Электроэрозионные станки. Зачем нужен электроэрозионный проволочно-вырезной станок? Виды электроэрозионной обработки материала

Процесс электроэрозионной обработки (ЭЭО) токопроводящих материалов основан на принципе направленного разрушения анода (заготовки), который находится в жидкой диэлектрической среде, в результате прохождения между ним и катодом (рабочим инструментом) электрического разряда большой мощности. Ввиду значительных технологических возможностей метода, он реализуется на электроэрозионных станках различного исполнения.

Структура и разновидности оборудования для ЭЭО

Типовой электроэрозионный станок включает в себя:

1. несколько автономно действующих друг от друга электродвигателей;
2. узел подачи электрода-инструмента;
3. ванну с рабочей средой;
4. стол для размещения обрабатываемой заготовки;
5. схему управления.

Классификация рассматриваемого оборудования производится по следующим признакам:

• По технологическому предназначению. Можно выделить универсальные, специализированные и специальные станки для ЭЭО;
• По принципу компоновки основных узлов. Её можно сделать горизонтальной и наклонной, но чаще используется вертикальная компоновка;
• По типу стола: неподвижный или координатный;
• По типу ванны – съёмная или поднимающаяся;
• По степени точности – оборудование для работ обычной точности и прецизионное;
• По принципу возбуждения и последующего регулирования параметров электрического разряда.

Размерный ряд видов электроэрозионного оборудования отечественного производства определяется требованиями ГОСТ 15954.

Способы получения электрического разряда в рабочих цепях станков

Размерную обработку можно производить искровым, импульсным и дуговым разрядами. В первом случае между катодом и анодом образуется искровой разряд малой скважности, но с точно заданными характеристиками межэлектродного промежутка. Такие станки компактны, отличаются высокой точностью работы и качеством поверхности после электроэрозии, удобством регулирования технологическими показателями, но одновременно имеют малую мощность, и, следовательно – производительность. Области целесообразного использования таких станков – точная разрезка труднообрабатываемых материалов (в частности, твёрдых сплавов), получение деталей со сложными контурами. Их можно также использовать для извлечения сломанного инструмента и т.п.

Повышение энергии электрического разряда достигается введением в схему генератора импульсов, который увеличивает интервал между смежными разрядами и одновременно увеличивает тепловую мощность при единичном электроэрозионном акте. Как следствие, производительность работы увеличивается, но зато снижаются точность, а поверхность обработанной детали может иметь довольно протяжённую зону термического влияния, что не всегда допустимо. Электроимпульсные станки применяются там, где требуется более значительный съём металла в единицу времени.

При необходимости обеспечить ещё более высокий съём металла (причём не только для формоизменения исходной заготовки, но и для её упрочнения) применяются электродуговые станки. Производительность такого оборудования увеличивается в несколько десятков раз, поскольку дуга, в отличие от остальных видов электрического разряда, горит непрерывно. Для управления технологическими параметрами дугового разряда он сжимается поперечным потоком среды-диэлектрика, которая постоянно, и под большим давлением прокачивается через зону горения дуги насосной установкой, предусмотренной в схеме станка. Электродуговыми станками можно изготовить крупные заготовки под валки, молотовые штампы горячей штамповки и т.д.

Применение электроэрозионных станков разных типов

Из оборудования электроискрового типа одним из наиболее точных считается копировально-прошивочный станок МА4720. Он предназначен для работы с труднообрабатываемыми заготовками сложной конфигурации, например, для твёрдосплавной штамповой оснастки, пресс-форм, кокилей. Производительность станка не превышает 70 мм 3 /мин, зато можно достичь точности в 0,03…0,04 мм, при достаточно невысокой шероховатости конечной поверхности (не выше Rz 0,32…0,4 мкм на чистовых режимах обработки). Перемещение рабочего стола производится системой ЧПУ. Размеры рабочего стола и допустимый диапазон значений межэлектродного зазора между анодом и катодом не позволяет получать на данном станке изделия с габаритными размерами более 120?180?75 мм.

