Обновлено: 05.07.2024

Электроэрозионная обработка используется в случаях, когда необходимо изготовление сложных по контуру деталей небольшого размера с высокой точностью кромок.

Обработка металлов различного уровня твердости с высокой точностью возможна при использовании нетрадиционных способов. К ним относится и резка, шлифовка и укрепление поверхности электроэрозионными воздействиями. Электроэрозионный станок придуман достаточно давно, но получил распространение только в последние десятилетия.

Первый станок промышленного уровня был создан компанией CHARMILLES TECHNOLOGIES в 1952 году, а электроэрозионный станок с ЧПУ появился в 1969 году. По сравнению с традиционными способами обработки металлов — ковкой, литьем, шлифованием, фрезеровкой, электроискровой способ можно считать инновационным. Первым упоминаниям о кованых и литых изделиях несколько тысяч лет.

Границы применения электроэрозионной обработки

Все металлы относятся к токопроводящим веществам, поэтому электроэрозионная обработка применима ко всем видам сплавов. С ее помощью можно выполнять широкий спектр работ, начиная от обычной резки и сверления и заканчивая:

• тонким шлифованием;
• наращиванием поверхности и восстановлением конфигурации;
• упрочнением;
• копированием;
• прошивкой;
• гравировкой;
• напылением.

Электроэрозионное оборудование базируется на принципе возникновения кратковременной электрической дуги, которая приводит к потере вещества катодом и анодом. При кратковременном импульсе вещество удаляется с анода, при более длительном — с катода. Современные электроэрозионные станки используют в работе оба вида импульсов. К положительному или отрицательному полюсу могут подсоединяться и рабочий инструмент и обрабатываемая деталь.

Единственное условие, которое соблюдается во всех видах станков — используется только постоянный ток. Уровень напряжения и сила тока зависят исключительно от параметров обрабатываемого металла. Частота возникновения импульсов определяется механическим сближением и отдалением электрода и рабочей поверхности — пробой возникает только на определенном расстоянии между контактными поверхностями.

Электроимпульсная обработка металлов направленная на разрушение обрабатываемой детали (резание или сверление) производится в диэлектрической среде, представляющей собой специальную жидкость. Чаще всего используются масло, керосин или дистиллированная вода. Операции по наращиванию поверхности, укреплению или напылению выполняются в воздухе или вакууме.

Электроэрозионная резка металла

Этот вид обработки используется в случаях, когда необходимо изготовление сложных по контуру деталей небольшого размера с высокой точностью кромок, изготовление деталей из особо твердых сплавов, в ювелирном деле. Ограничения по размерам заготовок и толщине обрабатываемого материала определяются только конструкцией конкретного станка. В большинстве случаев, электроэрозионная обработка резкой применяется на промышленных предприятиях, ориентированных на крупносерийное производство деталей высокой точности, не требующих дальнейшей обработки.

Но без особого труда можно построить электроэрозионный станок своими руками, если обладать некоторыми слесарными навыками и определенными знаниями электроники и электротехники. Схема самодельного электроэрозионного станка для резки несложная и реализовать ее можно даже в домашних условиях, не говоря уже о металлообрабатывающей мастерской или цехе небольшого предприятия.

Но следует учесть, что в самодельных станках очень сложно реализовать главные преимущества электроэрозионной обработки — высокую точность и универсальность. Тугоплавкие металлы и сплавы режутся очень медленно и требуют большого расхода электроэнергии.

При резке металла заготовка подключается к положительному полюсу источника тока, рабочий электрод — к отрицательному. Потеря вещества на аноде — не что иное, как эрозия, разрез, толщина которого зависит от геометрии катода. Большую роль играет и вид диэлектрика, с которым работает определенный вид электроэрозионных станков.

Для промышленного производства применяются два основных вида оборудования — электроэрозионный проволочный станок (вырезной) и электроэрозионный прошивной станок. Первый вид используется при обработке габаритных деталей из толстостенного металла, второй — для более точной работы по копированию деталей из высокопрочных материалов или строгих требованиях к их форме.

Проволочно-вырезные станки

Электроэрозионный промышленный проволочно-вырезной станок работает по бесконтактному принципу взаимодействия токопроводящей проволоки (молибден, вольфрам или иной тугоплавкий металл) диаметром 0,1-0,2 мм и заготовки. Обрабатывать можно металл любого уровня тугоплавкости в различной толщине детали. К проволоке, намотанной на вращающиеся барабаны, которая движется в двух направлениях — по вертикали и в сторону обрабатываемой детали, подсоединен положительный полюс, к заготовке — отрицательный.

По мере движения линии проволоки возникает разряд, который прожигает в детали линии требуемой конфигурации. По сути, электроэрозионная обработка на проволочном станке выполняет операции фрезеровочного, но на металлах особой прочности и с точностью, недостижимой при механической обработке. Это включает:

• сверхмалые углы;
• закругления микродиаметров;
• сохранение параллельности линий на всей глубине;
• высокую точность поверхности кромок.

