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

Что такое электроэрозионная обработка (ЭРО/EDM)?

Электроэрозионная обработка (Electrical Discharge Machining, EDM) — нетрадиционный процесс обработки, основанный на удалении материала детали путем серии повторяющихся электрических разрядов между инструментом (электродом) и обрабатываемой деталью в присутствии диэлектрической жидкости.

Также известна как искровая обработка, искровое эродирование, копировально-проточечная обработка (die sinking), проводная эрозия (wire burning/erosion). Металлообрабатывающий процесс, где желаемая форма получается электрическими разрядами (искрами).

Материал удаляется с заготовки серией быстро повторяющихся импульсных разрядов между двумя электродами, разделенными диэлектрической жидкостью и поданными на электрическое напряжение.

Один электрод — инструментальный (tool-electrode), другой — заготовка (workpiece-electrode). Процесс требует отсутствия физического контакта между инструментом и заготовкой.

При повышении напряжения между электродами интенсивность электрического поля растет, происходит диэлектрический пробой жидкости — возникает электрическая дуга. Материал удаляется с электродов. После прекращения тока свежая диэлектрическая жидкость поступает в межэлектродный зазор, вымывая твердые частицы (изношенный материал) и восстанавливая изоляционные свойства диэлектрика. Это называется промывкой (flushing). Напряжение восстанавливается до пробоя, цикл повторяется.

Работа ЭРО-станка

ЭРО — контролируемый процесс удаления металла искровым эродированием. Электрическая искра выступает режущим инструментом, вырезая (эродируя) заготовку до желаемой формы.

Процесс осуществляется подачей импульсного (ВКЛ/ВЫКЛ) высокочастотного заряда через электрод к заготовке. Удаляются сверхмикроскопические частицы металла с заготовки с контролируемой скоростью.

Процесс ЭРО

Искровое эродирование аналогично электрическому замыканию, сжигающему маленькую дырочку в металле. При ЭРО и материал заготовки, и материал электрода должны быть проводниками электричества.

Два способа применения:

• Формирующий электрод (пресс-форма) — обычно из графита или меди, воспроизводящий форму полости. Электрод подается вертикально вниз, обратная форма эродируется (выжигается) в твердой заготовке.
• Непрерывный вертикальный проводной электрод — диаметром с тонкую иголку или меньше, управляется ЦНУ по запрограммированному контуру для эрозирования/вырезания узкой щели сквозь заготовку.

Типы ЭРО-станков

1. Проводная ЭРО (Wire EDM) — «Сырный нож»

Использует проводной электрод и ЦНУ-движение для получения формы/контура. Удаляет проводящий материал искровым эродированием (основной принцип ЭРО). Проволока идет с катушки через точные направляющие, управляемые ЦНУ. Промывка диэлектриком (деионизированная вода) охлаждает тонкую проволоку и удаляет эродированные частицы. Можно представить как сверхточную ленточную пилу.

2. ЭРО для сверления малых отверстий (Drill / Hole Popper EDM)

Для изготовления малых отверстий в металле. Использует проводящую трубку как электрод и непрерывный поток диэлектрика через и вокруг электрода для удаления испаренных металлов. Способность сверлить точные отверстия даже в твердых и экзотических материалах — ключевое направление для передовых отраслей.

3. Копировально-проточечная ЭРО (RAM / Sinker EDM)

Старейшая форма ЭРО. Специально сформированный электрод вдавливается в заготовку для создания сложных вырезаний и глухих полостей. И заготовка, и электрод погружены в диэлектрик (легкие вязкие масла) с соответствующим генератором для получения результата.

Применение ЭРО в производстве

Благодаря способности создавать точные уникальные формы, ЭРО широко используется в промышленности. Основные применения:

• Изготовление штампов (Die Making): штампы — инструменты для резки/формовки материалов в твердые изделия. ЭРО создает их любого размера и формы.
• Изготовление форм (Mold Making): формы — емкости для превращения жидкости/вещества в форму емкости. Размеры и глубина формы достигаются ЭРО.
• Сверление малых отверстий (Small Hole Drilling): без ЭРО малые отверстия трудно сверлить. Точность ЭРО идеальна для точных размеров.
• Прототипирование и мелкосерийное производство: широко в штамповочном, инструментальном, матричном деле, а также в авиакосмической, авто, электронике (небольшие серии).

Преимущества ЭРО-станков

• Обработка сложных форм, трудных для конвенциональных режущих инструментов
• Обработка экстремально твердых материалов с высокими допусками
• Очень малые детали, где конвенциональные резаки повредят деталь давлением
• Нет прямого контакта инструмент-заготовка → хрупкие/слабые участки обрабатываются без заметных деформаций
• Хорошее качество поверхности; очень высокое — повторными финишными проходами
• Очень мелкие отверстия
• Конические отверстия
• Внутренние контуры труб/емкостей и внутренние углы до R 0.001"

Недостатки ЭРО-станков

• Сложно найти квалифицированных операторов
• Низкая скорость удаления материала
• Потенциальный пожарный риск от горючих масляных диэлектриков
• Дополнительное время и затраты на изготовление электродов для RAM/Sinker EDM
• Сложно воспроизвести острые углы на заготовке из-за износа электрода
• Очень высокое удельное энергопотребление
• Высокое энергопотребление
• Образование «перереза» (overcut)
• Чрезмерный износ инструмента при обработке
• Электрически непроводящие материалы обрабатываются только со специальной настройкой процесса