Примером электроимпульсного станка является распространённая модель 4Е723, также оснащаемая ЧПУ. Более высокие показатели удельной мощности позволяют достигать производительности ЭЭО до 1200м 3 /мин, при погрешности обработки на чистовых режимах в пределах 0,25…0,1 мм. Более высокая точность достигается при ЭЭО фасонных поверхностей. Станок также используется преимущественно в инструментальном производстве, однако шероховатость поверхности заметно увеличивается – до Ra 2,5 мкм, поэтому после обработки в большинстве случаев потребуется шлифование. На станке можно выполнять ЭЭО деталей с габаритными размерами 620?380?380 мм, а также прорезание фасонных пазов.

Данные виды относятся к универсальным электроэрозионным станкам. Примером специализированного оборудования является электроэрозионный станок модели 4531, производящий профильную вырезку сложных контуров при помощи непрофилированного электрода. На станке 4531 применяется латунная проволока, которая непрерывно перематывается через межэлектродный промежуток, возбуждая разряд между катодом и анодом. При относительно невысокой производительности (не более 16…18 мм 3 /мин по стали; для твёрдого сплава производительность ещё ниже), станок 4531 в принципе позволяет обеспечить погрешность ±0,01 мм, поэтому рассматриваемое оборудование эффективно при производстве матриц вырубных штампов особо сложной конфигурации и шаблонов. Максимальные размеры вырезаемого контура составляют 100?60 мм.

Принципы оптимального выбора технологии и типоразмера станка для ЭЭО

Исходными данными являются точность контура, размеры (глубина) термически изменённой зоны, а также желаемое значение съёма в единицу времени. Для станков, работающих с непрофилированными электродами, важно наличие устройств для автоматической заправки проволоки, а для импульсных станков – генераторов, позволяющих использовать биметаллическую проволоку, которая повышает производительность ЭЭО.

Для повышения качества процесса и снижения эрозионного износа электрода-инструмента в качестве рабочих сред лучше использовать масло (наиболее употребительна смесь масла «индустриальное-20» с керосином). В принципе, для изделий с увеличенными допусками, возможно использование и воды.

Технологические возможности электроэрозионных станков значительно расширяются наличием дополнительных приспособлений (например, для получения конических поверхностей).

Для съёма металла от 20000 мм 3 /мин и выше нужно применять только электродуговые станки. Наименьшая погрешность работы такого оборудования достигается на обратной полярности при использовании графитовых электродов. Вместе с тем, сравнительно высокая шероховатость поверхности – не ниже Rz 0,8…1,6 мкм – вынуждает после ЭЭО дуговым разрядом предусматривать чистовое шлифование полученного контура. Давление прокачки рабочей среды должно быть не менее 50…60 кПа.

Электроэрозионный проволочно-вырезной станок служит для аккуратного исполнения отверстий в металлах различной плотности. Движение инструмента происходит с высокой точностью и плавностью. Двигатели к нему производятся на предприятии - изготовителе станков - по уникальной технологии.

Конструкция

Электроэрозионный проволочно-вырезной станок оснащается плоскопараллельными двигателями. Для этого производители создают свои неодимовые магниты (NdFeB — неодим-железо-бор). Кроме них потребовалась и уникальная система управления K-SMS.

Классический электроэрозионный проволочно-вырезной станок способен обрабатывать только электропроводящие заготовки. Металлы прожигаются дугой на значительную глубину. На месте среза остается гладкая поверхность, часто не требующая дополнительной обработки.

Электроэрозионный проволочно-вырезной станок помогает получить сложные изделия: пресс-формы, штаммы, конические и цилиндрические поверхности, выступы и скосы. В продаже можно найти двухкоординатные сборки, применяемые для простейших операций. Более сложные изделия получаются с применением пятикоординатных машин.

Принцип работы

В процессе применения проволочно-вырезного станка латунная проволока используется наиболее часто в качестве режущего инструмента. Она выполнятся по уникальной технологии, и от её качества зависит скорость и аккуратность обработки.

Если применяется импульсов повышенной мощности, встроенный в описываемый станок, латунная проволока оснащается специальным покрытием. Ее структура имеет несколько слоев:

• Основа — CuZn40 или латунь. Также может использоваться молибден, медь.
• Термодиффузионный слой — концентрация цинка более 50%.
• Верхний слой — чистый цинк.

За счёт такой структуры проволока обладает рядом достоинств:

1. Выдерживает высокие температуры.
2. Дуга в процессе обработки стабильна, исключается образование наплывов на месте разреза.
3. Снижен расход проволоки на длину разреза.

