При помощи электроискровых станков изготовляются сквозные и глухие отверстия любой формы, отверстия с криволинейными осями, вырезают заготовки из листа, выполняют плоское, круглое и внутреннее шлифование. Изготавливают штампы, пресс-формы, фильеры, режущий инструмент. Такие станки способны резать металл, сверлить отверстия любого диаметра, наращивать дефектные области деталей, производить ювелирные работы с драгоценными металлами, упрочнять поверхность изделий, шлифовать изделия самой сложной формы, извлекать застрявшие сломанные сверла и резцы.
На базе электроискрового метода обработки металлов создано немало станков промышленного назначения. Это высокоточная и дорогая техника, которую могут позволить себе купить только крупные предприятия, специализирующиеся на металлообработке.
Выбор технических характеристик станка
Описывающие технологические свойства станков данной модели параметры являются: точность выполнения операций, перемещения по координатам, режимы и скорость подач, режимы резания и нагрузки, наличие механизированной смены инструмента, возможность установки дополнительного оборудования, потребляемая мощность. Приводимые данные по производительности, чистоте поверхности и энергоемкости относятся к обработке различных по величине площадей на режимах, обусловливающих отсутствие участков оплавления и покрытия, т. е. при оптимальных плотностях токов.
Рассмотрим основные технологические характеристики. Например, скорость съема металла на максимальных режимах при обработке стали составляет в среднем 600 мм3/мин и близка к предельно возможной для этого способа обработки металлов. Удельный расход энергии на жестких режимах составляет 20-50 квт-ч/кг диспергированного металла. Износ инструмента по отношению к объему снятого металла достигает 25-120 и более процентов. Чистота поверхности на мягких режимах достигает 4-го класса при скорости съема 10-15 мм3/мин. Дальнейшее повышение чистоты поверхности сопровождается резким уменьшением скорости съема. Так, при получении 5-го класса чистоты поверхности, производительность электроискрового способа обработки меньше 5 мм3/мин. Удельный расход энергии на мягких режимах в десятки и сотни раз выше, чем на жестких.
При обработке твердого сплава производительность процесса на мягких режимах, примерно, в два-три раза меньше, чем при обработке стали, однако при этом получается несколько лучшая чистота поверхности. Применение более жестких режимов при обработке твердых сплавов лимитируется образованием на них трещин.
Компоновка станка
Основными узлами электроискровых станков являются: станина, механизм для установочных перемещений, рабочая ванна, насосная установка, генератор электрических импульсов и регулятор подачи. Станина является связующим звеном для основных узлов.
Механизм перемещений установки деталей и инструмента применяется, как и в металлорежущих станках.
Состав: ходовая часть, которая перемещается с помощью винтовых или шестеренных пар.
Рабочая ванна состоит из тонкой листовой стали и представляет собой цельносварную конструкцию. Клеммник крепится «на боку» рабочей ванны для того чтобы электроды присоединялись к разрядному контуру. От насосной установки подается рабочая жидкость. Размеры ванны зависят от деталей. Насосная установка представляется в виде емкости 50-60 литров.
Генератор импульсов. Для получения разрядов используется схема, которая включает в себя рабочие электроды, батарею, измерительную аппаратуру, источник постоянного тока и регулируемое сопротивление. Подробнее о нем рассмотрим ниже.
Электроэрозионный станок имеет искровой генератор, который выступает в качестве конденсатора. Принцип обработки заключается в накоплении энергии в течение длительного времени, а затем ее выброс в течение короткого промежутка времени.
Принцип работы генератора, который установлен на электроискровой станок, заключается в следующем:
Диодный мост проводит выпрямление промышленного тока напряжением 220 или 380 Вольт;
Установленная лампа ограничивает ток короткого замыкания и защиту диодного моста;
Чем выше показатель нагрузки, тем быстрее проходит зарядка электроискрового станка;
После того как зарядка закончится, лампа погаснет;
Зарядив установленный накопитель можно поднести электрод к обрабатываемой заготовке;
После того как проводится размыкание цепи, конденсатор снова начинает заряжаться;
Время зарядки установленного накопительного элемента зависит от его емкости. Как правило, временной промежуток от 0,5 до 1 секунды;
На момент разряда сила тока достигает несколько тысяч ампер;
Провод от конденсатора к электроду должен иметь большое поперечное сечение, около 10 квадратных миллиметров. При этом провод должен быть изготовлен исключительно из меди.
