Электроэрозионный способ обработки (искровая обработка или эрозия, EDM) представляет собой процесс, сильно отличающийся от большинства стандартных методов механической обработки, таких как токарная и фрезерная обработка с ЧПУ. В последних процессах требуются острые режущие инструменты, а в EDM используется эрозия металла за счет серии электрических разрядов.
Ниже в статье перечислены основные концепции производства электроэрозионных станков.
Как работает электроэрозионный способ обработки?
При электроэрозионной обработке используются электрические искры на станке для эрозии определенных частей заготовки. Эти «электрические искры» на самом деле представляют собой электрические дуги, образующиеся между двумя проводниками с током, находящимися в непосредственной близости друг от друга. Электрические дуги выделяют сильное тепло, которое заставляет электропроводящие материалы плавиться и испаряться. Внутри системы процесса электроэрозионной обработки заготовка подключается к положительной клемме или аноду, а инструмент, отвечающий за эрозию материалов, подключается к отрицательной клемме или катоду.
Базовая конструкция системы EDM
Для дальнейшего уточнения принципа работы ниже приводится разбивка базовой конструкции системы электроэрозионной обработки (EDM).
- Генератор импульсов постоянного тока
Этот компонент преобразует источник питания переменного тока в пульсирующий источник постоянного тока, достаточно мощный для создания искры между электроэрозионным инструментом и заготовкой.
- Электродный инструмент
Эта часть системы подключается к катоду источника питания при установке на инструментальной стойке. Профиль вашего инструмента будет таким же, как и у вашей рабочей детали. Во время процесса между электродным инструментом и рабочей частью сохраняется очень маленький зазор, называемый дуговым промежутком (определяемый инженерами-технологами). Наиболее распространенными материалами, используемыми для электродов, являются медь, вольфрамовый сплав, графит, сталь и чугун.
- Механизм серводвигателя
Этот механизм управляет подачей и перемещением инструмента в электроэрозионном станке. Дуговой промежуток, упомянутый выше, критически контролируется запрограммированным механизмом серводвигателя.
- Искровой генератор
Этот компонент обеспечивает определенное количество напряжения, необходимое для генерации искры и поддержания разряда. Генерация ста тысяч искр в секунду позволяет создать значительное вычитание материала из рабочей части.
- Диэлектрическая жидкость
И электрод-инструмент, и рабочая часть погружены в диэлектрическую жидкость, при этом жидкость подается в зазор между инструментом и рабочей частью. Кроме того, диэлектрическая жидкость должна циркулировать при постоянном давлении, чтобы отделить от рабочей части металлические части, которые подверглись эрозии. Слишком большое давление жидкости может привести к быстрому удалению металлической стружки, что приведет к замедлению резания. Слишком слабое давление жидкости может вызвать короткое замыкание в системе из-за неубранной стружки в процессе эрозии.
Наиболее распространенными диэлектрическими жидкостями, используемыми в этом процессе, являются деионизированная вода, гликоль и силиконовое масло.
- Заготовка
Это завершает экосистему электроэрозионного станка, поскольку рабочая часть соединена с анодом. Чтобы процесс был возможен, рабочая часть должна быть хорошим электропроводником.
Тип процессов при электроэрозионном способе обработки
Процесс электроэрозионной обработки подразделяется на различные типы в зависимости от формы и подхода к используемому инструменту. Три распространенных типа электрического разряда в промышленности включают проволочный электроэрозионный станок, электроэрозионный станок с грузилом и электроэрозионный станок со сверлением отверстий.
- Электроэрозионная обработка проволоки
Как следует из названия, при резке электроэрозионной проволокой используется очень тонкая проволока (медный или латунный сплав, обычно толщиной от 0,004 дюйма до 0,0006 дюйма), которая удерживается алмазными направляющими для точной вырезки двухмерной формы на трехмерной заготовке. Резку можно сравнить с подачей ленточной пилы или специального ножа для нарезки сыра. Этот процесс обычно используется для резки металлических экструзионных штампов, пуансонов и пластин.
- Грузило электроэрозионное
Этот тип процесса электроэрозионной обработки, также называемый поршневой электроэрозионной обработкой, использует графитовые или медные электроды обратной формы для вырезания полости на рабочей детали. Используемый инструмент обрабатывается в форме, обратной желаемой форме, которая остается на заготовке.
Грузило EDM идеально подходит для обработки пресс-форм для литья и литья под давлением, где необходимы полости сложной формы.
- Сверление отверстий EDM
В этом типе процесса электроэрозионной обработки электродный инструмент используется для вырезания очень тонких и глубоких отверстий, которые невозможно вырезать обычным сверлом. Инструмент для этого процесса сконструирован таким образом, что диэлектрическая жидкость подается непосредственно через отверстие, следовательно, через полый электрод. Поскольку электроэрозионное сверление отверстий не производится традиционным методом механической обработки, заусенцы на обрабатываемой детали не образуются. Электроэрозионное сверление отверстий используется для обработки крошечных разгрузочных отверстий на различных лопастях турбин, штампах и пресс-формах.
