Электроэрозионная обработка алюминиевых сплавов

Особенности электроэрозионной обработки

На обрабатываемость металлов и сплавов резанием (снятием стружки) существенное влияние оказывают его физико-механические свойства, такие как вязкость, твердость, хрупкость. От их значений, при прочих равных условиях, зависит скорость съема материала в единицу времени.

На обрабатываемость материалов электроэрозионным способом оказывают влияние теплофизические свойства материалов. Чем выше температура плавления материала, тем меньше материала будет удалено единичным разрядом. Электроэрозионная обрабатываемость различных материалов, таким образом, будет характеризоваться удельным расходом энергии на единицу массы снятого материала. Однако нужно иметь в виду,

что подведенная энергия должна использоваться с минимальными потерями. Интенсивность эрозионного съема материала зависит от длительности теплового воздействия. При одной и той же энергии разрядного импульса эрозионный съем увеличивается с увеличением длительности разрядного импульса до некоторых пределов, а затем начинает падать. Объясняется это тем, что увеличение длительности воздействия приводит к расширению зоны плавления большого объема материала. Однако при этом снижается плотность энергии разрядного импульса, а следовательно, снижается и температура в точках приложения разряда на поверхности электродов. Поэтому для каждой энергии импульса имеется оптимальное значение его длительности, при которой интенсивность эрозии будет максимальной.

Экспериментально удалось установить, что если обрабатываемость стали 45 и других углеродистых сталей принять за единицу, то обрабатываемость других металлов и сплавов может быть выражена следующими соотношениями:

Из приведенного примера видно, что вязкие сплавы обрабатываются лучше, чем сталь 45, а твердые сплавы, которые обычным резанием не обрабатываются, электроэрозионным способом могут быть обработаны.

Твердый сплав обрабатывают малыми по времени импульсами, обеспечивающими высокую температуру в момент разряда (прямая полярность электродов). Оптимальная плотность тока при обработке твердого сплава в 1,5-2 раза ниже, чем при обработке сталей. Твердые сплавы обычно обрабатываются на режимах до 50 А (среднее значение тока). Припуск под последующую обработку нужно стремиться снизить до минимальных значений. Припуск на доводку должен составлять 0,02- 0,03 мм, однако удаление и этого припуска является весьма трудоемкой операцией. В случае обработки фасонных полостей (для получения минимального припуска при оптимальной производительности) последовательно осуществляют: предварительную (черновую), получистовую и чистовую обработку с обновлением ЭИ. Если обрабатывается сквозное или глухое отверстие постоянного по высоте профиля, то обработку производят на режиме, обеспечивающем необходимую точность и шероховатость. Обновление ЭИ осуществляют путем подрезания торца. Эффективность работы в значительной степени зависит от подачи в зону обработки рабочей среды, необходимой для удаления продуктов эрозии. Чаще всего используется отсос или прокачка рабочей среды через ЭИ.

Жаропрочные сплавы из-за своей вязкости обычным резанием обрабатываются значительно хуже, чем конструкционные или инструментальные стали, а электроэрозионным методом — лучше. Объясняется это тем, что жаропрочные сплавы имеют низкую теплопроводность и теплоемкость, а именно эти свойства материалов и оказывают существенное влияние на обрабатываемость их электроэрозионным способом.

Обрабатываемость вязких алюминиевых и магниевых сплавов также выше, чем у сталей. Обработку этих сплавов можно осуществлять на всех возможных режимах ЭЭО. Только всегда нужно помнить, что выбранный режим должен быть экономичным.

Часто перед технологами встает задача, как изготовить ту или иную деталь из вязких или высокотвердых материалов, имеющую сложную форму, различные закрытые полости, криволинейные каналы и каналы сложного профиля и т. д. И чем сложнее задача обработки на металлорежущих станках, тем более экономически выгодным становится применение ЭЭО.

Рассмотрим ряд операций, выполняемых на электроэрозионных станках.

Обработка штампов и пресс-форм. Электроэрозионным способом целесообразно обрабатывать фасонные формующие полости, которые обычно получают обработкой на копировально-фрезерных станках или на станках с программным управлением. Полости простой геометрической формы (например, тела вращения) обрабатывать электроэрозионным методом неэффективно.