Проволочные электроэрозионные станки с ЧПУ применяются, в основном, в серийном производстве. Единичные изделия не оправдывают покупку дорогостоящего оборудования, но некоторые детали возможно получить только данным видом реза. Покрытие из цинка обеспечивает непрерывность автоматического процесса за счёт исключения осыпания латуни от высокочастотных токов.

Процесс обработки

Электроэрозионная обработка материалов основана на образовании искры за счёт пропускания тока высокой частоты через минимальный воздушный или водный зазор. Наиболее активно этот процесс происходит с участием латуни.

Существует несколько типов обработки металлов на приведенном оборудовании:

• Копировально-прошивочные технологии.
• Профильно-вырезные.
• Прошивочные.

Чаще проволока для электроэрозионных станков крепится на подвижный узел. Заготовка же размещается на неподвижном столе. Процесс реза контролируется контроллером системы ЧПУ, управляющей одновременно несколькими осями.

Суть технологии

Электрический разряд между проволокой и заготовкой приводит к удалению части металла. Выделенные частицы выводятся в объем рабочей жидкости. Шлам (кристаллизующиеся частицы) отфильтровывается и удаляется в конце реза. Скорость обработки регулируется силой тока. Но должны быть подобраны оптимальные режимы, при которых не образуются наплывы в процессе реза.

Электроэрозия помогает изготовить изделия с очень тонкими стенками, обрабатывать мягкие металлы без механических повреждений. Данный способ резки используется для прошивки на большую глубину. Толщина проволоки минимальна, лишь этим параметром ограничен диаметр получаемых отверстий.

Дополнительной обработки не требуется, так как после реза импульсами тока не остается заусенцев. Также не требуется дорогостоящего инструмента, применяемого при классических методах фрезерования. Это становится актуально при заготовках из вязких материалов.

Параметры оборудования

ЧПУ-управление процессом расширяет возможности обработки металлов электроэрозией. Отклонения перпендикулярностей и прямолинейностей перемещения осей составляют не более 0,01 мкм.

Механическая точность заявлена производителями, и не требуется делать дополнительных регулировок. Станок полностью готов к старту автоматического цикла, достаточно лишь загрузить модель детали в стандартном коде.

Современная электроника обеспечивает точности перемещения за счёт угловых и линейных датчиков, разрешение которых равно 1,5 мкм. Точность получаемых контуров варьируется в пределах от ± 1,5 до ± 5 мкм на длине 300 мм.

Характеристики подбираются индивидуально под потребности производства. Исходя из этого формируется стоимость оборудования, ориентированная на подходящую модель.

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.

Изготовление деталей сложной конструкции часто затруднено из-за необходимости соблюсти точность размеров готовых изделий. Чаще всего, это относится к производству ювелирной продукции, деталей для автомобилестроения, инструментов и т.д. В данном случае решить проблему позволяет использование эрозионного проволочно-вырезного станка с ЧПУ, гарантирующего высокую точность и качество обработки заготовок из любых металлических сплавов.

Технические особенности и преимущества электроэрозионного проволочно-вырезного станка

В основу работы оборудования положен принцип электроэрозионной обработки, когда воздействие на поверхность заготовки ведется не механическим, а электрическим способом. При этом эффективность работы исключительно высока, позволяя получать детали высокой точности с безупречными внешними характеристиками. Внешние дефекты, в том числе – незначительные, полностью отсутствуют, а изделие не требует дополнительной слесарной обработки и не нуждается в контроле высококвалифицированных специалистов, привлекаемых к работе на заключительных стадиях производства.

Важная особенность: к обработке на электроэрозионных проволочно-вырезных станках допускаются только заготовки из электропроводящих металлических сплавов. Это позволяет воздействовать на них методами испарения или оплавления поверхностного слоя. Электрод станка – натянутая проволока, расположенная возле закрепленной заготовки. Между проволокой и поверхностью детали проходит разряд электрического тока, и максимально высокое напряжение образует на поверхности заготовки небольшие ямки микронных размеров. С помощью воды побочные следы эрозионного воздействия удаляются, и металлическая поверхность приобретает аккуратный и привлекательный вид. А слой металла на несколько микрометров вглубь приобретает уплотненную структуру и повышенную прочность.

