4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Описание электроэрозионного станка: процесс обработки металла, типы станков, самодельное оборудование

Содержание

Типы электроэрозионных станков и обработка металла

Высокоточная обработка металлических предметов производится с применением нетрадиционных технологий и методик. К таковым можно отнести шлифовку, резку, а также закрепление посредством электроэрозионного влияния. Электроэрозионные станки появились довольно давно, однако, широкую популярность они получили лишь за последние 10−20 лет.

Электроэрозионная обработка

Самое первое промышленное оборудование данного класса было разработано специалистами фирмы «CHARMILLES TECH» еще в середине минувшего столетия, а станок, оснащенный ЧПУ, увидел свет в конце 60-ых годов. В сравнении с общеизвестными методиками обработки металлических сплавов — шлифовкой, литьем, ковкой, электроискровую технологию можно назвать самой современной и инновационной.

Металлы — электропроводящие материалы, поэтому обрабатывающая процедура с использованием электротока подходит для любых сплавов. С помощью электроэрозионного станка может осуществлять очень обширный перечень мероприятий: начиная от банального сверления или резания и заканчивая:

  • Точечной шлифовкой;
  • Восстановлением свойств поверхности;
  • Повышением прочности;
  • Имитацией;
  • Напылением;
  • Созданием гравировки.

Оборудование для электроэрозионной обработки основывается на особом принципе электродуги, приводящей к утрате вещества анодом и катодом. Непродолжительный электроимпульс способствует удалению вещества с анода, если же импульс будет более продолжительным, то вещество удаляется с катода. Электроэрозионный станок выдает обе разновидности электроимпульса. А обрабатываемые элементы и рабочие средства подключаются к отрицательному или же положительному полюсу.

В станках данного типа применяется исключительно постоянный электроток. Показатели силы и напряжения тока находятся в прямой зависимости от характеристик металлического сплава, который подвергается обработке. Периодичность появления электроимпульсов зависит от отдаления/сближения обрабатываемой поверхности и электрода.

Обработка посредством электроимпульсной технологии, направленная на сверление или резание, осуществляется в особой жидкости — диэлектрике. В большинстве случаев при этом применяют керосин, масло или чистую воду. Манипуляции, связанные с укреплением, напылением и наращиванием поверхности, производятся в вакууме или в воздушной среде.

Резка металла

Такая обработка применяется при создании деталей со сложными контурами, в ювелирном искусстве и для создания элементов из очень твердых металлов. Ограничения, связанные с толщиной и габаритами заготовок, зависят лишь от параметров станка. Как правило, эта технология используется в крупносерийном производстве, где не нужна никакая дополнительная обработка деталей.

Кстати, электроэрозионное обрабатывающее оборудование можно сделать и своими руками. Но тут нужно учитывать тот факт, что в станках самодельного типа трудно воплотить в жизнь самые главные достоинства этой технологии: универсальность и точность. Ведь тугоплавкие металлические сплавы и металлы нуждаются в значительном расходе энергии.

В промышленности используется две разновидности устройств: вырезной (проволочный) и прошивной электроэрозионный станок. Первый тип применяется относительно толстых деталей, второй — для максимально точного исполнения, связанного с копированием тех или иных элементов.

Типы станков

Проволочно-вырезные

Такие станки используют в своей работе бесконтактную технологию взаимодействия специальной проволоки и заготовки. С их помощью можно обрабатывать самые разные сплавы. Данное оборудование характеризуется высочайшей точностью обработки, которая составляет примерно 0,011−0,012 миллиметра.

Прошивные

Контактная же обработка основывается на работе точечного электрода. От него, в свою очередь, будет зависеть форма углубления, которое необходимо сделать в материале. Такие станки используются для обработки следующих материалов:

  • Нержавейка;
  • Инструментальные металлические сплавы;
  • Сталь закаленного типа;
  • Титан.

Но их в то же время можно использовать и для других сплавов, когда нужно сделать углубления или отверстия, придерживаясь максимальной точности.