Если изделие после изготовления подвергается термообработке, то ЭЭО производят после термообработки и шлифования базовых поверхностей заготовки. Слишком большой припуск под ЭЭО нежелателен, так как перед термообработкой основную его массу можно снять на универсальном фрезерном станке. Используя эту предварительную операцию, получаем выигрыш во времени, так как по производительности на простых операциях электроэрозионный метод обработки уступает фрезерованию. Оставшийся припуск снимают на черновом режиме с большой энергией импульса, а по мере уменьшения припуска переходят на более мягкие режимы (энергию импульса уменьшают). Когда требования к шероховатости поверхности повышенные, то последующую обработку осуществляют на чистовых высокочастотных режимах с малой энергией импульса и при этом удается исключить необходимость ручной слесарной доводки.

Обработка предварительно термообработанных заготовок исключает брак, который может возникнуть из-за искажения профиля в результате тепловых деформаций при термообработке.

Особенно удобна и эффективна ЭЭО при восстановлении изношенных формообразующих полостей штампов и пресс-форм; восстановление полости производят без отжига изделия.

Обработка штампов и пресс-форм осуществляется на электроэрозионных универсальных копировально-прошивочных станках.

Чтобы увеличить производительность ЭЭО, особенно при обработке штампов и пресс-форм, имеющих большую площадь обрабатываемой поверхности, используют многоконтурную обработку.

Обработка закрытых полостей и каналов. В машиностроении часто возникает необходимость изготовлять изделия, имеющие различные закрытые полости, соединительные каналы и т. д.

Применение ЭЭО позволяет получить каналы практически любой формы и в труднодоступных местах.

Обрабатывать закрытые полости и каналы можно в корпусных деталях, изготовляемых из черных и цветных металлов. Однако чаще всего приходится обрабатывать такие полости или каналы в алюминиевых и жаропрочных сплавах. Наиболее целесообразно при этом использовать электроды из углеграфита. На рис. 7 дана схема обработки закрытого канала. Электродержатель 1 и ЭИ 4 имеют изоляционное покрытие 2 для того, чтобы избежать электрического контакта с обрабатываемой деталью 3. Чаще всего обработка таких деталей производится на электроэрозионных копировально-прошивочных станках. Стрелкой указано направление движения ЭИ.

Электроэрозионное разрезание заготовок. В процессе выполнения этой операции отрезается или вырезается заготовка с заданными геометрическими размерами. Производительность электроэрозионного разрезания труднообрабатываемых материалов в два — десять раз выше, чем при механическом резании. В некоторых случаях, например при разрезании заготовок из металлокерамики, электроэрозионный метод становится одним из немногих, который позволяет вообще выполнять эту операцию.

Электроэрозионное разрезание заготовок выполняется дисковым, пластинчатым или проволочным ЭИ, а технологический ток может быть подведен при этом от источников постоянного, переменного или импульсного напряжения. Разрезание может выполняться в воздушной среде и в воде с погружением разрезаемой заготовки в ванну, а также при поливе водой зоны разрезания. Операция может выполняться на копировально-прошивочных, проволочных вырезных станках и специальных станках для отрезания заготовок.

Электроэрозионное легирование. Существуют различные способы поверхностного упрочнения деталей — наплавка, термообработка, антикоррозийное покрытие и электроэрозионное легирование, которое сопровождается различными, физико-химическими превращениями поверхностного упрочняемого слоя детали и позволяет в связи с этим повысить износостойкость, жаропрочность, коррозионную стойкость детали и снизить ее коэффициент трения. С помощью легирования можно произвести ремонт изношенной детали, придав ее поверхностному слою новые свойства.

Процесс электроэрозионного легирования заключается в переносе материала ЭИ, отвечающего определенным требованиям, на обрабатываемую поверхность детали импульсным электрическим разрядом, обеспечивая прочное сцепление вводимого легирующего материала с поверхности детали.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.11.30

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

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.

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.

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.

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.

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)).

