Что такое электроэрозионная обработка

Глава 12. Электроэрозионная обработка металлов

12.1. Общая характеристика и физические основы процесса

Для обработки металлов с высокими механическими свойствами применяется метод размерной обработки при непосредственном использовании теплового эффекта электрической энергии – электроэрозионная обработка (ЭЭО). Она основана на эффекте расплавления и испарения микропорций материала под тепловым воздействием импульсов электрической энергии, которая выделяется в канале электроискрового заряда между поверхностью обрабатываемой детали и электродом-инструментом, погруженным в жидкую непроводящую среду.

Следующие друг за другом импульсные разряды определенной длительности и формы производят выплавление и испарение микропорций металла. Электроэрозионный способ позволяет обрабатывать токопроводящие материалы любой механической прочности, вязкости, хрупкости, получать детали сложных форм и осуществлять операции, не выполняемые другими методами

Процессы, происходящие при ЭЭO показаны на рис.12.1. По достижении импульсным напряжением и определенного значения между электродом-инструментом 4 и электродом-деталью 1 в диэлектрической жидкости 2 происходит электрический пробой. При этом от электрода, который в данный момент является катодом, отделяется стример 3 и направляется к аноду, ионизируя на своем пути жидкость. В результате этой фазы (ее длительность 10 -9 -10 -7 с) образуется канал сквозной проводимости, и сопротивление межэлектродного промежутка снижается от нескольких мегаом до долей Ома (рис. 13.1, а).

Через канал проводимости в виде импульса выделяется электрическая энергии накопленная в источнике питания (рис. 12.1, б). При этом происходит электрический разряд 5, длительность которого составляет 10 -6 -10 -4 с, для которого характерна падающая вольтамперная характеристика. Разряд проходит искровую и дуговую стадии. Благодаря высокой концентрации энергии в зоне разряда и приэлектродных областях развиваются высокие температуры. Под их воздействием образуется парогазовая полость 7.

В приэлектродных областях 8 происходит плавление и испарение микропорций металла на поверхности электрода. В результате развивающегося давления капли жидкого металла 6 выбрасываются из зоны разряда и застывают в окружающей электроды жидкой среде в виде мелких сферических частиц 9 (рис.12.1, в).

После пробоя электрическая прочность межэлектродного промежутка восстанавливается. Следующий разряд возникает в другом месте между другими неровностями поверхностей электродов. При этом электрод-инструмент получает возможность внедряться в обрабатываемую деталь. Выделяющаяся в столбе разряда энергия расходуется на испарение жидкости и представляет собой потери энергии.

Рис. 12.1. Схема физических процессов в межэлектродном промежутке при электроэрозионной обработке

В месте действия импульса тока на поверхности электродов остаются небольшие углубления – лунки, образовавшиеся вследствие удаления разрядом некоторого количества металла. Параметры лунки (диаметр и высота ) определяются мощностью импульсного разряда, его длительностью и свойствами материала:

где С_р – удельная теплоемкость; λ – коэффициент теплопроводности обрабатываемого материала.

Для сохранения электрода-инструмента следует подобрать пару металлов инструмента и изделия, чтобы инструмент не разрушался; подобрать режим работы источника питания или вообще его параметры так, чтобы инструмент оставался целым.

Электроэрозионная обработка — типы, область применения, плюсы и минусы [Часть 1]

Электроэрозионная обработка — это бесконтактный процесс, при котором желаемая форма достигается с помощью электрических разрядов. Инженеры часто вынуждены обращаться к ЭЭО, когда традиционные методы обработки достигают своих пределов.

С рассвета промышленной революции наши технологические возможности ограничивал дизайн наших изделий. Первое, что мы проверяем после, а иногда и во время проектирования изделия, — это соответствие выбранного производственного процесса желаемым техническим характеристикам.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) в корне меняет ситуацию. В отличие от обычных процессов, таких как литье, формовка и другие традиционные процессы механической обработки, ЭЭО может достичь очень высокого уровня качества, используя цифровые входные данные.

В этой статье мы рассмотрим процесс ЭЭО и его различные виды. Мы также обсудим его различные преимущества и ограничения. Данная статья позволит глубже понять различные процессы ЭЭО и выяснить, какой из них лучше всего подходит для ваших нужд.

Что такое электроэрозионная обработка?

