Электроэрозионная обработка металлов

Электроэрозионная обработка (аббревиатура ЭЭО, на англ. Electric Discharge Machining) — технология, при которой материал удаляется небольшими электрическими разрядами (искрами) между заготовкой и электродом в жидком диэлектрике. Это высокоточный процесс, не требующий использования инструмента на заготовке. Электроэрозионная обработка аналогична таким процессам, как лазерная резка. Она не требует и не использует механическую силу для удаления лишнего материала. Основные преимущества заключаются в том, что можно обрабатывать даже очень твердые материалы, между инструментом и заготовкой нет механических сил, а станки очень легко управляются компьютером (ЧПУ). Благодаря высокой точности и качеству поверхности и возможности обработки даже очень сложных форм эта технология чаще всего используется в производстве пресс-инструментов.

Электроэрозионная обработка металлов — разновидность электрофизических методов обработки материалов (см. Электрофизическая и электрохимическая размерная обработка материалов). В 1770 году английский физик Джозеф Пристли изучал небольшие кратеры, которые образуются под действием электрического разряда. В 1943 г. советские изобретатели Б. Р. Лазеренко и Н. И. Лазаренко построили первую действующую модель станка для электроэрозионной обработки. Первый коммерческий станок такого типа был произведен в 1952 году швейцарской компанией Charmilles (сегодня GF AgieCharmilles, часть компании Georg Fischer), которая в 1969 году также оснастила ее цифровым управлением. Характерными особенностями электроэрозионной обработки являются: возможность обработки материалов трудно или совсем необрабатываемых механическим способом, возможность производительного изготовления изделий со сложной формой, в том числе и недоступной для методов механической обработки. Технология электроэрозионной обработки металлов интенсивно развивается, заменяя методы механической обработки давлением и резанием. Этот метод обработки металлов основан главным образом на тепловом действии импульсов электрического тока, непрерывно подводимых непосредственно к локальным участкам обрабатываемой заготовки с целью придания ей заданной формы и размеров (размерная электроэрозионная обработка) или изменения структуры и качества поверхностного слоя (упрочнение или покрытие). Первичными при этом являются электрические импульсы (электрические разряды), преобразуемые в зоне обработки в тепловые импульсы, которые собственно и осуществляют работу по съему металла.

Принцип действия эрозионной обработки: 1 - проводник, 2 - электрическая дуга (эрозия электрическим разрядом), 3 - источник питания, 4 - обрабатываемая деталь.Электрический разряд создает кратковременно и на ограниченном участке в зоне обработки высокие температуры, достигающие (10 — 11)103°С.Термический эффект электрического разряда на электродах можно представить как результат совместного действия поверхностных (тепло, поступающее из канала разряда) и объемных (тепло Джоуля — Ленца) источников тепла.Под действием обоих источников, из которых поверхностные занимают превалирующее место, на катоде и аноде образуются ванночки расплавленного металла, причем часть металла испаряется.Интенсивность полезного съема металла с одного электрода и вредного — с другого, характер механизма эвакуации, удельный расход энергии и выходные технологические характеристики электроэрозионной обработки зависят от теплофизических и электрических параметров процесса:теплопроводности;теплоемкости;температуры и теплоты плавления и испарения;удельного веса и удельного электросопротивления материалов электродов;вида среды, в которой размещены электроды, и ее физико-механических характеристик;продолжительности;амплитуды;скважности и частоты импульсов;зазора между электродами;условий эвакуации продуктов эрозии;некоторых других факторов.

Установка для электроэрозионной обработки состоит из трех основных элементов:генератора импульсов сильного тока, обеспечивающего непрерывное поступление на электроды импульсов напряжения с заданными частотой и параметрами;устройства для установления и поддержания между электродами зазора такой величины, при которой осуществляется непрерывное возбуждение разрядов, преобразование в зоне обработки их энергии в тепловую, съем металла и эвакуация продуктов эрозии (регулятор подачи);собственно станка для электроэрозионной обработки, содержащего необходимые устройства для установки и перемещения электродов, снабжения зоны обработки рабочей жидкостью, отсоса газов и паров, автоматизации, управления, контроля и защиты.

Панель управления электроэрозионным станкомВид электрического разряда (искра, дуга), параметры импульсов тока, напряжения и другие условия определяют характер размерной электроэрозионной обработки, подразделяющейся по этим признакам на четыре основные разновидности:электроискровую обработку;электроимпульсную обработку;анодно-механическую обработку;электроконтактную обработку.Общие черты всех видов размерной электроэрозионной обработки — единство физического механизма процесса, практическое отсутствие силового воздействия на обрабатываемое изделие, сходство кинематических схем формообразования, возможность автоматизации процесса обработки и осуществления многостаночного обслуживания, общность принципиальных схем авторегулирования подачи, систем снабжения рабочей жидкостью и др.Электроэрозионное упрочнение и покрытие осуществляются от электрических генераторов в воздушной среде вибрирующим электродом-упрочнителем. Благодаря кратковременному воздействию высоких температур происходит своеобразная термическая обработка, перенос и диффузия легирующих элементов электрода-упрочнителя.Толщина упрочненного слоя при твердосплавном или графитовом электроде составляет 0,03 — 0,05 мм, поверхностная твердость значительно выше исходной, но ее величины колеблются структура неоднородна, чистота поверхности низкая.Электроэрозионное упрочнение применяется для некоторых видов инструментов и деталей машин.