Сверловка электроэрозийная (Sinker EDM) и проволочная резка (Wire EDM): ключевые отличия и применение

Электроэрозионная обработка (ЭРО) — это нестандартный вычитающий производственный процесс, который отлично подходит для резки очень твердых материалов.

В отличие от традиционной обработки, ЭРО режет металлы без физического контакта. Это достигается за счет создания электрической искры, которая эродирует материал заготовки. ЭРО не подходит для всех задач, но является незаменимым инструментом в арсенале станочника.

Существует несколько вариантов ЭРО, но основными двумя являются сверловая электроэрозия (sinker EDM) и проволочная электроэрозия (wire EDM). В этой статье рассматриваются различия между этими процессами и их типичные применения.

Что такое электроэрозионная обработка?

Электроэрозионная обработка — это вид металлообработки. В некотором смысле она похожа на традиционную обработку (где режущий инструмент удаляет участки заготовки), но в других аспектах она уникальна.

Главное отличие ЭРО от обычной обработки — отсутствие необходимости физического контакта между инструментом и заготовкой. Вместо этого ЭРО использует электрический ток для создания искр, способных эродировать заготовку. Это имеет плюсы и минусы: электроразряды проникают даже в очень твердые металлы без значительной деформации детали, но типы возможных резов ограничены, а настройка процесса сложнее.

Из-за природы процесса ЭРО применяется к электропроводящим металлам и может резать даже очень твердые материалы (закаленную сталь, вольфрам, титан и др.) без создаваемых обычными станками вредных вибраций и треска. Это обеспечивает высокую точность и потенциально очень тесные допуски. Однако процесс также вызывает износ инструмента, поэтому его необходимо тщательно управлять или регулярно заменять.

Электроэрозионную обработку обычно группируют с другими нестандартными процессами, такими как водорезка и лазерная резка, хотя эти три процесса работают совершенно по-разному.

Принцип работы ЭРО

Для электроэрозионной обработки требуются: электроэрозионный станок, диэлектрическая жидкость, инструмент и заготовка.

Процесс требует электрического напряжения, которое создает серию разрядов тока между двумя электродами. В данном случае электродами являются металлический инструмент и металлическая заготовка, которые никогда не соприкасаются и разделены диэлектрической жидкостью (обычно углеводородное масло или деионизированная вода). Пространство между инструментом и заготовкой называется искровой зазор и точно контролируется станком.

Во время процесса ЭРО оператор повышает напряжение, что вызывает пробой диэлектрика — жидкость внезапно переходит из состояния изолятора в проводник. Это вызывает электрическую дугу в узком зазоре между инструментом и заготовкой, которая эродирует материал с обоих электродов. Эрозия заготовки — цель процесса, но эрозия инструмента должна управляться — например, путем постоянной замены его новым участком металла.

Диэлектрическая жидкость выполняет и другие функции: между разрядами она выносит металлические осколки (аналог стружки) от заготовки, и подается новая жидкость. Этот процесс называется промывкой.

Разные варианты ЭРО служат разным целям. В статье рассматриваются сверловая и проволочная ЭРО, существуют также нишевые вариации, например, быстросверливающая ЭРО.

Что такое сверловая электроэрозия (Sinker EDM)?

Сверловая электроэрозия, также известная как рамовая ЭРО, объемная ЭРО или кавитационная ЭРО, — это форма электроэрозионной обработки, которая может показаться далекой от традиционной обработки. Процесс имеет общие черты с литьем и формовкой, и иногда называется просто «матричной сверловкой» — отражение ее условной связи с обработкой.

Ключевое отличие сверловой ЭРО от проволочной (другой основной формы ЭРО) кроется в инструменте и его движении. Сверловая ЭРО создает сложные кавитарии в заготовке, поэтому инструмент должен представлять собой позитивную копию желаемой кавитации. Например, для создания пирамидальной кавитации используется пирамидальный инструмент.

Это отличается от большинства процессов обработки, где тонкий режущий инструмент движется по трем осям — влево-вправо, вперед-назад и вниз — чтобы вырезать пирамидальную форму (в отличие от того, чтобы самому быть пирамидальным).

