Типи електроерозійної обробки металів

Електроерозійна обробка

 

Технологія електроерозійної обробки продовжує розвиватися за двома основними напрямками: дротове електроерозійне різання (wire electric discharge machining) і копіювально-прошивна електроерозійна обробка (ram (die sinking) electric discharge machining). 

Дротове електроерозійне різання

Дротове різання почало свій розвиток з чистого аркуша на початку 70-х років. Глобальне вдосконалення процесу довелося на період з середини 80-х до середини 90-х років. Прогрес намітився по шести ключових напрямах відомого співвідношення ціна-якість:

Дротове різанняпрo швидкість обробки;

-прo розмір заготовки;

-прo кут конусного різання;

-прo ціну;

-про точність;

-про тривалу роботу без втручання людини.

Швидкість. Номінальна максимальна швидкість різання на сьогоднішній день перевищує 300 кв. мм / хв, (в лабораторних умовах реалізована швидкість вирізки 600 кв. мм / хв.). Звичайно, середня швидкість різання в реальних виробничих умовах нижче номінальних величин, однак і це вражає в порівнянні з показниками чвертьвікової давності (25-30 кв. Мм / хв.). Поява нових сплавів для дроту може відсунути і ці рубежі.

Розмір заготовки. Максимальні розміри заготовок, придатних для обробки на вирізних верстатах, по осях Х і V досягають метра і навіть більше (1300-1380 мм – по осі X). Однак особливо сильно за останні десятиліття зріс габаритний розмір заготовки по осі 2, який зараз доходить до 400 мм. До цієї ж позначки піднялися і координатні переміщення по осі 2. Всього цього вдалося досягти завдяки новим конструктивним рішенням, що об’єднали принципи непорушності заготовки і більш точної і жорсткої реалізації осьових рухів.

Кут конусного різання. У сучасних установках досягаються кути вирізки конічних отворів до 30 градусів для заготовок товщиною до 400 мм. Більш того, деякі фірми в якості опціону пропонують установки з можливістю досягнення конусності до 45 градусів. Такі можливості дозволили з початку 90-х років значно розширити сферу застосування електроерозійного різання. Так, якщо раніше головки для екструзійних установок збиралися з набору окремо оброблених тонких пластин, то нові можливості верстатів дозволили виготовляти екструзійні головки з однієї заготовки і за одну операцію. За рахунок цього вдалося значно знизити обсяг скрапу і збільшити продуктивність екструзійного процесу.

Ціна. За більш ніж чверть століття безперервних робіт на порядок покращилися характеристики вирізних верстатів, в той час як за цей же період обладнання подешевшало приблизно на 75% (з урахуванням фактора інфляції). Цілий ряд обставин сприяв зниженню ціни. Електронна начинка обладнання увібрала багато рішень, які прийшли з комп’ютерної індустрії, які вже тоді відрізнялися прекрасним співвідношенням ціна-якість – зросла обчислювальна потужність за менші гроші. Сильно збільшились обсяги виробництва електроерозійного обладнання, що підвищило ефективність таких виробництв. Крім того, все нові і нові технічні рішення також сприяли планомірному зниженню цін на установки.

Точність. Ще в 70-х і початку 80-х років оператору верстата доводилося спочатку робити пробний різ зразка і потім коректувати початкові налаштування, перш ніж вийти на точні геометричні розміри виробу.

Тривала робота без втручання людини. У 70-х роках електроерозійні установки могли працювати цілими годинами без втручання оператора – тоді швидкості різання були занадто малими. В сучасних умовах, коли значно зросли швидкості обробки, практично повністю безлюдне виробництво забезпечується за рахунок використання сучасних систем автоматизації: пристрої автоматичної заправки дроту, пошуку отвору, запобігання обриву дроту, системи автоматизованого завантаження заготовок, видалення перемичок і т. д.

Функції діелектрика

-Електроізолююча. Діелектрик повинен розділяти заготовку і електрод. Іскровий розряд повинен відбуватися в максимально вузькому проміжку між заготівлею і електродом, що дозволяє зробити процес продуктивним і точним.

-Іонізаційна. За дуже короткий час необхідно створити всі умови для формування електричного поля. Після імпульсу зона розряду повинна бути дуже швидко деорнізована для можливості повторного розряду. Діелектрик повинен сприяти максимальному звуженню іскрової зони, щоб домогтися високої щільності енергії в цій зоні.

-Охолоджуюча. Іскровий розряд має надвисоку температуру, тому діелектрик повинен остудити і електрод, і заготовку. Також важливо відвести металеві гази, що утворюються в процесі електроерозії.

-Промивна. Щоб уникнути електричного пробою діелектрик повинен ефективно видаляти еродовані крупиці металу.

Іскрові проміжки

обробкаІскровий проміжок розділяє заготовку і електрод. Навіть при малій глибині обробки розрізняють два типи проміжку: фронтальний і бічний. Фронтальний задається системою управління, в той час як бічний іскровий проміжок залежить від тривалості і висоти розрядного імпульсу, поєднання матеріалів, напруги холостого ходу та інших заданих параметрів.