В настоящее время, проволочно-вырезной станок применяют в производстве штампов, шаблонов, резцов, прочих элементов. Наличие на оборудовании системы ЧПУ позволяет усовершенствовать производственный процесс и одновременно – упростить обслуживание техники. Если вы намерены только освоить новое направление деятельности с использованием проволочно-вырезного станка, обратите внимание на фирменные модели б/у. Их стоимость ниже, тогда как рабочий ресурс остается достаточно высоким, а само оборудование полностью готово к эксплуатации и не требует дополнительной наладки.

Купить электроэрозионный проволочно-вырезной станок с ЧПУ по выгодной цене в Ассоциации КАМИ

Фирменные образцы оборудования по доступной цене – именно так можно охарактеризовать предложение нашей компании. Постоянно в наличии – модельный ряд станков ведущих производителей, гарантирующих высокую производительность и качество готовой продукции. Наши специалисты готовы проконсультировать вас по вопросам заказа и эксплуатации техники, а также – предложить практическую помощь в организации ее ремонта и обслуживания. При необходимости, можно воспользоваться услугой подбора и комплектации оборудования под индивидуальные требования.

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.

Детали и узлы современных машин и приборов отличаются большим разнообразием конструкций и применяемых материалов, в том числе и таких, формообразование которых известными способами механообработки затруднено, а иногда и невозможно. С этим связано все более широкое использование процессов электроэрозионной обработки. «Возможности электроэрозионных станков безграничны!» — такую фразу часто можно услышать от пользователей станков спустя всего месяц после ввода оборудования в эксплуатацию.

Классификация
По технологическому назначению станки для электроэрозионной (ЭЭ) обработки делятся на два основных типа — копировально-прошивные и проволочно-вырезные.
Копировально-прошивные станки позволяют обрабатывать фасонные отверстия и полости, внутренние и наружные поверхности тел вращения, производить шлифование, разрезание. Возможно получение винтовых и эвольвентных поверхностей, а также различных внутренних фасонных отверстий и полостей с прямым, обратным и переменным конусом. В копировально-прошивных станках электрод-инструмент фасонный, его форма является обратной копией той полости, которую предстоит обрабатывать.
ЭЭ проволочно-вырезные станки применяются для изготовления деталей штампов, копиров, шаблонов, фасонных резцов, лекал и другой инструментальной оснастки. Электрод-инструмент в вырезных станках представляет собой непрерывно перематываемую проволоку. Особенности конструкции станков определяют их технологические преимущества: не требуется фасонный инструмент, нет необходимости делать поправки на износ электрода, возможно получение мелких деталей сложной формы, в том числе деталей с эквидистантным профилем (матрицы, пуансоны) с использованием одной программы ЧПУ.

Этапы прогресса
ЭЭ обработка и в мире, и у нас в стране уже не является нетрадиционным методом обработки. В настоящее время ЭЭ оборудование — четвертое наиболее используемое в мире после фрезерования, токарной обработки и шлифования. Продажи электроэрозионных станков возросли с 0,5% в 1960 г. до более чем 6% рынка МОО в 2000 г.
Приоритет в открытии электрической эрозии принадлежит России. Первые практические исследования в этой области были сделаны на Урале в конце 30-х годов супругами Б. и Н. Лазаренко при изучении проблем эрозии контактов. Открытие зарегистрировано в 1943 г. Первый в мире ЭЭ вырезной станок был изготовлен на заводе в г. Фрязино Московской области в 1954 г. Но, к большому сожалению, производство ЭЭ оборудования в Советском Союзе должного развития не получило.

