Электроэрозионная обработка металлов - технология, виды станков

Применение электроэрозионных станков разных типов

Самым популярными электроэрозионными станками на сегодняшний день являются проволочно-вырезные станки. Они бывают на одноразовой латунной проволоке и на многоразовой молибденовой проволоке. Станки на многоразовой проволоке серии DK77 применяются не только в инструментальном производстве для изготовления штампов, шаблонов, пресс-форм, калибров и другого инструмента, но и для изготовления деталей механического производства. Например, шлицевых втулок, муфт, изготовления зубчатых деталей – звездочек, шестерен, заменяя зубофрезерное, зубошлифовальное, долбежное и другое оборудование. Станки на многоразовой проволоке стоят дешевле других электроэрозионных станков и обладают низкой себестоимостью обработки. Скорость обработки до 180 мм2/мин, точность порядка 15 мкм, а достижимая шероховатость 0.8 Ra.

Из оборудования электроискрового типа одним из наиболее точных считается копировально-прошивочный станок МА4720. Он предназначен для работ с труднообрабатываемыми заготовками сложной конфигурации, например, для твёрдосплавной штамповой оснастки, пресс-форм, кокилей. Производительность станка не превышает 70 мм3/мин, зато можно достичь точности в 0,03…0,04 мм, при достаточно невысокой шероховатости конечной поверхности (не выше Rz 0,32…0,4 мкм на чистовых режимах обработки). Перемещение рабочего стола производится системой ЧПУ. Размеры рабочего стола и допустимый диапазон значений межэлектродного зазора между анодом и катодом не позволяет получать на данном станке изделия с габаритными размерами более 120×180×75 мм.

Примером электроимпульсного станка является распространённая модель 4Е723, также оснащаемая ЧПУ. Более высокие показатели удельной мощности позволяют достигать производительности ЭЭО до 1200м3/мин, при погрешности обработки на чистовых режимах в пределах 0,25…0,1 мм. Более высокая точность достигается при ЭЭО фасонных поверхностей. Станок также используется преимущественно в инструментальном производстве, однако шероховатость поверхности заметно увеличивается – до Ra 2,5 мкм, поэтому после обработки в большинстве случаев потребуется шлифование. На станке можно выполнять ЭЭО деталей с габаритными размерами 620×380×380 мм, а также прорезание фасонных пазов.

Данные виды относятся к универсальным электроэрозионным станкам. Примером специализированного оборудования является электроэрозионный станок модели 4531, производящий профильную вырезку сложных контуров при помощи непрофилированного электрода. На станке 4531 применяется латунная проволочка, которая непрерывно перематывается через межэлектродный промежуток, возбуждая разряд между катодом и анодом. При относительно невысокой производительности (не более 16…18 мм3/мин по стали; для твёрдого сплава производительность ещё ниже), станок 4531 в принципе позволяет обеспечить погрешность ±0,01 мм, поэтому рассматриваемое оборудование эффективно при производстве матриц вырубных штампов особо сложной конфигурации и шаблонов. Максимальные размеры вырезаемого контура составляют 100×60 мм.

Виды электроэрозионной обработки

Электроэрозионную обработку (сокращенно ЭЭО) можно разделить на следующие виды:

электроискровая;
электроимпульсная;
электроконтактная;
высокочастотная.

При электроискровой обработке на анод-заготовку подается положительный заряд тока, а на другой электрод-инструмент — отрицательный, он является катодом. Среду, окружающую канал разряда между катодом и анодом, заполняют специальной диэлектрической жидкостью. Генератор импульсов регулирует продолжительность, а изменение емкости конденсатора управляется мощностью импульса.