Самодельные электроэрозионные станки

Самодельный электроэрозионный станок целесообразно собирать в том случае, если высокоточные работы с металлом выполняются часто и в относительно больших объемах. Это сложное в изготовлении оборудование, которое редко используется в быту. Он оправдан в металлообрабатывающих цехах и мастерских в качестве финишного инструмента обработки заготовок после фрезерного или токарного станков или изготовления мелких деталей сложной конфигурации.

Принцип работы электроэрозионного станка требует изготовления как электронной схемы, генерирующей импульсный ток высокой силы, так и сложной механической части, обеспечивающей движение электрода (проволочного или штучного). Основная сложность — сделать генератор, который может за короткое время накопить достаточный для пробоя заряд, выбросить его за доли секунды и за столь же короткий промежуток восстановить его. При недостаточной плотности тока электроэрозионная обработка невозможна даже на тонких деталях из мягких металлов.

Основные части самодельного проволочного электроэрозионного станка:

• станина — чугун или сталь;
• рабочий стол — прочный пластик или нержавейка;
• ванна для диэлектрика, служащая рабочей зоной;
• система подачи проволоки (две катушки, электродвигатель, привод, направляющие);
• система управления электродом (для прошивочных);
• система запуска и остановки;
• блок прокачки диэлектрика — насос, фильтры, трубопроводы;
• генератор;
• система управления.

Последний пункт — один из самых сложных, необходимо синхронизировать подачу проволоки по скорости и направлению, частоту импульса и подачу диэлектрической жидкости. Следует учесть, что в процессе работы жидкость ионизируется, и свойства ее значительно изменяются.

В зависимости от схемы генератора станка, в нем используются весьма опасные токи величиной 1-30А при напряжении 220 В. Изоляция всех токопроводящих частей должна быть исключительно надежной. Как работает самодельный станок можно посмотреть на видео, или здесь.

После анализа различной информации из интернета, можно сделать вывод, что по-настоящему работоспособными являются только промышленные станки. Самоделки пригодны для гравировки, нанесения надписей, пиления тонких листов металла, с которым справиться может качественный профессиональный электролобзик.

В настоящее время применяют несколько технологических схем ЭЭО.

Прошивание — удаление металла из полостей, углублений, отверстий, пазов, с наружных поверхностей. На рис. 5.9 показаны схемы изготовления углубления (а) и фасонного стержня (б).

Рис. 5.9. Схемы прошивания: а – паза; б – изготовление фасонного стержня

Электрод-инструмент 1 поступательно перемещается к заготовке 2 со скоростью v_и. Оба электрода помещены в ванну 3, заполненную диэлектриком 4. Продукты обработки 5 выбрасываются в межэлектродный промежуток и оседают на дно ванны. Прошиванием можно получать поверхности как с прямой, так и с криволинейной осью.

Существует два варианта прошивания: а) прямое копирование, когда электрод-инструмент находится над заготовкой (рис. 5.9, а); б) обратное копирование с расположением заготовки над электродом-инструментом (рис. 5.9, б). Движение подачи здесь может осуществлять заготовка. Это позволяет облегчить удаление продуктов обработки и за счет сокращения числа боковых разрядов через частицы расплавленного металла в межэлектродном промежутке и повысить точность обработки детали.

Прошивание в электроискровом режиме профильным инструментом используют при прямом копировании: а) для изготовления ковочных штампов, пресс-форм небольших габаритов из твердых сплавов и сталей; б) для изготовления мелких сеток, волноводов, гребенок и других деталей радиоэлектронной промышленности; в) для прошивания отверстий и систем отверстий произвольного сечения в труднообрабатываемых материалах (наи­меньший диаметр круглого отверстия около 0,1 мм); г) для изготовления отверстий с криволинейной осью; д) для нарезания резьб в твердосплавных и закаленных стальных заготовках; е) при маркировании деталей; ж) для изготовления соединительных каналов в корпусных деталях гидроаппаратуры; з) для удаления обломков сверл, метчиков и других инструментов;

При обратном копировании прошивание в электроискровом режиме профильным инструментом используют: а) для изготовления фасонных наружных поверхностей, имеющих ступенчатые переходы, препятствующие выходу металлорежущего инструмента; б) для изготовления фасонных ступенчатых внутренних поверхностей.