Привод главного движения в станке
Линейный привод – это конструкция с бесконтактной передачей усилия, прямой привод без какой-либо кинематической цепи преобразования энергии в движение и вращательного движения в линейное, без люфтов, зоны нечувствительности и неравномерных подач. Все, что происходит при отработке каждого перемещения, это:
Командный импульс => Энергия взаимодействия магнитных полей => Линейное движение
В линейных приводах отсутствует многоступенчатое преобразование энергии в движение, что вызывает возникновение люфтов и неравномерных подач. Линейные приводы электроискрового станка способны корректировать зазор 500 раз в секунду с дискретностью подач 0,1 мкм. Выходит, оптимальный зазор практически в любой момент. И в итоге получаем оптимальные режимы, стабильно максимальный съем, высокую скорость обработки и качество поверхности.
Направляющие станка
Направляющие служат для перемещения по станине подвижных узлов станка, обеспечивая правильность траектории движения заготовки или детали и для восприятия внешних сил. Во всех металлорежущих станках применяются направляющие: скольжения, качения, комбинированные, жидкостного трения, аэростатические.
Предъявляющие требования: первоначальная точность изготовления, долговечность, высокая жесткость, высокие демпфирующие свойства, малые силы трения, простота конструкции, возможность обеспечения, регулирования зазора-натяга.
В зависимости от расположения направляющие делятся также на горизонтальные, вертикальные, наклонные.
Шпиндельные узлы станка
Шпиндель выполнен в виде массивного ротора, с расположенной внутри него крепежной цангой, а в верхней точке полости, образованной двумя встречно обращенными коническими поверхностями, установлен заборник(улавливатель) рабочей жидкости. Такая конструкция шпинделя улучшает условия работы на станке.
Рис.1 – Шпиндель электроискрового станка
В скользящем подшипнике 1 расположен вращающийся посредством клиноременной передачи 2 шпиндель 3, выполненный в виде ротора, в концентрической расточке которого расположена на напряженной или тугой посадке цанга 4, для крепления по внешней поверхности обрабатываемой детали 5. Внутренняя полость ротора образована двумя встречно обращенными коническими поверхностями 6 и 7, Рабочая жидкость, подаваемая от гидронасоса по трубке 8 в отверстие обрабатываемой детали, под действием центробежных сил вращающегося шпинделя собирается на периферии внутренней полости (кармана) ротора, откуда через заборник 9 по трубке 10 поступает в фильтрующий элемент гидронасоса.
Приводы подач станка
Лишь с недавнего времени начался выпуск электроискровых станков, а именно с совершенно новыми линейными двигателями. В данном выпуске были совершены и исправлены работы над регулированием скорости и ускорении, равномерным движением, реверсом, легкостью обслуживания и др.
Линейный двигатель в данном выпуске станков имеет двигатель, содержащий всего несколько элементов: электромагнитный статор и плоский ротор, которые содержат между собой только зазор из воздуха. Также имеется еще один немаловажный элемент и это оптическая измерительная линейка с высокой дискретностью (0.1 мкм). Без этого измерительного прибора система управления не сможет распознать координаты.
Но также ближе рассмотрим статор и ротор. Оба выполнены в виде плоских и легко снимаемых блоков. Но крепится статор к станине или колонне станка, а ротор – к рабочему органу.
В конструкции ротор совершенно прост. Он состоит из прямоугольных сильных постоянных магнитов. А магниты на тонкой плите из специальной высокопрочной керамики, коэффициент температурного расширения которой в два раза меньше чем у гранита.
Множество проблем линейного привода решились, так как стали использовать керамику одновременно с системой охлаждения. Соответственно «ушли» и проблемы с температурными факторами, с жесткостью конструкции, с наличием сильных магнитных полей и т.д.
Несущая система станка
Станина, колонна, каретка стола и др. являются несущей конструкцией, обычно состоящей из чугуна. Шабренные посадочные поверхности предназначены для направляющих, а также для состыковки двух конструкций между собой.
Типичные представители
В процессе подготовки данного реферата были разобраны несколько современных представителей станков электроискрового типа, оснащенных системой числового программного управления. Были представлены такие станки как, ALC 800G и AQ 15L . Их основные технические характеристики приведены ниже в таблицах 1 и 2.