Электроэрозионная резка проволокой — технология, при которой используются материалы, обладающие высокой эрозионной стойкостью. Управляя величиной энергии импульса, можно добиться более высокой производительности или чистоты обрабатываемой поверхности. Предварительная обработка происходит на жестких и средних режимах, а чистовая — на мягком и сверхмягком режиме, что позволяет добиться высокой точности заданных параметров воздействия. На видео показана технология:

Принцип электроимпульсной обработки заключается в том, что на обрабатываемую деталь подают отрицательный заряд тока с длительностью импульса свыше 0,001 с. Деталь обрабатывается ионным потоком при температуре горения дуги более +5000°C, что гораздо выше температуры кипения металлов. Скорость обработки детали возрастает многократно, но качество обрабатываемых поверхностей гораздо хуже, чем при электроискровом воздействии.

Реализация разных видов электроэрозии в станках универсального типа позволяет выполнять большой объем работ с разными исходными заданиями. Специализированные и универсальные электроэрозионные станки позволяют изготавливать сита и сетки с размером ячеек от 0,15 до 2 мм и толщиной заготовки 2 мм с высоким уровнем производительности. Производят прошивку отверстий, щелей и технологических полостей в металлах и сплавах толщиной до 100 мм, а также электроэрозионную шлифовку поверхностей.

Электроэрозионное упрочнение верхнего слоя металла (легирование) одним станком является важным направлением производства износостойких режущих инструментов и примером реализации электроимпульсной технологии вместо традиционной металлургии. Электроконтактная обработка позволяет эффективно обрабатывать детали, выполненные из сверхтвердых сплавов, чугуна и титана. С ее помощью можно производить шлифовку, прошивку фасонных отверстий, выполнять работы по чистовой резке и фрезеровке внутренних полостей.

Самодельные электроэрозионные станки

Мы уже упоминали, что в Сети можно обнаружить множество мануалов, как изготовить станки проволочной резки самостоятельно. На самом деле даже собранный своими руками станок — сложное устройство, состоящее из станины, генератора, рабочего стола, ванны для диэлектрика и блока прокачки.

Кроме того, в станке должны размещаться и успешно функционировать системы подачи проволоки, управления, запуска, установки и, конечно же, управления электродом. На самодельном устройстве качественная обработка металла абсолютно не гарантирована. Не лучше ли сэкономить время, нервные клетки и заказать электроэрозионную обработку, цена на которую так невысока.

Преимущества и недостатки

Любой метод имеет свои сильные и слабые стороны. Основные достоинства технологии:

Произвольная форма инструмента, возможность исполнения закрытых каналов и полостей.
Позволяет работать с любым материалом-проводником.
Высокая степень автоматизации, малая вероятность брака из-за человеческого фактора.
Точность обработки и повышенное качество получаемой поверхности в сравнении с механическим способом.

При всех своих достоинствах метод имеет и весьма серьезные недостатки. Два основных минуса таковы:

Низкая скорость электроэрозионной обработки. В современных станках скорость движения инструмента не превышает 10 мм в секунду.
Очень большое потребление электроэнергии.

По совокупности параметров электроэрозия превосходит многие традиционные методы металлообработки, а в некоторых случаях не имеет альтернативы. На сегодня сфера использования электроэрозии весьма обширна.

Назначение электроэрозионных станков

Электроэрозионные станки применяются для вырезания различных заготовок, имеющих самую разную форму и размеры. Обработка происходит либо под прямым углом, либо под углом от 1 до 30 градусов. Угол, под которым производится обработка заготовок, зависит прежде всего от комплектации станка. Начало реза может происходить от кромки заготовки, а также и изнутри её через отверстие, которые предварительно просверлено. Электроэрозионные станки предназначаются для производства деталей с точностью до 0,015 миллиметра.

Основным предназначением электроэрозионных станков считается замена штамповки. Станки такого типа могут вырезать сразу несколько заготовок, благодаря возможности пакетной обработки. При этом не требуется последующая фрезеровка детали, так как при обработке не происходит поверхностной деформации обрабатываемой заготовки.