Точность обработки достигает 0,110-0,012 мм.

Электроэрозионные прошивные станки

Электроконтактная прошивочная обработка металлов заключается в воздействии точечного электрода с заданной формой поперечного сечения, от которого зависит форма эрозионного углубления в заготовке. Применяются они для обработки:

• нержавеющих сталей;
• инструментальных сплавов;
• титана;
• закаленной стали.

Но работать могут со всеми видами токопроводящих материалов, когда требуется изготовление отверстий или углублений большой глубины с минимальным диаметром и точной геометрией сечения.

Одной из самых сложных операций прошивочного станка является изготовление резьбовых отверстий в тугоплавких материалах высокой прочности. В этом случае используются только станки с ЧПУ. Электрод из тонкой проволоки заводится внутрь отверстия и перемещается в продольном и поперечном направлении (по осям X,Y, с одновременным перемещением по оси Z). Получается отверстие со сложной конфигурацией стенки, резьбовой или иного профиля.

Электроконтактная обработка позволяет получать высокоточные оттиски штампов, пресс-форм или иных малогабаритных деталей. В этом случае электрод является миниатюрной копией требуемого изделия, изготовленной из меди или графита. В зависимости от полярности соединения на заготовке получаются четкие углубления или не менее четкие выступы. Такие электроэрозионные станки производятся как в стационарном, так и в настольном исполнении (например, G11 ARAMIS (Чехия)).

Самодельные электроэрозионные станки

Самодельный электроэрозионный станок целесообразно собирать в том случае, если высокоточные работы с металлом выполняются часто и в относительно больших объемах. Это сложное в изготовлении оборудование, которое редко используется в быту. Он оправдан в металлообрабатывающих цехах и мастерских в качестве финишного инструмента обработки заготовок после фрезерного или токарного станков или изготовления мелких деталей сложной конфигурации.

Принцип работы электроэрозионного станка требует изготовления как электронной схемы, генерирующей импульсный ток высокой силы, так и сложной механической части, обеспечивающей движение электрода (проволочного или штучного). Основная сложность — сделать генератор, который может за короткое время накопить достаточный для пробоя заряд, выбросить его за доли секунды и за столь же короткий промежуток восстановить его. При недостаточной плотности тока электроэрозионная обработка невозможна даже на тонких деталях из мягких металлов.

Основные части самодельного проволочного электроэрозионного станка:

• станина — чугун или сталь;
• рабочий стол — прочный пластик или нержавейка;
• ванна для диэлектрика, служащая рабочей зоной;
• система подачи проволоки (две катушки, электродвигатель, привод, направляющие);
• система управления электродом (для прошивочных);
• система запуска и остановки;
• блок прокачки диэлектрика — насос, фильтры, трубопроводы;
• генератор;
• система управления.

Последний пункт — один из самых сложных, необходимо синхронизировать подачу проволоки по скорости и направлению, частоту импульса и подачу диэлектрической жидкости. Следует учесть, что в процессе работы жидкость ионизируется, и свойства ее значительно изменяются.

В зависимости от схемы генератора станка, в нем используются весьма опасные токи величиной 1-30А при напряжении 220 В. Изоляция всех токопроводящих частей должна быть исключительно надежной. Как работает самодельный станок можно посмотреть на видео, или здесь.

Электроэрозионная обработка: полное руководство по обработке

Электроэрозионная обработка металла — это технология обработки с ЧПУ, обеспечивающая уникальные результаты. Природа процесса электроэрозионной обработки означает, что вы можете создавать формы и структуры, которые практически невозможны с помощью других методов обработки, и может дать невероятные результаты.

Что такое электроэрозионная обработка?

Теория, на которой основана электроэрозионная обработка (EDM), насчитывает столетия. Британский химик восемнадцатого века Джозеф Пристли наблюдал, как электрические заряды удаляли материал с металлических электродов в своих экспериментах еще в 1770 году.

Первый работающий электроэрозионный станок был разработан в раздираемом войной Советском Союзе, братьями-физиками Лазаренко в 1943 году.

Электроэрозионная обработка работает путем создания электрического заряда, который испускает искры. Эти искры невероятно горячие, от 8000 до 12000 ° C. Тепло направлено на то, чтобы расплавить металл от большего металлического блока и аккуратно создать задуманную конструкцию.

Весь процесс происходит в ванне с деионизированной водой, которая охлаждает машину, увеличивая удельное сопротивление воды. Она также смывает отходы, этот процесс называется промывкой.

Электроэрозионный электродвигатель, работает аналогичным образом: для плавления материала используется быстро заряженная проводящая металлическая проволока. Между проволокой и материалом нет фактического контакта, что предотвращает искажение пути прохождения проволоки или повреждение детали. Искры двигаются через зазор и растапливают лишний металл.

Электроэрозионная обработка

Проволока может быть сильно заряжена, чтобы отрезать большие куски материала. Вы также можете снизить напряжение машины, чтобы улучшить качество поверхности. При определенных уровнях напряжения проход провода может удалить с поверхности всего 0,0001 дюйма металла, удаляя шероховатый внешний слой, создавая гладкую и блестящую поверхность.

