Технология электроэрозионной обработки

Технология электроэрозионной обработки широко используется в механической промышленности. С помощью этой техники материал удаляется за счет эрозионной способности электрических разрядов.

Что такое электроэрозионная обработка

Электроэрозионные работы представляют собой передовую технологию, которая за счет использования электрических разрядов позволяет выполнять сложную механическую обработку. Очевидно, это возможно только на металлах, поскольку они являются проводниками тока.

Технология электроэрозионной обработки необходима для точной работы, была внедрена совсем недавно. В частности, после появления компьютеров в мире промышленного производства и последующего развития станков с ЧПУ.

С помощью этих станков можно выполнять сложную обработку особо твердых металлов, даже если они прошли термообработку. Можно обрабатывать детали большой толщины и значительного объема. Возможно получение резов любой геометрической формы с очень низким допуском. Гарантируется выдающаяся точность электроэрозионной обработки.
Виды электроэрозионная обработка
Основные виды электроэрозионной обработки:

1. Электроискровая обработка, которая имеет обширный диапазон режимов, который охватывает обработку от черновой до отделочной.
2. Высокочастотная электроэрозионная обработка, которая считается самой точной и используется чаще всего.
3. Электроимпульсная обработка, подразумевающая высокую производительность на черновых режимах и возможность введения мощностей в зону обработки.

Благодаря реализации разных видов электроэрозии в станках универсального типа можно выполнить большой объем работ с разными исходными заданиями. Специализированные и универсальные электроэрозионные станки дают возможность изготавливать сита и сетки с размером ячеек от 0,15 до 2 мм и толщиной заготовки 2 мм с высоким уровнем производительности.

Технология обработки

В чем заключается электроэрозионная обработка:

• В погружении заготовки в диэлектрическую жидкость;
• В питании электрода с положительной полярностью;

Процесс электроэрозионной обработки подразумевает появление электроэрозионных разрядов один за другим, образуя небольшие отверстия на поверхности заготовки. Электрод и заготовка никогда не соприкасаются. Остатки обработки: газ и металлические шарики (например, металлический порошок).

• Достижение заданного напряжения и последующее высвобождение электронов из катода;
• Столкновение электронов с атомами и молекулами жидкости и создание положительных и отрицательных ионов;
• Ионизация жидкости, благодаря чему она становится проводником, пропускающим ток;
• Жидкость находится в плазменном состоянии, определяющим плавление и испарение некоторых участков;
• После разряда напряжение снижается до нуля;
• Конденсаторы накапливают энергию, пока не будет достигнуто напряжение, которое запустит процесс.

Плюсы и минусы технологии

Метод электроэрозионного удаления имеет свои плюсы. Преимущества электроэрозионной обработки:

• Нет ограничений, связанных с неравномерным износом фрез;
• Нет механических нагрузок на деталь;
• Обработка металлического материала без ограничений по твердости;
• Принцип электроэрозионной обработки позволяет создать любую геометрическую или объемную фигуру;
• Высокая автономность машин без вмешательства оператора.

Среди недостатков выделяют:

• Низкую производительность;
• Высокий износ инструмента;
• Шероховатость на поверхностях.

Электроэрозионный электроэрозионный станок работает медленнее, чем другие технологии, но используется до 140 часов без помощи оператора. Он также имеет до 8 этапов, включая предварительную обработку, закалку, чистовую обработку и фиксацию. Поскольку для этих работ требуется только один инструмент, этот станок является экономичной альтернативой для токарной обработки, фрезерования, шлифования или протяжки. Кроме того, покупка промышленного оборудования, такого как электроэрозионный станок, является значительным вложением денег.

Электроэрозионная обработка металла имеет множество преимуществ. Этот вид обработки предлагает возможность создания сложных геометрических форм. Однако он подразумевает более низкую скорость съема материала по сравнению с обработкой путем удаления стружки. Тот факт, что обработка не зависит от механических характеристик материала, таких как твердость или разрывная нагрузка, а только от его физико-термических характеристик, позволяет обрабатывать очень твердые материалы, которые трудно обрабатывать при удалении стружки.

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Источник

Технология электроэрозионной обработки металлов

Электрическая эрозия — это явление переноса вещества электрическими разрядами. Электроэрозионными называются станки, использующие это свойство для обработки заготовок из электропроводящего материала.

В 1938 году советский инженер Л. А. Юткин разработал метод электроискровой штамповки металлов. В 1943 году советские ученые Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко предложили использовать электрические разряды в воздушном промежутке для формообразования и получили патент на изобретение. Таким образом, приоритет в создании технологии электроэрозионной обработки принадлежит советским ученым.

