Технологические процессы. Электроэрозионная обработка. Часть 4

Прошивание полостей

Прошивание полостей – наиболее характерная задача для электроэрозии, фактически ее «визитная карточка». Подразумевается выжигание внутри детали замкнутой полости (отверстия, глухого углубления, сложной внутренней формы) с помощью профилированного электрода. Такие полости возникают повсеместно: формы для литья пластмасс (полости повторяют будущую деталь), штампы для вырубки (контурные выемки), гидравлические распределители (системы каналов), корпусы приборов и т.д. В частности, название «прошивание полости» пошло от аналогии: процесс похож на прожигание, проталкивание инструмента вглубь.

При электроэрозионном прошивании обычно:

• Электрод-матрица (копир) изготавливается из меди или графита с формой, соответствующей требуемой полости (с поправкой на зазор и черновой припуск).
• Заготовка крепится на столе станка, над ней располагается электрод.
• Выполняется обработка, часто в несколько проходов. Черновой электрод (может быть чуть большего размера или нечеткой формы) быстро выбирает объем – после него остается полость, но с припуском и грубой поверхностью. Затем берут чистовой электрод (точного профиля) и обрабатывают поверхность полости на нужный размер и качество.
• Если полость глубокая или со сложным профилем, могут использовать орбитальное движение электрода: например, электрод чуть меньше полости и программно обходит контур, постепенно выжигая боковые стенки. Это повышает равномерность обработки и компенсирует износ – распространенный прием, именуемый «орбитинг». Электрод движется по спирали или по окружности внутри полости, выглаживая стенки.
• Важный момент – отведение шлама из глубокой полости. Здесь помогают специальные способы: периодическая реверсивная подача (электрод немного поднимается для промывки), боковые канавки на электроде или в заготовке, через которые выходит жидкость, и т.п. Иногда проектируют полость так, чтобы она имела каналы для отмыва.
• Полученную полость измеряют; если нужна высокая точность, могут выполнить дополнительную электроискровую доработку новым электродом, компенсируя выявленную погрешность (так называемый «опытный прожиг» с коррекцией).

Изготовление пресс-форм и штампов практически всегда включает электроэрозионное прошивание полостей. Например, пресс-форма для пластиковой бутылки: внутренняя полость формы, повторяющая бутылку, выжигается электродом-«обратной бутылкой» из меди. Штамп для выдавливания – сложный контурный вырез выполняется электродом нужной формы.

Еще один пример – выжигание пазов и углублений в закаленной детали. Когда деталь уже термически обработана, механическому воздействию не подлежит, а нужно, например, углубить карман – тогда применяют EDM-прошивание прямо по твердой структуре.

Изготовление пресс-форм и штампов практически всегда включает электроэрозионное прошивание полостей. Например, пресс-форма для пластиковой бутылки: внутренняя полость формы, повторяющая бутылку, выжигается электродом-«обратной бутылкой» из меди. Штамп для выдавливания – сложный контурный вырез выполняется электродом нужной формы.
Еще один пример – выжигание пазов и углублений в закаленной детали. Когда деталь уже термически обработана, механическому воздействию не подлежит, а нужно, например, углубить карман – тогда применяют EDM-прошивание прямо по твердой структуре.
В целом метод отработан: существуют стратегии, как минимизировать конусность стенок, вызванную неравномерным износом электрода (используют несколько электродов или вращают его), как обеспечить острые углы (зачастую электрод делают сегментированным, проходя углы отдельными тонкими электродиками).
Применяя электроэрозию для полостей, можно получать очень сложные внутренние поверхности, в том числе с отрицательным углом (поднутрива) – то, что невозможно фрезой. Конечно, электрод для такого поднутрива сам должен иметь соответствующую форму (например, составную).
Таким образом, прошивка полостей – основной способ формообразования в EDM. Он дает свободу дизайнеру детали: можно спроектировать практически любую полость, зная, что электроэрозия способна ее воспроизвести при условии, что можно изготовить соответствующий электрод. Именно поэтому электроэрозионные станки стали ключевым оборудованием инструментального производства.

Электроэрозионное шлифование

Электроэрозионное шлифование – это процесс улучшения качества поверхности или придания точной формы посредством вращающегося инструмента, снимающего минимальный слой материала за счет искровых разрядов. Его можно рассматривать как гибрид шлифования и EDM: вместо абразивного круга используется проводящий диск (или цилиндр), а съем происходит искрами.

Классическая схема электроэрозионного шлифования:

• Используется электрод-инструмент в форме диска или тарелки, обычно из меди, латуни или графита, закрепленный на вращающемся шпинделе (подобно шлифовальному кругу).
• Деталь устанавливается так, что вращающийся электрод проходит близко над ее поверхностью (зазор тонкий). Между ними подается диэлектрик.
• При подаче напряжения между вращающимся диском и деталью проскакивают частые искры, снимая тонкий слой материала. Вращение обеспечивает постоянное обновление поверхности электрода и равномерность процесса.
• Таким методом можно выравнивать поверхность детали, добиваясь низкой шероховатости. Например, удалить риски после предыдущей обработки или уменьшить волнистость.
• Электроэрозионное шлифование эффективно для твердых материалов (закаленная сталь, твердые сплавы), которые трудно абразивно шлифовать. Искровой метод не создает механических напряжений и обходится без алмазного инструмента (но электрод все равно изнашивается, правда, обычно меньше).

Обычно EDM-шлифование применяют как чистовую операцию. К примеру, после прошивки полости можно пройтись плоским диском по дну полости для сглаживания кратеров или обработать плоскую поверхность детали (матрицы штампа) до однородного матового состояния.

Разновидность – шлифование профиля вращающимся электродом. Если электрод имеет профиль (скажем, диск с зубцами), он может прорезать канавки или зубчатые формы на детали при вращении. Это скорее напоминает электроэрозионную фрезеровку. В частности, так точат зубцы твердосплавных режущих инструментов: медным диском-электродом, повторяющим профиль зуба, искровым методом «шлифуют» твердосплавную фрезу, придавая зубцам форму.

Особенностью электроэрозионного шлифования является саморегуляция разрядов: вращающийся диск периодически касается выступов на детали или приближается – возникает разряд (как описывалось в электроконтактной обработке). Таким образом, инструмент как бы сам выбирает выступающие части, сглаживая рельеф.

Стоит отметить, что EDM-шлифование не столь быстро, как традиционное шлифование: съем микроскопический. Зато можно достичь чистовой поверхности на самых твердых материалах и сложных формах, где обычный шлифовальный круг не справится.

Пример: твердый сплав WC-Co после спекания имеет шероховатость, его нужно довести до гладкости – электроэрозионной шлифовкой это делается без трещин и сколов, которые могут возникнуть при механическом шлифовании.

Важный момент – балансировка и материал электрода-диска. Так как диск вращается на высокой скорости, его надо балансировать, а материал должен быть однородным. Часто применяют медные или латунные диски. Графитовые не годятся – они хрупкие для вращения. Медно-вольфрамовые – дорогие, но могут использоваться из-за их стойкости.

В итоге, электроэрозионное шлифование – это способ получить гладкую, точно выдержанную поверхность на сверхтвердых деталях. Он находит применение в инструментальном производстве (правка штампов), изготовлении измерительных приборов (доводка базовых плоскостей), микромеханике и других областях, где обычный абразив бессилен или нежелателен.