Электроэрозионные станки

ВВЕДЕНИЕ

Электроэрозионные станки, использующие принцип электроэрозионного разрушения, позволяют получать очень качественные результаты при обработке сложно-профильных деталей из высокопрочных материалов.

Электроэрозионная (ЭЭ) обработка в настоящее время широко применяется во всех странах мира. Несмотря на то, что первый электроэрозионный станок был выпущен в СССР в 1954 г. первое место по выпуску и продаже ЭЭ станков принадлежит швейцарской . Эта компания также одной из первых начала выпускать ЭЭ станки с ЧПУ (1969 г.). Ведущими мировыми производителями ЭЭ станков являются: Швейцария – «AGIE Charmilles Group»; Япония – «Fanuc», «Hitachy», «Mitsubishi»; Германия – «Dekkel», «DiterHansen»; Италия – «CDMRovella»; Индия – «Electronica»; Тайвань – «Maurgan», «JoemarsMachinery».

КОМПОНОВКА СТАНКА

ЭЭП станки имеют более сложную комплектацию, чем металлорежущие станки. Объясняется это тем, что для работы ЭЭ обработки необходимо дополнительное оборудование, связанное с технологическим процессом операции прошивки. В обязательную комплектацию входит: транзисторный генератор; тиристорный генератор; электрошкаф. К дополнительным агрегатам можно отнести теплообменники, которые иногда используются для регулирования температуры рабочей жидкости.

Компоновка ЭЭП станков – вертикальная. Это связано с необходимостью удаления продуктов эрозии из зоны обработки, и вертикальная компоновка является наиболее рациональным вариантом.

В последние десятилетия компоновка не изменилась, но дизайн ЭЭП станков значительно улучшился (рис. 4).

Рисунок 4 – Общий вид копировально-прошивочного станка

Параметры, которые влияют на скорость и точность обработки

Станок электроэрозионный для резки металлов

Электроэрозионная резка проволокой применяется тогда, когда выполнить требуемый рез металлической детали или заготовки с помощью классической традиционной обработки невозможно, когда перед прочностью заготовки бессильны и фреза, и резец токарного станка. Механическая резка не выгодна или даже невозможна, когда требуется получение внутри или снаружи детали острых углов со сверхмалыми радиусами закруглений. Эта ситуация возникает при обработки деталей, подвергшихся закалке или твёрдосплавных металлических соединений. Иногда ещё к электроэрозионной резке металла прибегают, если из-за глубины или сложной структуры полости это выполнить механической простой операцией на фрезерном станке невозможно. Проволочно-вырезные станки дополняют набор операций при изготовлении сложных деталей современного машиностроения.

Электроэрозионная резка представляет собой интенсивную электроэрозию металла в нужном сечении детали. Высокочастотные импульсы, вырабатываемые генератором, поддаются на электрод, который представляет собой проволоку из молибдена. При работе генератора сама деталь перемещается в нужную сторону с помощью электрического привода направляющих станочной плиты. Выжигание металла происходит электрическими искрами, а затем разрушенный слой смывается охлаждающей жидкостью специального состава, непрерывно подаваемой в зону резки. Перемещение проволоки для электроэрозионных станков всегда происходит в направлении, перпендикулярном оси барабана смотки.

Можно выделить те технологические операции, где работа элктроэрозионных режущих станков выгодно отличается от механической обработки металлов:

• обработка сверхтвёрдых металлов и сплавов;
• выполнение вырезов в заготовках с угловыми острыми кромками, имеющими сверхмалые радиусы закруглений;
• обработка цилиндрических и фасонных поверхностей большой глубины;
• обработка поверхностей с очень высокой точностью.

Чтобы запрограммировать обработку детали электроэрозионным станком, нужно иметь техническое задание и макет самого изделия. Формат представляемых данных может быть любой, перевод его в команды блока ЧПУ осуществляется оператором станка или программистом.

При электроэрозионной резке нет нужды использовать инструменты, более твёрдые чем материал обрабатываемой детали. Для резки твёрдосплавных соединений используется проволока из цветных сплавов, которую получают обычным способом. Оборудование при резке также не отличается высокой сложностью, как и сами технологические приёмы работы с ним. Скорость рабочего процесса не зависит от твёрдости и прочности обрабатываемого материала. При резке не требуется каких-либо усилий механического типа, благодаря чему качество обработки получается очень высокое. Количество же всевозможных операций и переходов на одну обработку сводится к минимуму даже при очень сложной форме детали. Различные по техническим характеристикам станки для резки имеют разную производительность рабочего процесса, но все они могут выполнять схожие операции, лишь за разное время.

1 Принцип РАБОТЫ

Электроэрозионная резка происходит во время возникновения импульса газового электрического разряда, который имеет направленное действие. Схема такова, что при этом происходит разрушение и удаление части материала в зоне воздействия.

Под влиянием высокой температуры в области возникновения разрядов происходит плавление металла (латунная или медная проволока) с частичным его испарением. Для того чтобы получить необходимую температуру, схема использует генератор импульсов, позволяющий сконцентрировать большое количество энергии.

Электродами, между которыми возникает разряд, являются сама деталь, с одной стороны, и инструмент — с другой. Пространство между ними заполняется рабочей жидкостью, которая постоянно подается при работе станка через подводящую трубку (латунная или медная), если обработка не происходит в специальной ванной.

Электроэрозионный станок процессе работы

Электроэрозионные станки, в которых используются электрические разряды различных видов и способов их получения, могут производить несколько разновидностей электроэрозионной обработки металла:

• электроискровая схема;
• электроконтактная схема;
• электроимпульсная схема;
• анодно-механическая (комбинированная схема).

В работе с различными материалами прошивочный электроэрозионный станок с ЧПУ имеет одно ограничение — у них должна быть хорошая электрическая проводимость. Если материал не обладает этим свойством, то прошивной станок работать не сможет.

Классификация методов

Существуют следующие способы электроэрозионной обработки заготовок:

1. Комбинированный метод – предусматривает использование сразу нескольких методов воздействия. Некоторое оборудование позволяет комбинировать механическую и электроэрозионную обработку. Этот метод довольно популярен в последнее время, так как дает возможность достигнуть высоких результатов.
2. ЭЭХО или электроэрозионно-химическое шлифование – метод воздействия, который предусматривает комбинирование метода подачи тока и электролита. Метод довольно популярный, позволяет повысить качество поверхности и изменить форму заготовки.
3. Абразивная с подачей электрического тока позволяет воздействовать на заготовку для изменения шероховатости. В данном случае оборудование предназначено исключительно для получения определенной шероховатости.
4. Анодно-механическое воздействие определено тем, что процесс происходит в жидкой среде. В данном случае после подачи тока на поверхность появляется пленка, которая в последствие удаляется механическим методом.
5. Электроэрозионное упрочнение путем обработки электричеством характеризуется тем, что используемое оборудование позволяет существенно повысить прочность поверхностного слоя. Процедура не занимает много времени, проста в исполнении.
6. Объемное копирование – оборудование в данном случае имеет инструмент определенной формы и размеров, которые отражаются на заготовке при подаче тока.
7. Прошивание – способ электрического воздействия, при котором образуется отверстие определенного диаметра и формы.
8. Маркирование проводится путем нанесения определенной информации, которая остается на долгое время. Данная маркировка проста в исполнении, менее затратная.
9. Электроэрозионная резка проводится довольно часто. Она отличается тем, что можно получить высокоточные размеры путем резания этим методом.
10. Шлифование также проводится довольно часто.

Схема проволочно-вырезного электроэрозионного станка

Вышеприведенные моменты определяют то, что электроэрозионная обработка металлов позволяет получить заготовку с наиболее подходящими показателями.

Принцип работы:

Заключается в разрушении материала детали под воздействием импульсных разрядов, которые появляются при сближении электрода с деталью. Остатки после разрушения металла удаляются рабочей жидкостью.

В станках модели AR для обработки используется молибденовая проволока с реверсной перемоткой с одного барабана на другой, благодаря чему 200 метров проволоки хватает на 40 часов работы. Станки оснащены проливной системой охлаждения и имеют возможность обработки с максимальным углом наклона до ±6 градусов при толщине материала 50 мм.

– возможность создавать программы обработки в диалоговом и визуальном режимах, непосредственно с пульта оператора;

– программное обеспечение позволяет проводить весь процесс изготовления детали от создания до обработки. Для создания детали используется специальная программа «TurboCad», которая является аналогом AutoCad’а;

– высокая точность позиционирования и стабильность обработки. Станина выполнена из высококачественного чугуна и имеет специальную конструкцию. На все оси станка установлены линейные направляющие;

– ввод/вывод программ возможно осуществлять через USB/LAN;

– все элементы электрического шкафа отвечают европейским нормам CE.

Принцип работы электроэрозионных станков

Рассматриваемое оборудование работает по принципу так называемого контролируемого разрушения металлических деталей и заготовок за счет воздействия на них электрических разрядов.

Перед началом работы электроэрозионного станка заготовка помещается в специально предназначенное для этого крепление и надежно фиксируется.

Затем подается электрический ток – импульсно, отдельными разрядами. Причем на станке устанавливается только один электрод, поскольку функцию второго электрода выполняет сама обрабатываемая деталь.

Как видите, принцип работы электроэрозионных станков достаточно прост и понятен. Такие аппараты позволяют с легкостью менять форму, размеры, конфигурацию любых деталей и заготовок, если те изготовлены из металлов, обладающих высокой электропроводимостью.

С помощью рассматриваемого оборудования можно работать с такими материалами, как:

• закаленная сталь;
• хром;
• титан;
• высокопрочные сплавы;
• графит;
• композитные материалы и т.д.

За счет использования для обработки деталей или заготовок рассматриваемого оборудования можно исключить механическое воздействие на поверхность материала.

Кроме того, специфика принципа его работы позволяет отказаться от необходимости использования вращающихся или других подвижных частей. Как результат, станки становятся чрезвычайно востребованными во многих сферах производственной деятельности.

Электроэрозионные станки практически универсальны, и потому сегодня приобрели широкую популярность.

Малогабаритный электроискровой станок

Малогабаритный электроискровой станок

Простая электроискровая установка (рис. 1) позволяет легко и быстро обрабатывать небольшие детали из электропроводящих материалов любой твердости. С ее помощью можно получать сквозные отверстия любой формы, извлекать сломавшийся резьбовой инструмент, прорезать тонкие щели, гравировать, затачивать инструмент и мн.др.

Сущность процесса электроискровой обработки заключается в разрушении материала заготовки под действием импульсного электрического разряда. Благодаря малой площади рабочей поверхности инструмента в месте разряда выделяется большое количество тепла, которое расплавляет вещество обрабатываемой детали. Процесс обработки наиболее эффективно идет в жидкости (например, в керосине), омывающей место контакта вибрирующего инструмента и детали и уносящей с собой продукты эрозии. Инструментом служат латунные стержни (электроды), повторяющие форму предполагаемого отверстия.

Рис. 1. Малогабаритная электроискровая установка: 1 — обрабатываемая деталь; 2 — инструмент; 3 — электромагнитный вибратор; 4 — зажимное устройство; 5 — ванночка.

Принципиальная электрическая схема установки изображена на рис. 2. Работает установка следующим образом. Разрядный конденсатор С1 соединен своим плюсовым выводом с обрабатываемой деталью 1. Минус его подключен к инструменту 2. Электромагнитный вибратор 3 сообщает инструменту непрерывные колебания. Этим обеспечивается постоянное искрение в месте контакта и предотвращается возможность сварки инструмента с деталью. Обрабатываемая деталь 1 закреплена в зажимном устройстве 4, которое имеет надежный электрический контакт с ванночкой 5.

Силовой трансформатор собран на сердечнике Ш32 из обычной трансформаторной стали. Толщина набора 40 мм. Первичная обмотка содержит 1100 витков провода ПЭВ 0,41 с отводом от 650-го витка. Вторичная обмотка имеет 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,25 мм. Между первичной и вторичной обмотками помещена экранирующая обмотка III , состоящая из одного слоя, намотанного проводом ПЭВ 0,18. Емкость разрядного конденсатора 400 мкФ (два конденсатора типа КЭ-2 200 х 50 В). Реостат R1 рассчитан на ток 3—5 А. Этот реостат намотан нихромовым проводом диаметром 0,5—0,6 мм на сопротивлении ВС-2.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема электроискровой установки.

Диоды Д1—Д4 типа Д304, можно использовать и другие типы диодов. На выходе выпрямителя напряжение порядка 24—30 В. Можно использовать источники питания и с более низким напряжением, но с большим током, чтобы мощность, потребляемая цепью заряда, была не менее 50—60 Вт.

При работе установки происходит непрерывное искрение. Для уменьшения помех, создаваемых установкой, в цепь ее питания необходимо включить простейший фильтр радиопомех.

Прилагается фотоинструкция.

Эрозионный станок.pdf (542 кБ)

eurosamodelki.ru

Классификация ЭЭО-станков

Электроэрозионные станки различают в зависимости от их технологического назначения. Выпускаются как универсальное, так и специализированное оборудование, которое может оснащаться ЧПУ, либо действовать в ручном режиме.

Основными операциями, на которых целесообразно использовать ЭЭО-станки, являются:

1. Вырезка по сложному контуру. Она может выполняться профилированным электродом-инструментом, либо проволочкой из токопроводящего материала.
2. Прошивка-копирование, при которой форма электрода-инструмента должна соответствовать размерам и конфигурации полости или сквозного отверстия. При извлечении сломанных инструментов используется обычная прошивка сплошным или трубчатым электродом.
3. Электроэрозионное шлифование, при котором выполняется доводка полученной заготовки по параметрам точности и шероховатости поверхности. Электродуговые станки могут выполнять как грубую так и точную ЭЭО: для этого им достаточно только скорректировать некоторые технические характеристики процесса.
4. Поверхностное электроупрочнение, при котором съёма металла практически не происходит, а обрабатываемая поверхность заготовки насыщается атомами химических элементов, содержащихся в электроде-инструменте. Направленный перенос возможен не только из электрода, но и из состава рабочей жидкости, которая пиролизуется под действием высокотемпературного разряда.
5. Электроэрозионная маркировка, в результате которой на поверхности могут наноситься клейма или иные условные обозначения.
6. Электроэрозионная приработка сопрягаемых деталей (шестерён, пуансонов, матриц). Она ведётся при малых значениях тока и напряжения.

Классификация станков для ЭЭО может быть выполнена и по их компоновке. В основном такое оборудование – вертикального исполнения, однако для электродуговой обработки длинномерных заготовок, например, твердосплавных валков прокатных станов, изготавливаются и  станки горизонтального типа.

Из основных конструктивных различий ЭЭО-станков необходимо отметить исполнение и размеры стола (координатный или обычный), а также ванны с рабочей жидкостью, которая может быть съёмной или перемещающейся вверх-вниз.

Важным классификационным признаком рассматриваемого оборудования считается его возможность программного управления, что немаловажно из-за высокой продолжительности обработки заготовок. Поэтому станки электроимпульсного и электроискрового типа часто изготавливаются с системами ЧПУ (для электродуговых станков, имеющих на порядок более высокую производительность, это не существенно)

Отечественные ЭЭО-станки выпускаются в соответствии с требованиями ГОСТ 15894. Из зарубежного аналогичного оборудования наилучшим качеством отличаются станки швейцарской фирмы Agie, японской торговой марки  Mitsubishi и итальянской компании  Сarbomatic.

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.

Фото подрозетников

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:

1. Заготовка и инструмент устанавливаются на станке, присоединяются к источнику рабочего тока, и помещаются в ёмкость с диэлектрической рабочей жидкостью.
2. 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.
3. 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.
4. Продукты эрозии либо принудительно удаляются из зоны обработки специальной насосной установкой, либо скапливаются на дне емкости, и извлекаются оттуда после окончания цикла ЭЭО.
5. 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.

См. также[править | править код]

Основные элементы схемы электроискрового оборудования

Схема представлена нижеприведенными элементами:

1. электрод;
2. винт зажима, используемый для фиксации плюсового провода и электрода;
3. втулка для направления;
4. корпус, изготавливаемый из фторопласта;
5. отверстие, используемое для подачи масла;
6. штатив.

Корпус, который используется для соединения всех элементов, вытачивается их фторопласта. В качестве втулки используется заземляющий штырь, в котором вдоль оси вытачивается отверстие с резьбой для крепления электрода. Все элементы конструкции крепятся на штатив, который изготавливается с возможностью изменения высоты. Также создается отверстие, через которое подается масло.

Схема электроискрового станка

Зачастую резка проводится при использовании устройства, которое питается от пускателя с катушкой, подключаемой к напряжению 220В. Шток пускателя может иметь ход 10 миллиметров. Обмотку пускателя подключают параллельно лампе. Именно поэтому на момент зарядки конденсаторов лампа горит, а после завершения этого процесса – она гаснет. После того, как шток был опущен, происходит искровой заряд.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Преимущества

У технологии ЭЭО есть как преимущества, так и недостатки. Рассмотрим сперва преимущества технологии ЭЭО:

• Универсальность (для металлов). Поток разогретой плазмы обладает очень высокой температурой, а с его помощью можно прожечь любой металлический сплав. С помощью разогретой плазмы можно создать отверстие, разрезать деталь, выполнить высокоточную шлифовку, создать углубление. Это делает ЭЭО-станки универсальными, удобными в использовании.
• Высокое качество резки. Толщина ионизированной плазмы составляет менее 1 миллиметра, поэтому с ее помощью можно делать точную обработку металлических деталей. Разогретая плазма быстро остывает, поэтому края заготовки остаются ровными, прочными, без расплавленных частей. Электрическая дуга не испаряет раствор-диэлектрик, поэтому защитную жидкость можно использовать долгое время (потери жидкости от испарения составляют менее 0,1%).
• Простота применения. ЭЭО-станки просты в использовании, не нуждаются в особом уходе. Почти все модели оборудованы электронной панелью, которая позволяет контролировать режим работы (мощность разряда, длительность импульса, глубина подачи плазмы и другие). Во время работы не образуются вредоносные испарения и газы, поэтому рабочему не нужно носить защитную одежду.
• Несколько режимов работы. Основные режимы — электроискровой и электроимпульсный. Первая методика применяется для разрезания детали, вторая используется для полировки, выравнивания поверхности. Также существуют вспомогательные методы обработки материалов — эрозионно-химическая технология, проволочная, анодно-механическая, электроконтактная и другие.

Как усовершенствовать станок?

Изготовленный простейший станок представляет собой действующую модель. Его назначение – образование отверстий в закаленных деталях.

В дальнейшем нужно рассмотреть вариант с вертикальным расположением электрода. Тогда под него можно установить ванну. Процесс будет происходить без возможных неисправностей, связанных с наличием неубираемого шлама из рабочей зоны.

Нужно также рассмотреть дополнительные механизмы для плавной подачи инструмента. Возможно, потребуется осуществлять не только осевое перемещение, а также движение электрода в горизонтальной плоскости, чтобы проводить трехмерную обработку поверхности.

Любой простейший станок дает мысли к тому, как его в дальнейшем усовершенствовать и создать более удобный агрегат. Главное, сделать первый шаг и попробовать изготовить первый образец.

Видео: самодельный электроискровой станок.

Основные особенности электроэрозии

Принцип работы эрозионной установки для металлических деталей основан на удалении мельчайших частиц обрабатываемого материала искровым разрядом. В результате однократного воздействия в точке контакта остается небольшая лунка. Чем мощнее искра, тем шире и глубже образуется углубление.

Если производить многократную искровую обработку, то процесс испарения мельчайших частиц в зоне искрения будет более заметным. Произойдет разогрев металла. Поэтому для снижения температуры подается охлаждающая жидкость.

Схема искрового генератора:

Электросхема устройства предусматривает использование:

• диодного моста, он выпрямляет подаваемое переменное напряжение из сети 220 В;
• лампа накаливания Н₁ на 100 Вт представляет активную нагрузку;
• конденсаторы С₁, С₂, С₃ накапливают энергию для получения разового искрового разряда.

При включении схема в сеть загорается лампа Н₁, на конденсаторах С₁,…, С₃ накапливается электрический заряд. В момент полной зарядки конденсаторов прекращается течение электрического тока по цепи. Лампа Н₁ гаснет, что служит сигналом для возможности получения искры.

Электрод подводится к детали. Остается зазор, через который происходит пробой. На металле выжигается небольшая лунка.

Чтобы произвести следующий электрический разряд и выжигание еще одной порции металла, необходимо электрод отвести от детали. Потом происходит повторное заряжение конденсаторов.

Подобные действия происходят многократно. При каждом последующем действии электрод сильнее внедряется в металл, вырывая частицы на большей глубине.

Приведенная схема для полного заряда конденсаторов требует около 0,5…0,7 с времени. Величина тока в цепи заряда составляет примерно 0,42…0,47 А. При осуществлении контакта в зоне разряда ток возрастает до 7000…9000 А. При столь высоком значении происходит испарение 0,010…0,012 г металла (сталь).

Для высокого значения тока необходимо использовать медные провода сечением 8…10 мм². Чтобы прожечь отверстие, электрод изготавливают из толстой латунной проволоки. Чтобы запустить непрерывный процесс работы, нужно с частотой около 1 Гц подводить электрод к обрабатываемой детали.