Электроэрозионные станки также могут перемещаться по пяти осям, в том числе наклоняться, чтобы создавать конические эффекты на металле и предлагать больше степеней свободы. Электроэрозионные станки можно вращать на этих осях для создания конических вмятин и очень точных пропилов.

Примечательность технологии заключается в том, что с помощью этого метода можно создать на вашей детали определенные геометрические элементы, которые практически невозможны с другими типами станков с ЧПУ. Вы можете создавать в металле небольшие прорези, квадратные углы, а также сложные формы и конструкции, которые невозможны, например, с помощью фрезерования с ЧПУ.

Для чего используется электроэрозионная обработка?

Прототипирование

Хотя в настоящее время 3D-печать часто считается передовой технологией прототипирования, электроэрозионная обработка в этой области тоже очень востребована. Скорость производства электроэрозионной обработки делает его невероятно полезным для создания прототипов.

Компании используют электроэрозионную обработку в качестве дополнения к другим формам производства, чтобы удовлетворить растущие потребности в металлических прототипах. Эти прототипы очень ценны, поскольку немногие компании предлагают их.

Прототипы с электроэрозионной обработкой

Использование электроэрозионной обработки для производства медицинского оборудования

Электроэрозионная обработка- это особенно полезный метод ЧПУ для быстрого изготовления деталей без каких-либо загрязняющих материалов. Это очень важно при производстве как медицинских имплантатов, так и форм.

Этого необходимо достичь при сохранении высокой скорости производства, поскольку многие медицинские устройства и имплантаты необходимы в огромных количествах, например, ортопедические винты и болты, опоры для суставов и имплантированные шины.

Кроме того, такие инструменты, как хирургические катоды для шприцев, клапаны для кислородных масок и ручные инструменты, нуждаются в регулярной замене.

Использование электроэрозионной обработки для военпрома

Еще одна область, в которой используется проволочный электроэрозионный станок — это армия.

Каждому роду войск требуется постоянный поток высококачественных компонентов как для новой техники, так и запасных частей для часто используемых предметов и транспортных средств. Например, компоненты для ракет, истребителей и артиллерийских орудий.

Проволочный электроэрозионный станок способен производить детали самого высокого качества для этих целей, и каждая из них должна производиться с расчетом на то, что она будет использоваться в ситуации жизни и смерти. Имея это в виду, качество и отделка имеют первостепенное значение, что делает электроэрозию идеальным техпрохессом.

Плюсы и минусы проволочной электроэрозионной обработки

Точность

Проволочный электроэрозионный станок продвинулся вперед, чтобы достичь микроскопической точности резки и вдавливания. Технологию можно запрограммировать на разрезы толщиной всего несколько микрометров.

Эти разрезы также очень воспроизводимы, что снижает риск деформации или искажения, что делает проволочную электроэрозионную обработку одним из самых точных используемых методов производства с ЧПУ.

Сложная геометрия

С помощью электроэрозии можно производить детали с целым рядом сложных форм и структур. Электроэрозионный станок может производить высокие, изогнутые, прямые детали и детали с кромками.

Это значительно расширяет область применения технологии и позволяет использовать ее в самых разных отраслях, от медицины до высокопроизводительного транспорта и не только.

Универсальность производства

Электроэрозионная обработка универсальна по твердости и проводимости металлов, которые она может резать, что позволяет использовать ее в самых разных отраслях промышленности.

Различные материалы, от латуни до вольфрама, имеют разный состав и, следовательно, лучше подходят для производства различных продуктов. Заменяя разные проволоки, можно создавать различные варианты отделки на одном и том же станке.

Ограничения проволочного электроэрозионного станка

Медленно для ЧПУ

Несмотря на то, что электроэрозионная обработка является быстрым методом производства по сравнению с альтернативными методами, такими как 3D-печать, он не такой быстрый как, к примеру, фрезерная обработка с ЧПУ.

Для всего, кроме самых мелких деталей в массовых количествах, для скорости рекомендуются другие методы, такие как абразивная резка тонким кругом.

Ограниченные материалы

Метод резки проволочной электроэрозионной обработкой с использованием высоких температур электропроводности означает, что его можно использовать только для резки материалов, которые сами по себе являются проводящими.

Он не может эффективно работать с такими материалами, как пластик или дерево, как другие методы производства с ЧПУ.

Экологическая хрупкость

На эффективность обработки сильно влияет среда, в которой он работает. Незначительные изменения состава проволоки, заготовки и ионизация охлаждающей воды повлияют на ее работоспособность.

Это означает, что идеальные условия имеют первостепенное значение, и любое изменение этих факторов приведет к нежелательным изменениям конечного результата и потенциальному повреждению продукта.

Из чего сделана электроэрозионная проволока?

В настоящее время для изготовления электроэрозионной проволоки используется множество различных проводящих металлов, каждый из которых имеет свои преимущества, недостатки и области применения.

