Оборудование для электроэрозионной обработки металлов

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.

Электроэрозия – разрушение металлических поверхностей под воздействием на них электрических зарядов. В основу этой технологии положены работы советских учёных Н. И. Лазаренко и Б. Р. Лазаренко. Этим методом можно легко изменять размеры изделий из металла, получать в них отверстия различной формы и глубины. Отличные результаты даёт электроэрозионная обработка профильных пазов и канавок, полостей фасонного вида в деталях машин и механизмов. Особенно сильно востребовано такое оборудование для изготовления деталей из твёрдых сплавов, где обычная механическая обработка затруднена.

Станки электроэрозионного типа обладают универсальными возможностями в обработке материалов, имеющих плотную структуру поверхностей. Этот вид обработки материалов выгодно отличается от других способов изменения формы и размеров деталей, так как трудоёмкость операций благодаря электроэрозионной технологии резко снижается.

Принцип работы электроэрозионного станка показан на приведенной схеме-рисунке. Под действием импульсного электрического генератора в зазоре между электродом и поверхностью детали образуются искровые разряды или иное электрическое взаимодействие. Пространство искрового промежутка непрерывно омывается потоком охлаждающей жидкости, за счёт которой происходит удаление с обрабатываемой поверхности разрушенного металла. Под управлением блока  ЧПУ процесс протекает в заданном направлении и в требуемом количестве. В качестве электрода чаще всего используется латунная проволока, которая по мере расхода подаётся в зону электроэрозионной обработки. Более современный расходный материал для электроэрозии – молибденовая проволока, расход которой на осуществление обработки одной детали ничтожен. Однако эти станки имеют и существенные ограничения по сравнению с аппаратами для механической обработки деталей. Ведь они подходят для обработки лишь токопроводящих металлов и их сплавов.

Воздействовать на металл электроэрозионным путём можно различными способами: подавая на искровой промежуток как электрические разряды, так и импульсы параметрического вида. В зависимости от требуемого результата обработки выбирается и более подходящий путь её выполнения. Очень важным элементов этого воздействия на металлические поверхности является то, что при нём можно вести обработку заготовки по различным направлениям в одно и то же время.

Среди способов электроэрозионной обработки изделий различают:

  • электроимпульсный;
  • электроискровой;
  • электроконтактный;
  • анодномеханический.

К технологическим операциям, которые выполняются электроэрозионным путём, относятся:

  • структурное упрочнение;
  • шлифование;
  • маркировка;
  • резание;
  • доводка;
  • копирование объёмное;
  • доводка.

С помощью электрической эрозии на этих станках можно выполнять различные глухие проёмы, углубления и отверстия не геометрической конфигурации. Возможно также выполнение на поверхности отверстий резьбы любого профиля. Станки способны производить выборку металла с внутренней поверхности изделий на заданную глубину, тем самым выполнять операции, заменяющие фрезерную и токарную обработки. Технология электрической эрозии используется при обработке металлов, которые трудно поддаются классическому механическому станочному воздействию. К ним, в частности, относятся титан и его сплавы.

Чтобы выбрать, какой купить электроэрозионный станок, нужно точно определиться с задачами, которые будут ставиться пред этим оборудованием на предприятии и какие рабочие параметры станка потребуются для решения этих задач. Вполне допустимо для выполнения определённых технологических операций в цехе купить б/у станок, предварительно проверив его работоспособность. Практика показывает, что даже при большом количестве часов наработки оборудование для электроэрозионной обработки почти не подвержено износу.

Станки электроэрозионного типа

Реализуемые в производстве способы электроэрозионной обработки могут сильно отличаться в зависимости от конструкции станков, но остаётся одним и тем же сам принцип функционирования оборудования. Рассмотрим основные типы электроэрозионных станков, используемых для обработки металлических заготовок.

Проволочно-вырезной станок

Это станочное оборудование используется в целях контурной обработки изделий с высокими точностными показателями и низкой шероховатостью поверхности. Воздействие на обрабатываемую деталь происходит электродом в виде проволоки из молибдена диаметром 0,18 мм. Затраты на работу этого оборудования довольно низкие, так как сама проволока используется много раз. Традиционный электроэрозионный проволочно-вырезной станок, который не может использовать проволоку многократно, существенно проигрывает в себестоимости аналогичных рабочих операций.

Роль электролита в рабочей зоне станка играет охлаждающая жидкость, потоком которой вымываются эрозионные продукты и которая защищает обработанную поверхность детали от окисления воздухом. В качестве СОЖ используется водорастворимый концентрат специального состава.