У некоторых домашних мастеров возникает идея изготовить электроэрозионный станок своими руками для собственной мастерской. Желание объясняется тем, что иногда приходится обрабатывать детали с высокой твердостью. Производить отжиг для понижения прочности нельзя. Возможна деформация детали и будут нарушены требования, предъявляемые к качеству обработанной поверхности или иные характеристики.
В результате искровой эрозии производится прожиг сквозных отверстий или нанесение маркировки. Возможна обработка поверхности сложной формы, задаваемой электродом.
Основные особенности электроэрозии
Принцип работы эрозионной установки для металлических деталей основан на удалении мельчайших частиц обрабатываемого материала искровым разрядом. В результате однократного воздействия в точке контакта остается небольшая лунка. Чем мощнее искра, тем шире и глубже образуется углубление.
Если производить многократную искровую обработку, то процесс испарения мельчайших частиц в зоне искрения будет более заметным. Произойдет разогрев металла. Поэтому для снижения температуры подается охлаждающая жидкость.
Электросхема устройства предусматривает использование:
- диодного моста, он выпрямляет подаваемое переменное напряжение из сети 220 В;
- лампа накаливания Н₁ на 100 Вт представляет активную нагрузку;
- конденсаторы С₁, С₂, С₃ накапливают энергию для получения разового искрового разряда.
При включении схема в сеть загорается лампа Н₁, на конденсаторах С₁,…, С₃ накапливается электрический заряд. В момент полной зарядки конденсаторов прекращается течение электрического тока по цепи. Лампа Н₁ гаснет, что служит сигналом для возможности получения искры.
Электрод подводится к детали. Остается зазор, через который происходит пробой. На металле выжигается небольшая лунка.
Чтобы произвести следующий электрический разряд и выжигание еще одной порции металла, необходимо электрод отвести от детали. Потом происходит повторное заряжение конденсаторов.
Подобные действия происходят многократно. При каждом последующем действии электрод сильнее внедряется в металл, вырывая частицы на большей глубине.
Приведенная схема для полного заряда конденсаторов требует около 0,5…0,7 с времени. Величина тока в цепи заряда составляет примерно 0,42…0,47 А. При осуществлении контакта в зоне разряда ток возрастает до 7000…9000 А. При столь высоком значении происходит испарение 0,010…0,012 г металла (сталь).
Для высокого значения тока необходимо использовать медные провода сечением 8…10 мм². Чтобы прожечь отверстие, электрод изготавливают из толстой латунной проволоки. Чтобы запустить непрерывный процесс работы, нужно с частотой около 1 Гц подводить электрод к обрабатываемой детали.
Техническое задание на проектирование самодельного станка
Чтобы сделать самодельный электроэрозионный станок нужно изготовить ряд приспособлений, которые помогут автоматизировать производственный процесс.
- Нужна станина, на ней будет размещаться механизм перемещения электрода.
- Потребуется сам механизм, позволяющий периодически подводить и отводить электрод к обрабатываемому материалу.
- Для выжигания отверстий разных форм нужно иметь набор электродов. Специалисты рекомендуют использовать молибденовую проволоку.
- Для различных типов основного инструмента потребуется менять мощность устройства и силу тока. При разных режимах работы принципиальная электрическая схема должна позволять проводить регулирование величины разряда на электроде. В ней нужно предусмотреть изменение частоты пульсации напряжения.
- Для охлаждения детали (перегревать закаленную сталь нельзя, происходит отпуск со снижением твердости) в зону работы нужно осуществлять подачу охлаждающей жидкости. Чаще используют обычную воду или растворы солей. Вода попутно вымывает шлам (разрушенные частицы металла).
Внимание! В промышленных установках, например, японская фирма по производству станков «Sodick» использует ванны из ударопрочного стекла. В них организуется поток жидкости в зону обработки, а также отвод отработавшей воды и последующая фильтрация.
Разработка горизонтального электроэрозионного станка
Схема установки включает основные узлы и детали:
- 1 – электрод;
- 2 – винт фиксации электрода в направляющей втулке;
- 3 – клемма для фиксации положительного провода от преобразователя напряжения;
- 4 – направляющая втулка;
- 5 – корпус из фторопласта;
- 6 – отверстие для подачи смазки;
- 7 – станина.