Первый электроэрозионный прошивочный станок производства швейцарской фирмы SHARMILLES TECHNOLOGIES появился на рынке в 1952 г. Первый электроимпульсный станок с числовым программным управлением выпустила швейцарская же фирма AGIE в 1969 году.

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.

Преимущества и недостатки

Любой метод имеет свои сильные и слабые стороны. Основные достоинства технологии:

1. Произвольная форма инструмента, возможность исполнения закрытых каналов и полостей.
2. Позволяет работать с любым материалом-проводником.
3. Высокая степень автоматизации, малая вероятность брака из-за человеческого фактора.
4. Точность обработки и повышенное качество получаемой поверхности в сравнении с механическим способом.

При всех своих достоинствах метод имеет и весьма серьезные недостатки. Два основных минуса таковы:

1. Низкая скорость электроэрозионной обработки. В современных станках скорость движения инструмента не превышает 10 мм в секунду.
2. Очень большое потребление электроэнергии.

По совокупности параметров электроэрозия превосходит многие традиционные методы металлообработки, а в некоторых случаях не имеет альтернативы. На сегодня сфера использования электроэрозии весьма обширна.

Области применения электроэрозионной обработки

Большим плюсом технологии является то, что на одном и том же устройстве можно выполнять самые разные операции. Электроэрозия применяется для следующих операций:

• резки металла;
• сверления;
• фрезеровки;
• шлифовки;
• упрочнения;
• восстановления поверхности;
• гравировки;
• копирования ;
• напыления.

При традиционных методах для выполнения этих работ необходимо использовать несколько разных типов станков.

Типы оборудования для электроэрозии

В промышленности применяют два вида эрозионных станков — проволочный вырезной и прошивочный, принципиальное отличие которых заключается в технологии.

Проволочно-вырезной станок

В качестве инструмента используется очень тонкая, диаметром всего 0,1- 0,2 мм, проволока из тугоплавкого материала, обычно вольфрама или молибдена. Проволока намотана на барабаны и при движении вдоль поверхности заготовки вырезает линии по заданному контуру.

Проволочно-вырезной станок выполняет функции фрезерного оборудования. Однако точность получается намного выше, чем при традиционной механической обработке, в том числе при работе с металлами особой прочности.

Электроэрозионные прошивные станки

Прошивочные станки выпускаются как в стационарном, так и в настольном исполнении. В качестве рабочего инструмента служит электрод заданной формы. Углубление или отверстие в заготовке копирует форму электрода. На таких станках обрабатывают:

• сталь нержавеющих, инструментальных и закаленных марок;
• титан и прочие электропроводные материалы.

На таких станках получают глубокие отверстия очень малого диаметра или сложной формы. С помощью метода электроэрозии можно получать очень точные копии пресс-форм, штампов или иных деталей. Электрод, который в этом случае служит шаблоном, изготавливается из податливого материала, например, графита или меди. Меняя полярность подключения заготовки, можно получить на ее поверхности углубления или выпуклый рельеф с оттиском электрода.

Одной из самых трудоемких операций является нарезка резьбы в тугоплавких и особо прочных материалах. Движением электрода внутри отверстия в этом случае управляет станок с ЧПУ.

Электроэрозия — современный высокотехнологичный метод обработки металлов. Электроэрозионные станки приходят на замену традиционным механическим там, где необходима высокая точность, создание поверхностей или полостей сложной конфигурации, работа с заготовками из особо прочных металлов, легированных и закаленных сталей.

Источник

Электроэрозионная обработка. Описание процесса, принципы, установки электроэрозионной обрботки.

1. Сущность и назначение электроэрозионной обработки

Электроэрозия — это разрушение поверхности изделия под действием электрического разряда. Основателями технологии являются советские ученые-технологи Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) широко применяется для изменения размеров металлических изделий — для получения отверстий различной формы, фасонных полостей, профильных канавок и пазов в деталях из твердых сплавов, для упрочнения инструмента, для электропечатания, шлифования, резки и др.

