Электроэрозионная обработка металла

Обработка металлов различного уровня твердости с высокой точностью возможна при использовании нетрадиционных способов. К ним относится и резка, шлифовка и укрепление поверхности электроэрозионными воздействиями. Электроэрозионный станок придуман достаточно давно, но получил распространение только в последние десятилетия.

Первый станок промышленного уровня был создан компанией CHARMILLES TECHNOLOGIES в 1952 году, а электроэрозионный станок с ЧПУ появился в 1969 году. По сравнению с традиционными способами обработки металлов — ковкой, литьем, шлифованием, фрезеровкой, электроискровой способ можно считать инновационным. Первым упоминаниям о кованых и литых изделиях несколько тысяч лет.

Границы применения электроэрозионной обработки

Все металлы относятся к токопроводящим веществам, поэтому электроэрозионная обработка применима ко всем видам сплавов. С ее помощью можно выполнять широкий спектр работ, начиная от обычной резки и сверления и заканчивая:

тонким шлифованием;
наращиванием поверхности и восстановлением конфигурации;
упрочнением;
копированием;
прошивкой;
гравировкой;
напылением.

Электроэрозионное оборудование базируется на принципе возникновения кратковременной электрической дуги, которая приводит к потере вещества катодом и анодом. При кратковременном импульсе вещество удаляется с анода, при более длительном — с катода. Современные электроэрозионные станки используют в работе оба вида импульсов. К положительному или отрицательному полюсу могут подсоединяться и рабочий инструмент и обрабатываемая деталь.

Возможности электроэрозионного станка

Единственное условие, которое соблюдается во всех видах станков — используется только постоянный ток. Уровень напряжения и сила тока зависят исключительно от параметров обрабатываемого металла. Частота возникновения импульсов определяется механическим сближением и отдалением электрода и рабочей поверхности — пробой возникает только на определенном расстоянии между контактными поверхностями.

Электроимпульсная обработка металлов направленная на разрушение обрабатываемой детали (резание или сверление) производится в диэлектрической среде, представляющей собой специальную жидкость. Чаще всего используются масло, керосин или дистиллированная вода. Операции по наращиванию поверхности, укреплению или напылению выполняются в воздухе или вакууме.

Какие бывают способы раскроя металла

Есть три основных способа обработки металла:

резка,
рубка,
пробивка.

Технологии отличаются друг от друга по разным параметрам – используемому оборудованию, точности обработки, скорости подачи. Резка металла на гильотине https://www.claser.ru/gilcut.html — одна из самых популярных методик. После нее края изделия получаются гладкими и аккуратными. Обсудим ее и другие способы.

Тип обработки	Описание
Ручная рубка	Используются заточенное зубило и молоток, самый простой метод.
Инструментальная и полуавтоматическая	Применяются специнструменты – пилы, ножницы. Человек наносит разметку, а затем выполняет раскройку заготовки.
Гильотинная	Технология старая, но эффективная. Работа выполняется просто.

Резка и рубка металлов с помощью специальных станков – идеальный способ обработки различных заготовок. В результате получается готовая продукция с минимальным уровнем деформации.

Электроэрозионная резка металла

Этот вид обработки используется в случаях, когда необходимо изготовление сложных по контуру деталей небольшого размера с высокой точностью кромок, изготовление деталей из особо твердых сплавов, в ювелирном деле. Ограничения по размерам заготовок и толщине обрабатываемого материала определяются только конструкцией конкретного станка. В большинстве случаев, электроэрозионная обработка резкой применяется на промышленных предприятиях, ориентированных на крупносерийное производство деталей высокой точности, не требующих дальнейшей обработки.
Но без особого труда можно построить электроэрозионный станок своими руками, если обладать некоторыми слесарными навыками и определенными знаниями электроники и электротехники. Схема самодельного электроэрозионного станка для резки несложная и реализовать ее можно даже в домашних условиях, не говоря уже о металлообрабатывающей мастерской или цехе небольшого предприятия.

Но следует учесть, что в самодельных станках очень сложно реализовать главные преимущества электроэрозионной обработки — высокую точность и универсальность. Тугоплавкие металлы и сплавы режутся очень медленно и требуют большого расхода электроэнергии.