Прошивание в электроимпулъсном режиме находит использование: а) при обработке ковочных штампов больших габаритов; б) для получения рабочего профиля крупногабаритных пресс-форм, например, в радиотехнической промышленности; в) для предварительной обработки объемных заготовок сложной формы, например лопаток турбин и компрессоров; г) для изготовления каналов сложного сечения с криволинейной образующей, например межлопаточных выемок в цельных колесах газовых турбин; д) для получения соединительных каналов в деталях гидроаппаратуры; для устранения дисбаланса у деталей из хрупких и твердых материалов, например, магнитных сплавов.

Разрезание профильным или непрофильным инструментом включает: а) разделение заготовки на части (отрезание); б) получение непрямолинейного контура (вырезание). Профильный электрод-инструмент1при разрезании деталей (рис. 5.10, а) может быть выполнен в форме диска или пластины. Его перемещают к заготовке2со скоростью v_ив плоскости его вращения вдоль детали. Обработка выполняется в ванне3с диэлектрической жидкостью4.

Рис. 5.10. Разделение заготовок: а – пластиной;

б – непрофилированным электродом-проволокой

Если разрезание выполняется пластиной с одним поступательным перемещением ее к заготовке, то это будет прошивание. В случае использования непрофилированного электрода (рис. 5.10, б) инструмент 1выполняют в форме круглой проволоки диаметром 0,002-0,3 мм или стержня, которые могут перемещаться в различных направлениях со скоростьюv_ив любой части заготовки2. Для устранения влияния износа электрода-инструмента на точность прорезаемых пазов проволоку или стержень перемещают (обычно перематыванием) вдоль оси со скоростьюv. Разрезание выполняют в ванне с диэлектрической жидкостью.

Разрезанием непрофилированным электродом-инструментом получают: а) узкие сквозные или глухие щели; б) вырубные штампы небольших габаритов из твердых сплавов и закаленных сталей; в) рабочую часть резцов и других инструментов: г) прорези в цангах с отверстиями малого диаметра (менее 2-3 мм); д) таблетки из магнитных, вольфрамовых сплавов, при обработке которых требуется достичь минимального расхода материала.

Электроэрозионное упрочнение, включающее легирование и наращивание поверхности, обычно осуществляют на воздухе. Частицы расплавленного металла инструмента на воздухе не успевают остыть и оседают на поверхности заготовки, образуя на ней слой сплава, насыщенного легирующими элементами электрода-инструмента (либо легирующим компонентом из состава рабочей среды). Кроме того, нанесенный на заготовку слой закален до высокой твердости и имеет за счет этого повышенную износостойкость.

Обработка в электроискровом режиме эффективна для изготовления прецизионных деталей небольших габаритов. Эффективность еще более повышается, если материал детали трудно поддается традиционным методам механической обработки или если обрабатываемая поверхность имеет сложную форму. Такие детали характерны для приборостроения, точного машиностроения, инструментального производства.

Обработка в электроимпульсном режиме характеризуется большей энергией разряда — высота неровностей здесь больше. Но за счет повышения энергии разряда достигается высокая производительность процесса, которая в 15-20 раз превышает аналогичный показатель при электроискровом режиме и составляет для стали до 250 мм/с, для твердых сплавов — 3-5 мм 3 /с. Учитывая малый износ электрода-инструмента и удовлетворительную энергоемкость, не превышающую аналогичного показателя для фрезерования, обработку на электроимпульсном режиме можно рекомендовать для замены фрезерования крупных полостей сложной формы, углублений, каналов, где механической обработкой не удается достичь высокой производительности или где затруднен доступ инструмента в зону резания. Такие изделия применяются во многих отраслях индустрии, в частности в энергетическом и транспортном машиностроении, в двигателестроении, радиотехнической промышленности.