Латунь

Латунь представляет собой сплав меди и цинка и быстро стала наиболее распространенным материалом для электроэрозионной проволоки, используемым сегодня. Цинк имеет более низкую температуру плавления и испарения, чем медь, поэтому чем выше насыщенность цинка в сплаве, тем быстрее он режет.

Тем не менее, с латунью нужно быть аккуратным. При приближении к 40% насыщения цинк начинает менять состояние, и проволока становится невероятно хрупкой.

Более того, слишком большое насыщение снижает надежность заправки, поэтому проволока не так эффективно подается в машину.

Проволока с покрытием

Проволока с покрытием изготавливается с использованием процесса, называемого электрогальванизацией, при котором латунная или медная проволока покрывается очень тонким слоем чистого цинка или оксида цинка. Эти провода режут намного быстрее, чем их чистые аналоги, и реже ломаются.

Они в основном рекомендуются для быстрой обработки изделий и обеспечивают лучшую отделку поверхности с большей целостностью. Однако они дороже, чем чистая латунная или медная проволока.

Проволока для электроэрозионной обработки

Диффузионно-отожженная проволока

Диффузионный отжиг является способом снижения вреда от перенасыщения цинка. На проволоку наносится толстое покрытие из чистого цинка, который затем отжигается в печи, так что цинк диффундирует в смесь, в результате чего получается проволока, состоящая на 50% из латуни и на 50% из чистого цинка.

Эти проволоки обладают более высокой прочностью на растяжение по сравнению с латунными проволоками и рекомендуются для более быстрой резки высоких изделий. Они также хорошо работают там, где присутствуют плохие условия промывки, и отходы не могут быть эффективно удалены водой, и особенно прочны при резке инструментальной стали, алюминия и графита.

Стальной сердечник

Неудивительно, что проволока со стальным сердечником изготовлена ​​из высокоуглеродистой стали, покрытой латунью с высоким содержанием цинка, прошедшей диффузионный отжиг. Сталь обеспечивает высокую прочность на растяжение и сопротивление разрушению, а латунь с высокой электропроводностью обеспечивает высокую скорость резания.

Проволока со стальным сердечником может иметь предел прочности на растяжение до 290 000 фунтов на квадратный дюйм, геркулес по сравнению с проволокой на основе латуни, которая может достигать 54 000 фунтов на квадратный дюйм, и особенно полезна при производстве очень высоких деталей или деталей, требующих идеальной прямолинейности.

Вольфрам или молибден

Как вольфрамовая, так и молибденовая проволока широко не используются, но обеспечивают ряд важных применений в электроэрозионной промышленности. Оба чрезвычайно прочны, причем вольфрам является самым прочным материалом для проволоки.

Однако они являются плохими проводниками и страдают от более низкой скорости резки. Их высокие температуры плавления также снижают эффективность промывки, что является жизненно важным фактором для промышленных электроэрозионных электроэрозионных работ.

Где они проявляются сами по себе, так это в своих приложениях. При разрезании латунной и цинковой проволоки на готовом изделии остаются микроскопические количества материала. В таких областях, как медицина и армия, это неприемлемо.

Прочность вольфрамовой и молибденовой проволоки означает, что металл практически не отламывается и не загрязняет деталь, что делает их единственным выбором в этих секторах.

Сколько стоит проволочный электроэрозионный станок?

Производственный процесс очень затратный. Легирование меди и цинка для получения латуни, а также покрытие или диффузионный отжиг требуют больших вложений в оборудование, материалы и энергию. Даже тогда есть процесс превращения металла в проволоку.

Существует слишком много переменных, влияющих на цену, чтобы получить твердое число, но это, безусловно, самая большая стоимость, связанная с процессом проволочной электроэрозионной обработки.

Латунная проволока самая дешевая по цене около 1 доллара за килограмм, тогда как молибденовая проволока стоит более 5 долларов за килограмм.

Но количество необходимой проволоки означает, что эти затраты очень быстро возрастают. Если вы решите, что Wire EDM — лучший выбор для вас, походите по магазинам, чтобы найти лучшую цену, которую вы можете.

Электроэрозионная обработка. Описание процесса, принципы, установки электроэрозионной обрботки.

Электроэрозия - это разрушение поверхности изделия под действием электрического разряда. Основателями технологии являются советские ученые-технологи Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) широко применяется для изменения размеров металлических изделий - для получения отверстий различной формы, фасонных полостей, профильных канавок и пазов в деталях из твердых сплавов, для упрочнения инструмента, для электропечатания, шлифования, резки и др.

