Технологические процессы. Электроэрозионная обработка.

Технологические процессы изготовления типовых поверхностей

Рассмотрев теорию и оборудование, перейдем к тому, как на практике проектируются электроэрозионные технологические процессы для получения нужных поверхностей и деталей. При планировании обработки инженер-технолог должен учесть ряд исходных данных, понять, подходит ли ЭЭО для данной поверхности, и разработать поэтапный план обработки. Ниже описаны типовые шаги и рекомендации, используемые при проектировании электроэрозионных процессов.

Исходные данные

Перед началом разработки технологии электроэрозионной обработки собираются и анализируются исходные данные, к которым относятся:

Конструктивные требования к детали. Геометрия поверхности, которую нужно получить (формы, размеры, глубины полостей, диаметры отверстий, допуски). На основе чертежа или 3D-модели определяют, какие именно элементы детали требуют применения ЭЭО. Например, это могут быть узкие пазы сложной формы, внутренние острые углы, очень маленькие отверстия или просто чрезвычайно твердая поверхность, которую нельзя резать фрезой.

Требования по точности и качеству поверхности. Указывается необходимый класс точности размеров (допуски) и шероховатость для каждой поверхности. Также могут быть требования по отсутствию термического влияния (трещин, пережогов). Эти требования диктуют выбор режимов обработки – сколько ступеней (черновая, чистовая) понадобится, нужно ли убирать дефектный слой и т.п.

Материал заготовки и его состояние. Твердые закаленные стали, композиты на основе карбидов, тугоплавкие сплавы – все это влияет на технологию. Например, графитовую деталь нельзя обработать ЭЭО (не проводит ток), алюминий эродируется не так эффективно из-за высокой теплопроводности. Информация о марке сплава, твердости, электрической проводимости очень важна. Иногда заготовка может иметь покрытие или быть спаяна из разных металлов – тогда процесс усложняется.

Габариты и масса заготовки. Позволяет понять, поместится ли деталь в ванну станка, выдержит ли стол. Также большие детали требуют иной стратегии промывки и могут прогреваться сильнее.

Партия и сроки изготовления. Количество деталей влияет на выбор стратегии: для единственной детали можно пожертвовать инструментом или временем, для серийного производства важны стойкость электродов, их количество, экономия времени. Сжатые сроки могут потребовать более агрессивных режимов (в ущерб качеству, которое затем правится) или, наоборот, использования нескольких станков параллельно.

Оснастка и инструмент. В исходных данных желательно знать, имеются ли стандартные держатели, какие материалы для электродов доступны (медь, графит, медно-вольфрам), есть ли фильтры, диэлектрик нужного типа и т.п. Например, если в наличии только керосин как рабочая жидкость, это накладывает ограничения по безопасности и скорости (керосин горюч, нужно более тщательно контролировать процесс).

Собрав все эти данные, технолог принимает решение: целесообразно ли и как именно применять ЭЭО. Иногда этап ЭЭО – лишь часть процесса изготовления (например, отверстие сначала сверлят до полуготовности, а искрой только доводят профиль). В других случаях деталь целиком формируется электроэрозионно из заготовки-болванки. Грамотный анализ исходных данных – залог того, что разработанный процесс будет выполнимым и эффективным.

Область применения

Электроэрозионная обработка применяется там, где традиционные методы либо невозможны, либо неэкономичны. Основные области применения ЭЭО и типы поверхностей, для которых она оптимальна:

Твердые и закаленные материалы. Изготовление пресс-форм, штампов, пуансонов из закаленной стали часто невозможно фрезерованием (резец не берет закаленный материал или быстро изнашивается). ЭЭО же без труда «горит» в закаленной стали, твердых сплавах (типа ВК, Т15К6), даже в электропроводной керамике. Любые материалы с твердостью вплоть до максимальных (алмаз, карбиды) можно обрабатывать искровой эрозией при условии электропроводности. Например, матрицы из твердого сплава для штамповки профилей изготавливают только электроэрозионно.

Сложные внутренние контуры и узкие полости. Классический пример – литейные формы с замкнутыми полостями сложной формы (под пластмассовые детали, алюминиевые отливки). Внутренний фигурный профиль трудно обработать режущим инструментом, особенно если есть узкие места, острые углы. Электрод же можно изготовить составной или по частям и выжечь внутри нужную форму. Также сюда относятся глубокие узкие пазы, шлицы внутри отверстий, каналы замысловатой 3D-формы – все, что требует завести внутрь детали инструмент со сложной траекторией. ЭЭО способна формировать отверстия произвольного сечения, полости с обратными конусностями, подпорты и другие сложные элементы.

Малые отверстия и микрообработка. Сверлить отверстия диаметром 0,1-0,3 мм на глубину в несколько миллиметров традиционным способом практически невозможно (сверла ломаются, их уводит и т.д.). Специальные установки электроэрозионного сверления позволяют получать микроотверстия даже в очень твердых материалах (форсунки, фильеры). Также электроэрозией можно наносить микро надрезы, проделывать отверстия квадратного сечения размером <1 мм, формировать прецизионные микро детали – в микроэлектронике, медицине, часовом производстве.

Комбинированные и композиционные материалы. Если деталь состоит из разных по твердости слоев (например, биметалл) или имеет сложную для обработки структуру (композиты с твердыми наполнителями), механическая обработка затруднена – инструмент то режет мягкое, то бьется о твердое. Искровой разряд же равнодушно испарит и твердую, и мягкую часть, обеспечивая равномерный съем. Поэтому ЭЭО используют для некоторых композитов на металлической матрице, для графитонаполненных материалов и т.д.

Минимизация деформаций. При обработке длинных тонких деталей, которые гнет от сил резания, или при необходимости сохранить исходные напряжения (например, после закалки) – ЭЭО подходит идеально. Она не создает изгибающих усилий, и деталь сохраняет форму. Например, изготовление длинных прорезей в тонких полосах: фреза выгнет полосу, а эрозия – нет.

Ремонт и извлечение обломков. Электроэрозионным способом часто удаляют сломанный инструмент (метчик, сверло) из детали – прожигают вокруг него отверстие или разбивают его на части. Также эрозией можно «срезать» закаленные наплавленные участки при ремонте. В ремонтных мастерских есть портативные электроискровые аппараты для выжигания застрявших болтов и прочего.

В то же время у ЭЭО есть и ограничения области применения. Она неприменима для материалов-диэлектриков (стекло, пластик, керамика без проводящих фаз) – их не прожечь искрой, разве что использовать комбинированную электроэрозионно-электрохимическую обработку. Также мало смысла применять ЭЭО для простых операций на мягких материалах (алюминий, медь), где быстрее и дешевле просверлить или выфрезеровать. Искра выигрывает, когда действительно нужны ее уникальные способности.

Итак, область применения электроэрозионной обработки – это высокоточное производство пресс-форм и штампов, инструментальная оснастка, аэрокосмические детали (например, лопатки турбин с отверстиями охлаждения), медицинские импланты и приборы сложной формы, электронные компоненты (разъемы, штампованные микродетали), а также широкий спектр задач, где нужно обрабатывать экзотические материалы или получать сложную геометрию, недоступную фрезеру и сверлу.