Электроэрозионная обработка это

Что такое электроэрозионная обработка

Электроэрозионная обработка металла основывается на физическом явлении электрической эрозии, когда поверхностные слои материала разрушаются под влиянием внешнего воздействия электрических разрядов. Метод был разработан советскими учеными Борисом и Наталией Лазаренко в сороковых годах двадцатого века и получил широкое распространение в мировой промышленности.

Суть процесса заключается в том, что между электродом-инструментом и заготовкой, погруженными в диэлектрическую жидкость, возникают короткие импульсные разряды. Каждый разряд создает локальную зону высокой температуры, достигающей пяти тысяч градусов. Под воздействием такой температуры происходит мгновенное плавление и частичное испарение материала, что позволяет контролируемо удалять частицы металла с поверхности заготовки.

Принцип работы электроэрозионной обработки

Принцип электроэрозионной обработки строится на использовании импульсных электрических разрядов в жидкой диэлектрической среде. Процесс развивается в несколько последовательных этапов, каждый из которых играет важную роль в формировании окончательного результата.

Физика процесса

При подаче напряжения между электродом-инструментом и заготовкой создается электрическое поле высокой напряженности. Когда напряженность достигает критического значения, происходит электрический пробой диэлектрика. В канале разряда мгновенно образуется плазма с температурой от восьми до двенадцати тысяч градусов Цельсия, что приводит к локальному расплавлению металла.

Длительность каждого импульса составляет от долей микросекунды до нескольких миллисекунд. За столь короткое время тепло не успевает распространиться в глубь материала, что обеспечивает точечное воздействие. После прекращения импульса происходит быстрое охлаждение, а расплавленный металл затвердевает в виде микроскопических частиц, которые удаляются потоком диэлектрической жидкости.

Роль диэлектрической жидкости

Диэлектрик выполняет несколько критически важных функций в процессе электроэрозионной обработки. Он служит изолятором между электродами до момента разряда, обеспечивает охлаждение зоны обработки и удаляет продукты эрозии из межэлектродного зазора. От свойств рабочей жидкости напрямую зависят производительность обработки, качество поверхности и износ электрода.

Виды электроэрозионной обработки

Современная промышленность использует несколько типов электроэрозионной обработки, каждый из которых оптимизирован под определенные технологические задачи. Выбор конкретного метода зависит от формы получаемой детали, требуемой точности и свойств обрабатываемого материала.

Копировально-прошивная обработка

Копировально-прошивная электроэрозионная обработка применяется для создания сложных полостей, углублений и отверстий переменного сечения. В этом методе используется профилированный электрод, форма которого является негативным отображением требуемой полости в детали. Электрод погружается в заготовку, создавая точную копию своей формы.

Технология незаменима при изготовлении штампов, пресс-форм и матриц для литья. Современные станки с числовым программным управлением позволяют достигать точности позиционирования до одной сотой миллиметра. Для изготовления электродов используются графит, медь или вольфрам, выбор материала зависит от требуемой стойкости и точности обработки.

Проволочно-вырезная обработка

Проволочная электроэрозионная обработка использует тонкую металлическую проволоку в качестве электрода-инструмента. Проволока диаметром от пятидесяти до трехсот микрометров непрерывно движется между направляющими, прорезая заготовку под управлением программы ЧПУ. Этот метод позволяет вырезать детали любой сложности с исключительной точностью.

Проволочно-вырезные станки обеспечивают возможность изготовления взаимодополняющих профилей, что критично важно для производства штамповой оснастки. За один проход можно получить и матрицу, и пуансон с идеальным взаимным соответствием. Современное оборудование позволяет вырезать конические отверстия под углом до тридцати градусов в заготовках толщиной до четырехсот миллиметров.

Прошивание малых отверстий

Электроэрозионное прошивание отверстий малого диаметра осуществляется на специализированных станках, известных как супердрели. Трубчатые электроды из латуни или меди диаметром от пяти сотых до трех миллиметров позволяют создавать глубокие отверстия с соотношением глубины к диаметру до сорока единиц. Диэлектрическая жидкость подается непосредственно через полость электрода, обеспечивая эффективное удаление продуктов эрозии.

Оборудование для электроэрозионной обработки

Современные электроэрозионные станки представляют собой высокотехнологичные комплексы, оснащенные прецизионными системами управления и контроля. Основу станка составляют генератор технологических импульсов, система позиционирования, устройство подачи электрода и система циркуляции диэлектрика.

Генератор импульсов

Генератор формирует электрические импульсы заданной мощности, длительности и частоты. От характеристик генератора зависят производительность обработки и качество получаемой поверхности. Современные генераторы позволяют гибко регулировать параметры импульсов в широком диапазоне, адаптируя режим работы под конкретный материал и требуемую чистоту обработки.

Система управления

Интеграция с системами автоматизированного проектирования позволяет напрямую загружать трехмерные модели деталей и автоматически генерировать управляющие программы. Адаптивные системы контроля в реальном времени отслеживают состояние процесса и корректируют режимы обработки для обеспечения стабильного качества.

Электроды для электроэрозионной обработки

Выбор материала электрода-инструмента определяется типом обработки, свойствами обрабатываемого материала и требуемым качеством поверхности. Каждый материал электрода обладает специфическими характеристиками, влияющими на эффективность процесса.

Графитовые электроды

Графит широко применяется благодаря высокой эрозионной стойкости и легкости механической обработки. Материал обеспечивает высокую производительность съема металла при относительно низком собственном износе. Графитовые электроды оптимальны для черновых операций с большими объемами съема материала.