Установка небольшого размера, которую можно установить на столе. В корпусе 5 направляющая втулка 4 может перемещаться в обе стороны. Для ее привода нужен специальный механизм или приспособление.
К втулке 4 крепится электрод 1, плюсовой провод также присоединен с помощью клеммы 3. Остается только собрать предложенную схему в реальную установку в домашних условиях. В ней использована самая простейшая оснастка.
Краткое описание самодельной установки
В корпусе 2 установлен электрод 1. Его возвратно-поступательное перемещение производится электромагнитом из катушки 7. К направляющей втулке подведена клемма 3 (подается положительный потенциал).
На рабочем столе 4 крепится деталь, которую нужно обработать. На столе имеется клемма 5, к ней подключается отрицательный проводник. По трубке 6 внутрь корпуса подается смазка.
Через фильтры производится подключение преобразователя напряжения, от них положительный и отрицательный провода соединяются на соответствующих клеммах 3 и 5. На столе 4 фиксируется деталь, в которой можно проводить разные виды обработки, например, прожечь отверстие в закаленной детали.
Включив преобразователь, на токонесущих проводах будет получено рабочее напряжение. Дополнительно подается напряжение на индукционную катушку 7. Она создает вибрацию электрода 1, направляя его движение вправо и влево. Электрод 1 касается обрабатываемой детали. В зоне контакта возникает ток величиной 7000…9000 А.
При каждом движении инструмента в сторону детали выжигается небольшое количество металла. В течение 10…12 минут работы электроэрозионного станка в детали будет получено сквозное отверстие. Получено отверстие в хвостовике сверла. Обычным способом просверлить подобное отверстие довольно сложно.
Как усовершенствовать станок?
Изготовленный простейший станок представляет собой действующую модель. Его назначение – образование отверстий в закаленных деталях.
В дальнейшем нужно рассмотреть вариант с вертикальным расположением электрода. Тогда под него можно установить ванну. Процесс будет происходить без возможных неисправностей, связанных с наличием неубираемого шлама из рабочей зоны.
Нужно также рассмотреть дополнительные механизмы для плавной подачи инструмента. Возможно, потребуется осуществлять не только осевое перемещение, а также движение электрода в горизонтальной плоскости, чтобы проводить трехмерную обработку поверхности.
Любой простейший станок дает мысли к тому, как его в дальнейшем усовершенствовать и создать более удобный агрегат. Главное, сделать первый шаг и попробовать изготовить первый образец.
Видео: самодельный электроискровой станок.
Заключение
- Станок для электроэрозионной обработки металла позволяет выполнять доработку закаленных деталей, не снижая их прочности.
- Даже самый простейший станок, изготовленный из подручных материалов, позволяет выполнять ряд операций, которые невозможно выполнить другими инструментами и приспособлениями.
В направлении металлообработки широкое распространение получил метод электроэрозионной обработки (ЭЭО). Электроэрозионный метод обработки был открыт советскими учеными в 1947 году.
Эта технология смогла значительно облегчить процесс обработки металла, особенно это помогло при обработке металлов высокой прочности, при изготовлении деталей сложной конструкции, а также в других направлениях.
Работа метода основана на воздействии на деталь электрическими разрядами в диэлектрической среде, вследствие чего происходит разрушение металла или изменение его физических свойств.
Применение метода ЭЭО:
- При обработке деталей из металлов со сложными физико-химическими свойствами;
- При изготовлении деталей сложных геометрических параметров, со сложно выполнимой механической обработкой;
- При легировании поверхности для повышения показателей износоустойчивости и придания деталям требуемых качеств;
- Повышение характеристик верхнего слоя металлической поверхности (упрочнение) за счет окисления материала под воздействием электрического разряда;
- Маркирование изделий без вредоносного влияния, что присутствует при механическом клеймлении.
Для выполнения различных операций применяются разные виды электроэрозионной обработки. На промышленных станках устанавливаются устройства числового программного управления (ЧПУ), что значительно упрощает применение любого вида обработки.
Виды электроэрозионной обработки материала:
- Электроискровой вид обработки применяется при резке твердосплавных материалов, фигурной резке и для проделывания отверстий в металлах высокой прочности. Дает высокую точность, но скорость работы невелика. Применяется в прошивных станках.