Самодельное оборудование

Станки самодельного типа собираются в тех ситуациях, когда высокоточная обработка металлических сплавов производится довольно часто и в сравнительно крупных объемах. Сразу стоит отметить, что это оборудование сделать непросто. Такого рода начинание оправдывает себя лишь в мастерских и в цехах для обработки металлов.

В сети сейчас можно отыскать массу подробных инструкций, которые помогут реализовать эту задумку. Станки-самоделки нередко применяются для создания надписей, гравировки, резки тонколистового металла и некоторых иных целей.

Технология электроэрозионной обработки металла

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.

Читать еще:  Рулонная оцинкованная сталь с полимерным покрытием

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

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

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

  • 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

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.
Читать еще:  Токарные работы по дереву: особенности точения на токарном станке

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.

После анализа различной информации из интернета, можно сделать вывод, что по-настоящему работоспособными являются только промышленные станки. Самоделки пригодны для гравировки, нанесения надписей, пиления тонких листов металла, с которым справиться может качественный профессиональный электролобзик.

Электроэрозионный станок — принцип работы, устройство и назначение

Обработка материалов с плотной структурой ручным способом малоэффективна, так как требует больших трудозатрат и не обеспечивает высокой точности. Среди установок, которые позволяют в какой-то степени или полностью (зависит от вида и модели) автоматизировать процесс, электроэрозионные станки менее известны, хотя они и отличаются уникальными возможностями, что выгодно выделяет их среди большинства «собратьев» по станочному парку.

Об особенностях, принципе работы и специфики применения электроэрозионных станков и будет рассказано в предлагаемом читателю материале.

Общая информация

  • Независимо от модели, электроэрозионные станки имеют ограничение по обработке деталей. Они могут использоваться для выполнения различных операций лишь в том случае, если образец изготовлен из материалов категории «токопроводящие» (металлы, сплавы).
  • Существует несколько методик электроэрозионного воздействия на изделие, отличающихся как способом подачи электрических разрядов, так и параметрами импульсов. В соответствие с этим, все подобные станки позволяют изготавливать детали по-разному, в зависимости от ожидаемого результата.
  • Несомненный плюс электроэрозионных установок – возможность ведения обработки образца одновременно по разным направлениям.

Что может получиться в результате, показано на схемах (наиболее распространенные варианты использования электроэрозионных станков).

Способы обработки заготовок

  • эл/импульсный;
  • эл/искровой;
  • анодно-механический;
  • эл/контактный.

Виды технологических операций

  1. Упрочнение структуры.
  2. Шлифовка.
  3. Маркирование.
  4. Вырезание.
  5. Доводка.
  6. «Прошивка».
  7. Отрезка.
  8. Объемное копирование.
  9. Обработка:
  • электроэрозионно-абразивная;
  • анодно-механическая;
  • электрохимическая;
  • комбинированная.

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 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.

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.

Электроэрозионные станки

Процесс электроэрозионной обработки (ЭЭО) токопроводящих материалов основан на принципе направленного разрушения анода (заготовки), который находится в жидкой диэлектрической среде, в результате прохождения между ним и катодом (рабочим инструментом) электрического разряда большой мощности. Ввиду значительных технологических возможностей метода, он реализуется на электроэрозионных станках различного исполнения.

Структура и разновидности оборудования для ЭЭО

Типовой электроэрозионный станок включает в себя:

  1. несколько автономно действующих друг от друга электродвигателей;
  2. узел подачи электрода-инструмента;
  3. ванну с рабочей средой;
  4. стол для размещения обрабатываемой заготовки;
  5. схему управления.

Классификация рассматриваемого оборудования производится по следующим признакам:

  • По технологическому предназначению. Можно выделить универсальные, специализированные и специальные станки для ЭЭО;
  • По принципу компоновки основных узлов. Её можно сделать горизонтальной и наклонной, но чаще используется вертикальная компоновка;
  • По типу стола: неподвижный или координатный;
  • По типу ванны – съёмная или поднимающаяся;
  • По степени точности – оборудование для работ обычной точности и прецизионное;
  • По принципу возбуждения и последующего регулирования параметров электрического разряда.
Читать еще:  Заточка ножей: инструменты и виды станков, процесс заточки, рабочее место

Размерный ряд видов электроэрозионного оборудования отечественного производства определяется требованиями ГОСТ 15954.