Какова сфера применения электроэрозионной обработки?
Электроэрозионная обработка позволяет производить сложные формы и геометрию.
Вот почему, как правило, электроэрозионная обработка используется для высокоточных операций, где обычная обработка невозможна. Ниже приведены наиболее распространенные области применения электроэрозионной обработки:
Сверление небольших отверстий
Многие производители предпочитают использовать электроэрозионную обработку при сверлении очень маленьких отверстий, поскольку это снижает риск отклонения и повреждения инструментов. Отверстия, обработанные электроэрозионной обработкой, могут быть очень маленькими по структуре и могут быть видны на кромках лопастей турбины, микроскопических отверстиях для компонентов топливной системы и многом другом.
Изготовление пресс-форм и штампов
Электроэрозионная обработка часто используется в качестве дополнительного процесса, как дополнение к обычной механической обработке при изготовлении пресс-форм и штампов. Как упоминалось выше, тип проволочной резки обычно используется для формирования заготовок для форм, тип грузила может использоваться для формирования полостей сложной формы, а сверление отверстий может использоваться для создания отверстий для сброса давления.
Распад компонентов
Электроэрозионный станок также используется для удаления застрявших металлов внутри рабочей детали, которые невозможно удалить обычным способом. Разрушение застрявших компонентов означает разрушение или удаление материала. Некоторые детали включают в себя срезанные болты в резьбовых отверстиях, присасывание инструмента к обрабатываемой детали или штифт, застрявший внутри важной детали. Разрушая компоненты, вы можете удалить застрявший металл, не повреждая часть, подлежащую восстановлению.
Медицинские компоненты
Изделия, обработанные электроэрозионной обработкой, не образуют заусенцев при изготовлении, поэтому идеально подходят для создания различных компонентов медицинских имплантатов.
Аэрокосмические компоненты
На аэрокосмических деталях есть много элементов, которые не могут быть выполнены при помощи стандартных режущих инструментов, и именно здесь на помощь приходит электроэрозионная обработка.
Почему электроэрозионная обработка наиболее эффективный метод?
Возможность обработки сложных профилей
Свобода резания для электроэрозионной обработки менее ограничена, чем при обычных операциях механической обработки. В этом процессе можно легко вырезать различные элементы, которые почти невозможно достичь с помощью концевых фрез и сверл. Эти особенности включают в себя замысловатые карманы, мелкие глубокие отверстия, тонкие стенки и другие геометрические неправильные формы.
Высокая точность
Детали, обработанные при помощи технологии электроэрозионной обработки, могут быть точными вплоть до самых маленьких допусков отклонения, используемых в металлургической промышленности. Это возможно благодаря тому, что экосистема электроэрозионной обработки не создает высоких нагрузок на заготовку и не имеет агрессивных вибраций.
Поверхность без заусенцев
Рабочая часть, изготовленная с помощью электроэрозионной обработки, выходит без заусенцев из-за характера процесса, при котором эрозионный металл рабочей детали почти распадается на микрочастицы, которые затем вымываются. Самое главное, что в электроэрозионной резке не используются острые режущие инструменты, такие как концевые фрезы, пилы и сверла, поэтому этот процесс не вызывает заусенцев на рабочей части.
Может резать твердые металлы
Электроэрозионная обработка способна резать твердые металлы с небольшим усилием и минимальными усилиями, если они являются проводящими. Твердость обрабатываемого материала не влияет на общий процесс.
Низкий уровень повреждений
Инструменты, используемые в процессе электроэрозионной обработки, не касаются заготовки, в отличие от других методов обработки, при которых режущие инструменты контактируют с обрабатываемой поверхностью. Этим объясняется минимальное усилие, прикладываемое к заготовке.
Высокомасштабируемое производство
Процессы электроэрозионной обработки очень универсальны, когда речь идет о масштабах производства, они подходят для мелкосерийного и крупносерийного производства. Эти процессы очень схожи, а это означает, что несколько деталей могут быть изготовлены с постоянным качеством.
Ограничения при электроэрозионной обработке?
Применимо только к проводящим материалам
Тепло, ответственное за эрозию материала на рабочей части, зависит от введения электрических разрядов, что делает электроэрозионную обработку несовместимой с непроводящими материалами, такими как композиты, пластмассы и другие диэлектрические материалы.
Низкая скорость съема материала
Как уже упоминалось, электроэрозионная обработка постепенно разрушает материал. Это делает скорость удаления материала намного ниже, чем при обычных процессах обработки, таких как фрезерование и токарная обработка.
Дорогостоящая стоимость производства
Стоимость производства деталей с использованием электроэрозионной обработки зависит от различных факторов, таких как высокое энергопотребление, чрезмерный износ инструмента и длительное время обработки.
Резюме
Электроэрозионная обработка является очень эффективным процессом. Он работает в полную силу там, где способен создавать специальные функции, которые трудно получить при фрезеровании и токарной обработке. В дополнение к этому процесс электроэрозионной обработки обеспечивает исключительную точность даже при резке чрезвычайно твердых электропроводных металлов, а также обеспечивает низкую нагрузку во время обработки.