Что это такое
Электроэрозионная обработка (ЭЭО, в английской литературе EDM, electrical discharge machining) меняет форму, размеры и поверхность электропроводящей заготовки электрическими разрядами между ней и инструментом-электродом. Инструмент не касается заготовки и не давит на неё: металл снимают сами разряды.
Поэтому электроэрозией обрабатывают то, что трудно или невозможно обработать резцом и фрезой: закалённую сталь, твёрдые сплавы, детали с острыми внутренними углами, тонкие пластины и сложные контуры штампов.
Как работает электроэрозионная обработка
Инструмент и заготовка находятся в рабочей жидкости, которая не проводит ток, то есть в диэлектрике. Между ними остаётся узкий промежуток, его называют межэлектродным зазором. Генератор подаёт на электроды короткие импульсы напряжения.
- Когда напряжение достаточно для пробоя, жидкость в самом узком месте зазора перестаёт быть изолятором. Возникает разряд, в его канале образуется плазма с температурой до 10 000 °C.
- Импульс длится от десятых долей до десятимиллионных долей секунды. Тепло не успевает уйти вглубь, и небольшой объём металла на поверхности плавится и испаряется.
- Давление в канале разряда выбрасывает расплав. Жидкость охлаждает его в мелкие частицы и уносит из зазора.
- Разряд возникает там, где электроды ближе всего друг к другу. Поэтому выступы снимаются первыми, и заготовка принимает форму, которую задаёт инструмент или его траектория.
Производительность и качество поверхности зависят от параметров импульсов: длительности, частоты и энергии. Длинные мощные импульсы снимают металл быстрее, но оставляют более грубую поверхность. Короткие дают гладкую поверхность, но работают медленнее. Поэтому деталь часто обрабатывают в несколько проходов: сначала черновой, потом чистовые.
Виды электроэрозионной обработки
Проволочная вырезка
Инструмент — тонкая проволока, которая непрерывно перематывается с катушки. Станок с ЧПУ ведёт её по контуру, и она прорезает заготовку насквозь. Так делают матрицы и пуансоны штампов, шаблоны, фасонные резцы, шестерни, пазы. Подробно — в статье «Электроэрозионная резка металла проволокой».
Копировально-прошивная обработка
Инструмент — фасонный электрод, чаще из графита или меди. Электрод опускается в заготовку и копирует в ней свою форму: полость пресс-формы, рельеф, глухое отверстие сложного сечения. Рабочая жидкость — обычно масло.
Прошивка отверстий
Трубчатый электрод прошивает глубокие отверстия малого диаметра, в том числе стартовые отверстия, через которые потом заправляют проволоку.
Электроискровое легирование
Разряды переносят материал электрода на поверхность детали и создают упрочняющее или износостойкое покрытие. Это уже не формообразование, а обработка поверхности.
Чем отличаются станки для разных видов обработки, мы разобрали в статье «Проволочно-вырезной или прошивной станок».
Чем отличается от электрохимической обработки
Названия похожи, и в справочниках эти методы часто стоят рядом, но физика у них разная. При электроэрозионной обработке металл снимают тепловым действием отдельных разрядов в диэлектрике. При электрохимической металл растворяется анодно в проводящем растворе электролита, без искр, как при электролизе. Электрохимическая обработка не нагревает поверхность, но требует электролита, его очистки и другого оборудования.
Какие материалы можно обрабатывать
Любые материалы, которые проводят электрический ток. Твёрдость роли не играет: закалённая сталь режется так же, как незакалённая.
- инструментальные и конструкционные стали, в том числе закалённые;
- твёрдые сплавы;
- титан, медь, латунь, алюминий и их сплавы;
- графит и магнитные сплавы.
Материалы, которые не проводят ток, например обычную керамику, стекло и пластик, электроэрозией не обработать.
Скорость зависит от материала. Для наших проволочно-вырезных станков паспортная наибольшая скорость резки при толщине заготовки 50 мм и проволоке 0,25 мм такая: по дюралюминию 140–150 мм²/мин, по меди 80–85 мм²/мин, по стали 60–65 мм²/мин.
Достоинства и ограничения
Достоинства
- Твёрдость материала не важна, поэтому детали можно обрабатывать после закалки, и термообработка не искажает готовый размер.
- Нет сил резания. Тонкие и нежёсткие детали не деформируются, заусенцев нет.
- Можно получить острые внутренние углы и узкие пазы, недоступные фрезе.
- Высокая точность: у прецизионных проволочно-вырезных станков она измеряется единицами микрометров.
- Дешёвый инструмент. При изготовлении некоторых штампов механическими способами больше половины стоимости обработки приходится на инструмент, а при электроэрозионной обработке тех же штампов — не больше 3,5%.
Ограничения
- Обрабатываются только токопроводящие материалы.
- Снимать большие объёмы металла медленнее, чем фрезерованием, поэтому электроэрозию применяют там, где важны точность, форма или твёрдость материала.
- На поверхности остаётся тонкий слой металла, который расплавился и застыл заново. Чистовые проходы уменьшают его толщину.
История метода
Электроэрозионную (электроискровую) обработку предложили советские учёные Б.Р. и Н.И. Лазаренко. Авторское свидетельство на способ выдано в 1943 году. Первый станок предназначался для удаления сломанного инструмента, застрявшего в детали.
Проволочная электроэрозионная резка появилась в 1960-х годах. Одним из первых серийных станков для неё с числовым программным управлением был советский станок 1967 года. С тех пор проволочно-вырезные станки с ЧПУ стали основным оборудованием для изготовления штампов и точных деталей.
ИНТЕЛПРОМ выпускает проволочно-вырезные станки серии А207 с собственной системой ЧПУ и генератором, которые работают в водопроводной воде.