При резке металла заготовка подключается к положительному полюсу источника тока, рабочий электрод — к отрицательному. Потеря вещества на аноде — не что иное, как эрозия, разрез, толщина которого зависит от геометрии катода. Большую роль играет и вид диэлектрика, с которым работает определенный вид электроэрозионных станков.

Для промышленного производства применяются два основных вида оборудования — электроэрозионный проволочный станок (вырезной) и электроэрозионный прошивной станок. Первый вид используется при обработке габаритных деталей из толстостенного металла, второй — для более точной работы по копированию деталей из высокопрочных материалов или строгих требованиях к их форме.

Технологические показатели

Электроискровая установка, в зависимоти от режима роботы, может обеспечивать точность результата в широких пределах. Если требуется высокая производительность при относительно невысоких требованиях к состоянию поверхности (I и II класс), то используются токи 10-60 А при напряжении до 220В. В этом случае электроискровая эрозия может удалить из зоны реза или сверления металл в объеме до 300 мм3/мин. При более высоких показателях класса точности — VI и VII, производительность снижается до 20-30 мм3/мин, но и токи требуются поменьше, не более 1 А при напряжении до 40 В.

Такой широкий диапазон регулировок показывает, что электроискровая обработка металла может использоваться в различных областях, как для производства крупных серий деталей, так и для разовых работ, включая ювелирные.

Особенностью применения электроискровых установок можно считать возможность укрепления деталей различной конфигурации. На поверхность заготовки наноситься тончайший слой более прочного сплава или металла без нагрева основания на большую глубину. Это позволяет сохранить структуру металла базового изделия и значительно изменить свойства его поверхности. В некоторых случаях требуется вязкость основания и высокая твердость поверхности, или в обратном порядке. Решить эту задачу может только электроискровой станок.

Проволочно-вырезные станки

Электроэрозионный промышленный проволочно-вырезной станок работает по бесконтактному принципу взаимодействия токопроводящей проволоки (молибден, вольфрам или иной тугоплавкий металл) диаметром 0,1-0,2 мм и заготовки. Обрабатывать можно металл любого уровня тугоплавкости в различной толщине детали. К проволоке, намотанной на вращающиеся барабаны, которая движется в двух направлениях — по вертикали и в сторону обрабатываемой детали, подсоединен положительный полюс, к заготовке — отрицательный.
По мере движения линии проволоки возникает разряд, который прожигает в детали линии требуемой конфигурации. По сути, электроэрозионная обработка на проволочном станке выполняет операции фрезеровочного, но на металлах особой прочности и с точностью, недостижимой при механической обработке. Это включает:

сверхмалые углы;
закругления микродиаметров;
сохранение параллельности линий на всей глубине;
высокую точность поверхности кромок.

Точность обработки достигает 0,110-0,012 мм.

Преимущества и недостатки

Любой метод имеет свои сильные и слабые стороны. Основные достоинства технологии:

Произвольная форма инструмента, возможность исполнения закрытых каналов и полостей.
Позволяет работать с любым материалом-проводником.
Высокая степень автоматизации, малая вероятность брака из-за человеческого фактора.
Точность обработки и повышенное качество получаемой поверхности в сравнении с механическим способом.

При всех своих достоинствах метод имеет и весьма серьезные недостатки. Два основных минуса таковы:

Низкая скорость электроэрозионной обработки. В современных станках скорость движения инструмента не превышает 10 мм в секунду.
Очень большое потребление электроэнергии.

По совокупности параметров электроэрозия превосходит многие традиционные методы металлообработки, а в некоторых случаях не имеет альтернативы. На сегодня сфера использования электроэрозии весьма обширна.

Электроэрозионные прошивные станки

Электроконтактная прошивочная обработка металлов заключается в воздействии точечного электрода с заданной формой поперечного сечения, от которого зависит форма эрозионного углубления в заготовке. Применяются они для обработки:

нержавеющих сталей;
инструментальных сплавов;
титана;
закаленной стали.

Но работать могут со всеми видами токопроводящих материалов, когда требуется изготовление отверстий или углублений большой глубины с минимальным диаметром и точной геометрией сечения.

Одной из самых сложных операций прошивочного станка является изготовление резьбовых отверстий в тугоплавких материалах высокой прочности. В этом случае используются только станки с ЧПУ. Электрод из тонкой проволоки заводится внутрь отверстия и перемещается в продольном и поперечном направлении (по осям X,Y, с одновременным перемещением по оси Z). Получается отверстие со сложной конфигурацией стенки, резьбовой или иного профиля.

