Электроэрозионная обработка основные сведения. Часть 3

Технологические показатели электроэрозионной обработки

Эффективность и качество электроэрозионной обработки оцениваются рядом технологических показателей. К основным относятся производительность процесса, точность получаемых размеров и качество поверхности обработанной детали. Эти параметры во многом определяют пригодность метода для тех или иных задач и являются ключевыми с точки зрения как инженера-технолога, так и заказчика оборудования. Рассмотрим каждый из показателей и факторы, на него влияющие.

Производительность

Производительность электроэрозионной обработки характеризуется скоростью съема материала – объемом металла, снимаемым с детали в единицу времени (например, мм³/мин). Обработка на электроэрозионных станках относится к относительно медленным методам обработки: съем даже на черновых режимах исчисляется кубическими миллиметрами в минуту, что уступает, скажем, сверлению или фрезерованию. Однако для задач, где традиционные методы бессильны (очень твердые материалы, сложная форма), приемлемой считается любая скорость, достаточная для практической обработки.

На производительность влияют следующие основные факторы:

• Энергия импульсов. Чем больше энергия одного разряда (напряжение и емкость/ток), тем больший объем металла он расплавит и выбьет из детали. Увеличение энергии импульса ведет к росту съема в расчете на один разряд. Однако чрезмерная энергия ухудшает качество поверхности и повышает износ инструмента, поэтому на практике энергию импульсов ограничивают разумными пределами для данного материала.
• Частота следования разрядов. Увеличение частоты импульсов напрямую повышает суммарную скорость съема, так как большее число разрядов срабатывает за секунду. Но при слишком высокой частоте может не успевать происходить восстановление диэлектрика и вынос продуктов эрозии, что приводит к нестабильности процесса (возникновение дуговых разрядов, коротких замыканий) и даже к снижению производительности. Оптимальная частота подбирается экспериментально – обычно сотни Гц или несколько кГц в зависимости от режима.
• Эффективность отвода отходов и тепла. Если эрозионные продукты (шлам) плохо удаляются из зоны обработки, они начинают экранировать разряды и мешать процессу. Поэтому активная циркуляция диэлектрика и фильтрация ускоряют съем. Аналогично, охлаждение предотвращает локальный перегрев, который мог бы снижать скорость разряда. Хорошая система промывки (продувка, прокачка жидкости через межэлектродный промежуток) позволяет работать на более «агрессивных» режимах без потери стабильности, тем самым повышая производительность.
• Площадь одновременно обрабатываемой поверхности. Если разряды распределены по большой площади (например, при плоском шлифовании), съем в единицу времени будет выше в абсолютном выражении. Однако удельная производительность (на единицу площади) остается определяемой параметрами импульсов. В целом, концентрирование разрядов на меньшей площади (маленький электрод) обеспечивает более быстрый локальный съем, чем рассеивание той же мощности на большую площадь.
• Материал заготовки. Электроэрозионно обрабатываются практически все проводящие материалы, но скорость съема различается. Хорошо поддаются эрозии углеродистые стали, медь, графит; хуже – жаропрочные сплавы, твердосплавные материалы. Здесь сказываются температура плавления, теплопроводность и другие физические свойства. Например, тугоплавкие материалы (титан, карбиды) требуют большего расхода энергии на единицу объема снятого металла.

На практике производительность ЭЭО варьируется от долей мм³/мин (прецизионное формообразование с крошечными импульсами) до десятков мм³/мин (грубый прожиг крупных отверстий). Современные многоэлектродные и многоканальные проволочно-вырезные станки (с несколькими одновременными разрядами) позволяют повышать общий съем. Тем не менее ЭЭО обычно применяют там, где важнее точность и возможность обработки трудных материалов, а не максимальная скорость. В таких случаях меньшую производительность оправдывает достижение уникального результата, недостижимого другими методами.