Рис. 1.9. Схема электроэрозионной обработки материалов: 1 - электрод-инструмент, 2 - обрабатываемая деталь, 3 - среда, в которой производится разряд, 4 - конденсатор, 5 - реостат, 6 - источник питания, 1р - режим электроискровой обработки, 2р - режим электроимпульсной обработки

Схема электроэрозионной обработки материалов приведена на рис. 1.9. Схема запитывается импульсным напряжением разной полярности, что соответствует электроискровому режиму (1р) и электроимпульсному режиму (2р). Напряжение питания заряжает конденсатор (4), параллельно которому включен разрядный промежуток между электродом-инструментом (1) и обрабатываемой деталью (2), которые помещены в жидкость с низкой диэлектрической проницаемостью. Когда напряжение на конденсаторе превысит потенциал зажигания разряда, происходит пробой жидкости. Жидкость нагревается до температуры кипения и образуется газовый пузырь из паров жидкости. Далее электрический разряд развивается в газовой среде, что приводит к интенсивному локальному разогреванию детали, приповерхностные слои материала плавятся и продукты расплава в виде шариков застывают в проточной жидкости и выносятся из зоны обработки.

2. Стадии электроэрозионной обработки Режим электроискровой обработки

Обрабатываемая деталь является анодом (+), то есть в данном случае деталь обрабатывается электронным потоком, то есть работает электронный стример, расплавляя объем анода-детали в виде лунки. Для того чтобы ионный поток не разрушал электрод-инструмент, используются импульсы напряжения длительностью не более 10 -3 с. Электроискровой режим используется для чистовой, точной обработки, поскольку съем металла в данном случае небольшой.

Режим электроимпульсной обработки

3. Физика электроэрозионной обработки

Явления, происходящие в межэлектродном промежутке, весьма сложны и являются предметом специальных исследований. Здесь же будет рассмотрена простейшая схема удаления металла из области обработки посредством электрической эрозии.

Как показано на рис. 1.10, к электродам 1 подведено напряжение, которое создает электрическое поле в межэлектродном промежутке. При сближении электродов на критическое расстояние, возникает электрический разряд в виде проводящего канала. Для повышения интенсивности разряда электроды погружают в диэлектрическую жидкость 2 (керосин, минеральное масло и др.) На поверхности электродов имеются микронеровности различной величины. Напряженность электрического поля будет наибольшей между двумя наиболее близкими друг к другу выступами на поверхности электродов, поэтому именно здесь возникают проводящие мостики из примесных частиц жидкости. Ток по мостикам нагревает жидкость до испарения и образуется газовый пузырь (4), внутри которого и развивается мощный искровой или дуговой разряд, сопровождающийся ударной волной. Возникают потоки электронов и ионов (положительные и отрицательные стримеры), которые бомбардируют электроды. Образуется плазменный канал разряда. Благодаря высокой концентрации энергии в зоне разряда температура достигает тысячи и десятков тысяч градусов. Металл на поверхности электродов плавится и испаряется. Капли расплавленного металла в результате движения потока жидкости в рабочей зоне выбрасываются за пределы электродов и застывают в окружающей электроды жидкости в виде мелких частиц сферической формы (5).

От взаимодействия жидкости с участками электродов, нагретых до температуры 100-400 0С, на границах плазменного канала разряда происходит пиролиз диэлектрической жидкости. В результате в жидкости образуются газы, а также асфальтосмолистые вещества. Из газовой среды выделяется углерод, отлагающийся на нагретых поверхностях электродов в виде тонкой пленки кристаллического графита. В месте действия импульса тока на поверхностях электродов остаются небольшие углубления - лунки, образовавшиеся вследствие удаления разрядом некоторого количества металла.

В табл. 1.2 приведена зависимость величины эрозии стального электрода от энергии и длительности одиночного импульса.

Зависимость величины эрозии стального электрода (анода) от энергии и длительности одиночного импульса

Характеристика импульса

Размеры лунки

Энергия, Дж

Длительность, мкс

Глубина, мм

Диаметр, мм

Объем, м3

Рис. 1.10. Режим электроэрозионной обработки: 1 - электроды, 2 - жидкость, 3 - лунки, 4 - газовый пузырь, 5 - продукты эрозии

После разряда в течение некоторого времени происходит остывание столба канала и деионизация вещества плазмы в межэлектродном промежутке. Электрическая прочность межэлектродного промежутка восстанавливается. Время деионизации жидкого диэлектрика составляет 10 6 -10 -2 с. Следующий разряд обычно возникает уже в новом месте, между двумя другими ближайшими точками электродов.

Длительность интервалов между импульсами должна быть достаточной для удаления из зоны разряда продуктов эрозии, а также газового пузыря, являющегося главным препятствием для возникновения следующего разряда. В связи с этим частота разрядов с возрастанием их энергии снижается.

Так происходит до тех пор, пока разряды не удалят с поверхности электродов все участки металла, которые находятся на расстоянии пробоя при величине приложенного напряжения. Когда расстояние между электродами превысит пробивное, для возобновления разрядов электроды должны быть сближены. Обычно электроды сближают в течение всего времени обработки так, чтобы электрические разряды не прекращались.

Параметры рабочих импульсов. Основными параметрами электрических импульсов, подаваемых на межэлектродный промежуток, являются их частота повторения, длительность, амплитуда и скважность, а также форма, определяющие максимальную мощность и энергию. Форма и параметры импульсов оказывают существенное влияние на износ электрода-инструмента, производительность и шероховатость обработанной поверхности.