Цена электроэрозионного копировального станка не очень высока по сравнению с аналогичными аппаратами традиционного типа, зато обслуживание его очень удобно за счёт использования блока ЧПУ. Чтобы обучить оператора основным приёмам работы на нём, потребуется не более двух дней.

С помощью этого станка можно изготавливать:

  • различные пресс-формы;
  • штампы;
  • зубчатые колёса;
  • шлицевые отверстия;
  • шпоночные пазы;
  • выемки сложного профиля с глубиной до 20 см.

На рисунке выше показан высокоскоростной электроэрозионный вырезной станок с ЧПУ, который относится к струйному типу и применяется для контурной обработки деталей. Станки такого вида могут использоваться и в мастерских небольшого предприятия со штучным изготовлением изделий, и на крупных предприятиях в серийном производстве. Электроэрозионный проволочный станок DK 2019 в настоящее время можно купить за 850 тыс. рублей.

Прошивной станок

Электроэрозионный копировально-прошивной станок в современном исполнении оснащён блоком ЧПУ, в который встроены функции автоматического позиционирования, орбитальность движения деталей и возможность прожигания боковых поверхностей. Также станок оснащён функциями автоматического поиска кромки и поиска центральной точки зоны обработки. Наряду с этим в программах блока ЧПУ заложено определение глубины полости и автоматический выход инструментальной головки в нулевую точку.

Электроэрозионный прошивной станок предназначен для обработки как внутренних, так и наружных сферических элементов, работая по 3-мерной линейной траектории. Наряду с возможной обработкой поверхности по 2-х мерной дуге он может производить электроэрозионный прожиг, используя для обработки исходную матрицу изделия в качестве оригинала для копирования.

В настоящее время цена электроэрозионного станка этого типа колеблется около 1 млн. 800 тыс. рублей.

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.

Рекомендуем эти статьи:

Технология листовой штамповки металла.

Какую купить установку алмазного бурения?

Выбираем сверлильный станок на магнитном основании.

Модели современных станков

Современный станок электроэрозионной обработки металлов состоит из следующих узлов:

  • электродвигатели, действующие независимо друг от друга;
  • устройство подачи проволоки в зону эрозии;
  • рабочую ванну с охлаждающей жидкостью;
  • рабочий стол для расположения заготовки в процессе обработки;
  • блок управления станком.

Производителями станков этого типа являются как азиатские, так и европейские государства. Имея одно и то же назначение, станки разных производителей сильно отличаются по своей функциональности и цене. Если китайское и южнокорейское оборудование стоит значительно дешевле европейского, то последнее выполняется производителями на более высоком уровне с большей степенью автоматизации рабочих процессов.

АРТА

Российскими производителями выпускается прецизионное оборудование АРТА для электроэрозионной обработки металлов.

Научно-промышленная корпорация «Дельта-Тест» сегодня является лидером в России по изготовлению оборудования этого типа. Изготавливая новые станки, предприятие занимается и модернизацией оборудования более ранних сроков производства.

Sodick

На  рынке современного оборудования хорошо известна компания Sodick, производящая проволочно-вырезные электроэрозионные станки.

Обладая высокими технологическими параметрами, оборудование этой компании применяется для обработки тугоплавких металлов и монокристаллов. С помощью этих станков изготавливаются перфорированные плиты и трубы, рабочие элементы копировальных станков, штампы с профилями трёх координатного измерения, металлокерамические штампы. Специалистам на таком оборудовании без особого труда удаётся изготавливать кулачки и их прототипы, электроды-инструменты для станков копировально-прошивочной группы.

Mitsubishi

Проволочно-вырезной станок Mitsubishi MV1200S при стоимости около 7 млн. рублей позволяет выполнять сложнейшие операции по электроэрозионной обработке деталей любой формы, выполненных из самых различным токопроводящих материалов.

При интенсивном использовании этого станочного оборудования в современном производстве затраты на его покупку окупаются в короткие сроки.

Agie

Оборудование для электроэрозионной обработки Agie изготавливается в Швейцарии и с успехом конкурирует с другими моделями этой станочной группы.

При малых габаритных размерах на станке Agie можно в автоматическом режиме выполнять сложнейшие работы по обработке твёрдосплавных изделий самого широкого назначения.

Как видно из статьи, оборудования для электроэрозионной обработки деталей на современном рынке предостаточно. Его изготавливают почти все ведущие промышленные страны мира под различными брэндами и по разной цене. Выбрать же из этого предложения именно то, что нужно нашему отечественному производителю, не просто. Однако, соизмерив свои финансовые возможности и проведя предметные переговоры с менеджерами компаний, представленных на интернет-сайтах этой тематики, можно сделать правильные выводы, а затем сделать и саму покупку.

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.