Виды электроэрозионной обработки: Руководство по электроэрозионной обработке

В машиностроении производители часто сталкиваются с деталями, которые слишком прочны, слишком тонки или просто слишком сложны для обработки традиционными методами. Именно здесь электроэрозионная обработка (ЭЭО) доказывает свою ценность. Снимая материал контролируемым электрическим разрядом, а не усилием, этот метод обработки с ЧПУ обеспечивает жёсткие допуски при обработке инструментальных сталей, карбидов, титана и других редких сплавов.

Данный процесс электроэрозионной обработки можно разделить на множество разновидностей в зависимости от метода обработки; наиболее часто используемыми из них являются проволочная электроэрозионная обработка, прошивная электроэрозионная обработка и электроэрозионная обработка со сверлением отверстий.

Электроэрозионная обработка проволокой (ЭЭО)

Принцип работы и настройка

В электроэрозионной обработке проволокой в качестве движущегося электрода используется непрерывно подаваемая электрически заряженная проволока, обычно латунная или с покрытием, в качестве движущегося электрода. Проволока не соприкасается с заготовкой. Вместо этого поддерживается контролируемый зазор, пока ЧПУ направляет проволоку по заданной траектории. Заготовка погружена в деионизированную воду, которая действует как диэлектрик и эффективно смывает стружку. Верхние и нижние направляющие позволяют наклонять или сужать проволоку для создания угловых элементов.

Генератор станка модулирует энергию, длительность и частоту импульсов при черновой обработке и нескольких проходах для чистовой обработки. При черновой обработке приоритет отдаётся скорости, что позволяет использовать последующие проходы для чистовой обработки, которые обеспечивают допуск и качество поверхности. Крепление имеет значение: надёжная, термостабильная установка, точные базовые точки и хорошие пути промывки напрямую влияют на точность и производительность.

Типичные области применения и материалы

Электроэрозионные проволочно-вырезные станки обычно используются для обработки сложных профилей: штампов, пуансонов, шестерён, шлицевых соединений, медицинских деталей и сложных 2,5D-контуров, которые трудно или невозможно фрезеровать. Они отлично подходят для обработки закалённых инструментальных сталей (A2, D2, H13), карбида вольфрама, титана, инконеля и других суперсплавов. Типичные области применения включают резку литьевые формы из блока, изготавливая прецизионные вставки, разрезая хрупкие или закаленные детали без создания напряжений, а также создавая тонкие перемычки или деликатные элементы без искажений.

Преимущества и ограничения

• Точность и отделка: Выдерживание погрешности ±0,0001–0,0002″ является обычным делом на стабильных установках, а чистота поверхности ниже 1 мкм Ra достигается за счет нескольких проходов очисткой.
• Минимальное механическое напряжение: Отсутствие режущих сил означает, что тонкие стенки и мелкие детали остаются нетронутыми. Зоны термического влияния небольшие, а слои литья тонкие.
• Удобный для автоматизации: Автоматическая заправка проволоки, восстановление после обрыва проволоки и встроенное зондирование обеспечивают надежную работу без сбоев, особенно на длинных профилях.

Ограничения: Проволока должна физически иметь доступ к контуру, что исключает возможность создания подрезов или закрытых полостей. Для входа требуется начальное отверстие, если только начальная точка не расположена на краю. Высокие детали могут потребовать тщательной промывки для поддержания стабильности и минимизации эрозии и обрывов проволоки.

Электроэрозионная резка (прошивная/обычная электроэрозионная резка)

Электроды, инструменты и формирование полостей

Электроэрозионная резка (электроэрозионная резка), также известная как электроэрозионная резка, использует профилированный электрод, обычно графитовый или медный, установленный на ползун. Электрод устанавливается на негативную часть полости, а затем «погружается» в заготовку под действием сервопривода, в то время как искровой разряд разрушает материал. В качестве диэлектрика обычно используется масло на основе углеводородов. Орбитальное движение (небольшие запрограммированные движения, например, по круговой или векторной орбите) улучшает промывку, улучшает качество поверхности и гарантирует получение окончательных размеров без пережога углов.