Обозначим частоту повторения импульсов, т. е. их число в секунду, через f. Тогда Т = 1/f будет являться периодом. Он определяет промежуток времени, через который следует очередной импульс.

Импульс характеризуется амплитудным значением (или амплитудой) напряжения и тока Um и Im. Это максимальные значения, которые приобретают напряжение и ток за время импульса. При электроэрозионной обработке амплитуда напряжения изменяется от нескольких вольт до нескольких сотен вольт, а амплитуда тока от доли ампера до десятков тысяч ампер. Диапазон скважностей импульса при электроэрозионной обработке заключен в пределах от 1 до 30.

Полярный эффект и полярность импульса. Высокая температура в канале разряда и происходящие динамические процессы вызывают эрозию обоих электродов. Повышение эрозии одного электрода по сравнению с другим электродом называется полярным эффектом. Полярный эффект определяется материалом электродов, энергией и длительностью импульсов, знаком подведенного к электроду потенциала.

Процессы изменения напряжения и тока имеют колебательный характер относительно их нулевого значения. При электроэрозионной обработке принято считать рабочей или прямой полярностью импульса ту его часть, которая вызывает наибольший эффект эрозии обрабатываемой заготовки, а обратной - часть импульса, вызывающую усиленную эрозию электрода-инструмента. Обрабатываемую заготовку присоединяют к тому полюсу, эффект эрозии которого в данных условиях больше. К противоположному полюсу присоединяют электрод- инструмент. Например, при коротких импульсах электроискровой обработки энергия преимущественно поступает на анод, в качестве которого здесь следует использовать заготовку (прямая полярность). При увеличении длительности импульсов наступает перераспределение теплового потока на электродах. Это приводит к тому, что при определенных режимах электроимпульсной обработки эрозия анода становится меньше, чем эрозия катода. В этом случае следует применять обратную полярность, используя заготовку в качестве катода.

Электроэрозионная обрабатываемость. Эффект эрозии различных металлов и сплавов, производимый одинаковыми по своим параметрам электрическими импульсами, различен. Зависимость интенсивности эрозии от свойств металлов называют электроэрозионной обрабатываемостью.

Различное влияние импульсных разрядов на металлы и сплавы зависит от их теплофизических констант: - температур плавления и кипения, теплопроводности, теплоемкости. Если принять электроэрозионную обрабатываемость стали за единицу, то электроэрозионная обрабатываемость других металлов (при тех же условиях) может быть представлена в следующих относительных единицах: вольфрам - 0,3; твердый сплав - 0,5; титан - 0,6; никель - 0,8; медь - 1,1; латунь - 1,6; алюминий - 4; магний - 6 (указанные данные справедливы только при конкретных условиях: энергия импульса 0,125 Дж, длительность 1.4-10 -5 с, частота 1200 1/с, амплитуда тока 250 А).

Рабочая среда. Большинство операций при электроэрозионной обработке производят в жидкости. Она обеспечивает условия, необходимые для удаления продуктов эрозии из межэлектродного промежутка, стабилизирует процесс, влияет на электрическую прочность межэлектродного промежутка. Жидкости, пригодные для электроискровой обработки, должны обладать соответствующей вязкостью, электроизоляционными свойствами, химической устойчивостью к действию разрядов.

С повышением частоты импульсов и снижением рабочего тока стабильность рабочего процесса ухудшается. Это вызывает необходимость увеличить скважность импульсов. Применение прямоугольных импульсов существенно повышает производительность.

Производительность обработки можно повысить, если применять принудительное удаление продуктов эрозии из межэлектродного промежутка. Для этого в межэлектродный промежуток под давлением нагнетают жидкость (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Схема подвода жидкости в межэлектродный промежуток через полый электрод при прошивании отверстия

Хорошие результаты дает наложение вибраций на электрод-инструмент, а также вращение одного или обоих электродов. Давление жидкости зависит от глубины отверстия и величины межэлектродного промежутка. Вибрации особенно необходимы при электроискровой обработке глубоких отверстий малого диаметра и узких щелей. Большинство электроэрозионных станков снабжено специальной вибрационной головкой.

Качество поверхности и точность обработки. Металл электродов подвергается хотя и локальному, кратковременному, но весьма интенсивному электротермическому воздействию. Наивысшая температура существует на обрабатываемой поверхности и быстро уменьшается на некотором расстоянии от поверхности. Большая часть расплавленного металла и его паров удаляется из зоны разряда, но некоторая часть остается в лунке (рис. 1.12). При застывании металла на поверхности лунки образуется пленка, по своим свойствам отличающаяся от основного металла.

