شده باشد، شسته می شود. کنترل گر CNC این سیم را در راستای طرح از پیش تعیین شده حرکت می دهد و فرآیند برش وایرکات تکمیل می شود. برش CNC وایرکات بوسیله نصب این سیستم برش روی کنترلگرهای CNC انجام می شود.

اجزای سیستم برش وایرکات

دستگاه وایر کات از اجزای متنوعی تشکیل می شود. سیستم های مکانیکی قرقره و غلتک وظیفه کنترل تغذیه سیم و نگه داشتن سیم و قطعه کار در فاصله مشخص جهت تخلیه الکتریکی را دارد. پالس الکتریکی توسط منبع تغذیه ایجاد می شود و ولتاژ، جریان و فرکانس پالس را کنترل می کند. سیستم جریان مایع دی الکتریک نیز وظایف خنک کنندگی و شستشو را در فرآیند برش وایرکات انجام می دهد.

مایع دی الکتریک

مایع دی الکتریک فرآیند برش وایرکات معمولا آب دیونیزه است و سه نقش اصلی دارد. این مایع نقش نیمه هادی را بین قطعه کار و سیم دارد و شرایط پایدار و کنترل شده برای یونیزاسیون در محل جرقه را تامین می کند. مایع دی الکتریک نقش خنک کنندگی طی فرآیند دارد و از افزایش بیش از حد دما و از ایجاد منطقه متاثر از حرارت، اعوجاج یا کاهش دقت ابعادی قطعه جلوگیری می کند. و در نهایت نقش شویندگی ذرات ناشی از فرآیند برش وایرکات را دارد. اگر مایع دی الکتریک سیالیت لازم برای ایفای نقش شویندگی را نداشته باشد، قطعه میکروسکوپی جدا شده حین برش، به سیم یا قطعه کار چسبیده و آنها را آلوده می کند.

 مایع در الکتریک در برش وایرکات توسط فواره هایی روی محل قوس پاشیده می شود و به صورت غوطه وری قطعه کار را در بر می گیرد. مایع استفاده شده توسط سیستم تصفیه پاکسازی شده و به چرخه فرآیند بازگردانده می شود. بنابراین تعویض فیلتر ها از اهمیت بالایی برخوردار است. چرخه تعویض فیلتر وابسته به متغیرهایی مثل نوع ماده قطعه و ضخامت آن است. در دستگاه وایر کات معمولا سیستمی برای هشدار تخلیه فیلتر در نظر گرفته می شود. خود مایع نیز بعد از چرخه خاصی به طور کامل تعویض می شود. به این دلیل که کیفیت آب دستگاه به مرور کم می شود و تشکیل رسوب و تغییر PH آب در عملکرد دستگاه تاثیر منفی می گذارد.

سیم وایرکات

سیم وایرکات بایستی رسانایی خوب و استحکام کافی داشته باشد. سیم برش وایرکات به طور کلی توسط غلتک ها کشیده می شود و تنش وارد شده به سیم وابسته به عملکرد مد نظر سیم است. برش های زاویه دار و مخروطی نیاز به کشش کمتری نسبت به مصارف مربوط به پرداخت سطحی دارند.

به طور کلی سیم وایرکات اغلب مصرف شونده است. این سیم ها به دلیل فرسودگی ناشی از جرقه و افت سایز، فقط برای یک مرحله برش وایرکات مصرف می شوند. سیم های مصرفی ارزانتر از جنس مس، برنج با پوشش های روی و سیم های گرانتر اغلب از ترکیبات مولیبدن و تنگستن تشکیل می شوند. سیم های مولیبدنی برای پرداخت سطح قطعه و حذف زبری مناسب تر هستند. سیم های تنگستنی کمترین کاربرد را بین انواع سیم وایرکات دارند. کاربرد های سیم های تنگستنی محدود به مواردی است که دقت ابعادی و زاویه های دیواره قطعه اهمیت بسیاری دارد. ممکن است در مصارف خاصی آلودگی روی و مس، حتی در ابعادی میکرونی برای قطعه مضر باشد. در این صورت هم از سیم های مولیبدنی و تنگستنی استفاده می شود.

 سیم های فولادی نیز به دلیل استحکام بالایی که دارند در فرآیند برش وایرکات استفاده می شوند. به منظور افزایش هدایت الکتریکی در سیم های فولادی روی آنها روکشی از جنس مس استفاده می شود. استفاده از سیم فولادی هر چند ممکن است موجب بالا رفتن قیمت برش وایرکات شود، اما سرعت برشکاری را نیز بالا می برد. سیم های ضخیم تر توان هدایت الکتریکی بیشتر و مقاومت کمتری داشته و بنابراین توان برشکاری با سرعت بیشتری را دارند.

نازک بودن سیم نیز باعث افزایش دقت در فرآیند برش وایرکات می شود. از آنجایی که ضخامت برش معمولا اندکی بیشتر از سیم است، این تغییر ضخامت نیز باید در طراحی سیم در نظر گرفته شود. به طوری که برش با سیمی به ضخامت 0.02 میلی متر منجر به برشی با ضخامت 0.01 میلی متر خواهد شد.

