Электроэрозионная обработка металлов

Теоретические основы электрической эрозии были заложены в 1770 году английским физиком Б.Пристли. Он описал разрушение электрических контактов, при их размыкании, искрой. Долгое время этот эффект имел лишь негативную окраску, приводя в негодность контакты выключателей и реле, пока в конце 1930-х годов советский ученые, супруги Борис Романович и Наталья Иосифовна Лазаренко предложили использовать электроэрозию в металлообработке. Промышленные станки также были разработаны и внедрены ими, технология нашла свое применение в обработке танковых и авиационных броневых листов для нужд фронта.

Процесс, при котором электрические разряды в изолирующей среде между двумя проводниками разрушают поверхность одного из них, до сих пор называется «Контуром Лазаренко».

Сущность метода электроэрозионной обработки

Электроэрозионный метод – один из способов обработки металла, основанный на принципах электрофизики. Его ближайшие аналоги – электроконтактная, искровая, ультразвуковая технологии.

На металл воздействует (разрушает определенную область его поверхности) электрический разряд, возникающий между деталью и электродом, при этом между ними находится жидкость (вода, масло и др.) В зависимости от формы электрода и способа его размещения различают контурную, копирующую, вырезную и прошивочную обработку.

Прошивочным способом получают углубления и отверстия на детали, обратно копирующие форму рабочей поверхности электрода. Это самый простой и распространённый способ.

При обрезке контуров методом копирования в качестве электрода используется проволочное кольцо, которое постоянно перематывается – такой электрод служит во много раз дольше, уменьшая время простоя станка при заменах.

Контурная обработка позволяет формировать отверстия и полости любой произвольной формы. Это реализуется перемещением электрода простой формы над поверхностью детали, последовательными проходами.

Любой из способов выгоднее с точки зрения производительности, нежели резка и обычная фрезеровка. Электроэрозионная обработка в основном используется для финальной, чистовой доводки деталей, а также при обработке значительных площадей (например, форм для литья их пластмассы, используемых при производстве корпусов бытовой техники). 

Точность обработки поверхностей электроэрозионным способом очень высока – 1,5-10 мкм, при шероховатости 0,04-0,08 мкм вне зависимости от формы детали. Это позволяет создавать высокоточные измерительные инструменты, элементы пресс-форм, клапана и поршни для авиа- и автомобильной промышленности.

Классификация электроэрозионных станков

Электроэрозионные станки делятся на две группы:

• объёмного копирования (сюда также относят контурные и координатно-прошивочные);
• вырезные (включая все подвиды с основным электродом – проволокой).

Электрическая эрозия – гибкий метод, позволяющий создавать узкоспециализированные станки с высокой производительностью. Поэтому в рамках общей группировки различают подгруппы. Например, подгруппа координатно-прошивочных агрегатов включает машины, ориентированные только на пробивку сквозных отверстий (по зарубежной терминологии – «супердрели»), а также многокоординатные станки для обработки краёв деталей и т.д.

В зависимости от габаритов заготовки станки могут быть предназначены для мелких деталей (электроника, часовая промышленность, приборостроение), классические станки (вес деталей от десяти до нескольких сотен килограмм), крупногабаритные (позволяют работать с деталями массой 3-20 тонн, вес электрода достигает 5 тонн, при прошивочном способе обработки).

Предназначенные для высокоточных операций, вырезные и копирующие установки делятся на такие типы:

• нормальной точности (допуск 5-10 мкм при работе в стандартных жидкостях);
• повышенной точности (допуск ± 3 мкм);
• прецизионные (шероховатость детали 0,17-0,1 мкм, если обработка происходит в специальной жидкой среде, то 0,08-0,04 мкм).

Электроэрозионные станки различаются составом используемой жидкости-диэлектрика: это может быть вода, углеводородная смесь, масляные составы и станки с комбинированными диэлектрическими системами. Использование воды в качестве диэлектрика повышает производительность станка, но при этом снижается точность обработки. Использование углеводородных сред, наоборот, даёт наивысшую точность при низкой скорости.

По способу подачи жидкости в рабочую зону станки бывают:

• погружной обработки, при этом деталь целиком погружается в ванну с диэлектриком;
• струйной подачи жидкости в промежуток между электродом и обрабатываемой деталью.

Следует отметить, что удаление отходов эрозионного процесса возможно как самотёком, так и принудительной циркуляцией (необходимо при высокой точности обработки).

Преимущества электроэрозионного метода

Традиционные методы, основанные на механическом снятии стружки, имеют ограничения по характеру обрабатываемых деталей. Сложности вызывает работа с легированными, коррозионно-устойчивыми сплавами, малая производительность при создании полостей сложной формы, пробитии фигурных отверстий, проточки глубоких ровных пазов и т.п.

Механические методы оставляют много отходов в виде стружки, при вырезании из заготовки. Электроэрозионные станки позволяют сохранить вырезанную фигуру для дальнейшего использования в качестве сырья, что особенно важно при работе с ценными металлами.

Электроэрозионная обработка зачастую не требует перемещения детали, обработка происходит за одну установку, что существенно повышает её точность.

Отсутствует механический контакт с деталью, что позволяет обрабатывать хрупкие детали (из графита, к примеру). Усилия, необходимые для фиксации в рабочей зоне также минимальны.

Системы ЧПУ позволяют многократно воспроизводить программу обработки, то есть электроэрозионный способ изначально ориентирован на серийное производство.