Рис. 1.12. Лунка, полученная в результате воздействия единичного импульса: 1 - пространство, оставшееся после выплавления металла; 2 - белый слой; 3 - валик вокруг лунки; 4 - обрабатываемая заготовка; БЛ, НЛ - диаметр и глубина лунки

Поверхностный слой в расплавленном состоянии активно вступает в химическое взаимодействие с парами и продуктами разложения рабочей жидкости, образующимися в зоне высоких температур. Результатом этого взаимодействия является интенсивное насыщение металла компонентами, содержащимися в жидкой среде, а также веществами, входящими в состав электрода-инструмента. Таким образом, в поверхностный слой могут быть внесены титан, хром, вольфрам и т. д. При электроэрозионной обработке стальных заготовок в среде, состоящей из жидких углеводородов (керосин, масло), поверхностный слой насыщается углеродом, т. е. образуются карбиды железа. Следовательно, при электроэрозионной обработке происходит упрочнение поверхности детали.

Интенсивный теплоотвод из зоны разряда через прилегающие к ней массы холодного металла и рабочую жидкость создает условия для сверхскоростной закалки, что одновременно с науглероживанием приводит к образованию очень твердого слоя. Закаленный поверхностный слой стали обладает повышенной стойкостью на истирание и меньшим, чем у нетермообработанной стали коэффициентом трения. Структура поверхностного слоя существенно отличается от структуры основного металла и схожа со структурой отбеленного слоя, возникающего на поверхности некоторых чугунов. Поэтому этот слой получил название «белый слой». Глубина белого слоя зависит от энергии импульсов, их длительности и теплофизических свойств обрабатываемого материала. При длительных импульсах тока большой энергии глубина белого слоя равна десятым долям миллиметра, а при коротких импульсах - сотым долям миллиметра и микронам.

Упрочнение поверхностного слоя металлов (электроэрозионное легирование). Одним из преимуществ электроискрового метода обработки материалов является то, что при определенных условиях резко повышаются прочностные свойства поверхности заготовки: твердость, износостойкость, жаростойкость и эрозионная стойкость. Эту особенность используют для повышения износостойкости режущего инструмента, штампов, пресс-форм и деталей машин, упрочняя металлические поверхности электроискровым способом.

При электроискровом легировании применяют обратную полярность (заготовка является катодом, инструмент - анодом) обработку производят обычно в воздушной среде и, как правило, с вибрацией электрода. Аппаратура, с помощью которой осуществляется процесс упрочнения, малогабаритна и очень проста в эксплуатации. Основные преимущества электроискрового способа нанесения покрытий заключаются в следующем: покрытия имеют большую прочность сцепления с материалом основы; покрываемые поверхности не требуют предварительной подготовки; возможно нанесение не только металлов и их сплавов, но и их композиций. Процессы, происходящие при электроискровом упрочнении, сложны и являются предметом тщательных исследований. Сущность упрочнения состоит в том, что при электроискровом разряде в воздушной среде происходит полярный перенос материала электрода на заготовку. Перенесенный материал электрода легирует металл заготовки и, химически соединяясь с диссоциированным атомарным азотом воздуха, углеродом и материалом заготовки, образует диффузионный износоустойчивый упрочненный слой. При этом в слое возникают сложные химические соединения, высокостойкие нитриды и карбонитриды, а также закалочные структуры. По мнению специалистов, при электроискровом упрочнении в поверхностном слое, например, стали происходят процессы, приведенные в табл. 1.3.

Упрочняемый материал

Процесс

Особенности

Углеродистая сталь, со­держащая углерод в ко­личестве свыше 0,6 %, а также легирующие эле­менты в большом коли­честве

Электроэрозионная обработка - типы, область применения, плюсы и минусы [Часть 1]

Электроэрозионная обработка - это бесконтактный процесс, при котором желаемая форма достигается с помощью электрических разрядов. Инженеры часто вынуждены обращаться к ЭЭО, когда традиционные методы обработки достигают своих пределов.

С рассвета промышленной революции наши технологические возможности ограничивал дизайн наших изделий. Первое, что мы проверяем после, а иногда и во время проектирования изделия, - это соответствие выбранного производственного процесса желаемым техническим характеристикам.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) в корне меняет ситуацию. В отличие от обычных процессов, таких как литье, формовка и другие традиционные процессы механической обработки, ЭЭО может достичь очень высокого уровня качества, используя цифровые входные данные.

В этой статье мы рассмотрим процесс ЭЭО и его различные виды. Мы также обсудим его различные преимущества и ограничения. Данная статья позволит глубже понять различные процессы ЭЭО и выяснить, какой из них лучше всего подходит для ваших нужд.

Электроэрозионная обработка - это субтрактивный производственный процесс, основанный на использовании тепла. Он преобразует электрический разряд в тепловую энергию, которая расплавляет или испаряет излишки материала с заготовки.

Процесс манипулирует этой эрозией для создания желаемых срезов и форм из сырья. Из-за использования электрического разряда этот процесс также иногда называют электроискровой обработкой.

Поскольку процесс основан на проведении электричества через материал, он работает только с материалами, которые являются хорошими проводниками. Процесс невероятно надежен в обеспечении высокоточных резов независимо от твердости или мягкости материала при условии, что он обладает хорошей электропроводностью.