Также станок позволяет производить различные матрицы и шаблоны. Одним из его больших преимуществ является то, что он может быть легко и быстро перенастроен. В принципе, вся перенастройка электроэрозионного станка заключается в выполнении нескольких операций: сначала нужно загрузить из AUTOCAD требуемый чертёж, затем произвести несколько действий уже на компьютере, после чего настроить генератор и уже после этого можно начинать обработку следующей заготовки. Опытные операторы тратят на настройку устройства в среднем всего 15 минут.

Это интересно: Станок токарно-винторезный ТВ 16 — устройство и эксплуатация

Электроэрозионная резка металла

Виброгалтовочная обработка
Дробеструйная обработка металла
Термообработка
Токарные работы
Фрезерные работы
Шлифовальные работы
Электроэрозионная резка металла
Пескоструйная обработка металла
Токарно-фрезерные работы ЧПУ
Сварочные работы
Плазменная резка
Моделирование и проектирование
Штамповка металлических изделий
Покраска готовых изделий
Изготовление деталей на заказ

Электроэрозионная обработка (аббр. ЭЭО) — обработка, заключающаяся в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности электропроводной заготовки под действием электрических разрядов, возникающих между заготовкой и электродом-инструментом. Википедия

Компания «ПрофТехСтандарт» предлагает уникальный метод обработки металлов различного уровня твердости с высокой точностью. Электроэрозионные технологии получили широкое распространение. В первую очередь это связано с новыми конструкторскими решениями ряда изделий сложнейшей формы, малых и больших размеров, деталей из сверхпрочных материалов, обладающих высокой твердостью, большой вязкостью, плохой обрабатываемостью резанием.

Электроэрозионная обработка 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.

Самодельные станки

Изготовить станки для электроэрозионной обработки своими руками — трудоемкая задача. Главной сложностью станет обеспечение точности действий и получение достаточной мощности искрового разряда. Чаще всего самодельные станки — это установки для маркировки или маломощные устройства, с помощью которых выполняется электроэрозионная резка проволокой. Встречаются и прошивные станки для обработки заготовок из различных металлов небольшой толщины.

Добиться при работе на самодельных электроэрозионных станках такой же точности и производительности, как на установках, произведенных промышленным путем, — задача недостижимая. Для самодельного станка прежде всего нужен искровой генератор. Это самый сложный элемент, который придется сделать самостоятельно.

Чтобы аккумулировать большое количество энергии за короткий отрезок времени и выдать ее с фиксированной длительностью импульса, необходимы знания и умения далеко не рядового уровня. Потребуется найти достаточное количество конденсаторов большой емкости; молибденовую, вольфрамовую или латунную проволоку; обеспечить систему протяжки через искровой промежуток с нужным натяжением и скоростью; синхронизировать ее подачу и намотку на барабаны; обеспечить приток диэлектрической жидкости (подойдет дистиллированная вода или масло), ее сбор и рециркуляцию.

Как результат, скорее всего, получившийся станок утратит все преимущества ЭЭО-технологии, и ленточная пила, хороший электролобзик или гравер справится с работой гораздо лучше и быстрее.

Технология электроэрозионной обработки металла

Главной “движущей силой” при электроэрозионных работах становится постоянный ток. А “инструментом”, непосредственно контактирующим с металлом, — проволока. В ней возникает электрическая дуга, благодаря которой катод и анод теряют вещество. Чтобы оно исчезло с анода, необходим непродолжительный по времени импульс. Чтобы такое же влияние испытал катод, требуется более длительное воздействие импульса.

Таким образом, электроэрозионную резку в обиходе часто именуют резкой металла проволокой. В результате этой операции происходит разрушение металла. Конечно же, в тех участках, где это необходимо и в строгом соответствии с чертежами.

Важным условием для проведения проволочной резки является создание диэлектрической среды. В ее качестве чаще применяют дистиллированную воду, масло или керосин. Такие действия, как наращивание, напыление или укрепление, производятся в условиях вакуума.

