Электроэрозионная обработка (ЭЭО) — высокотехнологичный метод изготовления деталей сложной формы из токопроводящих материалов. Этот процесс основан на использовании тепловой энергии, выделяемой при протекании электрических разрядов между электродом и заготовкой. Под воздействием искровых разрядов материал плавится, испаряется, постепенно образуя на заготовке контур нужной конфигурации. Применение тонкой проволоки позволяет получать прецизионные детали с высокой точностью, качеством поверхности. Эрозионная резка заменяет традиционные операции механической обработки в случаях, когда надо изготавливать сложнопрофильные изделия, недоступные для классического резания. Электроэрозионные станки одинаково эффективны для твердых и мягких, хрупких и вязких материалов.
Что такое электроэрозионная обработка
В основе работы электроэрозионного проволочно-вырезного станка лежит физическое явление электрической эрозии. Тонкая проволока диаметром 0,02-0,3 мм, закрепленная между верхней и нижней направляющими головками, выполняет роль электрода-инструмента. Она подключается к отрицательному полюсу генератора импульсов.
Положительный полюс соединяется с обрабатываемой заготовкой. При сближении электрода и детали до определенного зазора (~0,01-0,5 мм) между ними начинают проскакивать электрические разряды под действием высокого напряжения. В точке контакта заготовка разогревается до температур порядка 10000 °С.
Металл расплавляется, испаряется, частицы выбрасываются из зоны реза потоком рабочей жидкости (деионизированной воды или масла). Проволока, управляемая ЧПУ, перемещается относительно заготовки по заданной траектории. После серии импульсов электрод подается вперед, процесс повторяется до завершения вырезания. Таков принцип электроискровой формовки заготовок.
Возможности технологии
Особенность эрозионной резки — возможность получения деталей произвольной геометрии, в том числе с криволинейными контурами, отверстиями малого диаметра. Станок легко вырезает сложные элементы, недоступные для фрезерования или другой механообработки.
Траектория реза программируется в CAD/CAM-системе, что исключает ошибки оператора, гарантирует стабильное качество сборочных единиц в серии. Точность достигает ±0,005 мм, шероховатость поверхности — Ra 0,1 мкм. Электроэрозия нечувствительна к твердости сплава: одинаково хорошо поддаются резке закаленные стали, медь, латунь, карбид вольфрама, титановые и жаропрочные материалы.
Проволока не контактирует с заготовкой, что исключает ее износ, деформации. Нет ограничений на толщину металла. Но при большой высоте реза электрод может отклоняться, снижая точность. Максимальная скорость подачи составляет 360 мм²/мин. Современные станки имеют до 6 управляемых координат.
Сфера применения электроэрозионной резки
Электроэрозию применяют в машиностроении, приборостроении, аэрокосмической, медицинской отраслях. С ее помощью делают штампы для вырубки и гибки, прессформы для литья пластмасс, элементы топливной аппаратуры, турбинные лопатки, элементы двигателей.
Способ подходит для изготовления деталей точной механики, мелкомодульных шестерен, форсунок, медицинских имплантов, инструментов. Проволочную резку часто применяют в инструментальном производстве для изготовления сложнопрофильных сверл, фрез, метчиков.
Технология востребована в единичном и мелкосерийном производстве, когда обычные операции механической обработки невыгодны. ЭЭО подходит для прототипирования новых изделий, рентабельна для серийного выпуска деталей сложной конфигурации с высокими требованиями по точности.
Типы деталей и материалы для обработки
На электроэрозионном проволочно-вырезном станке производят матрицы, пуансоны любой сложности. Из ограничений — только электропроводность материала, так как непроводящие пластики и керамику довести до целевой формы не получится. Но спектр металлов и сплавов, поддающихся электроэрозии, широк.
Это углеродистые и легированные инструментальные стали: У8-У12, Х12МФ, 9ХС, ХВГ. Хорошо поддаются резке твердые сплавы ВК, ТК, цветные металлы, экзотические материалы вроде инконеля, нимоника, вольфрама, молибдена. Типичные детали — элементы пресс-форм, высадочные матрицы, знаки, гравюры, ювелирные изделия.
Электрическая эрозия позволяет легко создавать сложные рельефные формы на поверхности заготовки для последующей вытяжки, гибки, чеканки. Возможны сверление, прошивание, пробой. Проволочной резкой получают тончайшие перемычки, ребра жесткости, миниатюрные шестерни, детали с пазами шириной от 0,02 мм.