ЭЭ вырезка проволокой
ЭЭ вырезка на проволочно-вырезных станках появилась в начале семидесятых годов и непрерывно прогрессирует в нескольких направлениях.
Скорость вырезки возросла примерно с 10 мм 2 /мин. в начале семидесятых годов до 35 мм 2 /мин. в середине восьмидесятых годов, а в настоящее время достигла 330-360 мм 2 /мин. Увеличения скорости удалось добиться прежде всего за счет промывки рабочей поверхности жидкостью под повышенным давлением и применения более производительных генераторов импульсов, позволяющих устанавливать оптимальные параметры. Росту скорости также способствует улучшение качества электродов.
Для использования преимуществ высокоскоростной вырезки и исключения простоя станков разработаны надежные и эффективные устройства автоматической заправки проволоки, устройства предупреждения обрывов проволоки и автоматической загрузки деталей.
Максимальная высота матриц и пуансонов штампов, обрабатываемых в начале на эрозионных станках, находилась в пределах от 50 до 100 мм. Однако для обработки литейных форм, экструзионных матриц и других разнообразных деталей изготовители электроэрозионных станков расширили диапазон размеров обрабатываемых на них деталей.
Первоначально угол конических отверстий , равный 1° для деталей высотой от 100 до 125 мм, был практически максимально возможным. Для удовлетворения требований, предъявляемых потребителями, в настоящее время угол, равный 30° при высоте обрабатываемой детали порядка 400 мм, может быть обеспечен на большинстве моделей станков.
Максимально достижимая точность повышена с 25 мкм, что было характерно для первых станков, до 1 мкм - для современных ЭЭ станков. От операторов современных вырезных станков для получения точности обработки порядка 1 мкм требуется значительно меньше усилий по сравнению с опытными операторами первых вырезных станков, получавших точность обработки порядка 5 или 2,5 мкм.
Такое упрощение работ по обеспечению повышенной точности обусловлено развитием нескольких факторов. Технология, «встроенная» в последние станки, обеспечивает вырезание требуемого контура в точном соответствии с геометрической программой. Оптические линейки обеспечивают стабильную точность независимо от длительности работы станка и значительных колебаний температуры.
Наиболее важным нововведением является оснащение станков высоконадежными и эффективными устройствами автоматической заправки проволоки, которые позволяют обрабатывать ряд деталей без участия оператора. Простота использования станков позволяет повысить экономичность обработки и обслуживать большее число станков в цехе меньшими силами, даже в дневную смену.

ЭЭ прошивка
Наиболее значительным усовершенствованием копировально-прошивных станков с ЧПУ по сравнению со станками с ручным управлением явилось уменьшение времени циклов обработки, и прежде всего уменьшение времени работы оператора. В 1960 г. обработка полости электродом-инструментом требовала примерно 4 часа работы оператора и 4,5 часа времени электроэрозии. С появлением ЧПУ уже в середине восьмидесятых годов необходимое время работы оператора составило всего 0,5 часа, а время эрозии — около трех часов.
Новый этап уменьшения времени циклов обработки начался в 1999 г. благодаря оснащению копировально-прошивных станков адаптивными генераторами импульсов. По сравнению с ранее выпускавшимися эти генераторы обладают возможностью оптимизации процесса обработки, основанной на его непрерывном контроле. Такой генератор адаптирует также плотность тока в процессе обработки на черновых режимах, что в значительной степени способствует повышению производительности обработки электродами любой формы. При обработке на чистовых режимах система обеспечивает контроль процесса с целью защиты качества и однородности обработанной поверхности с использованием более совершенного датчика загрязненности межэлектродного промежутка. Все это в 10 раз повышает производительность по сравнению с предшествующими генераторами.
Предприятия обращаются к роботизированным системам загрузки станков с целью увеличения времени их работы в безлюдном режиме , повышения производительности в расчете на один станок и уменьшения времени смены инструмента. Робот встраивается в станок, система CNC обеспечивает прямое управление станком и роботом. Другими преимуществами этой системы являются адаптивное управление, сокращение на 50% времени смены электрода и уменьшение занимаемой производственной площади.
Новые системы управления предоставляют возможности более простого программирования , способствующего уменьшению времени работы оператора . Типовая система управления позволяет оператору осуществлять программирование в автономном режиме на персональном компьютере и затем загружать программу в станок. Это обеспечивает уменьшение для большинства операторов времени программирования и времени электроэрозии примерно на 25%.
Точность обработки на копировально-прошивных станках в значительной степени зависит от точности электрода. Появление на рынке доступных по цене высокоскоростных фрезерных станков для обработки графитных электродов дало возможность предприятиям упростить задачу эффективной обработки большого количества точных электродов.
Точность копировально-прошивочных станков последних моделей также повышена. Это, в частности, относится к микрообработке. Например, при электроэрозионной обработке полостей квадратного сечения, площадь которого равна 60 мм 2 , с использованием новейших генераторов импульсов обеспечивается получение профиля полости с радиусом закругления углов, равным 0,025 мм, благодаря уменьшению на 65% износа электрода в этих углах. Это позволяет использовать в шесть раз меньше электродов.
Благодаря увеличению скорости обработки, размеров и сложности форм обрабатываемых деталей, повышению достигаемой точности, упрощению работы на станках, возможности работы без участия оператора, обучению пользователей, поддержке потребителей и доступности, электроэрозионная обработка упрочила свое положение в инструментальном производстве и все больше используется в основном производстве.
Сегодня ни одно предприятие не может не учитывать возможности электроэрозии, которые позволяют решить многие проблемы производства.
Переходя непосредственно к анализу ЭЭ оборудования, остановимся на нескольких принципиальных вопросах, существенным образом определяющих эффективность ЭЭ обработки.