- Электроконтактный способ обработки основан на местном расплавлении металла дуговыми разрядами с последующим удалением отработанного материала. Метод имеет более низкую точность, но более высокую скорость работы, чем электроискровой способ. Применяется при работе с большими деталями из чугуна, легированной стали, тугоплавких и других металлов.
- Электроимпульсный метод сродни электроискровому, но применяются дуговые разряды продолжительностью до 0.01 секунды. Это дает высокую производительность при относительно хорошем качестве.
- Анодно-механический метод основан на сочетании электрического и механического воздействия на металл. Рабочий инструмент – диск, а рабочая среда – жидкое стекло или сходное по характеристикам вещество. На обрабатываемую деталь и диск подают определенное напряжение, при разряде металл расплавляется, а шлам удаляется диском механически.
В промышленности применяются станки, работающие на основе метода электроэрозионной обработки металла. Они классифицируются по нескольким параметрам: принцип работы, управление, наличие ЧПУ и т.д.
Виды станков, работающих на принципе ЭЭО:
- Электроэрозионный проволочный станок;
- Электроэрозионный проволочно-вырезной станок;
- Электроэрозионный прошивной станок.
Станок ЭЭО в связи со своей многофункциональностью в хозяйстве нужен, а порой и вовсе не заменим. Заиметь такой аппарат в своем гараже хотел бы каждый. К сожалению, купить такой станок заводской сборки очень накладно и зачастую не представляется возможным. Выход из такой ситуации есть – собрать своими руками.
Вырезной и прошивной станок
Вопреки предвзятому мнению о сложности и невыполнимости такой задачи это не так. Это вполне посильная задача для простого обывателя, хотя все не так просто. Самый простой вид станка – это вырезной станок, предназначается для обработки деталей из легированных, тугоплавких и других прочных металлов.
В электрической схеме присутствуют: источник питания, диодный мост, лампочка и набор конденсаторов, соединенных в параллельную цепь. На выход подключаются электрод и обрабатываемая деталь. Отметим еще раз, что это принципиальная схема для образного понятия принципа работы устройства. На практике схема дополнена различными элементами, позволяющими отрегулировать прошивной станок под требуемые параметры.
Общие требования к электрической схеме вырезного станка:
- Учитывайте необходимую мощность станка при выборе трансформатора;
- Напряжение на конденсаторе должно быть больше 320 В;
- Общая емкость конденсаторов должна быть не меньше значения в 1000 мкФ;
- Кабель, идущий от схемы к контактам, должен быть только медным и сечением не меньше 10 мм;
Один из примеров рабочей схемы:
Как сразу видно, схема значительно отличается от принципиальной, но в то же время не является чем-то сверхъестественным. Все детали электрической схемы можно найти в специализированных магазинах или просто в старых электронных приборах, давно пылящихся где-нибудь в гараже. Отличное решение – применить ЧПУ для управления станком, но такой способ управления стоит немало, да и подключение его на самодельный станок требует определенных навыков и знаний.
Конструкция станка
Все элементы электрической схемы необходимо надежно закрепить в корпусе из диэлектрика, в качестве материала желательно использовать фторопласт или другой с похожими характеристиками. На панель можно вывести необходимые тумблеры, регуляторы и измерительные приборы.
На станине нужно закрепить держатель для электрода (должен быть закреплен подвижно) и обрабатываемой детали, а также ванночку для диэлектрика, в которой и будет проходить весь процесс. Как дополнение можно поставить автоматическую подачу электрода, это будет очень удобно. Процесс работы такого станка очень медленный, и для проделывания глубокого отверстия уходит много времени.
Проволочный станок своими руками
Электрическая схема проволочного станка та же, что и на вырезном станке, за исключением некоторых нюансов. Рассмотрим другие отличия проволочного станка. Конструктивно проволочный станок тоже похож на вырезной, но есть отличие – это рабочий элемент станка. На проволочном станке, в отличие от вырезного, – это тонкая медная проволока на двух барабанах, и в процессе работы проволока перематывается с одного барабана на другой.
Сделано это для снижения износа рабочего инструмента. Неподвижная проволока быстро придет в негодность. Это усложняет конструкцию механизмом движения проволоки, который необходимо установить на станину для удобной обработки деталей. В то же время дает станку дополнительный функционал. При вырезании сложных элементов оптимальным вариантом будет поставить ЧПУ, но, как сказано выше, это обусловлено некоторыми сложностями.
