Электроэрозионная обработка металлов¶
Электроэрозия (электроэрозионная обработка, ЭЭО) — технологический метод размерной обработки токопроводящих материалов, при котором съём материала с заготовки происходит под действием электрических разрядов, возникающих между электродом-инструментом и деталью в среде диэлектрической жидкости. Явление относится к классу электрофизических методов обработки и основано на разрушении (эрозии) поверхности металла при локальном выделении тепловой энергии в канале разряда.
¶История открытия
Разрушительное действие электрических разрядов на металлы наблюдалось ещё в XVIII–XIX веках при эксплуатации контактов и разрядников, однако долгое время рассматривалось исключительно как вредный эффект — причина износа и пригорания контактов.
В 1943 году советские инженеры Борис Романович Лазаренко и его супруга Наталия Иоасафовна Лазаренко установили закономерность: при импульсном разряде в жидкой среде разрушение электродов происходит преимущественно со стороны анода, а интенсивность эрозии зависит от параметров импульса. Это открытие позволило превратить вредное явление в управляемый метод обработки. В 1946 году авторы получили авторское свидетельство на способ электроэрозионной обработки металлов, что считается датой рождения технологии. В дальнейшем метод развивался в СССР, а с 1950-х годов — и в других странах, прежде всего в Швейцарии, Японии и США.
¶Физическая сущность процесса
При сближении электрода-инструмента и заготовки на расстояние порядка единиц — десятков микрометров происходит электрический пробой межэлектродного промежутка. В канале разряда формируется плазменный шнур, температура в котором достигает 8 000–12 000 °C. В точке контакта металл мгновенно плавится и частично испаряется; образуется лунка. Гидравлический удар и последующее схлопывание газового пузыря выбрасывают расплавленный материал в межэлектродный зазор, откуда он удаляется потоком рабочей жидкости.
Ключевые особенности процесса:
- съём материала происходит без механического контакта инструмента и детали;
- обрабатываться могут любые токопроводящие материалы независимо от их твёрдости;
- точность определяется в первую очередь энергией единичного импульса.
¶Виды электроэрозионной обработки
| Вид | Инструмент | Назначение |
|---|---|---|
| Электроимпульсная (копировально-прошивная) | Фасонный электрод | Прошивка отверстий, полостей, пазов, изготовление штампов |
| Электроискровая | Проволока или фасонный электрод | Прецизионная обработка малых деталей |
| Электроэрозионная вырезка (проволочно-вырезная) | Тонкая проволока | Вырезание контуров, в том числе сложной кривизны |
| Электроэрозионное шлифование | Вращающийся электрод | Удаление дефектных слоёв, заточка |
| Электроэрозионное упрочнение | Электрод без съёма | Изменение свойств поверхностного слоя |
Проволочно-вырезные станки с ЧПУ стали основой современного инструментального производства: они позволяют получать контуры с точностью до единиц микрометров.
¶Оборудование и технологические параметры
Основные узлы электроэрозионного станка — генератор импульсов, система подачи электрода, ванна с рабочей жидкостью, система её очистки и прокачки, а также система ЧПУ. Регулируемыми параметрами являются:
- энергия и длительность импульса;
- частота следования разрядов;
- полярность включения электродов;
- величина межэлектродного зазора;
- состав и давление рабочей жидкости.
В качестве диэлектрика применяют керосин, минеральные масла, дистиллированную воду, водные эмульсии. Жидкость выполняет три функции: изолирует электроды, охлаждает зону разряда и удаляет продукты эрозии.
¶Применение
Электроэрозия востребована там, где механическая обработка затруднена или невозможна:
- изготовление штампов, пресс-форм, литьевых форм из закалённых сталей;
- прошивка отверстий малого диаметра и сложной формы;
- обработка твердосплавного инструмента;
- изготовление деталей авиационной, космической и медицинской техники;
- удаление сломанного инструмента (свёрл, метчиков) из отверстий;
- обработка деталей, изготовленных аддитивными методами.
¶Преимущества и ограничения
К достоинствам метода относят независимость производительности от твёрдости материала, отсутствие механических усилий на заготовке, возможность получения сложных трёхмерных полостей и высокую точность. Ограничения связаны с необходимостью токопроводящего материала, сравнительно невысокой производительностью при больших объёмах съёма, изменением структуры и свойств поверхностного слоя (образование так называемого «белого слоя»), а также с износом электрода-инструмента.
¶Значение и развитие
Электроэрозионная обработка стала одной из базовых технологий современного машиностроения, дополнив механические методы обработки там, где резание неэффективно. Развитие направления связано с применением микросекундных и наносекундных генераторов, автоматизацией на основе ЧПУ, внедрением многокоординатных станков, а также с комбинированием ЭЭО с электрохимическими и лазерными методами. В России исследования и разработка оборудования ведутся рядом научных и производственных организаций, выпускаются проволочно-вырезные и копировально-прошивные станки.
Источники: Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. «Электроискровая обработка металлов»; Лившиц А. Л. «Электроэрозионная обработка металлов»; справочники по электрофизическим и электрохимическим методам обработки; технические каталоги станкостроительных предприятий.