Конструкция электроэрозионного станка

Станки такого типа состоят из следующих узлов:

Защитный щиток барабана.
Барабан проволочный.
Подвижный стол проволочного барабана.
Концевики-ограничители для настройки использования намотанной проволоки на барабане, а также кнопки для переключения направления вращения.
Регулировка подачи СОЖ снизу и сверху.
Панель, предназначенная для управления устройством.
Шкаф электрооборудования устройства.
Конические опоры станка, настраиваемые по высоте.
Литая станина коробчатого типа, отлитая из чугуна.
Проушины монтажные.
Колесо, предназначенное для вертикальной подачи верхнего рукава.
Колонна.
Осветительная лампа.
Механизм, позволяющий осуществлять наклон проволоки.
Нижний рукав, состоящий из двух направляющих роликов и одного твердосплавного электрода.
Рабочий стол.
Кожух рабочего стола, защищающий от брызг.
Верхний рукав, состоящий из трёх направляющих роликов и двух твердосплавных электродов.
Колёса для подачи рабочего стола.

Далее будут рассмотрены более подробно несколько отдельных частей механизма электроэрозионных станков.

Станина станка

Данная деталь отливается из чугуна. В камере сняты внутренние напряжения. Внутреннее пространство станины предназначено для монтажа электрооборудования, так как сама станина имеет коробчатый тип. Рабочая часть станины в прецизионно отшабрена и отшлифована в некоторых местах, а именно: на каретке барабана, на креплениях колонны и на направляющих рабочего стола.

Рабочий стол станка

Это очень важная составляющая электроэрозионного станка. Состоит рабочий стол из двух плит, которые установлены на шарико-роликовые направляющие. Плиты устанавливают друг над другом.

Если существует потребность в перемещении стола, то нужно задействовать два шаговых двигателя. Делается это при помощи двух шарико-винтовых пар. Также можно менять положение рабочего стола вручную, при этом используя колесо подачи, которые закреплены всё на тех же валах шарико-винтовых пар.

Проволочный конвейер

Данная часть станка состоит из проволочного барабана, а также системы роликовых направляющих, которые размещены в нижнем и верхнем рукавах.

Управляющий компьютер и генератор могут быть размещены либо в стойке, либо в рабочем столе с тумбой. Отличия лишь в стоимости устройства, монолитности компоновки, а также в дизайне всего оборудования.

Принцип работы станков электроэрозионной обработки

Независимо от технологического назначения, в ЭЭО-станках используется явление размерного плавления металла или сплава в результате термического воздействия электрического разряда весьма большой мощности. Им может быть электрическая искра или электрическая дуга. С этой целью обрабатываемую заготовку включают в электрическую цепь станка. В результате последовательно реализуются следующие переходы:

Заготовка и инструмент устанавливаются на станке, присоединяются к источнику рабочего тока, и помещаются в ёмкость с диэлектрической рабочей жидкостью.
При включении энергетической части привода станка происходит накапливание электрического потенциала на границах смежных электродов заготовки и инструмента. Его конфигурация должна соответствовать размерам полости или контура на будущем изделии.
По достижении требуемой разности потенциалов происходит бой межэлектродного промежутка с созданием направленного разряда, вызывающего электрическую эрозию материала. Если преимущественному разрушению подвергается катод, то говорят об ЭЭО на прямой полярности электрического тока, а если анод – то об обратной полярности.
Продукты эрозии либо принудительно удаляются из зоны обработки специальной насосной установкой, либо скапливаются на дне емкости, и извлекаются оттуда после окончания цикла ЭЭО.
После отключения напряжения ионизированные высоковольтным разрядом частицы в рабочей жидкости исчезают, и её диэлектрическая прочность восстанавливается.

Если электрическая эрозия вызывается нестационарным электрическим разрядом, то такое оборудование называют электроискровыми или электроимпульсными ЭЭО-станками.