В результате мы можем использовать ЭЭО для резки материалов высокой твердости, таких как инконель и карбид вольфрама. Инженеры также обращаются к ЭЭО, когда им нужно вырезать сложные формы, которые невозможно получить с помощью традиционных методов, таких как фрезерование. Такие особенности, как острые внутренние кромки и глубокие полости, являются эксклюзивными для электроэрозионной обработки.

Как происходит процесс электроэрозионной обработки?

Процесс состоит из двух основных частей: электрода и заготовки/материала. Каждая из них подключена к одному концу источника питания. Электрод несет заряд с одной стороны, а заготовка - с другой.

Когда они сближаются, из-за высокой разности потенциалов между ними от электрода к заготовке проскакивает белая горячая электрическая искра. Это создает в искровом промежутке температуру от 8 000 до 12 000 градусов Цельсия, что приводит к расплавлению материала и, следовательно, к эрозии.

Такие высокие температуры вызывают необходимость использования изолирующей или диэлектрической жидкости. Электрод и заготовка погружаются в диэлектрическую жидкость на все время процесса.

Диэлектрическая жидкость контролирует электрическую искру. Она также действует как охлаждающая жидкость и смывает мельчайшие частицы, которые разрушаются в процессе.

Эродированные частицы могут иметь размер 2 микрона или меньше. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет 70 микрон (+/- 20 микрон). Эродированные частицы настолько мелкие, что их размер сравним с размером частиц пыли и дыма. Таким образом, с помощью ЭЭО мы можем достичь высокой степени точности.

Важно отметить, что весь процесс полностью автоматизирован и управляется ЧПУ. Никакого участия человека. Процесс для детали может даже генерироваться автоматически из моделей, созданных в программах 3D CAD.

Типы процессов электроэрозионной обработки

В зависимости от формы электрода и настройки процесса, мы можем получить из сырья множество различных форм и степеней точности. Исходя из этого, мы можем классифицировать процессы ЭЭО на три различных типа. К ним относятся:

• Электроэрозионная обработка c погружением штампа;
• Проволочная электроэрозионная обработка;
• Сверление отверстий методом ЭЭО.

Электроэрозионная обработка с погружением штампа

В процессе электроэрозионной обработки с погружением штампа в качестве электрода используется штамп, имеющий обратную форму желаемого реза. Этот электрод приводится в контакт или "погружается" в заготовку, погруженную в диэлектрическую жидкость. Это создает обратный отпечаток штампа в заготовке посредством серии электрических разрядов между электродом и заготовкой.

Представьте, что вы вдавливаете металлический предмет в глину. Глина принимает обратную форму металлического предмета. Процесс электроэрозионной обработки с погружением штампа работает точно так же.

Когда люди говорят об электроэрозионной обработке, обычно имеют в виду именно этот процесс. Это традиционный процесс ЭЭО, также известный как полостной, объемный, плунжерный или проходной.

При полостном электроэрозионном методе выбор материала электрода зависит от электропроводности и эрозионной стойкости материала. Чем выше оба показателя, тем лучше. Поэтому такие электроды обычно изготавливаются из графита или меди. С помощью этого метода можно создавать сложные элементы (например, острые внутренние углы), которые невозможны при обработке с помощью ЧПУ.

Проволочная электроэрозионная обработка

В процессе проволочной электроэрозионной обработки в качестве электрода используется тонкая проволока, а не штамп. Проволока проводит электрический заряд к материалу, вызывая микроскопическую эрозию материала в нужных местах.

Процесс похож на работу полотна ленточной пилы. Проволока проходит через материал и делает вертикальные надрезы в двух измерениях. Диаметр проволоки варьируется от 0,05 мм до 0,35 мм.

Проволока обычно изготавливается из меди или латуни и удерживается между алмазными направляющими. Поскольку в процессе работы проволока также сгорает, для поддержания точности и аккуратности готовых деталей в процессе резки с катушки постоянно подаётся новая проволока.

Однако при таком способе трудно добиться острых внутренних углов. Это связано с тем, что искровой промежуток между проволокой и материалом создает внутренние углы с небольшим радиусом около 0,15 мм вместо идеальной перпендикулярности.

Как правило, процесс проволочной электроэрозионной резки начинается с одного из краев заготовки. Но возможно также начало процесса обработки с центра заготовки.

В этом случае в центре заготовки создается отверстие с помощью процесса, известного как ЭЭО сверление малых отверстий. Затем в отверстие продевается проволока, и начинается процесс резки.

Инженеры используют проволочную электроэрозионную обработку для создания невероятно сложных форм с очень жесткими допусками. При необходимости электроэрозионная обработка проволокой может использоваться для изготовления миниатюрных деталей для часов и других применений.

Деталь обработанная методом проволочной электроэрозионной обработки

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Читайте также:

  
• Выведение тяжелых металлов из организма ребенка
  
• Станок для производства лопат из металла
  
• Классы металлических входных дверей
  
• Деревянная крыша на металлических столбах
  
• Только щелочные металлы находятся в ряду