Электроэрозионная обработка — это субтрактивный производственный процесс, основанный на использовании тепла. Он преобразует электрический разряд в тепловую энергию, которая расплавляет или испаряет излишки материала с заготовки.

Процесс манипулирует этой эрозией для создания желаемых срезов и форм из сырья. Из-за использования электрического разряда этот процесс также иногда называют электроискровой обработкой.

Поскольку процесс основан на проведении электричества через материал, он работает только с материалами, которые являются хорошими проводниками. Процесс невероятно надежен в обеспечении высокоточных резов независимо от твердости или мягкости материала при условии, что он обладает хорошей электропроводностью.

В результате мы можем использовать ЭЭО для резки материалов высокой твердости, таких как инконель и карбид вольфрама. Инженеры также обращаются к ЭЭО, когда им нужно вырезать сложные формы, которые невозможно получить с помощью традиционных методов, таких как фрезерование. Такие особенности, как острые внутренние кромки и глубокие полости, являются эксклюзивными для электроэрозионной обработки.

Как происходит процесс электроэрозионной обработки?

Процесс состоит из двух основных частей: электрода и заготовки/материала. Каждая из них подключена к одному концу источника питания. Электрод несет заряд с одной стороны, а заготовка — с другой.

Когда они сближаются, из-за высокой разности потенциалов между ними от электрода к заготовке проскакивает белая горячая электрическая искра. Это создает в искровом промежутке температуру от 8 000 до 12 000 градусов Цельсия, что приводит к расплавлению материала и, следовательно, к эрозии.

Такие высокие температуры вызывают необходимость использования изолирующей или диэлектрической жидкости. Электрод и заготовка погружаются в диэлектрическую жидкость на все время процесса.

Диэлектрическая жидкость контролирует электрическую искру. Она также действует как охлаждающая жидкость и смывает мельчайшие частицы, которые разрушаются в процессе.

Эродированные частицы могут иметь размер 2 микрона или меньше. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет 70 микрон (+/- 20 микрон). Эродированные частицы настолько мелкие, что их размер сравним с размером частиц пыли и дыма. Таким образом, с помощью ЭЭО мы можем достичь высокой степени точности.

Важно отметить, что весь процесс полностью автоматизирован и управляется ЧПУ. Никакого участия человека. Процесс для детали может даже генерироваться автоматически из моделей, созданных в программах 3D CAD.

Типы процессов электроэрозионной обработки

В зависимости от формы электрода и настройки процесса, мы можем получить из сырья множество различных форм и степеней точности. Исходя из этого, мы можем классифицировать процессы ЭЭО на три различных типа. К ним относятся:

• Электроэрозионная обработка c погружением штампа;
• Проволочная электроэрозионная обработка;
• Сверление отверстий методом ЭЭО.

Электроэрозионная обработка с погружением штампа

В процессе электроэрозионной обработки с погружением штампа в качестве электрода используется штамп, имеющий обратную форму желаемого реза. Этот электрод приводится в контакт или «погружается» в заготовку, погруженную в диэлектрическую жидкость. Это создает обратный отпечаток штампа в заготовке посредством серии электрических разрядов между электродом и заготовкой.

Представьте, что вы вдавливаете металлический предмет в глину. Глина принимает обратную форму металлического предмета. Процесс электроэрозионной обработки с погружением штампа работает точно так же.

Когда люди говорят об электроэрозионной обработке, обычно имеют в виду именно этот процесс. Это традиционный процесс ЭЭО, также известный как полостной, объемный, плунжерный или проходной.

При полостном электроэрозионном методе выбор материала электрода зависит от электропроводности и эрозионной стойкости материала. Чем выше оба показателя, тем лучше. Поэтому такие электроды обычно изготавливаются из графита или меди. С помощью этого метода можно создавать сложные элементы (например, острые внутренние углы), которые невозможны при обработке с помощью ЧПУ.

Проволочная электроэрозионная обработка

В процессе проволочной электроэрозионной обработки в качестве электрода используется тонкая проволока, а не штамп. Проволока проводит электрический заряд к материалу, вызывая микроскопическую эрозию материала в нужных местах.

Процесс похож на работу полотна ленточной пилы. Проволока проходит через материал и делает вертикальные надрезы в двух измерениях. Диаметр проволоки варьируется от 0,05 мм до 0,35 мм.