Электроконтактная обработка позволяет получать высокоточные оттиски штампов, пресс-форм или иных малогабаритных деталей. В этом случае электрод является миниатюрной копией требуемого изделия, изготовленной из меди или графита. В зависимости от полярности соединения на заготовке получаются четкие углубления или не менее четкие выступы. Такие электроэрозионные станки производятся как в стационарном, так и в настольном исполнении (например, G11 ARAMIS (Чехия)).

Схема электроискрового станка

Обработки металлов электроискровым способом очень распространена, поэтому очень сложно рассмотреть все виды оборудования и модели конкретных установок. Они все объединены общими конструктивными элементами:

источником постоянного тока;
конденсатором;
вибратором;
переключателем режимов.

Конструкция, работающая в электроискровом режиме, может отличаться рядом характеристик, допускающих работу с тем или иным материалом, но общие принципы построения рабочей схемы одинаковы.

Батарея конденсаторов согласована с механическим движением электрода, разряд происходит в момент максимального сближения рабочих поверхностей. Релаксационные генераторы импульсов определяют максимальный заряд конденсатора при максимальной амплитуде отклонения от точки сближения. После искрового разряда конденсатор успевает зарядиться в полном объеме.

Зачем нужно передвигать проволоку при электроэрозионной вырезке

Что такое нагрузочная вилка

Это устройство для проверки аккумуляторной батареи. Оно не проверяет все параметры АКБ, однако позволяет получить достаточно информации о состоянии таковой, чтобы вовремя спохватиться и заменить эту важную составляющую любого автомобиля. Возможно приобрести изделие, в том числе цифровую вилку, а можно изготовить нагрузочную вилку своими руками.

Конструкция

Вот из чего состоит нагрузочная вилка:

две клеммы с подсоединенными к ним проводами;
нужное сопротивление в виде спирали или резисторов;
вольтметр.

Встречаются изделия, разные по форме:

классическая (в виде столовой вилки);
с двумя проводами и двумя клеммами;
с одним проводом и одним шипом.

Подойдет все, однако есть своя специфика. Если применяется вариант с проводом и шипом, то, соответственно, для шипа ищут клемму на АКБ. Многие предпочитают, чтобы было две клеммы. Но принципиальной разницы тут нет. Для проверки подойдет даже самодельная нагрузочная вилка.

Зачем проверять АКБ вилкой

Особенно важно делать это для тех, кто покупает автомобиль с рук. Но не стоит забывать о том, что проверка должна быть в комнатной температуре (от 20 до 25 градусов). Автомобиль должен быть прогрет, нельзя проверять АКБ у машины, которая только что долго простояла на морозе.

Однако, даже если речь об абсолютно новой батарее, таковую стоит иногда проверять с помощью нагрузочной вилки. Это даст представление об:

степени заряженности АКБ;
необходимости проведения десульфатации или отсутствии таковой;
состоянии батареи в целом.

Нестандартное решение вопроса

В данном случае нагрузочная вилка изготавливается еще более интересным способом, с помощью канализационной трубы, аккуратно разрезанной в продольном направлении.

Здесь приводится схема конструкции вилки, рассчитанная на проверку показателей сорпотивления аккумуляторов на 12 вольт с емкостью от нескольких десятков ампер-часов:

константовая проволока, 12 витков со внутренним диаметром намотки 38 мм;
к концам проволоки привариваются шпильки М8;
все это может прекрасно подойти к канализационной трубе, если ее диаметр составляет 50 мм;
щель закрывается вторым куском такой же трубы;
по бокам устанавливаются заглушки, и конструкция готова.

Это интересно: Чем хорош аккумулятор delkor?

Технические параметры: показатель сопротивления около 0,1 Ом, ток при напряжении 12 вольт составляет от 110 до 120 ампер. Длительность нагрузки в этом случае должна быть минимальной, не более 3-5 секунд (к сожалению, устройство очень быстро нагревается). Все показатели аккумулятора измеряются так же, вольтметром любого типа. При создании такой вилки рекомендуется воспользоваться таблицей расчета сопротивлений проводов различной длины.