Линейные приводы
Приводы подач ЭЭ станков с ЧПУ строятся по традиционной схеме. Более надежные и современные приводы выполнены без ременной передачи. В этих приводах силовой шаговый двигатель непосредственно соединен с ходовым винтом. Недостатки этих приводов хорошо известны:

• большое количество промежуточных элементов от источника энергии до рабочего органа (РО);
• громадная инерционность этих элементов, что особенно заметно у крупных станков;
• наличие зазоров в передающих устройствах;
• трение сопрягаемых деталей, резко изменяющееся при переходе системы из состояния покоя в состояние движения;
• температурные и упругие деформации практически всех передающих звеньев;
• износ сопрягаемых элементов в процессе эксплуатации и потеря исходной точности;
• погрешности в шаге ходового винта и накопленная погрешность по длине и т. п.

Поскольку эти недостатки снижают основные качественные характеристики приводов (точность и равномерность хода рабочего органа, величину мертвого хода при реверсе, допустимые ускорения и скорости РО), конструкторская мысль станкостроителей давно пытается как-то уменьшить их влияние. Например, взамен ходового винта с гайкой для уменьшения трения используют дорогое и сложное шаровинтовое соединение; с целью ликвидации зазоров в соединение винта с гайкой вводят специальные устройства натяга соединения; ходовые винты особо точных станков изготавливают по классу эталонных; погрешности шага винтов уменьшают с помощью компенсаторов; для борьбы с температурными деформациями создают изощренные системы охлаждения. Тем не менее, ясно, что проблемы приводов с ходовыми винтами принципиально не поддаются решению из-за их физико-технической сущности.
Стояла задача кардинальной замены типовых приводов металлообрабатывающих станков на какие-нибудь другие. И таким решением стало применение линейных двигателей (ЛД). Принцип работы такого двигателя имеет ряд преимуществ: между источником энергии и РО нет никаких промежуточных элементов, передача энергии осуществляется через воздушный зазор, ничего не надо вращать, становится возможным осуществление главной задачи — продольного движения РО. На этом принципе уже десятилетия работают все элементы электроавтоматики, системы электротормозов, системы защиты, специальное оборудование ударного типа и т. д. Громадный опыт использования электромагнитных систем выявил их достоинства: удивительную простоту конструкции и применения, возможность почти мгновенной остановки и реверса, быстроту срабатывания, большие создаваемые усилия, простоту настройки.
Перспективность решения, естественно, была сразу оценена. Не было только одного — возможности регулирования скорости РО в электромагнитной системе. А без этого применить электромагнитный привод в качестве движителя для РО станка было невозможно.
Особенно интенсивно исследования в этом направлении велись в Японии, где линейный привод был впервые использован как движитель для сверхскоростных поездов. Там же были предприняты попытки создания линейных приводов для металлообрабатывающих станков, но первые разработанные образцы имели существенные недостатки: создавали сильные магнитные поля, перегревались, а главное — не обеспечивали равномерности движения РО.
Лишь на пороге нового тысячелетия серийно выпускаемые станки (пока только электроэрозионные) стали оснащаться ЛД нового поколения, отличающегося равномерным движением кареток станков со сверхвысокой точностью, большим диапазоном регулирования скорости, громадными ускорениями, мгновенным реверсом, простотой обслуживания и наладки и др. В принципе, конструкция ЛД изменилась не сильно. Двигатель состоит из двух элементов: неподвижного плоского статора и плоского ротора с воздушным зазором между ними. И статор, и ротор выполнены в виде плоских, легко демонтируемых блоков. Статор крепится к стойке (основанию) станка, а ротор— к рабочему органу. Ротор элементарно прост, он состоит из набора прямоугольных брусков, представляющих собой сильные постоянные магниты. Последние закреплены на тонкой плите из специальной минералокерамики, коэффициент температурного расширения которой в два раза меньше, чем у гранита, а твердость близка к твердости сапфира.

