Технологические процессы. Электроэрозионная обработка. Часть 3

Процессы электроэрозионной обработки типовых деталей

В практике электроэрозионных работ сформировались типовые технологии для ряда часто встречающихся задач. Рассмотрим некоторые из них: прошивание отверстий, получение наружных профилей, выжигание внутренних полостей, электроэрозионное шлифование и резка, а также специальные техники – обработку непрофилированным электродом, изготовление цанг и электроэрозионное упрочнение поверхности. Каждая из этих задач имеет свои нюансы, но опирается на общие принципы, описанные выше.

Прошивание отверстий

Электроэрозионное прошивание отверстий – одна из первых и наиболее распространенных операций, выполняемых EDM-методом. Она применяется, когда требуется сделать отверстие в очень твердом материале, отверстие малого диаметра или необычной формы, или когда нужны высокие точность и качество поверхности отверстия.

Классический пример – глубокие и тонкие отверстия (так называемые отверстия-проушины, масляные каналы, охлаждающие отверстия в лопатках турбин). Механическим сверлом пробить отверстие диаметром 0,3 мм на глубину 5 мм практически нереально, а искровым способом – вполне возможно.

Технология прошивки отверстия обычно следующая:

• Изготавливается электрод в форме стержня или трубки диаметром, равным желаемому диаметру отверстия с учетом зазора. Часто берут трубчатый электрод – через его внутренний канал подается диэлектрик прямо в зону резания, эффективно вымывая шлам.
• Заготовка устанавливается в ванну с диэлектриком. Электрод позиционируется над предполагаемым центром отверстия.
• Выполняется пробный контакт для нахождения поверхности (некоторые станки автоматизируют его).
• Включается режим прошивки: электрод начинает опускаться под управлением серводвигателя, поддерживая искры. Визуально это выглядит как медленное бурение: из-под электрода фонтанируют вспышки и выбрасывается поток жидкости с частицами металла.
• По мере углубления может возникать проблема отвода продуктов – поэтому обязательна подача диэлектрика через трубку или периодическое покачивание/вытягивание электрода для промывки отверстия.
• Когда отверстие пройдено насквозь (если оно сквозное) или достигнута требуемая глубина, подачу останавливают. В случае сквозного прожига контролируется момент выхода – обычно по падению напряжения (электрод выходит в пустоту, искрение пропадает).
• При необходимости (высокие требования) вставляют чистовой электрод того же диаметра и делают проход на чистом режиме, выравнивая стенки отверстия и снимая белый слой.

EDM-прошивка позволяет получать отверстия сложного сечения. Например, можно сделать шестиугольное или звездообразное отверстие, если взять соответствующий по форме электрод-пробойник. Так получают пресс-матрицы для выдавливания шестигранников, фигурные сопла и прочее. Квадратные, треугольные, произвольные контуры – все возможно, если изготовлен электрод нужного профиля. В этом кардинальное отличие от сверления, которое всегда дает круглое сечение.

Прошивание отверстий широко применяется:

• В штамповой оснастке – отверстия малых радиусов в углах штампов.
• В топливной аппаратуре – очень точные калиброванные отверстия форсунок (EDM позволяет делать сотые доли мм).
• В охлаждаемых лопатках турбин – система тонких каналов, выгнутых под углом, просверливается или прорезается электроэрозионно.
• В электронике – контактные отверстия в твердых сплавах, изготовление матриц для экструзии проводов и т.п.

Существует лишь одно ограничение – скорость. Глубокое отверстие может прожигаться долго, особенно если диаметр мал. Для ускорения часто делают предступенчатое сверление крупным диаметром где возможно, и лишь финальную тонкую часть – EDM.

В целом, электроэрозионное сверление (прошивание) – незаменимый процесс, когда нужны мелкие, глубокие или фигурные отверстия высокого качества. На рынке есть специализированные станки для сверления отверстий EDM («дыроколы»): они компактны, оптимизированы под трубчатые электроды, могут быстро (за минуты) прожигать отверстия диаметром 0,3-3 мм в стали твердостью 60 HRC и более. Это наглядно демонстрирует возможности ЭЭО там, где традиционные методы не срабатывают.

Прошивание наружных поверхностей

Под прошиванием наружных поверхностей понимают электроэрозионное формообразование внешнего контура детали. В большинстве случаев EDM применяется для внутренних форм (полостей), однако существуют методы эрозионной обработки и внешних очертаний. Одним из примеров является обратное копирование: когда с помощью электроэрозии внешняя поверхность заготовки формируется по образу полости инструмента.

Представим задачу: нужно изготовить пуансон (внешнюю «матрицу»), который точно соответствует уже имеющейся внутренней полости другой детали. Если бы это была внутренняя полость, мы бы сделали электрод ее формы и выжгли. А тут наоборот – у нас есть «отверстие-форма», и надо получить валик, идеально в нее входящий. Решение – использовать обратную электроэрозионную обработку: взять заготовку пуансона и погрузить ее в ту самую матрицу, но подав напряжение и искры, чтобы пуансон обточился, «откопировав» форму матрицы снаружи.

Такой способ действительно применяется. Обычно поступают так:

• Заготовка пуансона берется чуть большего размера, чем полость матрицы.
• Деталь с полостью (матрица) подключается к станку как электрод-инструмент (!), а заготовка пуансона – как деталь (анод).
• Обе детали погружаются в диэлектрик. Матрицу фиксируют, заготовку-валик устанавливают напротив входа в полость.
• Подают напряжение, создают разряды и начинают медленно вводить заготовку в матрицу под контролем искр.
• Искры выжигают материал на наружной поверхности заготовки там, где зазор минимальный, – фактически заготовка точится о матрицу, но не механически, а искровым способом.
• Постепенно пуансон входит все глубже в полость, пока не достигнет нужной глубины. В итоге его наружный размер будет точно соответствовать внутреннему профилю матрицы (с учетом зазора разрядов).
• Конечно, полярность, режим и условия подбирают так, чтобы главный съем шел с внешней заготовки (пуансон должен сточиться). Обычно пуансон делают анодом (+), а матрицу – катодом, чтобы матрица почти не износилась.

Этот метод позволяет получить наружную поверхность сложной формы: например, внешние ребра, выступы, точно сопрягающиеся с ответной деталью. Типичный пример – изготовление матриц и пуансонов парой: сначала прожигают отверстие-матрицу объемным электродом, затем используют эту матрицу для электроэрозионного точения пуансона.

Другой случай наружного прошивания – электроэрозионное копирование рельефа. Например, на наружной поверхности валика надо сделать зубчатый профиль. Можно изготовить электрод в виде «внутренней» шестерни и обжечь снаружи валик, вращая или поступательно двигая электрод вокруг. В результате на валике появятся зубья. Это, по сути, то же обратное копирование.

Важно отметить, что точность таких операций несколько ниже, чем при обычной внутренней прошивке: ведь форма инструмента (матрицы) должна быть чуть больше из-за зазора, и контролировать его сложнее. Но для грубых наружных форм или для уникальных сопряжений метод ценен.

Еще один вариант: электроэрозионное обдирочное формование. Если нужно убрать металл снаружи до определенного контура, можно применить многопроволочную EDM или контурную обработку несколькими электродами – но это уже сложные схемы.

В целом, прошивание наружных поверхностей используется реже, так как внешние контуры проще получить фрезеровкой или шлифовкой. Однако в случаях, требующих абсолютно идентичного сопряжения с другой сложной формой, EDM-метод незаменим. Он позволяет гарантировать идеальную посадку пары «внутренняя-наружная» без механической доводки.