Как правильно проверять

Сейчас вы узнаете как проверить аккумулятор нагрузочной вилкой. Это важный навык, ведь он позволяет получить практически всю необходимую информацию о батарее. Ничего сложного в проверке АКБ нагрузочной вилкой нет. Делается все согласно инструкции. Для этой процедуры вовсе не нужно вынимать батареи. Вилка даже может быть помещена под капот. Благо этот проверяющий прибор не имеет больших размеров. Перед замерами проверяют цепь на предмет утечек. Также осматривают батарею визуально. Вот почему важно также знать и как проверить аккумулятор без нагрузочной вилки. При проверке не оставляют оба устройства без внимания.

Батарея не держит нагрузку, что делать?

При проверке нагрузочной вилкой напряжение на аккумуляторе должно «просесть», после чего оно начинает подниматься.

Читать также: Генератор для трехфазной сети

Если же этого не происходит, и АКБ не держит нагрузку (напряжение продолжает снижаться), можно делать вывод о выходе устройства из строя и необходимости его замены.

Аккумуляторная батарея (АКБ) обеспечивает питанием электрические системы и приборы транспортного средства. Если своевременно не проводить техническое обслуживание батареи, ее долговечность может значительно сократиться. В регламент технического обслуживания входит периодическая проверка состояния аккумулятора нагрузочной вилкой. Вилка позволяет проверить степень заряда АКБ, т.е. полноту заряда или глубину разряда. Нагрузочные вилки отличаются разнообразием конструкций, но все они позволяют проверить работоспособность и состояние АКБ.

Под нагрузкой

Вот как пользоваться нагрузочной вилкой:

Подсоединяют вилку к батарее.
Вилка формирует нагрузку. Последняя длится от пяти до шести секунд.
Получают показания, фиксируют.
Сверяют с данными таблицы с нормативами для АКБ.
Делают выводы.

В итоге становится понятно, возможно ли дальше использовать аккумуляторную батарею, или же нужна новая.

Нагрузочная вилка для аккумулятора своими руками

Сегодня есть разные модели для проверки автомобильных АКБ. Однако если хочется сэкономить и помастерить, возможно собственноручно изготовить такую вилку. Сделанные кустарным методом изделия уступают по внешнему виду промышленным, но по функциональности – нет.

Вот как сделать нагрузочную вилку:

Берется спираль. Это может быть спираль от старой электроплиты, или иная. Заядлому автомобилисту стоит покопаться в гараже, наверняка что-нибудь да найдется. Или же, если там ничего такого нет, возможно, в доме есть ненужная техника, которую возможно разобрать по такому поводу.
Такую деталь сворачивают в несколько слоев, то есть проволочных жил. Делается это для того, чтобы добиться сопротивления в 0,1 – 0,15 Ом. В итоге получается этакий небольшой элемент сопротивления, но он должен быть грамотно соединен с другими деталями устройства, иначе будет бесполезен.
Теперь понадобится автомобильная лампочка на 21 Ватт (например, с поворотников). Также понадобится и аккумулятор до 15 Вольт. В результате получится самодельное сопротивление. Последнее либо закрепляют гайкой и винтом, либо припаивают. Добавляют мультиметр с диапазоном в 10 Ампер. Подойдет обычный вариант из магазина. Главное – быть уверенным в работоспособности прибора. От последнего зависит, получится ли собрать рабочую вилку, способную давать точные показания. А от этих показаний уже будет зависеть информированность владельца о состоянии АКБ и, возможно, безопасность на дороге.
Теперь собирают всю цепь. Подключение делают последовательное.
Закрепляют зажимы на клеммах автомобильного аккумулятора.
Смотрят на мультиметр, получают показания. Должно быть в районе 1,78 Ампер.
Мультиметр убирают.
Вновь включают всю цепь.
Замеряют напряжение на спирали. Должно быть около 197 милливольт.
Рассчитывают сопротивление, применяя закон Ома. Напряжение делят на силу тока, получают где-то 0,11 Ом (если цифры такие, как выше).
Теперь вилка подсоединяется к АКБ секунд на пять. Предварительно подключают мультиметр. Подается постоянный ток напряжением 20 Вольт.
Остается снять показания и сделать выводы.

