Электроэрозионная обработка (ЭОП): принципы, работа, преимущества и недостатки с интеграцией ЧПУ

Электроэрозионная обработка (ЭОП) — метод удаления материала или производства. Впервые представлена в 1770 году Джозефом Пристли. Однако с модернизацией технологий и оборудования эта технология теперь интегрирована с компьютерным числовым управлением (ЧПУ). Процесс ЭОП предполагает использование тепловой энергии для удаления лишнего материала с объекта для создания нужной формы.

Это не самый популярный ЧПУ-процесс. Однако инженеры полагаются на него для изготовления деталей, которые нельзя обработать иначе. Не требует и не использует механическую силу для удаления материала. Поэтому многие считают его нестандартным производственным процессом. Процесс облегчает формирование и обработку для широкого спектра отраслей. В статье изучим принцип работы, доступные типы, преимущества и применения.

Обзор электроэрозионной обработки (ЭОП)

ЭОП — процесс удаления материала путем воздействия повторяющихся контролируемых электрических разрядов. Подходит для термоэлектрических явлений. Когда разряд возникает между электродом/проволокой и заготовкой, на заготовке генерируется тепловая энергия. Это приводит к удалению материального слоя. Обычно ЭОП делят на три типа: ЭОП просадкой (матрасная), малоотверстиная ЭОП и проволочная ЭОП. В современных производственных процессах проволочные ЭОП-станки интегрированы с ЧПУ. Поэтому автоматизированные ЭОП-станки широко используются в промышленности.

Это высокоточный процесс, не затрагивающий инструмент к заготовке. Когда нужно обработать твердые материалы или сформировать сложные формы — ЭОП обычно лучший выбор.

Как работает электроэрозионная обработка?

Хотя определение может показаться простым, физический процесс сложнее. Удаление материала заготовки ЭОП достигается серией повторяющихся быстрых токовых разрядов между электродами. Электроды разделены диэлектрической жидкостью. Затем через диэлектрик подается напряжение. Важно: ЭОП-производство подходит только для проводящих материалов.

Один из электродов меняет форму для точного соответствия цели. Электрод — заготовка-электрод или «анод». Частые материалы электродов: медь, вольфрамовый сплав, чугун, сталь, серебро-вольфрамовый сплав, графит. Другой электрод — инструментальный электрод или «катод». Базовый принцип — эрозия материала контролируемыми электрическими искрами. Поэтому два электрода не должны касаться.

Потенциальная разность подается между заготовкой и электродом в виде импульсов. По мере сближения электродов электрическое поле в малой щели между ними растет. Это продолжается до достижения уровня пробоя.

Разряд вызывает экстремальный нагрев материала. Нагрев вызывает плавление частей материала. Стабильный поток диэлектрической жидкости помогает удалить лишний материал. Жидкость также охлаждает в процессе.

Типы электроэрозионной обработки

Процесс ЭОП уникален и традиционен. Но это не значит, что только один метод. Существует три разных типа ЭОП, обеспечивающих альтернативы, когда тип не подходит. Различные типы:

Проволочная ЭОП

Иногда называют проволочной эрозией или искровой ЭОП. Популярный процесс. Использует латунную проволоку или тонкую медь для резки заготовки. Тонкая проволока выступает электродом. Диэлектрическая жидкость — обычно деионизированная вода. При обработке катушка непрерывно разматывает проволоку из автоматического подающего устройства.

Это потому, что разряд может влиять на заготовку и проволоку. Поэтому в срезе нужен новый путь разряда. Метод очень эффективен. Но инженер должен следить, чтобы проволока полностью проходила через заготовку. По сути создает 2D-срез в 3D-детали. Результаты часто похожи на традиционные ЧПУ-процессы.

Отверстиная ЭОП

Процесс отверстиной ЭОП — другой тип. Как следует из названия, помогает быстро сверлить отверстия. Электрод для отверстиной ЭОП трубчатый, чтобы диэлектрическая жидкость легко текла через электрод.

В отличие от традиционного сверления, отверстиная ЭОП может обрабатывать очень малые глубокие отверстия. Кроме того, эти отверстия не требуют снятия заусенцев. Независимо от твердости или типа металла, процесс эффективно сверлит точные отверстия быстрее традиционных методов.

ЭОП просадкой (Sinker EDM)

Традиционная ЭОП, также известная как ЭОП с тарным электродом, впадающая ЭОП или полостная ЭОП. Полостная, потому что может создавать сложные полостные формы для различных литейных применений (например, формовочное литье под давлением).

Процесс использует предварительно обработанные медные или графитовые электроды для формирования «положительной» формы желаемой формы. Затем электрод вдавливается в заготовку для создания «негатива» в форме исходного материала. Некоторые факторы могут влиять на выбор материала электрода в ЭОП: коррозионная стойкость и проводимость электрода, графит обычно легче обрабатывать, чем медь. Но медь прочнее и преимущественнее.

Преимущества ЭОП-обработки:

Сложные формы, трудные для производства традиционными режущими инструментами.
Экстремально твердые материалы с очень жесткими допусками.
Для очень малых заготовок традиционные режущие инструменты могут повредить детали из-за излишнего давления.
Нет прямого контакта между инструментом и заготовкой. Поэтому тонкие детали и слабые материалы можно обрабатывать без деформации.
Можно получить хорошее качество поверхности.
Можно сверлить очень тонкие отверстия.

Недостатки ЭОП-обработки:

Скорость удаления материала низкая.
Потенциальные пожарные опасности, связанные с использованием топливомасляных диэлектриков.
Дополнительное время и затраты на изготовление электродов для штамповочной/таранной ЭОП.
Потребление энергии очень высокое.
Высокое потребление энергии (дублирование).
Непроводящие материалы можно обработать только через специфические настройки процесса.

Применение ЭОП-обработки

ЭОП особенно хорошо известна в малом серийном производстве. Различные процессы можно выполнять с ЭОП: фрезерование, точение, сверление малых отверстий. Этот уникальный процесс ценен для широкого спектра отраслей от автопрома до авиации.

ЭОП способна создавать уникальные и точные формы, помогая следующим применениям:
Формовочное литье под давлением
Сверление малых отверстий
Литье под давлением