Рис. 1.9. Схема электроэрозионной обработки материалов: 1 — электрод-инструмент, 2 — обрабатываемая деталь, 3 — среда, в которой производится разряд, 4 — конденсатор, 5 — реостат, 6 — источник питания, 1р — режим электроискровой обработки, 2р — режим электроимпульсной обработки

Схема электроэрозионной обработки материалов приведена на рис. 1.9. Схема запитывается импульсным напряжением разной полярности, что соответствует электроискровому режиму (1р) и электроимпульсному режиму (2р). Напряжение питания заряжает конденсатор (4), параллельно которому включен разрядный промежуток между электродом-инструментом (1) и обрабатываемой деталью (2), которые помещены в жидкость с низкой диэлектрической проницаемостью. Когда напряжение на конденсаторе превысит потенциал зажигания разряда, происходит пробой жидкости. Жидкость нагревается до температуры кипения и образуется газовый пузырь из паров жидкости. Далее электрический разряд развивается в газовой среде, что приводит к интенсивному локальному разогреванию детали, приповерхностные слои материала плавятся и продукты расплава в виде шариков застывают в проточной жидкости и выносятся из зоны обработки.

2. Стадии электроэрозионной обработки Режим электроискровой обработки

Обрабатываемая деталь является анодом (+), то есть в данном случае деталь обрабатывается электронным потоком, то есть работает электронный стример, расплавляя объем анода-детали в виде лунки. Для того чтобы ионный поток не разрушал электрод-инструмент, используются импульсы напряжения длительностью не более 10 -3 с. Электроискровой режим используется для чистовой, точной обработки, поскольку съем металла в данном случае небольшой.

Режим электроимпульсной обработки

Обрабатываемая деталь является катодом, то есть на нее подается отрицательный импульс длительностью больше 10 -3 с. При электроимпульсной обработке между электродами зажигается дуговой разряд и обработка деталей ведется ионным потоком. Данный режим характеризуется большой скоростью съема металла, превышающей производительность электроискрового режима в 8-10 раз, но при этом чистота обработки существенно хуже. При обоих режимах в качестве рабочей жидкости, как правило, используется керосин или изоляционные масла.

3. Физика электроэрозионной обработки

Явления, происходящие в межэлектродном промежутке, весьма сложны и являются предметом специальных исследований. Здесь же будет рассмотрена простейшая схема удаления металла из области обработки посредством электрической эрозии.

Как показано на рис. 1.10, к электродам 1 подведено напряжение, которое создает электрическое поле в межэлектродном промежутке. При сближении электродов на критическое расстояние, возникает электрический разряд в виде проводящего канала. Для повышения интенсивности разряда электроды погружают в диэлектрическую жидкость 2 (керосин, минеральное масло и др.) На поверхности электродов имеются микронеровности различной величины. Напряженность электрического поля будет наибольшей между двумя наиболее близкими друг к другу выступами на поверхности электродов, поэтому именно здесь возникают проводящие мостики из примесных частиц жидкости. Ток по мостикам нагревает жидкость до испарения и образуется газовый пузырь (4), внутри которого и развивается мощный искровой или дуговой разряд, сопровождающийся ударной волной. Возникают потоки электронов и ионов (положительные и отрицательные стримеры), которые бомбардируют электроды. Образуется плазменный канал разряда. Благодаря высокой концентрации энергии в зоне разряда температура достигает тысячи и десятков тысяч градусов. Металл на поверхности электродов плавится и испаряется. Капли расплавленного металла в результате движения потока жидкости в рабочей зоне выбрасываются за пределы электродов и застывают в окружающей электроды жидкости в виде мелких частиц сферической формы (5).

От взаимодействия жидкости с участками электродов, нагретых до температуры 100-400 0С, на границах плазменного канала разряда происходит пиролиз диэлектрической жидкости. В результате в жидкости образуются газы, а также асфальтосмолистые вещества. Из газовой среды выделяется углерод, отлагающийся на нагретых поверхностях электродов в виде тонкой пленки кристаллического графита. В месте действия импульса тока на поверхностях электродов остаются небольшие углубления — лунки, образовавшиеся вследствие удаления разрядом некоторого количества металла.

В табл. 1.2 приведена зависимость величины эрозии стального электрода от энергии и длительности одиночного импульса.

Зависимость величины эрозии стального электрода (анода) от энергии и длительности одиночного импульса

Характеристика импульса

Размеры лунки

Энергия, Дж

Длительность, мкс

Глубина, мм

Диаметр, мм

Объем, м3

Рис. 1.10. Режим электроэрозионной обработки: 1 — электроды, 2 — жидкость, 3 — лунки, 4 — газовый пузырь, 5 — продукты эрозии

После разряда в течение некоторого времени происходит остывание столба канала и деионизация вещества плазмы в межэлектродном промежутке. Электрическая прочность межэлектродного промежутка восстанавливается. Время деионизации жидкого диэлектрика составляет 10 6 -10 -2 с. Следующий разряд обычно возникает уже в новом месте, между двумя другими ближайшими точками электродов.