Классификация методов

Существуют следующие способы электроэрозионной обработки заготовок:

Комбинированный метод – предусматривает использование сразу нескольких методов воздействия. Некоторое оборудование позволяет комбинировать механическую и электроэрозионную обработку. Этот метод довольно популярен в последнее время, так как дает возможность достигнуть высоких результатов.
ЭЭХО или электроэрозионно-химическое шлифование – метод воздействия, который предусматривает комбинирование метода подачи тока и электролита. Метод довольно популярный, позволяет повысить качество поверхности и изменить форму заготовки.
Абразивная с подачей электрического тока позволяет воздействовать на заготовку для изменения шероховатости. В данном случае оборудование предназначено исключительно для получения определенной шероховатости.
Анодно-механическое воздействие определено тем, что процесс происходит в жидкой среде. В данном случае после подачи тока на поверхность появляется пленка, которая в последствие удаляется механическим методом.
Электроэрозионное упрочнение путем обработки электричеством характеризуется тем, что используемое оборудование позволяет существенно повысить прочность поверхностного слоя. Процедура не занимает много времени, проста в исполнении.
Объемное копирование – оборудование в данном случае имеет инструмент определенной формы и размеров, которые отражаются на заготовке при подаче тока.
Прошивание – способ электрического воздействия, при котором образуется отверстие определенного диаметра и формы.
Маркирование проводится путем нанесения определенной информации, которая остается на долгое время. Данная маркировка проста в исполнении, менее затратная.
Электроэрозионная резка проводится довольно часто. Она отличается тем, что можно получить высокоточные размеры путем резания этим методом.
Шлифование также проводится довольно часто.

Схема проволочно-вырезного электроэрозионного станка

Вышеприведенные моменты определяют то, что электроэрозионная обработка металлов позволяет получить заготовку с наиболее подходящими показателями.

Основы технологии

К особенностям, которыми обладает электроэрозионная обработка, можно отнести нижеприведенные моменты:

В качестве одного из электродов выступает заготовка, другого – электрод-инструмент.
Подача разряда проводится периодически, в виде коротких импульсов, так как подобное влияние позволяет восстановить электрическую прочность среды между электродами.
Униполярные импульсы подаются для того, чтобы уменьшить износ используемого электрода-инструмента.
Важным моментом можно назвать то, сколько длится импульс. При малой продолжительности подаваемого импульса существенно повышается износ анода. Однако при большой длительности импульса существенно повышается износ катода.

Схема электроэрозионного метода обработки

Зачастую на практике используется способ подключения к положительному и отрицательному плюсу генератора переменного тока.

Схема 2

Дополнительные опции

Покупатель станка с электроэрозией может дооснастить оборудование представленными опциями:

Контролируемое положение оси C. Чаще требуется для фрезерной обработки цилиндрических заготовок.
Револьверная головка с дополнительными степенями свободы инструмента. При помощи такой модели получают геометрически сложные детали.
Стол может иметь дополнительные оси. Такой вариант используется при обработке корпусных изделий или нескольких заготовок за один цикл.

В стандартную комплектацию включают системы очистки рабочей жидкости, позволяющие проводить фильтрацию с качеством до 3 мкм. Загрязнившиеся картриджи имеют стандартные размеры и меняются довольно быстро.

Возможности оборудования

Применение электроэрозионного оборудования является более эффективным, чем механические традиционные виды обработки материалов. Широкие возможности прецизионной обработки сверхтвердых сплавов и высокая вариативность инструментов позволяют изготавливать детали на уровне качества и сложности, недоступном для традиционных механических станков.

Электроэрозионные станки позволяют производить обработку деталей с минимальными внутренними радиусами, изготавливать высокоточные штампы без дальнейшей чистовой подгонки. Исчезла необходимость проводить промежуточные операции по термообработке заготовки, оборудование позволяет осуществлять подгонку и притирку сопряженных деталей.

Электроэрозионная резка проволокой позволяет производить разделение металлов высокой прочности и сложных контуров эффективнее, чем механические станки. Скорость обработки, параллельность линий реза по всей глубине обрабатываемой заготовки и высокая точность линии кромок делают электроэрозионные установки незаменимыми в работе со сверхтвердыми материалами.

Станки с ЧПУ обеспечивают высокую точность, скорость и производительность. Электроискровое упрочнение дает возможность увеличить твердость обрабатываемой поверхности детали, тем самым позволяет существенно повысить ее износостойкость уже после формирования и обработки.