Блок живлення є найважливішим елементом електроерозійної установки. Він перетворює змінний струм із силової мережі в прямокутні імпульси певної полярності. Розмір імпульсів і інтервал між ними задається системою управління відповідно до виконуваного режимом обробки. Сила струму розряду пропорційна висоті імпульсу. Інтервал між імпульсами відповідає моменту відсутності іскрового розряду, а протяжність імпульсу відповідає тривалості іскрового розряду. Обидві ці величини складають тисячні або навіть мільйонні частки секунди.

Інтервал між окремими імпульсами (тривалість відсутності електричного струму) також задається системою управління. Інтервал вимірюється в процентному відношенні власної тривалості до тривалості імпульсу.

Тепер всі ці митарства залишилися в минулому і сьогоднішня точність верстатів досягає 0,001 мм.

Залучення сучасних інформаційних технологій (САD / САМ-системи) в технологічний процес також дозволило збільшити точність обробки – нові установки з усім комплексом сучасного оснащення гарантували повторення закладеної в програмі геометрії з великим ступенем точності.

Як уже зазначалося, сучасні моделі верстатів на 75% дешевше своїх ранніх попередників, в той же самий час вони в 3-5 разів точніше.

Знос електрода

Ерозія при малому струмі знімає мало матеріалу заготовки, тоді як великий струм дозволяє добитися великих швидкостей зняття матеріалу.

Однак і знос інструменту зростає, особливо при обробці сталі мідними електродами. Графітові електроди поводяться інакше – знос до певного моменту зростає, потім більш-менш стабілізується.

Короткі імпульси також призводять до прискореного зносу електрода. І навпаки, знос йде значно повільніше при довгих імпульсах. На практиці, при чорновій обробці сталі мідним і графітовим інструментом оптимальна величина тривалості імпульсу лежить на відрізку, на одному кінці якого тривалість імпульсу з максимальним зніманням, а на іншому – тривалість імпульсу з мінімальною інтенсивністю зносу інструменту.

Копіювально-прошивочна обробка

Вперше про електроерозійні верстати стало відомо з появою в 1955 році першої копіювально-прошивочної установки з ручним керуванням. Можливості верстатів були значно поліпшені до кінця 70-х років, коли застосування супутників дозволило значно зменшити час циклу і число використовуваних електродів. Приблизно в 1980 році була представлена ​​перша модель верстата з СNС-керуванням. До цього часу процес копіювальної прошивки вже встиг зазнати всі можливі удосконалення, і характеристики прошивальних СNС-верстатів поліпшувалися більш повільними темпами в порівнянні з більш “молодими” проволочно-вирізними верстатами. Найважливішим удосконаленням в порівнянні з ранніми верстатами з ручним керуванням було не стільки сам час циклу, скільки число робочих годин, необхідних для утворення заданої порожнини в матеріалі.

Раніше було помічено, що в разі дротяного різання збільшення продуктивності і зниження виробничих витрат в більшій мірі досягалося завдяки швидкості різання. Що стосується електроерозійної прошивки, то відповідні поліпшення були досягнуті завдяки істотному збільшенню кількості годин, які здатний працювати СNС-верстат протягом дня. Обидві технології багато виграли від зниження нормогодин на кожній деталі. Перехід з ручного управління на числове програмне дозволив верстатам працювати практично всю першу зміну, інтенсивно в другу і третю в безлюдному режимі. Якщо для верстата з ручним управлінням найбільш типовою є робота протягом 6 годин, то в разі верстата з СNС-керуванням реально здійсненним завданням може бути 16 годин. Хоча на багатьох виробництвах досягаються і більш високі показники.

Ціна. Провідні виробники прошивальних верстатів пропонують сьогодні СNС-верстати (без системи автоматичної зміни інструменту і осі С) приблизно за тією ж ціною, за якою в середині 70-х продавалися верстати з ручним керуванням (інфляція враховується). Навіть якщо додати вартість необхідних опцій, то скоригована ціна такого нового верстата приблизно дорівнюватиме ціні верстата 70-х з ручним керуванням, який оснащений супутником. Будь-яке підвищення ціни буде істотно переважуватися зниженням часу циклу, нормогодин і збільшенням часу, яке обладнання реально працює протягом доби.

Точність обробки. З огляду на характер процесу формоутворення при електроерозійної прошивці, точність обробки більшою мірою буде залежати від якості і точності виготовлення електрода. Графіт – дешевший і зручнооброблюваний матеріал – в поєднанні з сучасними технологіями високошвидкісної фрезерної обробки дозволяє отримувати електроди великої складності і високої точності. .

Певних успіхів було досягнуто і щодо площинності оброблених поверхонь. Наприклад, сумарне відхилення для прямокутної порожнини 150х200 мм, отриманої на сучасному верстаті, становить всього 0,008 мм.