Для получения элементов со сложным профилем из труднообрабатываемых металлов используется электроэрозионный станок. Его работа основана на воздействии разрядов электрического тока, которые создают в зоне обработки высокую температуру, из-за чего металл испаряется. Такой эффект именуется электрической эрозией. Промышленность уже больше 50 лет использует станки, работающие по этому принципу.
Виды оборудования и методы обработки
Описать работу электроэрозионного станка можно так : взять заряженный конденсатор и поднести его электродами к металлической пластине. Во время короткого замыкания происходит разряд конденсатора. Яркая вспышка сопровождается выходом энергии (высокой температуры). В месте замыкания образуется углубление вследствие испарения некоторого количества металла от высокой температуры.
На технологическом оборудовании реализованы различные виды получения электрических разрядов. Среди основных схем выделяются:
- электроискровая;
- электроконтактная;
- электроимпульсная;
- анодно-механическая.
Реализуя одну из схем на практике, изготавливают станки . На принципе электрической эрозии были выпущены следующие станки в разных модификациях:
- вырезной;
- проволочный;
- прошивной.
Для получения точных размеров и автоматизации процесса оборудование комплектуется числовым программным управлением (ЧПУ).
Электроискровой станок работает за счет искрового генератора. Генератор - это накопитель энергии, который дает электрический импульс. Для постоянной подачи импульсов организуется конденсаторная батарея.
Чтобы организовать электрическую цепь, катод подключают к исполнительному инструменту, а анод - к обрабатываемой детали. Постоянное расстояние между электродом и деталью гарантирует однородность протекания процесса. При вертикальном опускании электрода на деталь происходит прошивка металла и образование отверстия, форма которого задается формой электрода. Так работает электроэрозионный прошивной станок.
Для изготовления деталей из твердосплавных и труднообрабатываемых деталей используется электроэрозионный проволочный станок. В качестве электрода в нем выступает тонкая проволока. При испарении металла на поверхности обрабатываемой детали образуются окислы, обладающие высокой температурой плавления. Для защиты от них процесс проводят в жидкой среде или масле. Во время искрообразования жидкость начинает гореть, забирая кислород и другие газы из рабочей зоны.
Станки такого типа иногда бывают единственно возможным способом изготовления конструкционного элемента. Но покупка оборудования для электроэрозионной обработки для выполнения нечастых работ - разорительное занятие. Поэтому если возникла необходимость, то можно изготовить электроэрозионный станок своими руками.
Особенности самодельного устройства
Перед тем как приступить к изготовлению самодельного электроэрозионного станка, необходимо разобраться в его устройстве. К основным конструкционным элементам относятся:
Изготовление искрового генеротора
Для изготовления искрового генератора детали можно найти везде (в старых телевизорах, мониторах блоков питания и т. д.). Принцип его работы таков :
Меры безопасности при работе
Так как организованная электроэрозия своими руками сопряжена с возможностью поражения электрическим током, к технике безопасности необходимо подойти со всей ответственностью. Обрабатываемая деталь не должна быть заземлена. В противном случае произойдет ЧП - короткое замыкание в питающей сети. Конденсаторы, рассчитанные на 400 В, могут привести к летальному исходу при их емкости всего в 1000 мкФ.
Подключение приборов исключает контакт с корпусом. Для подключения конденсатора к электроду требуется медный провод сечением 6−10 кв. мм. Большой объем масла, используемого для предотвращения образования окислов, может загореться и привести к пожару.
Промышленная обработка металлов включает в себя несколько десятков способов и методов изменения формы, объема и, даже молекулярной структуры материала. Электроискровая обработка металлов - одна из распространенных технологий работы с металлом, отличающаяся высокой точностью и производительностью. При помощи электроискровых станков можно:
- резать металл;
- сверлить отверстия микроскопического диаметра;
- наращивать дефектные области деталей;
- производить ювелирные работы с драгоценными металлами;
- упрочнять поверхность изделий;
- шлифовать изделия самой сложной формы;
- извлекать застрявшие сломанные сверла и резцы.
На базе электроискрового метода обработки металлов создано немало станков промышленного назначения. Это высокоточная и дорогая техника, которую могут позволить себе купить только крупные предприятия, специализирующиеся на металлообработке.
