Электроэрозионные станки

Электроэрозионная резка

Электроэрозионная обработка металлов и других токопроводящих материалов (ЭЭО) – самостоятельный вид металлообработки, который используется для получения отверстий и полостей сложной формы. ЭЭО эффективна при размерном формообразовании труднообрабатываемых материалов, применяется для целей поверхностного упрочнения инструмента, а также в ремонтном производстве, для извлечения из стальных изделий сломанных свёрл, метчиков и т.п. По вышеперечисленным направлениям выпускается и соответствующее оборудование.

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.

Принцип работы станков электроэрозионной обработки

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.

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. Электроэрозионная резкаВырезка 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.

Основные узлы ЭЭО-станков и их действие

Копировально-прошивочный станок

Типовой копировально-прошивочный станок вертикальной компоновки, снабжённый электрогидравлической системой привода рабочих органов, состоит из следующих узлов:

  1. Г-образной станины, регулируемой по высоте.
  2. Рабочей головки, в которой смонтирован узел электрода-инструмента.
  3. Привода двухкоординатного перемещения рабочей головки (на некоторых типоразмерах станков имеется ещё и орбитальная головка, благодаря которой электрод-инструмент может вращаться).
  4. Рабочего стола, на котором закрепляется обрабатываемая заготовка.
  5. Ванна с рабочей жидкостью, которая снабжена винтовой передачей для своего подъёма-опускания.
  6. Электродвигателей: главного привода, привода рабочей ёмкости и орбитальной головки.
  7. Системы управления.

В самостоятельном корпусе размещается шаговый генератор импульсов, который включается в общую электрическую схему станка. Эти устройства должны отвечать следующим требованиям:

  • Отличаться возможно более высоким КПД;
  • Стабилизировать во времени все параметры электрического разряда;
  • Иметь возможность максимального регулирования рабочей частоты импульса;
  • Обеспечивать такие параметры электрического разряда, при которых износ электрода-инструмента, производительность процесса и качество обработки заготовки будут оптимальными.

Отечественные генераторы импульсов системы ШГИ оснащаются встроенными регуляторами подачи электрода-инструмента и блоками предотвращения короткого замыкания.

Узлы подачи рабочей головки в станках, использующих для ЭЭО нестационарный электрический разряд, могут быть трёх основных типов – соленоидного, электромеханического и электрогидравлического. Первый применяется в установках малой мощности, второй – преимущественно для агрегатов, производящих электроискровое разрезание. Наиболее универсальным считается электрогидравлический привод. Его недостатки – несколько меньшая производительность на вспомогательных переходах и необходимость в дополнительных площадях под гидравлические компоненты, ответственные для очистки и перекачки рабочей среды.

Устройство электроэрозионного станка

Электродуговые станки

Электродуговые станки состоят из:

  1. Станины рамного типа.
  2. Рабочей головки с электродом-инструментом и контрольно-следящей системой его перемещения во время ЭЭО.
  3. Насосной станции для прокачки рабочей жидкости под повышенным давлением (это необходимо для повышения качества ЭЭО стационарным дуговым разрядом).
  4. Герметизирующей камеры, внутрь которой устанавливается заготовка.
  5. Рабочего стола.
  6. Источника питания постоянного тока.

Рабочий цикл такого оборудования включает в себя установку на стол заготовки, подлежащей ЭЭО, последующего размещения герметизирующей камеры, подвода инструментальной головки с электродом-инструментом и включения насосного привода подачи рабочей среды. После этого включается источник питания, возбуждается дуговой разряд и производится обработка. Подача электрода-инструмента выполняется автоматически. По достижении требуемого значения напряжения на дуге происходит пробой межэлектродного промежутка, и возникающий столб дуги, сжатый потоком рабочей среды производит размерное формообразование. Продукты эрозии удаляются насосной установкой через рабочие отверстия в электроде-инструменте.