Kipinätyöstö ja sen kehityssuunnat

Abstract

Kipinätyöstö on sähköpurkauksista syntyvien kipinöiden aiheuttamaa eroosiota hyödyntävä valmistusmenetelmä. Tämän työn tarkoituksena on tutkia kirjallisuuden avulla mihin kipinätyöstöä käytetään ja kuinka sen tehokkuutta voidaan kasvattaa. Kipinätyöstön suurimpia haasteita ovat suhteellisen matala materiaalinpoistotahti ja suuret kustannukset verrattuna esimerkiksi perinteisiin työstömenetelmiin. Lisäksi esimerkiksi kerosiinipohjaisten öljyjen käyttö dielektrisenä väliaineena on ympäristölle haitallista vapautuvien höyryjen takia ja siksi kipinätyöstöprosessia täytyy kehittää niin, että siitä aiheutuvat vaikutukset ympäristölle ovat mahdollisimman vähäiset. Kipinätyöstöä hyödynnetään eri teollisuudenaloilla esimerkiksi valumuottien ja mikrokokoluokan komponenttien valmistuksessa ja esimerkiksi lentoteollisuudessa kipinätyöstöä käytetään useiden suurta tarkkuutta vaativien komponenttien valmistuksessa. Kipinätyöstön etuja perinteisiin valmistusmenetelmiin nähden on sen kyky työstää kuinka lujia ja kovia materiaaleja tahansa, kunhan ne johtavat sähköä. Esimerkiksi valumuottien materiaalin tulee olla erittäin kovaa ja lujaa, jotta ne kestävät suuria valmistusmääriä muuttamatta muotoaan. Toinen kipinätyöstön etu on, että sen avulla voidaan saavuttaa erittäin suuri työstötarkkuus ja siksi kipinätyöstöä hyödynnetään muun muassa kirurgisten komponenttien valmistuksessa ja viimeistelyssä. Kolmas kipinätyöstön etu on, että siinä työkalu ei ole fyysisessä kosketuksessa työstettävän kappaleen kanssa, joten työkaluun ja työstettävään kappaleeseen ei kohdistu merkittäviä mekaanisia voimia. Tämän ansiosta työkalu voi olla erittäin pieni ja kipinätyöstöä käytetäänkin paljon myös mikrokokoluokan kappaleiden valmistuksessa. Esimerkiksi lentoteollisuudessa kipinätyöstöä käytetään muun muassa mikrokokoluokan jäähdytysreikien poraamiseen. Kipinätyöstöstä syntyviä saasteita voidaan vähentää esimerkiksi korvaamalla kerosiinipohjaiset öljyt joko vedellä tai kaasulla. Veden käyttö dielektrisenä väliaineena kuitenkin heikentää prosessin työstötarkkuutta ja kaasun käyttö taas lisää prosessissa syntyvien partikkelien kertymää työkalun ja työstökappaleen välisessä tilassa. Tämä partikkelien kertymä on haitallista, sillä se tekee prosessista epävakaan. Lisäksi kaasun käyttö heikentää prosessin materiaalinpoistotahtia ja pinnanlaatua suhteessa öljyssä tapahtuvaan kipinätyöstöön. Kaasun käytöstä aiheutuvia haittoja voidaan kuitenkin kompensoida useilla eri menetelmillä. Tässä työssä tutkittiin näistä menetelmistä tärkeimpiä ja tuotiin esiin niiden vaikutuksia kipinätyöstöprosessiin. Prosessin materiaalinpoistotahtia voidaan parantaa esimerkiksi prosessiparametrien optimoinnilla tai hyödyntämällä jauhesekoitekipinätyöstöä tai puolikuivakipinätyöstöä. Prosessissa syntyviä partikkelikerrostumia voidaan vähentää ja työstökappaleen pinnanlaatua parantaa hyödyntämällä esimerkiksi ultraäänivärinäavusteista kipinätyöstöä tai magneettikentässä tapahtuvaa kipinätyöstöä. Näiden työssä tutkittujen kehityssuuntien avulla saadaan parannettua kipinätyöstöprosessin tehokkuutta ja kilpailukykyä.