Способы получения электрического разряда в рабочих цепях станков

Размерную обработку можно производить искровым, импульсным и дуговым разрядами. В первом случае между катодом и анодом образуется искровой разряд малой скважности, но с точно заданными характеристиками межэлектродного промежутка. Такие станки компактны, отличаются высокой точностью работы и качеством поверхности после электроэрозии, удобством регулирования технологическими показателями, но одновременно имеют малую мощность, и, следовательно – производительность. Области целесообразного использования таких станков – точная разрезка труднообрабатываемых материалов (в частности, твёрдых сплавов), получение деталей со сложными контурами. Их можно также использовать для извлечения сломанного инструмента и т.п.

Схема проволочно-вырезного электроэрозионного станка

Повышение энергии электрического разряда достигается введением в схему генератора импульсов, который увеличивает интервал между смежными разрядами и одновременно увеличивает тепловую мощность при единичном электроэрозионном акте. Как следствие, производительность работы увеличивается, но зато снижаются точность, а поверхность обработанной детали может иметь довольно протяжённую зону термического влияния, что не всегда допустимо. Электроимпульсные станки применяются там, где требуется более значительный съём металла в единицу времени.

При необходимости обеспечить ещё более высокий съём металла (причём не только для формоизменения исходной заготовки, но и для её упрочнения) применяются электродуговые станки. Производительность такого оборудования увеличивается в несколько десятков раз, поскольку дуга, в отличие от остальных видов электрического разряда, горит непрерывно. Для управления технологическими параметрами дугового разряда он сжимается поперечным потоком среды-диэлектрика, которая постоянно, и под большим давлением прокачивается через зону горения дуги насосной установкой, предусмотренной в схеме станка. Электродуговыми станками можно изготовить крупные заготовки под валки, молотовые штампы горячей штамповки и т.д.

Применение электроэрозионных станков разных типов

Из оборудования электроискрового типа одним из наиболее точных считается копировально-прошивочный станок МА4720. Он предназначен для работы с труднообрабатываемыми заготовками сложной конфигурации, например, для твёрдосплавной штамповой оснастки, пресс-форм, кокилей. Производительность станка не превышает 70 мм 3 /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 1200м 3 /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 проволока, которая непрерывно перематывается через межэлектродный промежуток, возбуждая разряд между катодом и анодом. При относительно невысокой производительности (не более 16…18 мм 3 /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.

Принципы оптимального выбора технологии и типоразмера станка для ЭЭО

Исходными данными являются точность контура, размеры (глубина) термически изменённой зоны, а также желаемое значение съёма в единицу времени. Для станков, работающих с непрофилированными электродами, важно наличие устройств для автоматической заправки проволоки, а для импульсных станков – генераторов, позволяющих использовать биметаллическую проволоку, которая повышает производительность ЭЭО.

Для повышения качества процесса и снижения эрозионного износа электрода-инструмента в качестве рабочих сред лучше использовать масло (наиболее употребительна смесь масла «индустриальное-20» с керосином). В принципе, для изделий с увеличенными допусками, возможно использование и воды.

Технологические возможности электроэрозионных станков значительно расширяются наличием дополнительных приспособлений (например, для получения конических поверхностей).

Для съёма металла от 20000 мм 3 /мин и выше нужно применять только электродуговые станки. Наименьшая погрешность работы такого оборудования достигается на обратной полярности при использовании графитовых электродов. Вместе с тем, сравнительно высокая шероховатость поверхности – не ниже Rz 0,8…1,6 мкм – вынуждает после ЭЭО дуговым разрядом предусматривать чистовое шлифование полученного контура. Давление прокачки рабочей среды должно быть не менее 50…60 кПа.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector