Зачем нужно передвигать проволоку при электроэрозионной вырезке

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.

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.

Возможности электроэрозионного станка

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.

Какие бывают способы раскроя металла

Есть три основных способа обработки металла:

• резка,
• рубка,
• пробивка.

Технологии отличаются друг от друга по разным параметрам – используемому оборудованию, точности обработки, скорости подачи. Резка металла на гильотине https://www.claser.ru/gilcut.html — одна из самых популярных методик. После нее края изделия получаются гладкими и аккуратными. Обсудим ее и другие способы.

Резка и рубка металлов с помощью специальных станков – идеальный способ обработки различных заготовок. В результате получается готовая продукция с минимальным уровнем деформации.

Электроэрозионная резка металла

Этот вид обработки используется в случаях, когда необходимо изготовление сложных по контуру деталей небольшого размера с высокой точностью кромок, изготовление деталей из особо твердых сплавов, в ювелирном деле. Ограничения по размерам заготовок и толщине обрабатываемого материала определяются только конструкцией конкретного станка. В большинстве случаев, электроэрозионная обработка резкой применяется на промышленных предприятиях, ориентированных на крупносерийное производство деталей высокой точности, не требующих дальнейшей обработки.
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.

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.

Проволочно-вырезные станки

Электроэрозионный промышленный проволочно-вырезной станок работает по бесконтактному принципу взаимодействия токопроводящей проволоки (молибден, вольфрам или иной тугоплавкий металл) диаметром 0,1-0,2 мм и заготовки. Обрабатывать можно металл любого уровня тугоплавкости в различной толщине детали. К проволоке, намотанной на вращающиеся барабаны, которая движется в двух направлениях — по вертикали и в сторону обрабатываемой детали, подсоединен положительный полюс, к заготовке — отрицательный.
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.

Характеристики электрического разряда

От того, как подается электрический разряд, зависит многое. Электроискровая обработка может характеризоваться нижеприведенными моментами:

1. Первый этап заключался в электрическом пробое. При нем происходит искровой разряд.
2. Следующим этапом становится возникновение дугового разряд, который оказывает более серьезное воздействие.

Вышеприведенные моменты определяют то, что многие генераторы способны выдавать многоступенчатый разряд. Подобный подход позволяет существенно повысить качество получаемого результата.

Длительность и частота импульса определяется тем, какое воздействие следует оказать на поверхность. Длительность одного импульса может находится в пределе 0,1 … 10−7 секунды. Также важным показателем можно назвать частоты в диапазоне от 5 кГц до 0,5 МГц. Следует отметить, что электроэрозия позволяет получать качество поверхности с наименьшей шероховатостью: чем меньше длительность импульса, тем меньше показатель. Показатель площади заготовки определяет то, какая сила тока используется. К примеру, при площади 3 600 квадратных миллиметров показатель силы тока составляет 100 А.

Преимущества рассматриваемого метода

К достоинствам рассматриваемого метода можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Используемый инструмент, который выступает в качестве электрода, может иметь произвольную форму. Этот момент определяет то, что можно провести образование закрытых каналов. Механическое снятие металла имеет много ограничений в плане того, какие можно получить формы.
2. Заготовка может быть представлена любым токопроводящим материалом. Однако отметим, что использовать материалы с высоким сопротивлением нельзя. Высокий показатель сопротивления приводит к нагреву поверхности.
3. Рассматриваемый процесс полностью автоматизирована. Этот момент определяет то, что вероятность возникновения человеческого фактора, приводящего к браку, исключается.
4. Точность получаемых размеров и степени шероховатости очень велика. При этом важно отметить, что можно получить высокую точность формы, размеров, шероховатости и других показателей.

Электроэрозионная обработка – современный метод производства, который с каждым годом пользуется все большей популярностью. В последнее время создается довольно много оборудования, которое может оказывать действие электрического разряда.

Недостатки

Есть определенные недостатки, которые определяют отсутствие возможности повсеместного использования электроэрозионной обработки. К основным недостаткам можно отнести?

1. Невысокая производительность. Для изменения формы или размеров, качества поверхности требуется довольно продолжительное воздействие электрического разряда. Большая часть оборудования имеет следующий показатель производительности: 10 миллиметров за одну минуту.
2. Высокое энергопотребление определяет то, что стоимость получения деталей очень высока. Электричество – самый дорогой источник энергии, который используется во многих сферах промышленности.
3. Сложность процесса определяет то, что управлять оборудованием может исключительно профессионал.
4. Есть определенные требования к тому, где устанавливается техника. Стоит учитывать то, что технология предусматривает подачу тока с высокой силой тока и напряжением.

В заключение отметим, что электроэрозионная обработка в последнее время используется в различных отраслях промышленности для изменения эксплуатационных качеств материала. При определенном воздействии можно повысить сопротивление поверхности к образованию царапин, появлению отпечатков пальцев и так далее.

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

Электроэрозионная обработка материалов выполняется с использованием особого оборудования. Рядом с помещенной в станок деталью устанавливается специализированный инструмент — электрод, который может иметь вид бесконечного проводника (проволочная электроэрозионная резка) или заданную форму для прошивки фасонных отверстий и окон. Обрабатываемая деталь и инструмент подключаются к источнику питания.

Комплекс деталь-инструмент помещают в ванну с жидкой диэлектрической рабочей средой или обеспечивают подачу жидкого диэлектрика в искровой рабочий промежуток между инструментом и деталью. При включении силовой части станка между ними появляется разность потенциалов, что приводит к возникновению направленного электрического разряда.

При пробивании слоя диэлектрической жидкости происходит электрическая эрозия материала. Продукты эрозии из межэлектродного промежутка удаляются принудительной подачей диэлектрической жидкости или устраняются при ее естественной циркуляции и оседают на дне ванны.

Существует разница между электроискровой технологией и режимом электроимпульсной обработки материала. Электроимпульсный режим подразумевает наличие шагового генератора, который обеспечивает периодические разряды высокого напряжения импульсного типа. В период прохождения импульса происходит испарение и плавление материала проводника. Меняя параметры продолжительности и мощности одного импульса, можно регулировать скорость и глубину обработки, а также полярность проводников.

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.