Точность

Точность электроэрозионной обработки – это степень соответствия полученной формы и размеров заданным (чертежным) значениям. При ЭЭО возможна высокая размерная точность, сравнимая с точностью шлифования и лучшая, чем при многих других способах резания сложных форм. На чистовых режимах можно добиться погрешности в несколько микрометров. Однако точность зависит от ряда факторов и особенностей процесса:

• Отсутствие силовых деформаций. Как уже отмечалось, при ЭЭО нет усилий резания, способных прогибать инструмент или деталь. Деталь не испытывает пружинящих деформаций от нагрузки, станок работает в легком режиме. Это значительно улучшает точностные показатели – нет упругих отходов, нет вибраций. Фактически, точность ограничивается не жесткостью системы, как в мехобработке, а другими факторами.
• Износ электрода-инструмента. Главный источник погрешностей, уникальный для ЭЭО, – постепенное обгорание (эрозия) самого инструмента в процессе работы. Хотя большую часть съема берёт на себя заготовка (при правильной полярности), инструмент тоже теряет материал, особенно на длительных операциях или грубых режимах. В результате его форма может изменяться, что сказывается на точности формируемой поверхности. Для компенсации этого износа часто применяют несколько электродов: первый – для черновой обработки (он сильно износится, и его форма уже некритична), следующий – для получистовой, последний – для чистовой (износ минимален, и финальная поверхность получается точной). Также используют методику «прожога на размер»: сначала проходят чуть дальше требуемого контура, компенсируя ранее недорезанное из-за износа, а затем возвращаются, когда инструмент свежий.

При электроэрозионной обработке износ электрода-инструмента на различных его участках оказывается разным. На рисунке показано изменение числа разрядов по сечению при прошивании в заготовке 1 отверстия сложной формы электродом-инструментом 2. При этом возможное число импульсов, реализуемых в МЭП, показано стрелками. Как видно, возможное число импульсов в местах сопряжения поверхностей отличается от прямолинейных участков. На участках электрода-инструмента, имеющих вогнутость, число разрядов меньше, и износ на них будет меньше.

• Межэлектродный зазор. Во время искрообразования между инструментом и деталью всегда сохраняется небольшой зазор (обычно 0,01-0,2 мм, в зависимости от режима). Этот зазор означает, что размеры выжигаемой полости немного больше размера электрода. Проще говоря, искра «разносит» профиль: деталь получается чуть больше, чем электрод (для отверстия), или чуть шире прорезь (для проволоки). Величина этого проработочного припуска зависит от энергии разряда: при грубых режимах искры мощные – зазор больше; при финишных – меньше. Точные значения зазора известны из опыта и закладываются при проектировании электрода. Электрод обычно изготавливают на расчетный размер с учетом межэлектродного зазора. Правильный учет этого фактора позволяет получать размерные точности 5-10 мкм даже на сложных формах.
• Точность позиционирования и движение инструмента. Если обработка выполняется на современном станке с ЧПУ, точность перемещений осей (шаговых двигателей или сервоприводов) также влияет на результат. Например, при электроэрозионной резке (проволокой) требуется очень четкое синхронное перемещение координатных столов по заданной траектории – малейшая погрешность траектории отразится на форме вырезаемой детали. Качественные станки имеют прецизионные направляющие и датчики линейных перемещений, обеспечивающие позиционную точность в пределах нескольких микрон. При прошивке объёмным электродом важно также стабильное вертикальное перемещение без люфтов и перекосов. Механическая точность станка, таким образом, задает потолок достижимой точности ЭЭО.
• Температурные и прочие внешние влияния. Хотя сил нет, но есть нагрев. Большие детали при длительном прожигании могут незначительно нагреваться и расширяться. Диэлектрическая жидкость тоже изменяет вязкость с температурой, влияя на процесс. Поэтому при особо точных операциях поддерживают постоянную температуру ванны, дают детали остыть перед контрольными промерами. Также важно точное базирование и закрепление заготовки – чтобы при установке не было смещений. В целом, организация процесса во многом подобна прецизионной механической обработке: требуется тщательная настройка, контроль условий, чистота и стабильность параметров.

Совокупность этих мер позволяет добиваться очень высокой точности на электроэрозионных станках. Например, при изготовлении пресс-форм для литья пластмасс требования часто лежат в диапазоне 5-10 мкм – и ЭЭО успешно справляется с такими допусками. В табличных выражениях электроэрозионная обработка на чистовых режимах соответствует ~6-9 квалитетам точности размеров, а на грубых – ~10-14 квалитетам. Разумеется, получаемая точность определяется еще и точностью изготовленного электрода: инструмент обычно делают с такой же или большей точностью, чем требуется детали.

Таким образом, точность ЭЭО высока при условии грамотной компенсации эрозионного износа инструмента и использования современных точно позиционирующих станков. Метод позволяет изготавливать сложнопрофильные детали с точностью, достаточной для большинства прецизионных применений (штампы, формообразующие поверхности, прецизионные отверстия и т.д.) без дополнительной доводки.

• Электроэрозионная обработка основные сведения
• Электроэрозионная обработка основные сведения. Часть 2