Проволока обычно изготавливается из меди или латуни и удерживается между алмазными направляющими. Поскольку в процессе работы проволока также сгорает, для поддержания точности и аккуратности готовых деталей в процессе резки с катушки постоянно подаётся новая проволока.

Однако при таком способе трудно добиться острых внутренних углов. Это связано с тем, что искровой промежуток между проволокой и материалом создает внутренние углы с небольшим радиусом около 0,15 мм вместо идеальной перпендикулярности.

Как правило, процесс проволочной электроэрозионной резки начинается с одного из краев заготовки. Но возможно также начало процесса обработки с центра заготовки.

В этом случае в центре заготовки создается отверстие с помощью процесса, известного как ЭЭО сверление малых отверстий. Затем в отверстие продевается проволока, и начинается процесс резки.

Инженеры используют проволочную электроэрозионную обработку для создания невероятно сложных форм с очень жесткими допусками. При необходимости электроэрозионная обработка проволокой может использоваться для изготовления миниатюрных деталей для часов и других применений.

Деталь обработанная методом проволочной электроэрозионной обработки

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Популярные электроэрозионные станки:

Размер рабочего стола, мм — 810×560, Макс. толщина обрабатываемой детали, мм — 450, Мощность, кВт — 2

Перемещение рабочего стола X×Y, 450 × 550 мм. Рабочий стол, 460 × 700 мм. Максимальная толщина резания, 500 мм.

Перемещение рабочего стола X×Y, 250 × 320 мм. Рабочий стол, 360× 550 мм. Максимальная толщина резания, 300 мм.

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

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

Принцип электроэрозионной резки

Немного истории возникновения данного метода резки. Базовые принципы технологии и альтернативные способы работы с металлом.

Электроэрозионная резка заключается в воздействии электрических импульсов, возникающих между электродами (материалом и инструментом). В ходе резки поверхность разрезаемого металла меняет форму, размеры, степень шероховатости и иные свойства. Основой принципа является извлечение металлических частиц электрическим импульсом. При сближении электродов и соответствующем увеличении напряжения происходит пробой диэлектрика жидкости и происходит электрический разряд, в результате чего образуется горячая плазма. Она успевает просуществовать довольно непродолжительное время, чего достаточно только для расплавления и испарения малых объёмов материала. Удар плазмы об электрод вызывает давление, способствующее выбросу расплавленного и испарённого металла. Разрушению подвергаются ближайшие участки электродов, поскольку пробой чаще всего проходит по самой короткой траектории.

История появления технологии

10 мая 1943 года советские учёные Н. И и Б. Р. Лазаренко провели следующий опыт. Они погрузили электроды (заготовку и инструмент) в жидкий диэлектрик и пропустили разряд между ними. В результате произошло помутнение жидкости. Они установили, что материал подвергается эрозии, в результате чего диэлектрик наполняется металлическими частицами. Учёные решили использовать этот эффект в удалении металла, для этого они усилили этот эффект. Они погрузили заготовку и инструмент (резак), являющиеся электродами, в диэлектрическую жидкость, снижающую температуру металлических частиц и предотвращающий их попадание на противоположный электрод. Импульсы генерировала батарея конденсаторов, которые заряжались от источника постоянного тока по времени, определяемому реостатом. Резак приближался к материалу, и напряжение в межэлектронном промежутке росло. Когда напряжение достигало максимума, происходил электрический разряд, и участок заготовки перед электродом-инструментом разрушался. Образовывавшиеся частицы не попадали на резак, а оседали в диэлектрике и попадали на дно сосуда. Спустя время инструмент прошил пластину, а контур отверстия полностью совпадал с профилем первого.

В дальнейшем принцип электроэрозионной обработки материалов получил своё развитие. В 1948 году М. М. Писаревский предложил электроимпульсный метод, основанный на задействовании дугового разряда и нашедшую применение в начале 1950-х годов. Дальнейшие точки развития метода:

1967 – создание инструментов с малой подверженностью износу;

1975 – начало использования адаптивного и числового программного управления;

1979 – внедрение зеркальных поверхностей и планетарных головок;

1987 – используются механизмы с сверхнизким уровнем износа.

За время эволюции метода погрешность резки сократилась с 30 до 5 мкм, а ежегодно стало выпускаться в 10 раз больше станков.