Выбор электрода имеет огромное значение: графит обеспечивает более высокую скорость, термостойкость и подходит для больших полостей; медь хорошо сохраняет детали и позволяет получать более чистовую отделку. Опытные производители часто используют несколько электродов: для грубой обработки, для получистовой обработки для стабилизации стенок и для чистовой сварки с жёсткими допусками и Ra.

Применение, допуски и качество поверхности

Электроэрозионная резка с прошивкой — идеальный выбор для создания трёхмерных полостей, рельефных форм, рёбер, глубоких карманов, логотипов и геометрических форм, недоступных для прямой проволоки. Допуски ±0,0002–0,001 дюйма (0,001 дюйма) реалистичны в зависимости от размера и настройки, а при финишном прожиге возможна обработка поверхности с шероховатостью менее 1 мкм Ra. Поскольку геометрия определяется электродом, сложные переходы и произвольные формы типичны для литьевые формы и инструменты для литья под давлением.

Преимущества и ограничения

• Настоящие возможности 3D: Его основное преимущество — создание глухих полостей, выточек и сложных трехмерных форм, которые невозможно изготовить с помощью электроэрозионной обработки проволокой.
• Превосходная отделка поверхности: Позволяет производить исключительно тонкую отделку поверхностей сложных контуров, часто устраняя необходимость ручной полировки.

Ограничения: Эта постоянная эрозия требует компенсации износа в программе и часто требует изготовления нескольких электродов для одной операции. Объёмная скорость удаления материала, как правило, ниже, чем у электроэрозионной обработки проволокой, что делает её менее эффективной для удаления большого количества материала. Кроме того, для каждой уникальной полости требуется отдельный электрод, а глубокие и узкие элементы часто создают трудности при промывке диэлектриком, что может снизить как скорость, так и точность.

Электроэрозионная обработка отверстий (быстрая/маленькая электроэрозионная обработка)

Механика процессов

Основой электроэрозионного станка для сверления отверстий является высокоскоростной вращающийся трубчатый электрод, обычно изготавливаемый из латуни, меди или износостойкого медно-вольфрамового сплава. Эта полая трубка в большинстве случаев служит катодом, а заготовка — анодом. Генератор подаёт высокочастотные электрические импульсы в зазор между ними, создавая серию контролируемых искр, которые испаряют и разрушают материал.

Решающее значение для процесса имеет диэлектрическая жидкость под давлением (обычно деионизированная вода), которая прокачивается через центр вращающегося электрода. Она выполняет две важные функции: принудительно вымывает эродированные частицы из узкого зазора, предотвращая короткое замыкание, и деионизирует канал для поддержания стабильного искрообразования. Вращение электрода обеспечивает равномерный износ и способствует получению более прямого отверстия за счет стабилизации трубки. Сервосистема постоянно корректирует положение электрода, поддерживая точный искровой зазор по мере углубления отверстия, что позволяет создавать глубокие отверстия малого диаметра в закаленных материалах без прогиба инструмента, который был бы опасен при традиционной обработке.

Примеры использования: отверстия для запуска и охлаждения

Производители часто используют электроэрозионную обработку (ЭЭО) для создания начальных отверстий перед проволочной электроэрозионной обработкой, когда профиль формируется с кромки. Это также стандарт для небольших охлаждающих отверстий с большим удлинением в турбинных лопатках, для эффузионного и пленочного охлаждения, а также для прецизионных отверстий в медицинских или микрофлюидных компонентах. Подходящими материалами для обработки являются никелевые суперсплавы, титан и закалённые стали, при условии их электропроводности.

Скорость, точность и ограничения

• Скорость сверления отверстий: Электроэрозионное сверление обеспечивает исключительно высокую скорость создания небольших глубоких отверстий, особенно в прочных проводящих материалах, где обычное сверление медленно или невозможно. Скорость в первую очередь определяется диэлектрическим давлением, материалом электрода и типом сплава, что позволяет быстро создавать отверстия и обеспечивать высокую производительность.
• Точность диаметра: Этот процесс отличается превосходной точностью позиционирования и позволяет получать прямые отверстия с высоким соотношением сторон и диаметром до 0,015 дюйма.

Ограничения: Специализация на точности также имеет свои недостатки. Качество поверхности отверстий, как правило, более шероховатое, чем при электроэрозионной обработке проволокой или чистовых проходах при электроэрозионной обработке прошивными резцами. Кроме того, этот процесс ограничен преимущественно прямыми отверстиями и не позволяет создавать изогнутые формы. Наконец, интенсивный локальный нагрев может привести к образованию отслоившегося слоя и небольших заусенцев на входе и выходе, что может потребовать вторичной обработки для ответственных применений.