В сверловой ЭРО сформированный инструмент (матрица) обычно изготавливается на станках с ЧПУ из материалов вроде графита, меди или вольфрама, что увеличивает время и стоимость процесса. (Также его можно изготовить с помощью проволочной ЭРО.) Обычно применяют как черновой инструмент (для удаления основного объема материала), так и чистовой (для тонких деталей).

Во время процесса инструмент медленно опускается (погружается) в заготовку, эродируя материал и создавая кавитату, повторяющую форму инструмента, сохраняя постоянный искровой зазор при спуске. В секунду происходит сотни тысяч искр. Наиболее распространенной диэлектрической жидкостью для сверловой ЭРО является углеводородное масло, хотя можно использовать и другие жидкости.

Применение сверловой ЭРО

Сверловая ЭРО используется для создания сложных кавитатов и поэтому особенно полезна для изготовления форм, матриц и другого оснащения — особенно из твердых материалов вроде инструментальной стали. Она также лучше других процессов для создания острых внутренних углов и глубоких ребер.

Частые применения сверловой ЭРО:

• Быстрое изготовление оснащения
• Изготовление форм
• Формы для литья под давлением
• Матрицы
• Тонкие детали
• Острые внутренние углы
• Глубокие и тонкие ребра
• Слепые кавитаты
• Слепые шпоночные пазы
• Внутренние шлицы
• Резьбы

Что такое проволочная электроэрозия (Wire EDM)?

Проволочная электроэрозия, также известная как проволочная резка или wire-cut EDM, — это форма электроэрозионной обработки, напоминающая нарезку сыра нитью. В отличие от сверловой ЭРО, проволочная использует в качестве инструмента тонкую проволоку — хотя, как и во всех видах ЭРО, физического контакта с заготовкой нет.

Проволочная ЭРО способна резать очень твердые материалы и почти всегда применяется для сквозной резки заготовки (длина выставленной проволоки больше высоты заготовки). Это главное отличие от сверловой ЭРО, которая создает кавитаты. В проволочной ЭРО в качестве диэлектрика обычно используется деионизированная вода, а сама проволока — латунь.

В процессе тонкая металлическая проволока держится между двумя алмазными направляющими — одной над заготовкой, другой под ней — которые движутся по осям X и Y по командам ЧПУ. (Верхняя направляющая может двигаться и по другим осям для сложных резов.) Как и в других процессах ЭРО, разряды тока вызывают искры между проволокой и заготовкой, эродируя её.

Так как искры также изнашивают инструмент, проволока постоянно подается сupply-катушки, поэтому участок в искровом зазоре постоянно обновляется. Использованные участки утилизируются.

В проволочной ЭРО можно использовать очень тонкие проволоки (диаметр до 20 микрон), что дает очень тонкие резы. Однако, как и в сверловой ЭРО, обычно сначала выполняют черновую, затем чистовую обработку.

Применение проволочной ЭРО

Проволочную ЭРО обычно выбирают вместо традиционных процессов для резки очень толстых пластин твердого металла. Это популярный процесс для производства штамповков, инструментов и матриц. Проволочная ЭРО не вызывает деформации детали и дает хорошее качество поверхности.

Частые применения проволочной ЭРО:

• Толстые пластины
• Матрицы для экструзии
• Штамповочные штамповки
• Автомобильные и аэрокосмические детали
• Детали с тесными допусками
• Медицинские и стоматологические изделия
• Детали, где заусенцы недопустимы
• Тонкие детали, которые могут сломаться при обычной обработке
• Графитовые электроды для сверловой ЭРО

Быстрое сравнение сверловой и проволочной ЭРО

Сверловая ЭРО (Sinker EDM)	Проволочная ЭРО (Wire EDM)
Формованный инструмент погружается в заготовку сверху	Тонкая проволока режет заготовку сбоку
Движение преимущественно по оси Z	Движение преимущественно по осям X и Y
Инструмент обычно из графита	Проволока обычно из латуни
Диэлектрик — обычно углеводородное масло	Диэлектрик — обычно деионизированная вода
Идеально для оснащения, форм, матриц	Идеально для оснащения, штамповок, матриц