Длительность интервалов между импульсами должна быть достаточной для удаления из зоны разряда продуктов эрозии, а также газового пузыря, являющегося главным препятствием для возникновения следующего разряда. В связи с этим частота разрядов с возрастанием их энергии снижается.

Так происходит до тех пор, пока разряды не удалят с поверхности электродов все участки металла, которые находятся на расстоянии пробоя при величине приложенного напряжения. Когда расстояние между электродами превысит пробивное, для возобновления разрядов электроды должны быть сближены. Обычно электроды сближают в течение всего времени обработки так, чтобы электрические разряды не прекращались.

Параметры рабочих импульсов. Основными параметрами электрических импульсов, подаваемых на межэлектродный промежуток, являются их частота повторения, длительность, амплитуда и скважность, а также форма, определяющие максимальную мощность и энергию. Форма и параметры импульсов оказывают существенное влияние на износ электрода-инструмента, производительность и шероховатость обработанной поверхности.

Обозначим частоту повторения импульсов, т. е. их число в секунду, через f. Тогда Т = 1/f будет являться периодом. Он определяет промежуток времени, через который следует очередной импульс.

Импульс характеризуется амплитудным значением (или амплитудой) напряжения и тока Um и Im. Это максимальные значения, которые приобретают напряжение и ток за время импульса. При электроэрозионной обработке амплитуда напряжения изменяется от нескольких вольт до нескольких сотен вольт, а амплитуда тока от доли ампера до десятков тысяч ампер. Диапазон скважностей импульса при электроэрозионной обработке заключен в пределах от 1 до 30.

Полярный эффект и полярность импульса. Высокая температура в канале разряда и происходящие динамические процессы вызывают эрозию обоих электродов. Повышение эрозии одного электрода по сравнению с другим электродом называется полярным эффектом. Полярный эффект определяется материалом электродов, энергией и длительностью импульсов, знаком подведенного к электроду потенциала.

Процессы изменения напряжения и тока имеют колебательный характер относительно их нулевого значения. При электроэрозионной обработке принято считать рабочей или прямой полярностью импульса ту его часть, которая вызывает наибольший эффект эрозии обрабатываемой заготовки, а обратной — часть импульса, вызывающую усиленную эрозию электрода-инструмента. Обрабатываемую заготовку присоединяют к тому полюсу, эффект эрозии которого в данных условиях больше. К противоположному полюсу присоединяют электрод- инструмент. Например, при коротких импульсах электроискровой обработки энергия преимущественно поступает на анод, в качестве которого здесь следует использовать заготовку (прямая полярность). При увеличении длительности импульсов наступает перераспределение теплового потока на электродах. Это приводит к тому, что при определенных режимах электроимпульсной обработки эрозия анода становится меньше, чем эрозия катода. В этом случае следует применять обратную полярность, используя заготовку в качестве катода.

Электроэрозионная обрабатываемость. Эффект эрозии различных металлов и сплавов, производимый одинаковыми по своим параметрам электрическими импульсами, различен. Зависимость интенсивности эрозии от свойств металлов называют электроэрозионной обрабатываемостью.

Различное влияние импульсных разрядов на металлы и сплавы зависит от их теплофизических констант: — температур плавления и кипения, теплопроводности, теплоемкости. Если принять электроэрозионную обрабатываемость стали за единицу, то электроэрозионная обрабатываемость других металлов (при тех же условиях) может быть представлена в следующих относительных единицах: вольфрам — 0,3; твердый сплав — 0,5; титан — 0,6; никель — 0,8; медь — 1,1; латунь — 1,6; алюминий — 4; магний — 6 (указанные данные справедливы только при конкретных условиях: энергия импульса 0,125 Дж, длительность 1.4-10 -5 с, частота 1200 1/с, амплитуда тока 250 А).

Рабочая среда. Большинство операций при электроэрозионной обработке производят в жидкости. Она обеспечивает условия, необходимые для удаления продуктов эрозии из межэлектродного промежутка, стабилизирует процесс, влияет на электрическую прочность межэлектродного промежутка. Жидкости, пригодные для электроискровой обработки, должны обладать соответствующей вязкостью, электроизоляционными свойствами, химической устойчивостью к действию разрядов.

С повышением частоты импульсов и снижением рабочего тока стабильность рабочего процесса ухудшается. Это вызывает необходимость увеличить скважность импульсов. Применение прямоугольных импульсов существенно повышает производительность.