Специализированные электроэрозионные станки и гибридные процессы

Электроэрозионная обработка порошковыми смесями (ПЭЭД)

Суспендируя проводящие или полупроводящие порошки в диэлектрике, этот метод позволяет расширить разрядный канал, снизить плотность энергии и улучшить качество поверхности, одновременно уменьшая износ инструмента. Метод PMEDM ценен для финишной обработки пресс-форм или компонентов, где важна целостность поверхности. Для поддержания постоянной концентрации требуется фильтрация и контроль процесса.

Электроэрозионное фрезерование/орбитальная обработка для 3D-форм

Этот метод, также известный как электроэрозионная резка с толкателем, использует небольшой электрод, который движется по трёхмерной траектории, вращаясь по орбите, создавая сложные формы, подобно сферической фрезе, но без усилий резания. Этот метод эффективен для обработки деликатных или труднодоступных деталей и позволяет сократить количество специальных электродов.

Сравнение производительности разных типов электроэрозионных станков

Скорость резки и факторы времени цикла

• Электроэрозионная резка проволоки: Высокая относительная скорость обработки периферии, особенно на длинных профилях постоянной высоты. Время цикла зависит от высоты детали, длины контура, количества сглаживаний и промывки.
• Электроэрозионный станок с грузилом: Средняя скорость удаления: площадь электрода, стратегия орбиты и время промывки. Изготовление электрода увеличивает время выполнения заказа.
• Сверление отверстий: Быстро для небольших глубоких отверстий: производительность зависит от износа электрода, диэлектрического давления и сплава.

Точность, допуски и чистота поверхности (Ra)

• Электроэрозионная резка проволоки: Очень высокая точность: обычно ±0,0001–0,0002″, <1 мкм Ra достижимо при многократном снятии покрытия.
• Электроэрозионный станок с грузилом: Высокая точность: типично ±0,0002–0,001″: <1 мкм Ra при чистовых прожигах с настроенной энергией и орбитальным вращением.
• Сверление отверстий: Высокая точность позиционирования отверстий; качество обработки поверхности невысокое по сравнению с проволокой/грузилом.

Термические эффекты: восстановленный слой, микротрещины и зона термического влияния

Все электроэрозионные процессы приводят к образованию тонкого слоя, содержащего потенциально микротрещины, хотя зона термического влияния (ЗТВ) обычно неглубокая. Этого можно избежать, используя чистовые проходы с меньшей энергией, оптимизированные параметры импульса, правильную промывку и полировку или лёгкую шлифовку после обработки, когда целостность поверхности критически важна (например, для деталей аэрокосмической промышленности, подверженных усталости).

Выбор оборудования для электроэрозионной обработки

Теперь, когда вы изучили различные типы электроэрозионной обработки, пришло время кратко рассказать о них, чтобы в будущем использовать их при выборе процесса электроэрозионной обработки. Критерии выбора можно разделить на четыре аспекта.

Геометрия и особенности

• Открытые контуры и сквозные профили: Выбирайте электроэрозионную резку проволокой. Идеальный вариант, когда проволока может пройти по всей траектории без подрезов.
• Закрытые полости и истинные трехмерные формы: Выбирайте электроэрозионную резку Sinker EDM. Она создаёт детали, недоступные для проволок, и переносит сложную геометрию с электрода.
• Маленькие, глубокие, прямые отверстия: Выбирайте электроэрозионное сверление. Это самый быстрый способ получить начальные отверстия и охлаждение с большим соотношением сторон.

Материал, твердость и состояние термообработки

Для всех видов электроэрозионной обработки требуется электропроводность, но твёрдость не является ограничивающим фактором, поскольку электроэрозионная обработка эффективно работает с термообработанными инструментальными сталями, карбидами, титановыми и никелевыми сплавами. Если важна размерная стабильность после термообработки, электроэрозионная обработка после закалки исключает риск деформации, вызванной механическими усилиями. Для твёрдых сплавов или хрупких материалов предпочтительнее использовать проволоку или точно подобранные параметры резца, чтобы минимизировать образование микротрещин.