Электроэрозионное шлифование в жидкой среде обеспечивает малую шероховатость поверхности и высокую точность размеров, но производительность здесь ниже, чем при абразивном шлифовании. Процесс протекает при малых усилиях на заготовку, поэтому не происходит ее деформации, не образуются заусенцы. Это позволяет успешно использовать способ для заточки инструмента, обработки нежестких конструкций, а также заготовок, где недопустимы заусенцы, например, деталей летательных аппаратов, приборов, изделий электротехнической промышленности.

Электроэрозионное шлифование в жидких средах используют: а) при изготовлении деталей из хрупких, вязких материалов и деталей, набранных из тонких листов (роторы электрических машин); б) для нарезания наружной резьбы на деталях из труднообрабатываемых сплавов и закаленных сталей; в) для получения прецизионных отверстий; г) для заточки твердосплавного режущего инструмента; д) для профилирования и правки электропроводных абразивных и алмазных кругов.

Станки для электроэрозионной обработки имеют генератор импульсов, систему очистки и подачи рабочей среды в зону обработки, средства регулирования и управления процессом. Конструкция станков зависит от габаритов, массы заготовок, требований к качеству поверхности, назначения станка. Электроэрозионное оборудование выпускается серийно или изготавливается по индивидуальным заказам. Оно может быть универсальным, специализированным и специальным. На рис. 5.11 показана типовая структура электроэрозионного станка.

Рис. 5.11. Структурная схема электроэрозионного станка

Механическая часть 1 включает рабочий стол для установки и закрепления приспособлений или заготовки, ванну для РЖ, устройство для закрепления электрода-инструмента, механизмы его перемещения, следящие элементы систем регулирования и управления процессом. Генератор импульсов 2 может быть как встроенным, так и вложенным в виде автономного блока. Электрошкаф 3 включает электрические узлы — пускатели, рубильники, предохранители и др. Рабочая жидкость хранится в ванне 4, которая комплектуется насосом и устройством для очистки среды от продуктов обработки. В большинстве электроэрозионных станков ванну помещают внутри механической части, сокращая потребную для размещения станка производственную площадь.

Укрупнено можно разделить электроэрозионные станки на копировально-прошивочные и проволочно-вырезные. В состав копировально-прошивочного оборудования входят следующие элементы: несущая конструкция 1с рабочей ванной2, установленной на столе3, способном перемещаться по заданным координатам, электрод-заготовка4и электрод-инструмент5, закрепленный в регуляторе подачи6, генератор импульсов7, система регенерации и подачи рабочей жидкости8, состоящая из насосов, фильтров, бака и др., система управления9(рис. 5.12).

Рис. 5.12. Принципиальная схема электроэрозионного

После установки и закрепления заготовки на столе станка, подведения ЭИ на заданный начальный зазор ванна заполняется рабочей диэлектрической жидкостью, включается устройство относительного перемещения электродов и на межэлектродный промежуток подаются электрические импульсы. Параметры последних выбираются в зависимости от решаемой технологической задачи и могут варьироваться в широких пределах.

Электрод-инструмент подключается преимущественно к положительному полюсу генератора, а обрабатываемая деталь — к отрицательному.

Поверхности обрабатываемой детали и электрода-инструмента не имеют между собой механического контакта. Между ними следящей системой поддерживается зазор определенной величины. При поступлении на электроды импульсов напряжения в межэлектродном зазоре возникают электрические разряды. Разряды при ЭЭО пре­имущественно локализуются в тех местах, где расстояния между поверхностями инструмента и детали имеют наименьшую величину. Так как межэлектродный зазор в месте действия одного или группы разрядов увеличивается, то новые разряды возникают в других местах, и постепенно воздействию разрядов подвергается вся поверхность. Электрод при этом постепенно погружается в заготовку, копируя в ней свою форму.

На вырезных станках процесс электроэрозионной обработки осуществляется при относительном перемещении перематывающейся с подающей катушки 1на приемную5проволоки-электрода3и обрабатываемой детали4по заданной траектории (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Схема обработки при использовании

Процесс осуществляется в технологической рабочей жидкости (РЖ), в качестве которой используются вода, органические диэлектрические жидкости. При этом деталь либо погружается в рабочую жидкость либо последняя подается в зону обработки струей через сопло 2.