Производительность обработки можно повысить, если применять принудительное удаление продуктов эрозии из межэлектродного промежутка. Для этого в межэлектродный промежуток под давлением нагнетают жидкость (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Схема подвода жидкости в межэлектродный промежуток через полый электрод при прошивании отверстия

Хорошие результаты дает наложение вибраций на электрод-инструмент, а также вращение одного или обоих электродов. Давление жидкости зависит от глубины отверстия и величины межэлектродного промежутка. Вибрации особенно необходимы при электроискровой обработке глубоких отверстий малого диаметра и узких щелей. Большинство электроэрозионных станков снабжено специальной вибрационной головкой.

Качество поверхности и точность обработки. Металл электродов подвергается хотя и локальному, кратковременному, но весьма интенсивному электротермическому воздействию. Наивысшая температура существует на обрабатываемой поверхности и быстро уменьшается на некотором расстоянии от поверхности. Большая часть расплавленного металла и его паров удаляется из зоны разряда, но некоторая часть остается в лунке (рис. 1.12). При застывании металла на поверхности лунки образуется пленка, по своим свойствам отличающаяся от основного металла.

Рис. 1.12. Лунка, полученная в результате воздействия единичного импульса: 1 — пространство, оставшееся после выплавления металла; 2 — белый слой; 3 — валик вокруг лунки; 4 — обрабатываемая заготовка; БЛ, НЛ — диаметр и глубина лунки

Поверхностный слой в расплавленном состоянии активно вступает в химическое взаимодействие с парами и продуктами разложения рабочей жидкости, образующимися в зоне высоких температур. Результатом этого взаимодействия является интенсивное насыщение металла компонентами, содержащимися в жидкой среде, а также веществами, входящими в состав электрода-инструмента. Таким образом, в поверхностный слой могут быть внесены титан, хром, вольфрам и т. д. При электроэрозионной обработке стальных заготовок в среде, состоящей из жидких углеводородов (керосин, масло), поверхностный слой насыщается углеродом, т. е. образуются карбиды железа. Следовательно, при электроэрозионной обработке происходит упрочнение поверхности детали.

Интенсивный теплоотвод из зоны разряда через прилегающие к ней массы холодного металла и рабочую жидкость создает условия для сверхскоростной закалки, что одновременно с науглероживанием приводит к образованию очень твердого слоя. Закаленный поверхностный слой стали обладает повышенной стойкостью на истирание и меньшим, чем у нетермообработанной стали коэффициентом трения. Структура поверхностного слоя существенно отличается от структуры основного металла и схожа со структурой отбеленного слоя, возникающего на поверхности некоторых чугунов. Поэтому этот слой получил название «белый слой». Глубина белого слоя зависит от энергии импульсов, их длительности и теплофизических свойств обрабатываемого материала. При длительных импульсах тока большой энергии глубина белого слоя равна десятым долям миллиметра, а при коротких импульсах — сотым долям миллиметра и микронам.

Упрочнение поверхностного слоя металлов (электроэрозионное легирование). Одним из преимуществ электроискрового метода обработки материалов является то, что при определенных условиях резко повышаются прочностные свойства поверхности заготовки: твердость, износостойкость, жаростойкость и эрозионная стойкость. Эту особенность используют для повышения износостойкости режущего инструмента, штампов, пресс-форм и деталей машин, упрочняя металлические поверхности электроискровым способом.

При электроискровом легировании применяют обратную полярность (заготовка является катодом, инструмент — анодом) обработку производят обычно в воздушной среде и, как правило, с вибрацией электрода. Аппаратура, с помощью которой осуществляется процесс упрочнения, малогабаритна и очень проста в эксплуатации. Основные преимущества электроискрового способа нанесения покрытий заключаются в следующем: покрытия имеют большую прочность сцепления с материалом основы; покрываемые поверхности не требуют предварительной подготовки; возможно нанесение не только металлов и их сплавов, но и их композиций. Процессы, происходящие при электроискровом упрочнении, сложны и являются предметом тщательных исследований. Сущность упрочнения состоит в том, что при электроискровом разряде в воздушной среде происходит полярный перенос материала электрода на заготовку. Перенесенный материал электрода легирует металл заготовки и, химически соединяясь с диссоциированным атомарным азотом воздуха, углеродом и материалом заготовки, образует диффузионный износоустойчивый упрочненный слой. При этом в слое возникают сложные химические соединения, высокостойкие нитриды и карбонитриды, а также закалочные структуры. По мнению специалистов, при электроискровом упрочнении в поверхностном слое, например, стали происходят процессы, приведенные в табл. 1.3.

Упрочняемый материал

Процесс

Особенности

Углеродистая сталь, со­держащая углерод в ко­личестве свыше 0,6 %, а также легирующие эле­менты в большом коли­честве

Источник