Преимущества электроэрозионной обработки проволокой
Достоинства электроэрозионной резки проволокой — прецизионная точность и достойное качество поверхности среза. Программное управление траекторией проволоки обеспечивает стабильную повторяемость размеров партии деталей в пределах ±5 мкм. Это на порядок выше, чем у эрозионной обработки электродом. Механообработка не дает такой точности.
За счет малого диаметра гибкой нити удается формировать пазы с минимальным радиусом закругления 0,1-0,25 мм. Финишное полирование поверхностей часто не требуется. Получаемая шероховатость Ra 0,1-0,5 мкм сопоставима с результатом тонкого шлифования.
Современные технологии адаптивного управления импульсами позволяют менять режим обработки в процессе реза, добиваясь оптимального сочетания производительности, качества для каждого участка контура. Это расширяет возможности проволочной электрической эрозии.
Изготовление сложных деталей
Электроэрозионная резка не знает ограничений по сложности формы. Станок одинаково легко вырезает как простые цилиндрические или прямоугольные элементы, так и самые замысловатые криволинейные контуры, глухие полости, тонкие стенки, перемычки.
Диаметр отверстий может составлять десятые доли миллиметра. Способ подходит для прошивки калиброванных микроотверстий в форсунках, резьбовых калибрах, медицинских иглах. Нарезка резьбы малого шага также не вызывает затруднений.
Проволочная электроэрозия часто оказывается единственным методом для изготовления сложнопрофильных деталей. Она незаменима при формировании лопаток турбин, длинных узких пазов, спиральных канавок. Любой каприз конструктора воплощается в металле.
Независимость от твердости материала
Электроэрозионная резка в равной степени эффективна для твердых и мягких, хрупких и вязких материалов. Съем металла происходит за счет его расплавления, испарения под действием искровых разрядов. Механические свойства сплава практически не влияют на процесс.
Это преимущество электроэрозии в сравнении с обычной механообработкой. Не надо искать особый инструмент, рассчитывать его стойкость, опасаться поломок, повышенного износа. Для любого материала применяется одна и та же тонкая проволока.
Технология прекрасно работает для инструментальных сталей высокой твердости, закаленных до 60-65 HRC. В станкостроении электроэрозией вырезают направляющие детали шпиндельных узлов из термообработанных сталей, чугунов.
Оборудование для электроэрозионной проволочной резки
Типовой электроэрозионный проволочно-вырезной станок включает следующие основные узлы:
- Несущая рама, на которой монтируются остальные компоненты. Должна обладать высокой жесткостью.
- Стол для крепления заготовки. Часто комплектуется поворотной осью для многокоординатной обработки.
- Верхняя и нижняя направляющие головки с механизмами подачи, натяжения проволоки.
- Механизм протяжки гибкой нити с устройством для автоматической заправки при обрыве.
- Система подачи, фильтрации рабочей жидкости (диэлектрика).
- Генератор технологического тока с блоками управления режимами работы.
- Система ЧПУ, реализующая перемещение проволоки по заданной траектории.
Есть и вспомогательные системы: промывка реза, удаление продуктов эрозии, контроль положения электрода.
Генератор технологического тока
Важный узел электроэрозионного проволочно-вырезного станка — генератор импульсов технологического тока, питающий искровой промежуток. Именно его параметры определяют режим обработки, достижимую производительность.
Современные генераторы формируют импульсы прямоугольной формы с регулируемыми амплитудой, длительностью. Частота следования импульсов достигает 0,5 МГц. С повышением частоты улучшается качество поверхности, но падает скорость съема материала.
Генератор адаптивно подстраивает параметры импульсов к текущим условиям работы. При появлении дугового разряда или короткого замыкания в зазоре амплитуда и длительность импульсов автоматически снижаются. Специальные схемы обеспечивают стабильность процесса резки.
Диэлектрическая жидкость
В качестве рабочей среды при эрозионной проволочной резке используют жидкий диэлектрик. Он выполняет несколько важных функций:
- Концентрирует электрическое поле в искровом промежутке, что повышает эффективность разрядов.
- Охлаждает проволоку и заготовку, предотвращая их перегрев, оплавление.
- Вымывает продукты эрозии из зазора, препятствуя их повторному осаждению на поверхность реза.