Разница между ними заключается в следующем. Электроимпульсные станки, в отличие от электроискровых, имеют в своём составе специальный узел – шаговый генератор импульсов – который обеспечивает периодическое формирование высоковольтного разряда. Его параметры должны быть достаточными для размерного плавления и испарения обрабатываемого материала. В результате возрастает мощность и производительность ЭЭО.

Кроме того, управляя параметрами импульса – его продолжительностью, интенсивностью и скважностью (соотношением времени действия импульса ко времени его накопления) – можно изменять полярность ЭЭО. Например, при малых по времени импульсах будет преобладать электрическая эрозия анода, а при увеличенных – катода

Это важно для правильного применения ЭЭО-станков для обработки разных по своему составу и структуре материалов.

При электродуговой обработке источником тепла, производящего разрушение металла заготовки, является стационарный разряд. Дуга горит непрерывно, поэтому станки такого типа отличаются повышенной производительностью, но меньшей точностью обработки. При дуговой обработке главным параметром считается сила тока, а не напряжение на электродах. Поэтому для привода таких станков применяются сварочные генераторы или преобразователи – оборудование, гораздо более дешёвое и простое в управлении, чем генераторы импульсов. Область рационального использования электродугового оборудования – получение отверстий и полостей значительных размеров при повышенных требованиях к производительности обработки.

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)).

Принцип работы станков электроэрозионного типа

Несмотря на разницу в конструктивном исполнении оборудования и реализуемых способах электроэрозионной обработки, принцип функционирования остается одинаковым.

Условно процесс можно разделить на два технологических этапа.

Первый. Под воздействием импульсных разрядов, поступающих «по плазменному каналу» (10), разрушается структура образца (2) на данном участке. Они появляются в определенный момент при сближении электрода (4), являющимся рабочим инструментом станка, с деталью. Электрическая энергия преобразуется в тепловую, и как результат – расплавление металла (сплава) на требуемом по ТУ участке.

Второй. Так как и деталь, и электрод погружены в емкость со спец/составом (чаще всего это масло), металл частично испаряется от высокой температуры, а остатки расплава удаляются из рабочей зоны.

В зависимости от реализуемого способа обработки и инженерного решения в конструкции станка, параметры импульсов, технология их генерирования и ряд других факторов в различных моделях электроэрозионных установок могут отличаться. Но принцип работы оборудования остается прежним.

Приложенное напряжение «пробивает» зазор между электродом и «болванкой», в результате чего возникает так называемый «плазменный канал», характеризующийся высокой температурой. У основания этого «столба» появляется расплав металла, который удаляется из рабочей зоны.

В принципе, такую «чудо-машину», как электроэрозионный станок, можно изготовить самостоятельно. Но кажущаяся простота сборки обманчива. Прежде чем приниматься за работу, следует оценить свои силы. Главная сложность, с которой столкнется «домашний умелец» – монтаж (а перед этим точный расчет параметров) искрового генератора

Кроме того, эксплуатация данного станка требует особой осторожности, так как емкость с маслом в любой момент может воспламениться

Автор не ставит целью отговорить читателя от самостоятельного изготовления бытового электроэрозионного станка, но обратить внимание на ряд моментов просто обязан

Возможности электроэрозионного оборудования

Спектр использования электроэрозионных станков действительно огромен. Из основных технологических операций можно выделить:

получение отверстий (глухих проемов, углублений) самой сложной конфигурации, при необходимости, с резьбой;
выборка материала на любую глубину с внутренних поверхностей образцов;
выполнение операций, которые невозможно или экономически нецелесообразно проводить на других типах станков (фрезерных, токарных);
изготовление деталей из материалов, трудно поддающихся обработке традиционными инструментами (например, титан и сплавы на его основе).

