Оборудование для электроэрозионной обработки металлов

Текущая версия страницы пока

не проверялась

опытными участниками и может значительно отличаться от

версии

, проверенной 2 февраля 2014;
проверки требуют

54 правки

.

Текущая версия страницы пока

не проверялась

опытными участниками и может значительно отличаться от

версии

, проверенной 2 февраля 2014;
проверки требуют

54 правки

.

ЭЭО профилированной полости. Включение на обратную полярность. 1 — обрабатываемая заготовка, 2 — разряды в зазоре, 3 — электрод-инструмент, 4 — генератор импульсов технологического тока.

Обработка заготовки на электроэрозионном копировально-прошивочном станке. Заготовка находится в рабочей ванне, наполненной рабочей жидкостью.

Электроэрозионная обработка (аббр. ЭЭО) — обработка, заключающаяся в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности электропроводной заготовки под действием электрических разрядов, возникающих между заготовкой и электродом-инструментом.

Один из электродов является обрабатываемой заготовкой, другой — электрод-инструментом. Разряды производятся периодически, импульсно, так чтобы среда между электродами восстановила свою электрическую прочность. Для уменьшения износа электрода-инструмента подаются униполярные импульсы технологического тока. Полярность зависит от длительности импульса, поскольку при малой продолжительности импульса преобладает эрозия (износ) анода, а при большой длительности импульса преобладает эрозия (износ) катода. На практике используются оба способа подачи униполярных импульсов: с подключением заготовки к положительному полюсу генератора импульсов (т. н. включение на прямую полярность), и с подключением заготовки к отрицательному полюсу (т. н. включение на обратную полярность).

Виды ЭЭО[править | править код]

  • Комбинированная электроэрозионная обработка — выполняется одновременно с другими видами обработки
  • Электроэрозионно-химическая обработка (ЭЭХО) — комбинированная электроэрозионная обработка, осуществляемая одновременно с электрохимическим растворением материала заготовки в электролите
  • Электроэрозионная абразивная обработка — абразивная обработка с использованием электроэрозионного разрушения металла
  • Анодно-механическая обработка — электрохимическая обработка в жидкой среде, при которой осуществляется растворение материала электрода-заготовки под действием электрического тока с образованием на обрабатываемой поверхности окисных плёнок и их удаление механическим действием.

Может сопровождаться электроэрозионной обработкой

  • Электроэрозионное упрочнение — электроэрозионная обработка, при которой увеличивается прочность поверхностного слоя заготовки
  • Электроэрозионное объёмное копирование — электроэрозионная обработка, при которой на электроде-заготовке отображается форма поверхности электрода-инструмента
  • Электроэрозионное прошивание — электроэрозионная обработка, при которой электрод-инструмент, углубляясь в электрод-заготовку, образует отверстие постоянного сечения
  • Электроэрозионное маркирование
  • Электроэрозионное вырезание — электроэрозионная обработка, при которой электрод-инструмент в виде непрерывно перематывающейся проволоки при движении подачи осуществляет обход заготовки по заданной траектории, образуя поверхность заданного контура
  • Электроэрозионная отрезка — электроэрозиониая обработка, при которой заготовка разделяется на части
  • Электроэрозионное шлифование — шлифование с использованием электроэрозионного разрушения металла
  • Электроэрозионная доводка
  • Электроэрозионная обработка с прямой полярностью
  • Электроэрозионная обработка с обратной полярностью
  • Многоэлектродная эрозионная обработка
  • Многоконтурная обработка

Характеристики электрического разряда при ЭЭО[править | править код]

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 2019 мм² оптимальный ток приблизительно равен 100 А.

Особенности ЭЭО[править | править код]

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.

История[править | править код]

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[1].

В 2019 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 2019 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)[2]. 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[3]), патент Швейцарии № 8177 от 14.07.1946 года, патент Швеции № 9992/46 от 1.11.1946 года[4]. В 2019 году им была присуждена Сталинская премия, а 26 июня 2019 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[2].

В 2019 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[5].

См. также[править | править код]

  • Электрохимическая обработка

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

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

Чтобы придать металлическому изделию определенную форму и размер, можно применять разные способы токарной обработки.

Но иногда требования к качеству такой обработки требует повышенной прочности в области воздействия на металл. С этой целью металлические изделия обрабатывают электроэрозионным способом.

Кроме получения нужной формы и параметров деталей он позволяет получать сквозные отверстия, фасонные канавки в виде углублений и пазы в заготовках. С помощью электроэрозионной обработки металлов можно изготовить различные виды инструментов, прочностные требования к которым повышены.

Суть электроэрозионной обработки

Электроэрозия представляет собой изменение структуры и формы металла путем воздействия электрического разряда. Она возникает при создании напряжения между электродами. Одним из них служит изделие из металла, а вторым – рабочий электрод.

Если по электродам пропускать ток, то в пространстве между ними возникнет напряжение за счет электрического поля. При сближении расстояния между электродами до критического возникнет разряд, служащий проводящим каналом электричества.

Чтобы повысить силу разряда электроды помещаются в жидкость, являющуюся диэлектриком, в качестве которой используют различные масла минерального характера или керосин. Проходящий по образованному каналу ток, нагревает диэлектрическую жидкость, доводя ее до кипения и последующего испарения с образованием газового пузыря. Внутри этого пузыря возникает мощный разряд, сопровождающийся потоком электронов и ионов.