С ванной или без
ЭЭ проволочно-вырезные станки без ванны (резание только в струе) производятся и эксплуатируются давно. Станки без ванны на 15-25 тыс. долларов дешевле станков с ванной (погружное резание). Если на предприятии достаточно большой участок электроэрозионных станков, часть станков без ванны — оправданное решение. Если же станок один, стоит подумать, каким он должен быть.
Станки без ванны (струйные) существенно ограничивают технологические возможности:

• нельзя (или крайне затруднительно) вырезать контуры в деталях типа полой трубы;
• нельзя (или крайне затруднительно) делать контурную вырезку многослойных плит с пустотами между слоями и в деталях с отверстиями, «карманами» и т. д.;
• струйные станки пригодны только для вырезки деталей простых штампов, но не обеспечивают стабильность среды электроискровых разрядов на сложных задачах;
• только при струйной обработке воздух нельзя полностью вытеснить из полостей, что приводит к повышенному образованию аномальных разрядов и в результате к обрывам проволоки, браку, нестабильности резания;
• без ванны невозможно обеспечить температурную стабильность, если температура в помещении существенно колеблется в течение суток; это особенно опасно при резании матриц многооконных последовательных штампов. В струе воды нестабильно конусное резание с углами больше 15° при большой толщине.

Вода или масло
Масло - деликатная и дружественная среда для электроэрозионной обработки металла. Высокое удельное сопротивление позволяет генерировать ультрамалые искровые разряды. Электроискровой зазор при резании в масле значительно меньше, чем в воде.
В ЭЭ проволочной вырезке размер инструмента — это диаметр проволоки плюс 2 зазора. Так как для ЭЭ разряда в воде нужен больший зазор, то размер ЭЭ инструмента в воде всегда больше. Другими словами, при том же диаметре проволоки получаемый рез в воде шире, чем в масле. Помимо этого, вода — агрессивная для металла среда, что создает известные проблемы. И эти проблемы тем серьезнее, чем меньше размеры элементов вырезаемого контура.
Основная причина, почему в ЭЭ станках используется вода, это скорость. Современные ЭЭ проволочно-вырезные установки позволяют резать со скоростью до 360 мм2/мин. Однако скорость в микрорезании — показатель второстепенный.
Масло как среда ЭЭ резания значительно привлекательнее воды. Помимо меньших зазоров, в масле полностью отсутствует электролитическая эрозия и коррозия поверхности. Качество и стойкость поверхности инструмента после резания в масле существенно выше, чем после резания в воде. В масле скорость резания даже проволокой диаметром 0,025-0,03 мм стабильна.
Масло — незаменимая среда для электроэрозионной вырезки прецизионного инструмента и деталей малых размеров.

Производители
Поле для игры (то есть рынок электроэрозионного оборудования) большое, и игроков на этом поле много, однако, как сказал знаменитый голландский футболист Марко Ван Бастен, в футбол играют 22 человека, а побеждают всегда немцы. Так и в производстве электроэрозионного оборудования — производителей много, а явных лидеров двое: японская фирма Sodick и швейцарская AGIE Charmilles Group, включающая в себя компании AGIE и Charmilles. На долю AGIE Charmilles Group и Sodick приходится более 60% мирового объема продаж электроэрозионного оборудования.
На российском рынке представлена также продукция таких зарубежных компаний, как Fanuc, Hitachy, Mitsubishi (Япония), Dekkel, Diter Hansen (Германия), CDM Rovella (Италия), Electronica (Индия), Maurgan, Joemars Machinery (Тайвань), АОЗТ МШАК (Армения)…

Мнения специалистов

Михаэль Ридель , начальник отдела специального инструмента фирмы SCOB (Германия): «Поскольку PKD (поликристаллические алмазы) как материал обладает твердостью, аналогичной алмазу, к нему неприменимы почти все традиционные технологии обработки. В качестве метода обработки изделий из этого материала можно применять только электроэрозионное воздействие».

Рудольф Эгген , директор компании Kroeplin GmbH (Швейцария): «Существуют три возможности изготовления контактных рычагов к приборам для линейных измерений: литье, резка лазером и электроэрозионная резка. Мы выбрали электроэрозионную резку, так как литье при годовом объеме производства 6000 штук на модель обходится слишком дорого, а при лазерной резке из-за недостаточной повторяемости результатов не достигается нужная точность. Кроме того, благодаря малой продолжительности подготовительно-заключительных операций и высокой автономности обработки в ночные смены и в нерабочие дни электроэрозионная резка экономичнее других методов».