Но иногда электроискровые станки требуются и в мастерских или цехах, где их услуги требуются время от времени. Для этого можно купить промышленное устройство с несколько ограниченными возможностями (функционал в пределах самых востребованных операций), или построить самодельный электроискровой станок. Это вполне возможно даже в домашних условиях, не говоря уже о предприятиях, в составе которых есть токарные и электромеханические цеха или участки.
Базируется обработка металлов электроискровым способом на свойстве электрического тока переносить вещество при пробое. При высоком напряжении и силе постоянного тока (1-60 А) анод (положительно заряженный электрод) нагревается до высокой температуры в пределах 10-15 тысяч градусов Цельсия, расплавляется, ионизируется и устремляется к катоду. Там, в силу электрических взаимодействий он осаживается.
Чтобы в процессе работы не возникала полноценная электрическая дуга, электроды сближаются только на короткие мгновения, длящиеся доли секунда. За это время возникает искра, разрушающая анод и наращивающая катод. Обрабатываемый участок подвергается нагреву и воздействию электротока на протяжении миллисекунд, при этом соседние области и лежащий ниже слой не успевают прогреться и структура их не нарушается. Проблема пограничных состояний не возникает в принципе.
Если требуется резка или сверление - катодом служит рабочий инструмент, а анодом - обрабатываемая деталь. При наращивании, укреплении поверхности или восстановлении формы детали, они меняются местами. Для этих видов обработки созданы специальные станки, каждый из которых выполняет свои операции.
Инструментом в установках электроэрозионного действия служат латунные или медно-графитные электроды, хорошо проводящие ток и недорогие в изготовлении. С их помощью можно резать и сверлить самые твердые сплавы. Чтобы металл катода не оседал на электроде и не увеличивал его размера, процесс происходит в жидкой среде - жидкость охлаждает капли расплава, и он не может осесть на электроде, даже если и достигает его. Вязкость жидкости определяет скорость движения материальных частиц, и они не успевают за током. Металл оседает в ванне в виде осадка и не мешает дальнейшему прохождению тока.
При наращивании поверхности деталей или укреплении, металл с анода переносится на катод. В этом случае на вибрационной установке закрепляется положительный электрод, служащий донором металла, а деталь присоединяется к отрицательному полюсу. Вода или масло в этом процессе не используются, все происходит в воздухе.
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 мм 3 /мин. При более высоких показателях класса точности - VI и VII, производительность снижается до 20-30 мм 3 /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.
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.
Отличие электроискровой эрозии от дуговой сварки и резки
Использование импульсного воздействия электрического тока отличается от воздействия дуги. Импульс работает в очень ограниченном пространстве, не успевая прогреть соседние участки. Даже на самых сложных в плане термического окисления сплавах инертная атмосфера не потребуется - взаимодействие происходит на площадях не более 0,05-1 мм 2 при глубине воздействия 0,05-0,3 мм. Даже в самой агрессивной атмосфере не успевают возникнуть условия для активного окисления.
Электроискровой станок своими руками
Одной из главных деталей электроискровой установки, которую можно реализовать своими руками, конечно, при соблюдении всех правил техники безопасности, приведена ниже. Следует отметить, что это только одна из многих схем, которые можно использовать в конструкции станка.
Рабочий стол станка должен быть оборудован системой удаления окислов (непрерывной подачей масла или керосина). Они снижают вероятность отложения оксидной пленки на поверхности детали и, в результате, прекращения искрообразования. Для пробоя необходим надежный электрический контакт. Как основной вариант можно использовать ванночку, заполненную жидкостью.
Электрод представляет собой латунную или медную проволочку требуемого диаметра, которая закреплена в зажиме. Зажим, в свою очередь, представляет собой деталь вертикального штока кривошипно-шатунного механизма, который приводится в движение от электродвигателя. Частота возвратно-поступательного движения электрода выбирается в зависимости от особенностей обрабатываемого материала.
Все токопроводящие детали и кабели должны быть качественно и надежно изолированы, сама установка заземлена. Посмотреть, как работают бытовые самодельные установки можно на видео:
Следует отметить, что самодельные станки никогда не сравняются по возможностям с промышленными, например серией АРТА. Для производства кустарных изделий или использования в качестве одного из видов хобби, они, может быть и пригодны, но для работы в мастерской или слесарном цехе не «дотягивают». Не говоря уже о том, что сложность электрической схемы и необходимость точного согласования кинематики и разряда конденсатора делают их очень сложными в регулировке.