Медные электроды

Медь используется для чистовой обработки, когда требуется получить высокое качество поверхности. Медные электроды позволяют достичь минимальной шероховатости и обеспечивают высокую точность воспроизведения формы. Недостатком является повышенный износ по сравнению с графитом.

Проволока для вырезной обработки

Для проволочно-вырезной обработки применяется латунная, медная или молибденовая проволока. Латунная проволока является наиболее распространенной благодаря оптимальному сочетанию электропроводности, прочности и стоимости. Для особо точных работ используется проволока с цинковым покрытием, обеспечивающая стабильность процесса.

Диэлектрические жидкости

Рабочая жидкость в электроэрозионной обработке не только обеспечивает условия для возникновения разрядов, но и существенно влияет на все технологические показатели процесса. Правильный выбор диэлектрика критичен для достижения требуемых результатов.

Минеральные масла

Минеральные углеводородные масла применяются в копировально-прошивных станках. Они обладают отличными диэлектрическими свойствами, обеспечивают стабильность процесса и высокое качество обработанной поверхности. Для черновых операций используются более вязкие составы, для чистовых - маловязкие жидкости с высокой подвижностью.

Деионизированная вода

В проволочно-вырезных станках широко применяется деионизированная вода. Она обеспечивает высокую скорость охлаждения, легко фильтруется и не создает пожароопасных ситуаций. Использование воды позволяет достичь более высокой чистоты поверхности по сравнению с масляными диэлектриками. Критически важно поддерживать низкий уровень электропроводности воды путем постоянной очистки и контроля качества.

Режимы электроэрозионной обработки

Выбор режимов обработки определяет баланс между производительностью, точностью и качеством поверхности. Регулирование параметров электрических импульсов позволяет оптимизировать процесс под конкретные требования.

Черновая обработка

На черновых режимах используются импульсы большой мощности и длительности, обеспечивающие высокую скорость съема материала. Межэлектродный зазор составляет от пятидесяти до ста микрометров. Производительность достигает двух-четырех миллиметров в минуту при прошивании, но шероховатость поверхности остается значительной.

Чистовая обработка

Чистовые режимы характеризуются короткими импульсами малой энергии и минимальным межэлектродным зазором. Скорость обработки снижается, но достигается высокое качество поверхности с шероховатостью от восьми сотых до двух с половиной микрометров. Многопроходная обработка с постепенным снижением энергии импульсов позволяет получать зеркальную поверхность.

Точность электроэрозионной обработки

Электроэрозионная обработка обеспечивает одну из самых высоких точностей среди современных методов металлообработки. Современные станки гарантируют точность размеров до одной тысячной миллиметра, а в специальных применениях достигается точность до пяти десятитысячных миллиметра.

Точность зависит от множества факторов, включая жесткость конструкции станка, стабильность параметров генератора, качество систем позиционирования и свойства обрабатываемого материала. Проволочно-вырезные станки обеспечивают наивысшую точность благодаря постоянному обновлению электрода и отсутствию его износа.

Обработка твердых материалов

Электроэрозионная обработка демонстрирует максимальную эффективность при работе с твердыми и труднообрабатываемыми материалами. Метод позволяет обрабатывать закаленные стали твердостью до шестидесяти пяти единиц по Роквеллу, твердые сплавы, титановые сплавы и жаропрочные материалы.

Преимущества при обработке твердых сплавов

При механической обработке твердых материалов возникают проблемы быстрого износа инструмента и ограниченных возможностей формообразования. Электроэрозионная обработка полностью снимает эти ограничения, поскольку твердость обрабатываемого материала не влияет на процесс. Важна только электропроводность, которой обладают все металлы и многие твердые сплавы.

Технология незаменима при изготовлении деталей из карбида вольфрама, инструментальных сталей после термообработки, композиционных материалов с металлической матрицей. Отсутствие механических нагрузок исключает растрескивание хрупких материалов и позволяет создавать тонкостенные конструкции без деформаций.

Применение электроэрозионной обработки

Технология находит широкое применение в отраслях промышленности, где требуется высокая точность и возможность работы со сложными формами. Авиационная и космическая промышленность использует метод для изготовления лопаток турбин, деталей двигателей и элементов конструкций из жаропрочных сплавов.

Инструментальное производство составляет значительную долю применения электроэрозионной обработки. Штампы для холодной и горячей штамповки, пресс-формы для литья пластмасс и металлов, матрицы для волочения проволоки - все эти изделия эффективно изготавливаются электроэрозионными методами.

Медицинская промышленность применяет технологию для производства хирургических инструментов, имплантатов и компонентов медицинского оборудования, где критична точность и качество поверхности. Электронная промышленность использует метод для создания точных деталей разъемов, контактов и корпусов микроэлектронных устройств.

Преимущества и недостатки метода

Электроэрозионная обработка обладает рядом уникальных преимуществ, делающих ее незаменимой во многих технологических процессах. Однако метод имеет и определенные ограничения, которые необходимо учитывать при выборе способа обработки.

Основные преимущества

Возможность обработки материалов любой твердости и хрупкости при условии их электропроводности. Отсутствие механического контакта исключает деформации и остаточные напряжения в детали. Высокая точность и повторяемость обработки обеспечивается числовым программным управлением. Возможность создания сложных пространственных форм, недоступных механическим методам.

Ограничения технологии

Относительно низкая производительность по сравнению с механическими методами. Необходимость изготовления специальных электродов для копировально-прошивной обработки. Возможность обработки только электропроводящих материалов. Образование измененного поверхностного слоя, который в некоторых случаях требует дополнительной обработки. Высокое энергопотребление и необходимость использования специальных рабочих жидкостей.