Электроэрозионная обработка (ЭРО/EDM): принцип работы и значение

Электроэрозионная обработка (ЭРО / EDM) — нетрадиционный электротермический процесс, где материал с заготовки удаляется электрическими разрядами (искрами).

• Первый раз замечено в 1770 Джозефом Пристли — английским физиком.
• В ЭРО материал удаляется быстро повторяющимися разрядами тока между электродами. Электроды разделены диэлектрической жидкостью, к ним приложено высокое напряжение.
• Используется для материалов, трудных для обработки, с высокой термостойкостью.
• ЭРО работает только с электропроводящими материалами. Иначе — неприменимо.
• Один электрод — инструмент, другой — заготовка. Инструмент — на отрицательный полюс питания, заготовка — на положительный.

Принцип работы

В электроэрозионной обработке потенциальная разность подается на инструмент и заготовку импульсно. Инструмент и заготовка должны быть электропроводящими, между ними поддерживается малый зазор. Оба погружены в диэлектрическую среду (керосин или деионизированная вода).

При подаче напряжения электроны с инструмента движутся к заготовке. Инструмент отрицателен, заготовка положительна. Электроны, движущиеся к заготовке, сталкиваются с молекулами диэлектрика.

От столкновения электронов с молекулами те превращаются в ионы. Растёт концентрация электронов и ионов в зазоре. Электроны — к заготовке, ионы — к инструменту.

Возникает электрический ток между инструментом и заготовкой — плазма. При ударе электронов и ионов в заготовку и инструмент их кинетическая энергия → тепловая. Температура ~10 000 °C. Тепло испаряет и плавит материал заготовки. При пробое напряжения ток прекращается. Расплавленный материал смывается циркулирующим диэлектриком, остается кратер.

Искрение не непрерывно — постоянное напряжение не подается. Напряжение импульсное.

Читайте также:

• Как работает электронно-лучевая обработка?
• Что такое водоструйная обработка и как она работает?
• Лазерно-лучевая обработка — основные части, принцип, работа, применение

Типы электроэрозионных станков

Два типа ЭРО:

(i) Копировально-протяжной ЭРО (Ram/Sinker EDM): Инструмент и заготовка в диэлектрике. Инструмент رام-тип (ram type), форма может соответствовать требуемой форме на заготовке. Также — полостной или объёмный ЭРО.

(ii) Проводной ЭРО (Wire EDM): Тонкий одножильный провод режет материал заготовки. Провод обычно латунный. Постоянный зазор между проводом и заготовкой. Провод непрерывно подается через заготовку в ванне с диэлектриком. Искра в зазоре провод/заготовка. Режет металл толщиной до 300 мм, изготавливает штампы, матрицы, инструменты из твердых металлов, необрабатываемых другими методами.

Оборудование

1. Резервуар, насос и система циркуляции диэлектрика

Насос циркулирует диэлектрик между электродами (инструмент и заготовка). Керосин или деионизированная вода.

2. Генератор питания и блок управления

Генератор создает потенциальную разность. Напряжение не постоянно, а импульсное. Блок управления контролирует операции при обработке.

3. Рабочая ванна с приспособлениями

Ванна с зажимными приспособлениями. Заготовка закреплена в приспособлении. Ванна содержит диэлектрик.

4. Удержание инструмента

Для фиксации инструмента.

5. Сервосистема движения инструмента

Сервосистема управляет инструментом. Поддерживает необходимый зазор между электродами.

Работа электроэрозионной обработки (ЭРО)

• Инструмент и заготовка закреплены на станке. Серво-механизм поддерживает малый зазор (толщина волоска) между инструментом и заготовкой.
• Инструмент и заготовка погружены в диэлектрик (керосин или деионизированная вода).
• Подается потенциальная разность. Электрическая искра между инструментом и заготовкой. Искра дает тепло ~10 000 °C. Материал заготовки начинает испаряться и плавиться.
• Искрение в ЭРО не непрерывно. При пробое напряжения диэлектрик смывает расплав, оставляя кратер.
• Процесс продолжается, обрабатывая заготовку.

Для лучшего понимания процесса ЭРО смотрите видео:

Преимущества

• Может обрабатывать любой электропроводящий материал.
• Легко обрабатывает тонкие хрупкие секции (перемычки, ребра) без деформации детали.
• Сложные матрицы и штампы — точно, быстрее, дешевле.
• Процесс без заусенцев.
• Нет контакта инструмента с заготовкой. Тонкие секции и материалы обрабатываются без искажений.
• Может производить сложные формы, недоступные обычным станкам.
• Может делать конические отверстия.

Недостатки

• Только электропроводящие материалы.
• Низкая скорость удаления металла.
• Большой износ инструмента при обработке.
• Доп. затраты и время на изготовление электродов для копировального ЭРО.
• Высокое потребление энергии.
• Образуется пробой (overcut).

Применения

1. Преимущественно — штамповочные и матричные производства.
2. Прототипирование в авиакосмосе, автопроме, электронике.
3. Изготовление штампов для монет.
4. Создание мелких отверстий в разных применениях.
5. Удаление сломанных инструментов (шпильки, болты, сверла, резьбовые конусы) из заготовки.

Это всё об Электроэрозионной обработке — принцип, оборудование, типы, работа, плюсы, минусы, применения. Вопросы — в комментарии. Если статья ценна — делитесь в Facebook и Google+.