Проволоку можно перемещать по контуру вырезки вручную, контролируя траекторию движения по проектору, и автоматически — с использованием электроконтактных, оптико-электрических копировальных систем и систем ЧПУ.

В приводах, обеспечивающих такие перемещения, используются электродвигатели с регулируемой частотой вращения вала или мотор-редукторы, а для преобразования вращательного движения в прямолинейное чаще всего применяют шариковые винтовые пары (ШВП).

В последние годы в электроэрозионных станках применяют линейные сервоприводы. Они упрощают конструкцию, так как не требуются передаточные механизмы и механизмы преобразования вращательного движения в поступательное (рис. 5.14), практически отсутствует износ движущихся элементов привода.

Важным элементом станков для ЭЭО является устройство автоматического регулирования межэлектродного зазора (МЭЗ). Качество такого регулирования, в конечном счете, определяет весь комплекс технологических показателей обработки, что вытекает из описания физической картины электрической эрозии материалов.

Регуляторы необходимы для поддержания размера межэлектродного зазора или изменения его величины в десятые и сотые доли миллиметра по заданному закону в течение времени обработки. В процессе электроэрозионной обработки возникает много случайных возмущений, вызванных наличием в межэлектродном промежутке электропроводных частиц, колебанием напряжения в сети и др. Регулятор не должен реагировать на такие сигналы, а поддерживать заданный режим подачи электрода-инструмента.

На рис. 5.15, а показана схема регулятора МЭЗ, в котором исполнительный механизм 1перемещает электрод-инструмент к заготовке или от нее в зависимости от сигнала из межэлектродного промежутка5. Сигнал о положении электрода-инструмента снимают измерительным преобразователем4и подают его в блок сравнения3. В нем заранее устанавливают опорный сигнал, который является базой для сравнения. Если сигнал, поступающий от измерительного преобразователя4, совпадает с опорным, то на исполнительный механизм1не поступает каких-либо команд. Если сигнал с преобразователя4отличается от опорного, их разность передается в усилитель2и далее, с учетом знака, на исполнительный механизм1, например обмотку управления реверсивного двигателя. Механизм1перемещает электрод-инструмент в соответствии со значением поступившего сигнала управления.

Рис. 5.15. Структурные схемы регуляторов величины МЭЗ

В описанной схеме опорный сигнал задается жестко и не зависит от изменяющихся условий обработки, что затрудняет достижение оптимального режима обработки. Оптимизация режима возможна в так называемых экстремальных схемах регуляторов (рис. 5.15, б). В этой схеме сигнал подается на исполнительный механизм 1через преобразователь3, блок сравнения4и усилитель5, далее через измерительный преобразователь6на блок оптимизации7, в котором анализируется реальное состояние межэлектродного промежутка2и производится корректировка управляющего сигнала с учетом получения наибольшего технологического показателя, например производительности. Далее сигнал идет на усилитель8и используется для изменения опорного сигнала в блоке сравнения4.

Для обработки полостей и наружных поверхностей сложной формы электроды-инструменты должны перемещаться по различным траекториям. Это может быть орбитальное движение электрода-инструмента, при котором он совершает плоскопараллельное круговое перемещение без вращения вокруг своей оси; осциллирующее движение, когда все точки электрода-инструмента в плоскости, параллельной поверхности стола станка, описывают окружности заданного диаметра; криволинейные движения; вибрация электрода-инструмента в одном или нескольких направлениях. Для этого в станке предусмотрена система рабочих перемещений электрода-инструмента.

Рабочие перемещения может совершать и деталь вместе с элементами технологической системы, на которых она базируется и закрепляется. В этом случае используют вибрационные и вращающиеся столы.

С целью повышения производительности, точности обработки и улучшения качества поверхности деталей целесообразно осуществлять прокачку рабочей жидкости (РЖ) через межэлектродный промежуток. Для этого в станках предусмотрена система очистки и подачи рабочей жидкости, состоящая из бака, ванны, насоса, фильтров, трубопроводной арматуры и др. (рис. 5.16).