Бомбардируя электрод, они создают плазменный поток. В результате в зоне разряда температура повышается до 10000–12000°C и мгновенно расплавляет металл с образованием эрозионного углубления в виде лунки. Значительная часть расплава испаряется, а на поверхности металла в лунке после его остывания остается слой, состав которого отличается от состава исходного металла.

На рисунке (ниже) показана лунка, возникшая при воздействии электрического импульса, где: 1– объем лунки, 2– легированный слой, 3 – луночный валик, 4– металлическая деталь.

В состав поверхностного слоя входят компоненты не только испарившейся жидкости, насыщающие металл углеродом с образованием карбидов железа, но и элементы расплава металла рабочего электрода.

В результате такой электроэрозионной обработки стальные заготовки в месте воздействия можно легировать такими элементами, как хром, титан, вольфрам и другими. Такое легирование значительно упрочняет поверхность металлической заготовки в месте электроэрозионной обработки.

Электроэрозионная резка

Наиболее востребованной является электроэрозионная резка металлов. Ее сущностью является действие на металлическую заготовку искровых электрических разрядов, образованных при протекании в электродах импульсного тока, при их максимальном сближении и нахождении в жидкой среде диэлектрика.

Таким образом, для проведения электроэрозионной резки на протяжении всего процесса резания нужно обеспечить:

  • подачу напряжения к электродам в виде импульсов;
  • периодически сокращать между электродами расстояние до критического размера;
  • обеспечить наличие жидкой среды (керосина или масла).

При обеспечении таких условий из металлической детали под влиянием высокой температуры, возникающей за счет действия разрядной дуги, выбиваются частицы, которые затем вымываются диэлектрической жидкостью. Диэлектрик также выполняет функцию катализатора распада частиц металла, т. к. при высоких температурах испаряется.

Поскольку единичный разряд должен происходить с периодическим постоянством в виде краткосрочных искр, чтобы достичь разрезания заготовки по намеченному контуру, нужно соблюдать определенный режим работы. Различают два режима обработки: электроискровой и электроимпульсный вид.

Видео:

Электроискровая обработка

При режиме электроискровой обработки заготовок проводится с использованием кратковременных разрядов, происходящих в форме искр через диэлектрическую жидкость.

При таком режиме соблюдается следующая схема подачи импульсов:

  • обрабатываемая заготовка служит анодом с положительным зарядом, к которой устремляется поток электронов с рабочего электрода.
  • ионы металла детали воздействуют на рабочий электрод. Чтобы он не разрушился, используют импульсное напряжение на протяжении 10-3 с.

Видео:

Электроимпульсная обработка

При режиме электроимпульса заготовка служит катодом с отрицательным импульсом, который действует доли секунды. Создается дуговой разряд, направляющий поток ионов в сторону детали. В таком режиме обеспечивается большая скорость металлического съема, но чистота обработки металла хуже, чем при электроискровом режиме.

При электроэрозионной резке используются искровые разряды, которые обеспечиваются импульсами электрического тока, вырабатываемого генератором специального станка, предназначенного для такой обработки.

Электроэрозионный станок

Упрощенно работа на электроэрозионном станке происходит так:

  1. Импульсный ток подается деталь и проволочный электрод из молибдена. Также могут быть использованы вольфрам, латунь, медь и другие металлы.
  2. Одновременно с подачей импульсного тока на электрод происходит перемещение детали с помощью направляющих станка ЧПУ в нужном направлении.
  3. Возникающие искровые импульсы разрядов выжигают область металла в месте разреза.
  4. Расплавленный металл смывается охлаждающей жидкостью.
  5. При работе обеспечивается одновременное перемещение проволоки, намотанной на специальный барабан.

Электроэрозионное оборудование включает:

  • станок, на котором осуществляется операция;
  • генератор напряжения, обеспечивающий импульсный режим;
  • устройство подачи диэлектрической жидкости и ее очистки;
  • систему откачки из рабочей области образованных газов.

Непосредственно станок состоит из:

  • основания в виде станины;
  • ванны, размещенной на столе;
  • головки шпинделя;
  • пульта для управления процессом;
  • системы обеспечения подачи импульсов на деталь;
  • системы автоматической регулировки процессов.

Видео:

Встречаются станки, которые могут иметь некоторое отличие в устройстве. Например, могут иметь систему очистки в виде отдельного устройства.

Импульсные генераторы являются отдельными агрегатами, размещенными рядом с основным станком. Есть виды устройств, в которых генератор встроен в станок.

Упрощенный вариант электроискрового станка не включает систему подачи жидкости и ее очистки. Обработка включает погружение стола с деталью заготовки в воду, находящуюся в ванне. Если обработка проводится с использованием керосина, то образующиеся газы удаляются через общую вентиляцию.

При эксплуатации этого оборудования требуются квалификация и знание технологического процесса, которые позволят выполнять процесс с соблюдением всех требований, отраженных в документации.

ВОСТОКМАШ

Металлообрабатывающее
оборудование

г. Москва, 5-й Донской проезд, д.15 ст.3

пн.-пт.: 8.00-18.00; сб.-вс.: выходной