Есть два типа диэлектриков: деионизированная вода, масло. Вода дешевле и экологичнее, обеспечивает более высокую скорость. Но в узком зазоре она закипает, ухудшая условия резки. Для прецизионной обработки предпочтительно масло. Диэлектрик должен иметь минимальную электропроводность, хорошие моющие свойства. В процессе работы он насыщается мельчайшими частицами металла, что требует постоянной фильтрации. Для этого станок оборудуют системой принудительной прокачки, очистки рабочей жидкости.
Технология электроэрозионной резки проволокой
Прежде чем запустить процесс электроэрозионной резки, надо подготовить оборудование, инструмент. В зависимости от обрабатываемого материала выбирается тип, диаметр проволоки. Оптимальный диаметр определяется целевой точностью, чистотой реза, а также величиной минимального радиуса. Чем тоньше гибкая нить, тем выше качество, но ниже производительность.
Для черновой обработки стали применяют латунную проволоку диаметром 0,25 мм, для чистовой — 0,1-0,2 мм. Медная проволока диаметром 0,05-0,07 мм подходит для резки твердых сплавов. Особо точные детали вырезают молибденовой проволокой.
Бобину с гибкой нитью устанавливают в механизм протяжки, заправляют проволоку в направляющие головки, блок протяжки. На рабочий стол станка помещают заготовку, ориентируют ее относительно системы координат. Заготовку надежно закрепляют струбцинами или зажимными приспособлениями.
Программирование траектории реза
Траектория движения проволоки при эрозионной резке задается управляющей программой, разработанной в CAD/CAM-системе. 3D-модель будущей детали проектируют в любой CAD-программе: SolidWorks, Компас-3D, AutoCAD. Модель импортируют в CAM-модуль.
Современные САМ-системы (FeatureCAM, ArtCAM, ADEM WICAM) имеют встроенные средства для автоматической генерации плоских сечений из объемной модели. Далее создается эквидистанта — увеличенный контур с учетом ширины реза.
Технолог-программист назначает режимы, устанавливает величину рабочих подач и количество проходов. При 4-координатной обработке задаются углы наклона проволоки. САМ-система автоматически рассчитывает траекторию и генерирует код для системы ЧПУ конкретной модели станка.
Процесс обработки детали
После загрузки управляющей программы включают станок, запускают насос прокачки диэлектрика. Проволока начинает перемещаться относительно неподвижной заготовки, в искровом зазоре возникают электрические разряды. Материал расплавляется, испаряется, частицы металла выносятся потоком диэлектрика.
Гибкая нить движется по заданной траектории, вырезая в заготовке контур будущей детали. Скорость подачи проволоки автоматически корректируется системой ЧПУ для поддержания стабильного режима резки. На углах и криволинейных участках подача снижается.
Для гарантированного прорезания металла операцию ведут в несколько проходов. Первый проход выполняют на черновых режимах с более высокой производительностью. Затем проволоку смещают на небольшое расстояние, выполняют чистовые проходы. Их количество определяется требуемой шероховатостью.
Финишная металлообработка и контроль качества
После завершения электроэрозионной резки деталь осматривают на предмет видимых дефектов: следов коротких замыканий, наплывов или углублений, ступенек на гранях. Качество поверхности реза проверяют измерением шероховатости профилометром или микроскопом.
Максимальная высота микронеровностей должна соответствовать установленному классу точности. Для ответственных сборочных единиц измеряют отклонения размеров и формы, проверяют взаимное расположение поверхностей. Допуски не должны превышать указанных на чертеже.
При необходимости вырезанную деталь подвергают дополнительной механической обработке: полированию, доводке, притирке. Это позволяет устранить дефекты поверхности, повысить размерную точность. Но в большинстве случаев электроэрозия обеспечивает готовое качество сразу «с проволоки».
Заключение
Эрозионная резка — это высокоэффективная операция обработки металлов и сплавов любой твердости. Технология позволяет с высочайшей точностью вырезать сложнейшие контуры, недоступные ни фрезерованию, ни другим способам формообразования.
Проволочно-вырезные станки с ЧПУ дают возможность полностью автоматизировать процесс изготовления деталей. По цифровой 3D-модели изделия управляющая программа генерируется автоматически. Это сокращает время подготовки производства, исключает ошибки, связанные с человеческим фактором.
Поставкой станков для электроэрозионной обработки металла занимается компания «ПрофиСталь».
Популярные категории:
