Электроэрозионная обработка металлов — режимы, методы, технология

Иногда металлические изделия требуется обработать, придать им другую форму, но при этом не повлиять на физические и химические качества вещества. А зачастую форма настолько сложная, что стандартными станками ее не достичь. В статье мы расскажем про электроэрозионный метод обработки металлов, о том, что это, а также о принципах и основах способа.

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.

Сущность оборудования и виды

Электроэрозия предназначена для целенаправленного разрушения верхнего слоя детали под воздействием электрического воздействия. Термин зашифровывается аббревиатурой ЭЭО. Назначение станков данной технологии – это образование отверстий и полостей, канавок, пазов, а также шлифовка, устранение изъянов на плоскости и даже создание новых элементов резанием.

Разновидность подхода в основном зависит от используемого материала проводника. Это может быть графит, медь, вольфрам, алюминий или латунь. Они имеют высокую стойкость от эрозии, то есть разрушению поверхности.

Основной принцип работы

Для того чтобы на практике выполнить данный вид обработки, необходимо, для начала, правильно собрать в единую цепь все необходимые элементы, а также выполнить предварительную подготовку деталей, с которыми предстоит работать.

В настоящее время на промышленных предприятиях используют несколько видов электроэрозионной обработки металлических деталей.

Следует отметить, что одним из главнейших элементов в схеме, по которой выполняется электроэрозионная обработка, является электрод, который должен обладать достаточной эрозионной стойкостью.

В этом случае целесообразно использовать в качестве электрода такие металлы, как медь, графит, вольфрам, а также латунь и алюминий.

Если посмотреть со стороны химии, то данный метод термического воздействия непосредственно на металл определенным образом разрушает его кристаллическую решетку, за счет чего происходит высвобождение некоторых категорий ионов.

Достаточно часто для обработки металла используют электроимпульсный и электроискровой методы. Кроме этого, можно встретить так же электроконтактный и анодно-механический способы. Более детально об этом смотрите в видео в статье.

В том случае, когда для металлических деталей требуется черновая обработка, как правило, используется электроимпульсная схема обработки.

В этом случае при проведении необходимых работ температура вырабатываемых импульсов может подниматься до пяти тысяч градусов по Цельсию. Это позволяет увеличить такой параметр, как производительность.

При необходимости выполнить данный тип обработки заготовок с небольшими габаритами и размерами, целесообразно использовать электроискровой способ.

Видео:

В свою очередь, при работе со сплавами в жидкой среде, в большинстве случаев применяют электроконтактную обработку.

Следует отметить, что те свойства, которые приобретает металл после того, как будет произведена такая обработка, могут совершенно по-разному сказаться на эксплуатационных характеристиках деталей.

В большинстве случаев, под воздействием высоких температуры и токов у обрабатываемых деталей значительно повышается прочность, притом, что в самой структуре сохраняется мягкость.

Характеристики электрического разряда при ЭЭО

Электрический разряд между электродами идёт в несколько этапов: сначала происходит электрический пробой, который может сопровождаться искровыми разрядами; затем устанавливается дуговой разряд. Поэтому многие генераторы способны выдавать многоступенчатую форму импульса.

Частота импульсов и их длительность выбирается исходя из технологических требований к обрабатываемой поверхности. Длительность импульса обычно лежит в диапазоне 0,1 .. 10−7 секунды, частота от 5 кГц до 0,5 МГц. Чем меньше длительность импульса, тем меньше шероховатость получаемой поверхности. Средний ток во время ЭЭО зависит от площади обрабатываемой поверхности. При площади 3600 мм² оптимальный ток приблизительно равен 100 А.

Сущность электроэрозионного метода

При обработке электроэрозией заготовка и инструмент присоединяются к разным полюсам источника постоянного тока. Предмет у положительного полюса становится анодом, у отрицательного — катодом. Между ними пропускаются короткие импульсы, вызывающие искровой разряд. Меняя длительность импульсов, можно добиться, чтобы преобладала эрозия катода или анода. Энергия импульсов ограничена, что позволяет избежать перегрева заготовки и добиться очень высокой точности манипуляций.

Как правило, в качестве инструмента применяется проволока, что во много раз уменьшает стоимость по сравнению с механическими станками. К инструменту не прилагается больших усилий, его износ минимален.

Поскольку при эрозии происходит перенос материала, можно не только убирать объем, но и наращивать, восстанавливать поверхность и получать рельефные оттиски. Появляется возможность обработки заготовок из сверхтвёрдых материалов, для которых нельзя подобрать механический режущий инструмент.

Особенности ЭЭО

Электрод-инструмент может иметь достаточно произвольную форму, что позволяет обрабатывать закрытые каналы, недоступные обычной механической обработке.

ЭЭО могут подвергаться любые токопроводящие материалы. Основные недостатки ЭЭО это невысокая производительность (скорость подачи обычно ~10 мм/мин) и высокое энергопотребление.

Возможности оборудования

Применение электроэрозионного оборудования является более эффективным, чем механические традиционные виды обработки материалов. Широкие возможности прецизионной обработки сверхтвердых сплавов и высокая вариативность инструментов позволяют изготавливать детали на уровне качества и сложности, недоступном для традиционных механических станков.

Электроэрозионные станки позволяют производить обработку деталей с минимальными внутренними радиусами, изготавливать высокоточные штампы без дальнейшей чистовой подгонки. Исчезла необходимость проводить промежуточные операции по термообработке заготовки, оборудование позволяет осуществлять подгонку и притирку сопряженных деталей.