Принцип работы

предварительно подготовить детали

Нужно отметить, что важнейшим элементом в схеме, необходимой для выполнения электроэрозионной обработки, является электрод, который должен иметь достаточную эрозионную стойкость. В этом случае в качестве электрода можно использовать такие металлы, как:

графит;
медь;
вольфрам;
алюминий;
латунь.

Довольно часто, чтобы обработать металл, применяют электроискровой и электроимпульсный методы. Также встречаются электроконтактный и анодно-механический способы.

Если для деталей из металла потребуется черновая обработка, то обычно применяют электроимпульсную схему. При этом во время работ температура вырабатываемых импульсов может достигать 5 000 градусов. Это увеличивает такой параметр, как производительность.

Если требуется обработать заготовки с небольшими размерами и габаритами, то в основном используется электроискровой способ.

Электроконтактная обработка применяется при работе со сплавами, осуществляемой в жидкой среде. Необходимо отметить, что приобретенные свойства металла после такого воздействия могут по-разному отразиться на эксплуатационных характеристиках деталей.

Практически всегда из-за воздействия токов и высоких температур у обрабатываемых деталей очень сильно повышается прочность, а в самой структуре сохраняется мягкость.

Виды используемого оборудования

применяемый для проведения механической обработки инструмент

Промышленные предприятия для электроэрозионной обработки металла применяют специальное оборудование, такое как:

проволочно- электроэрозионное;
копировально-прошивочное.

Если возникает необходимость изготовить детали со сложной формой и пресс-формы, а также для производства некоторых материалов с высокой точностью обработки, применяют проволочно- электроэрозионные агрегаты. Чаще всего такое оборудование используется для изготовления различных деталей для электроники, самолетов, и даже космической сферы.

Копировально-прошивочные агрегаты в основном применяются для серийного и массового производства деталей. Благодаря таким станкам получаются довольно точные сквозные контуры и мелкие отверстия, что с успехом используется при изготовлении сеток и штампов в инструментальной промышленной сфере. Такое оборудование подбирают, ориентируясь на поставленные цели и финансовую окупаемость. Электроэрозионная обработка металла считается сложным и довольно трудоемким рабочим процессом.

Выполняя электроэрозионную обработку, не стоит забывать о технике безопасности и использовании спецодежды.

Преимущества электроэрозионной обработки

Такие работы должны осуществляться только на специальном оборудовании под обязательным присмотром квалифицированного специалиста, имеющего соответствующий допуск. Хотя такой способ делает заготовку более точной и качественной, промышленные предприятия предпочитают применять механическую обработку металла.

Поэтому необходимо отметить основные достоинства электроэрозионного воздействия на разнообразные виды заготовок.

Используя такой метод, практически всегда удается добиться самого высокого качества поверхности металла, в результате чего она становится максимально точной и однородной. При этом полностью исключается необходимость проведения финишной обработки. Также этот метод гарантирует получение на выходе поверхности разнообразной структуры.

Также к достоинствам электроэрозионной обработки металла относят возможность осуществлять работу с поверхностью любой твердости.

при таком методе не возникает никакой механической нагрузки

Также к преимуществам такого процесса относят полное отсутствие шума при работе на специальном оборудовании.

Конечно, есть и недостатки при электроэрозионном воздействии на деталь из металла, но на ее эксплуатационных свойствах сказываются они несущественно.

Технология обработки

Чтобы до конца выяснить все преимущества электроэрозионной обработки и понять принцип воздействия на металлическую заготовку, следует более подробно рассмотреть следующий пример.

Итак, простая электроэрозионная схема должна обязательно состоять из следующих элементов:

электрод;
конденсатор;
емкость для рабочей среды;
реостат;
источник, обеспечивающий электропитание.

Питание этой схемы обеспечивается напряжением импульсного типа, которое должно иметь разную полярность. Благодаря этому можно получить электроискровый и электроимпульсный режимы, которые требуются для работы.

начинает очень быстро нагреваться до температуры кипения