سیستم تسمه و غلتک

سیستم حرکت دهنده سیم از جمله تسمه، غلتک ها و پولی ها اجزای فرآیند مکانیکی دستگاه وایر کات را تشکیل می دهند. اگر بر عملکرد این بخش کنترل لازم انجام نشود یا قطعات دچار سایش شده تعویض نشوند، عملکرد کلی برش وایرکات دچار ایراد می شود.

منبع تغذیه

در برش وایرکات از منبع تغذیه برق مستقیم با فرکانس بالا استفاده می شود. پالس های برق با فرکانس زیاد بین سیم و قطعه توسط این منبع تولید می شوند. منبع تغذیه ایده آل مورد استفاده در برش وایرکات بایستی توان تنظیم متغیرهایی از جمله فرکانس پالس ها، شدت جریان و انرژی جرقه ها را به طور مستقل داشته باشد. در فرآیند برش وایرکات معمولا از شدت جریان 30 آمپر و ولتاژ 55 الی 60 ولت استفاده می شود. مقادیر شدت جریان بیشتر از این سرعت فرآیند را بالا می برند، اما ممکن است نیاز به سیم گرانتری باشد و قیمت برش وایرکات را بالا ببرد.

رزین یونیزه شده

در فرآیند برش وایرکات به منظور کنترل ضریب هدایت الکتریکی آب دیونیزه از ماده ای به نام رزین استفاده می شود. عدم کنترل مقدار مقاومت الکتریکی و هدایت آب موجب ناپایداری دستگاه شده و برش با دقت کافی انجام نمی شود.

برای مثال برش قطعات کار از جنس آلومینیوم هدایت الکتریکی مایع را تا حد خیلی زیادی بالا می برد. تعویض رزین نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.

معایب و مزایای برش وایرکات

دستگاه برش وایرکات نسبت به روش های برش مکانیکی مثل برش گیوتین این حسن را دارد که به دلیل نبود ماشین کاری فیزیکی در قطعه کار ایجاد تنش نمی کند. حسن دیگر دستگاه برش وایرکات در مقایسه با روش های برش حرارتی این است که به دلیل وجود مایع و سرمایش سریع زیاد سطح بسیار تمیزی نیز دارد. این دستگاه توان اتوماسیون بسیار بالایی نیز دارد و زمان زیادی بدون وجود اپراتور و با کنترلر کامپیوتری کار می کند. به دلیل ظرافت بسیار زیاد عملکرد دستگاه برش وایرکات ، از این روش برای برشکاری قطعات کوچکی استفاده می شود که توسط فرآیند های دیگر تخریب می شوند. دقت ابعادی برش وایرکات (تا 0.004 میلی متر) ده ها برابر بیشتر از سایر روش های برش مورد استفاده برای برش فلزات است.

از سوی دیگر، دستگاه وایر کات سرعت نسبتا کمی دارد.  سرعت دستگاه وایر کات معمولی در حد 0.2  متر بر ثانیه است که با تغییراتی به 6 تا 12 متر بر ثانیه می رسد. بنابراین این روش معمولا برای تولید انبوه استفاده نمی شود و تنها برای ساخت مدل ها استفاده می شود. لازم به ذکر است که تغییرات مذکور موجب افزایش قیمت برش وایرکات می شوند. مهمترین کمبود دستگاه برش وایرکات این است که فقط قابلیت برش فلزات رسانا را دارد. از سوی دیگر وجود محیط یونیزه و تخلیه الکتریکی مدام بین سیم و قطعه در فرآیند برش وایرکات موجب بالا رفتن دمای مقطع برش شده و سرمایش سریع باعث ایجاد تنش های حرارتی در قطعه می شود. ضمنا سیم تغذیه شده نیز حتی در مواردی که مصرفی نیست نیاز به تعویض دارد که موجب افزایش قیمت برش وایرکات می شود.

قیمت برش وایرکات

به طور کلی قیمت دستگاه وایرکات در مقایسه با سایر تکنولوژی های نوین برش مثل برش لیرز فلزات ، برش پلاسما و برش واترجت پایین تر بوده اما محدودیت های بیشتری هنگام استفاده دارد. سرعت پایین تولید و محدودیت ابعاد قطعات تولیدی، وایرکات را برای مدلسازی و تولید کم حجم قطعات ظریف مناسب تر می سازد. قیمت برش وایرکات وابستگی زیادی به کیفیت مواد مصرفی برش از قبیل سیم برش، مایع دی الکتریک و رزین مصرفی دارد. سیم های برش وایرکات پوشش دهی شده و فولادی هر چند گرانتر هستند اما در درازمدت سرعت فرآیند را آنچنان بالا می برند که بالا رفتن قیمت دستگاه وایرکات جبران می شود. سیم های مولیبدنی و تنگستنی بسیار گران هستند اما کارایی بسیار زیادی ندارند.