Электроэрозионная резка проволокой позволяет производить разделение металлов высокой прочности и сложных контуров эффективнее, чем механические станки. Скорость обработки, параллельность линий реза по всей глубине обрабатываемой заготовки и высокая точность линии кромок делают электроэрозионные установки незаменимыми в работе со сверхтвердыми материалами.

Станки с ЧПУ обеспечивают высокую точность, скорость и производительность. Электроискровое упрочнение дает возможность увеличить твердость обрабатываемой поверхности детали, тем самым позволяет существенно повысить ее износостойкость уже после формирования и обработки.

История

Роберт Бойль (1694), Бенджамин Франклин (1751), Джозеф Пристли (1766) Лихтенберг Георг Кристиан (1777): делали первые сообщения об электрических разрядах и эффектах, их сопровождающих.

1938 году советский инженер Л. А. Юткин показал, что серия электроискровых разрядов порождает формообразующие гидравлические удары, что положило начало электроискровой штамповке металлов, и стало следующим, после электродуговой сварки, шагом по развитию технологических методов формообразования электрическими разрядами.

В 1941 году докторам Борису Романовичу Лазаренко и Наталье Иосифовне Лазаренко (Московский Государственный Университет) было поручено найти методы увеличения срока службы прерывателей-распределителей зажигания автомобильных двигателей.

В результате исследований и экспериментов с вольфрамом было обращено внимание на направленное разрушение электрическими разрядами, создаваемыми импульсами определённой формы тока, что послужило толчком к созданию в 1943 году нового технологического процесса обработки заготовок с помощью электроэрозии.

В 1943 году советские учёные — супруги Борис Романович Лазаренко и Наталия Иоасафовна Лазаренко, предложили использовать электроэрозионные свойства разрядов в воздушном промежутке для формообразования (электроискровой метод электроэрозионной обработки). На изобретение было получено авторское свидетельство № 70010 от 3.04.1943 года, патент Франции № 525414 от 18.06.1946 года, патент Великобритании № 285822 от 24.09.1946 года, патент США № 6992718 от 23.08.1946 года (указанный патент имеет совсем иную дату и тему), патент Швейцарии № 8177 от 14.07.1946 года, патент Швеции № 9992/46 от 1.11.1946 года. В 1946 году им была присуждена Сталинская премия, а 26 июня 1949 года Борису Романовичу Лазаренко была присуждена учёная степень доктора технических наук.

В 1948 году советский специалист М. М. Писаревский предложил более экономичный электроимпульсный метод обработки.

В 1952 году швейцарская фирма CHARMILLES TECHNOLOGIES представила миру первый электроэрозионный прошивочный станок ELERODA D1.

В 1969 году швейцарская фирма AGIE представила первый станок электроимпульсной обработки непрофилированным электродом с ЧПУ.

Технология обработки

Для того чтобы досконально разобраться во всех преимуществах электроэрозионного воздействия на металлические заготовки и понять сам принцип, необходимо подробно рассмотреть один из способов.

Так, простейшая электроэрозионная схема должна в обязательном порядке состоять из таких элементов, как электрод, емкость для рабочей среды, а также конденсатора, реостата и непосредственно источника, обеспечивающего необходимое электропитание.

В данную схему должны быть включены все необходимые элементы в определенной последовательности. Питание данной схемы осуществляется от напряжения импульсного типа, при этом оно должно иметь разную полярность.

Это даст возможность получить необходимые для работы электроимпульсный и электроискровый режимы.

При подаче напряжения идет зарядка конденсатора, от которого разрядный ток поступает на электрод, который должен быть предварительно опущен в емкость с рабочим составом и заготовкой.

После того, как на конденсаторе напряжение достигнет необходимого потенциала, произойдет пробой жидкости, которая быстро нагреется до температуры кипения, а кроме этого, в ней возникнет пузырь из газов.

Этот пузырь будет способствовать локальному нагреву заготовки, у которой произойдет плавление самых верхних слоев, что позволит обеспечить заданную форму.

Видео:

В данном способе есть определенные проблемы, которые требуют постоянного контроля самого процесса, а поэтому лучше воспользоваться более совершенными методами.

На видео выше показана обработка, проводимая на профессиональном оборудовании.

Литература

• ГОСТ 25331-82 Обработка электроэрозионная. Термины и определения
• Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов. — Л.: Машиностроение, 1983.

Преимущества электроэрозионной прошивочной обработки – высокая производительность и качество

Достоинства способа перед механическим:

• Однородная поверхность по итогу, без шероховатостей и изменения физической структуры вещества.
• Нет нужды проводить дополнительную финишную шлифовку.
• Возможность выбора сложной структуры среза.
• Можно работать с любыми металлическими материалами вне зависимости от твердости.
• Нет никаких деформаций, даже если это тонколистовой металл, который обычно гнется по краю при резке.
• Достигаются любые сложные задачи, на выходе получаются геометрические пространственные фигуры.
• В цехах нет шума, вибраций и той атмосферы, которая часто присутствует на других заводах.

Заключение

В статье мы рассказали про теорию электроэрозионной обработки и нормирование деталей на оборудовании ЭЭО. Это очень продуктивный способ для крупного производства или небольшого завода по металлообработке, если в работе постоянно одинаковые серии изделий.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Фрезерно-гравировальные станки по дереву... Горизонтально-фрезерный станок 6Р82 — ха... Как сделать листогиб своими руками — чер... Как сделать гриндер своими руками — черт...