Франк Хауг , управляющий компании Frank Haug GmbH (Германия): «Возможности применения электроэрозионной обработки безграничны. Наши ожидания в отношении ее использования и точности были значительно превзойдены. Благодаря этой технологии сегодня мы можем изготавливать многие изделия в жесткие сроки».

Вальтер Гантер , владелец фирмы Ganter Werkzeug (Германия): «Благодаря рациональному применению электроэрозионной резки мы можем с высокой точностью изготавливать микротомы с их компонентами из самых лучших материалов и удовлетворять жесткие требования рынка, которые нервируют наших конкурентов».

Преимущества проволочной ЭЭ обработки

Новые возможности при изготовлении деталей

Различные диаметры проволоки и высокая пригодность проволочных ЭЭ станков для обработки внутренних форм позволяют изготавливать детали, невыполнимые традиционными методами обработки:

• получение глубоких пазов;
• изготовление деталей с минимальными внутренними радиусами;
• изготовление штамповой оснастки с высокой точностью без ручной доводки.

Снижение затрат времени на обработку

Получение готовой детали из термически обработанной заготовки без применения промежуточных операций, достижение необходимой шероховатости поверхности без применения ручной доводки, изготовление деталей из твердых сплавов, простота крепления заготовок на станке из-за отсутствия нагрузок на заготовку при обработке — все эти преимущества способны радикально снизить время изготовления и расходы предприятия по сравнению с традиционными методами обработки.
Экономия достигается за счет:

• экономии материала (целый отход, а не стружка);
• использования одного станка с одним инструментом для изготовления готовой детали;
• отсутствия необходимости промежуточных операций по термообработке заготовок;
• возможности изготовления тонкостенных деталей и деталей из хрупких материалов без применения сложной и дорогостоящей оснастки.

Снижение трудовых затрат при эксплуатации станка

ЭЭ станки рассчитаны на автономную работу, что позволяет одному оператору одновременно обслуживать несколько станков.

Надежность и высокая точность

В связи с отсутствием механических нагрузок на обрабатываемую деталь и постоянным обновлением инструмента — проволоки — не искажаются размеры получаемой детали. Каждая деталь, изготавливаемая по соответствующей программе, может быть повторена любое количество раз, изменения в размеры или конфигурацию могут при необходимости вноситься за считанные секунды.

Немного физики

Принцип электроэрозионной обработки основан на разрушении и удалении материала термическим и механическим действием импульсного электрического газового разряда, направленного на обрабатываемый участок заготовки, находящейся в жидкости. При этом в канале разряда, в заготовке, в рабочей жидкости и в электроде-инструменте происходят сложные физико-химические процессы, определяющие технологические характеристики процесса формообразования.
При сближении электрода-инструмента и заготовки, погруженных в рабочую жидкость (диэлектрик или слабый электролит), под действием импульсного напряжения генератора между ними инициируются разряды. Образование разрядов зависит от режима обработки. Электрический разряд представляет собой высококонцентрированный в пространстве и во времени импульс электрической энергии, преобразуемой в тепловую между электродом-инструментом и электродом-заготовкой. После пробоя образуется разрядный канал, окруженный газовым пузырем, причем оба расширяются по мере развития разряда. При бомбардировке поверхности электродов электронами и ионами разряда происходит концентрированное тепловыделение, вызывающее появление лунок с расплавленным металлом, часть которого перегрета и может испаряться. Значительная часть металла удаляется в конце действия импульса тока за счет резкого снижения давления в канале разряда, сопровождающегося механическими ударными воздействиями. Таким образом, осуществляется электрическая эрозия токопроводящего материала.
Материалы, из которых изготавливается электрод-инструмент, должны иметь высокую эрозионную стойкость. Наилучшие в этом смысле показатели имеют медь, латунь, вольфрам, алюминий, графит. Рабочие, жидкости должны удовлетворять ряду требований: низкая коррозионная активность к материалам электрода-инструмента и обрабатываемой детали, высокая температура вспышки и низкая испаряемость, хорошая фильтруемость, отсутствие запаха и низкая токсичность.