Размер партии, стоимость и экономика инструмента

• Прототипы и небольшие партии: Электроэрозионная вырезная обработка сводит к минимуму подготовительные работы и требует небольшого количества электродов, поэтому она экономически эффективна при единичных и небольших партиях.
• Формы большого объема или повторяющиеся полости: Электроэрозионная резка становится экономичной, когда вы амортизируете затраты на проектирование и изготовление электродов для множества деталей. Эффективные стратегии использования электродов (черновая/чистовая обработка, общая геометрия) снижают общую стоимость.
• Ячейки для сверления отверстий: Для повторяющихся схем отверстий для охлаждения специальная электроэрозионная обработка с автоматизацией обеспечивает предсказуемую производительность.

Автоматизация, фиксация и мониторинг процессов

Современные электроэрозионные станки обеспечивают бесперебойное производство. Автоматические нитевдеватели, устройства смены инструмента, считывание показаний в процессе обработки и мониторинг станка сокращают время простоя и количество брака. Вам следует уделить первоочередное внимание:

• Чистый диэлектрик и стабильная фильтрация для поддержания стабильности искры.
• Жесткое крепление с надежными базами для обеспечения повторяемости накладок или электродов.
• Адаптивные генераторы и управление углами для сохранения точности на малых внутренних радиусах.
• SPC и регистрация наборов параметров для прослеживаемости при регламентированной прецизионной обработке при производстве медицинских и аэрокосмических деталей.

Заключение

Электроэрозионная обработка позволяет создавать сложные конструкции с использованием точных Обработка на станках с ЧПУ и преодоление твердости материала с помощью дополнительных методов: электроэрозионная обработка проволокой для профилей, электроэрозионная обработка прошивными ножами для полостей и электроэрозионная обработка сверлением глубоких отверстий.

Вооруженные знаниями из наших статей, вы сможете принимать обоснованные решения при выборе электроэрозионной обработки для повышения качества деталей и конкурентоспособности в передовом производстве!

Часто задаваемые вопросы

Электроэрозионная обработка предназначена только для металла? Можно ли использовать её на мягких, незакалённых материалах?

Не совсем. По определению, электроэрозионная обработка предназначена исключительно для электропроводящих материалов, и изоляторы, такие как пластик, стекло, обычная керамика или композитные материалы, не подходят. Однако такие материалы, как графит, карбид кремния, диборид титана и некоторые полимерные композиты, также электропроводны. Несмотря на то, что они являются областью применения электроэрозионной обработки, их также можно обрабатывать резанием.

Кроме того, если речь идёт о мягких материалах, таких как алюминий или мягкая сталь, то электроэрозионная обработка вполне эффективна, несмотря на её широкое применение для более твёрдых материалов. Просто традиционные методы обработки зачастую быстрее и экономичнее, если только геометрия детали не очень сложная или деликатная.

Каким образом размер детали ограничивает электроэрозионную обработку?

Каждый тип электроэрозионной обработки имеет свои габаритные ограничения. Электроэрозионные проволочные машины ограничены диапазоном перемещения и размером резервуара. Электроэрозионные проходные машины ограничены рабочим резервуаром и весом электрода. Для очень больших деталей, таких как гребной винт, потребуются специальные, массивные электроэрозионные станки.

Что является причиной появления перелитого слоя и всегда ли это является проблемой?

Восстановленный слой — это тонкий, повторно затвердевший слой материала, расплавленный, но не смытый диэлектрической жидкостью. Хотя он образуется при всех видах электроэрозионной обработки, его значение зависит от области применения. Для многих форм и инструментов он либо не имеет значения, либо может быть удален. обработка поверхности. Для высоконагруженных компонентов аэрокосмической техники, подверженных усталости, это критический фактор, который необходимо минимизировать или устранить.

Считается ли EDM медленным процессом?

Электроэрозионная обработка, как правило, не является высокоскоростным процессом удаления большого объёма материала по сравнению с традиционной механической обработкой. Её ценность заключается в возможности обеспечения точности обработки, а не в её чистой скорости. «Эффективная» скорость высока, если учесть, что она позволяет исключить несколько этапов (например, черновую обработку, термообработку, чистовую обработку) и изготовить готовую деталь из закалённой заготовки за один установ.