Рис. 5.16. Система очистки и подачи рабочей жидкости

Рабочая жидкость из бака 1подается насосом2через фильтры4и устройство5регулирования расхода в рабочую зону. При этом возможны два варианта подачи РЖ: либо при открытом кране9через полый электрод-инструмент11в промежуток между ним и заготовкой12, либо через кран10непосредственно в рабочую ванну13. На рис. 1.10 также обозначены:3– манометры для измерения давления рабочей среды;14– отверстие для слива РЖ из рабочей ванны13в бак1;8– ротаметр.

Для стабилизации свойств РЖ применяют фильтры. Обычно последовательно ставят фильтры грубой и тонкой очистки. На небольших станках, где съем металла незначителен (до 400…500 г в смену), применяют фильтры с бумажными фильтрующими элементами, которые устанавливают по несколько штук в пакете в зависимости от напора рабочей среды. Широкое распространение получили намывные фильтры, в которых используются вспомогательные фильтрующие вещества. Они состоят из мелкопористых частиц с большой активной поверхностью, на которой происходит осаждение шлама. Используются также магнитные, сетчатые фильтры, центрифуги, сепараторы, гидроциклоны.

Съем металла при электроэрозионной обработке происходит вследствие суммарного воздействия на металл следующих друг за другом электрических импульсов. Формирование импульсов тока, подводимых к электродам электроэрозионного станка, производится при помощи генераторов импульсов.

Широкодиапазонные генераторы вырабатывают импульсы с частотой 1. 880 кГц и выходным током 16. 180 А, т. е. дают возможность работать на любых режимах электроэрозионной обработки. Кроме того, они вырабатывают импульсы такой формы, при которой износ электрода-инструмента становится минимальным.

Структурная схема широкодиапазонного генератора импульсов показана на рис. 5.17. Она включает в себя источник питания, силовые блоки, число которых может быть равно шести, с разделительным диодом Д, блок поджига, задающий генератор, предварительный усилитель мощности, межэлектродный промежуток (МЭП), блок защиты от коротких замыканий.

В состав силовых блоков и блока поджига включены силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме и переключающиеся синхронно от задающего генератора. При включении транзисторов от блока поджига подается маломощный импульс. Он способствует пробою промежутка и формированию низковольтного разряда. До пробоя разделительный диод Д заперт. После пробоя напряжение на промежутке снижается до 40…25 В, диод Д открывается и через промежуток проходит импульс тока, значение которого определяется количеством включенных параллельно силовых блоков. Их синхронное выключение прерывает разряд. При коротком замыкании электродного промежутка МЭП все транзисторы силовых блоков отключаются. Подача импульсов к электроэрозионному промежутку возобновляется после ликвидации короткого замыкания.

Рис. 5.17. Структурная схема широкодиапазонного

Органы управления генератором позволяют регулировать следующие параметры импульсов: форму импульсов (прямоугольные или гребенчатые импульсы), частоту и скважность, количество импульсов в пакете, длительность паузы между пакетами, среднее напряжение на МЭП и средний рабочий ток. Регулировка частоты осуществляется в диапазоне 1…88 кГц.

При обработке импульсами прямоугольной формы как производительность, так и износ инструмента выше, чем при использовании гребенчатых импульсов. Поэтому форму импульсов выбирают исходя из решаемой технологической задачи с учетом размеров обрабатываемой поверхности.

Формы импульсов, обеспечиваемых данным генератором, представлены на рис. 5.18.

Рис. 1.13. Импульсы напряжения (1, 2) и тока (3) прямоугольной (а) и гребенчатой (6) формы, полученные в режиме холостого хода (1) и в рабочем режиме (2, 3):

А — поджигающий импульс, Б — силовой импульс, В — пауза между пакетами

Современные генераторы ШГИ позволяют эффективно обрабатывать одновременно до 10000 отверстий диаметром 0,5. 1 мм. Обработка, например, 1000 отверстий диаметром 1,2 мм в листе из нержавеющей стали толщиной 1,5 мм производится за 25. 30 мин с применением специальных многоэлектродных держателей.