• Комбинированная – сочетание электрической эрозии с другими разновидностями резки;
• Электроэрозионный абразивный способ – применение эрозии электрическим зарядом с обработкой абразивом;
• Электроэрозионное упрочнение – увеличение прочности поверхностного слоя;
• Анодно-механический способ – растворение с использованием электрического тока. На поверхности листа образуются оксидные плёнки, удаляемые механическим способом.
• Электроэрозионно-химический метод. Вместе с электроэрозией лист металла подвергается растворению в электролите.
• Электроэрозионное прошивание – резка с проделыванием в заготовке отверстия с постоянным сечением;
• Маркирование – резка с нанесением на заготовку фирменных знаков, букв, цифр и т. д.;
• Вырезание – в качестве резака выступает проволока, непрерывно перематывающаяся вокруг заготовки по определённой траектории и придающая ей соответствующую форму;
• Отрезка, разделяющая лист на несколько частей;
• Объёмное копирование, в ходе которой на материал проецируется форма поверхности инструмента;
• Шлифование с применением электрической эрозии;
• Резка с прямой и обратной полярностью. Первый способ подразумевает подключение инструмента к отрицательному зажиму, а заготовки – к положительной. При втором способе полярность зажимов электродов меняется местами;
• Многоэлектродная и многоконтурная резка.

Преимущества и недостатки

Достоинства

1. Способ позволяет резать металлы с любым уровнем твёрдости и физико-химическими свойствами;
2. Резак или абразив могут не обладать более высокими механическими характеристиками по сравнению с заготовкой;
3. Дорогие металлы и сплавы можно резать по двум координатам с шириной реза менее 0,01 мм.
4. Возможна резка с переменным сечением по оси;
5. Местные операции на крупных деталях можно выполнить, не устанавливая их на специальные станки. На сложных операциях требуется меньше переходов;
6. Поскольку станки, осуществляющие данный вид резки, являются автоматическими и полуавтоматическими, одним оператором может обслуживаться несколько машин.
7. Не требуется применение физической силы, поэтому можно обрабатывать материал с низкой степенью жёсткости и детали с тонкими стенками;
8. Большой диапазон режимов, с помощью которых можно добиться высоких точности и производительности;
9. Один инструмент можно использовать в предварительной и окончательной резке.

Недостатки

1. Невысокая производительность и высокая энергозатратность окончательной резки;
2. Жидкость, в которой проводится работа, должна обладать высокими диэлектрическими свойствами, поэтому станок отличается дороговизной и сложностью обслуживания;
3. Электроэрозионная обработка заготовок с высокой точностью и чистотой возможна только в случае, если будут обеспечены соответствующие условия;
4. Подверженность инструмента износу;
5. Низкая скорость инструмента (не более 10 мм / сек).

Сфера применения электроэрозионной обработки заготовок

• Маркировка. С применением электроэрозионной технологии на материал могут быть нанесены отличительные буквы, знаки и цифры. нанести гравировку. Даже если эти символы глубоко нанесены, удастся избежать повреждения материала. С помощью этого метода можно также нанести гравировку.
• Прошивание отверстий диаметром до 40 мм и различной глубины, регулируемой вращением заготовки и/или инструмента. Если вращаются оба электрода, нужно регулярно удалять воду из участка взаимодействия электродов.
• Шлифование на финальной стадии резки тугоплавких металлов и твёрдых сплавов.
• Легирование – добавление примесей для улучшения физических и химических свойств материала;
• Восстановление формы металла;
• Нанесение поверхностного слоя.
• Изготовление сложных деталей, которые невозможно выполнить иными способами.

Альтернативы

Легирование, маркировку, проделку отверстий, напыление на лист металла можно выполнить не только методом электрической эрозии, но и путем лазерной резки или плазменной обработки. С помощью гидроабразивного способа можно выполнить только пробивание отверстия и собственно резку (раскрой) металла, но другие виды работ в этом случае невозможны. При этом многие детали невозможно выполнить не прибегая к электроэрозионной обработке.

Сравнение электроэрозионной и гидроабразивной резки таблица

Среди наших клиентов – корпорации «Роскосмос», завод «Вентерм», РЖД, Московский государственный университет путей сообщения. И другие крупные представители промышленности, как гражданского, так и военного сектора.