Устройство. Электроэрозионная обработка. Часть 3

Системы подачи и очистки рабочей жидкости

Диэлектрическая жидкость в электроэрозионном процессе выполняет роль как диэлектрика (не проводит ток до момента пробоя), так и охлаждающей/промывной среды. Для обеспечения ее циркуляции, очистки и подачи в зону обработки станок оснащается специальной системой. Основные компоненты такой системы:

• Ванна или бак для диэлектрика. В копировально-прошивных станках часто имеется ванна, в которую погружаются заготовка и электрод. Она заполнена диэлектрическим маслом или керосином. В проволочно-вырезных – рабочая камера, куда тоже подается жидкость (чаще – деионизированная вода). Объем жидкости должен быть достаточным для теплоотвода и для осаждения снятых частиц. Ванны оснащаются крышками или кожухами для предотвращения испарений и поддержания чистоты.

• Насосы и форсунки подачи. Диэлектрик непрерывно прокачивается через зону межэлектродного промежутка. Существует несколько способов подачи:
  • Через инструмент. Если электрод-инструмент полый (трубчатый), жидкость может подаваться под давлением прямо сквозь него в зону эрозии. Например, при прошивке глубоких отверстий используют трубчатый электрод и нагнетают диэлектрик внутрь, чтобы он струей вымывал шлам из канала.
  • Через сопла (форсунки). Вокруг зоны обработки размещают сопла, направляющие струи диэлектрика в зазор. Это распространено на проволочных станках: с верхней и нижней стороны заготовки бьют струи воды по месту входа/выхода проволоки, обеспечивая охлаждение и смыв частиц.
  • Погружное (естественное) омывание. В ряде случаев достаточно того, что деталь погружена в жидкость, и конвекция/кипение во время разряда сами создают циркуляцию. Но для стабильности обычно добавляют принудительную прокачку.
  • Вакуумное отсасывание. Также применяют метод, когда из зоны обработки жидкость отсасывается, увлекая за собой продукты эрозии – особенно если форма сложная и струей не достать.
• Фильтры очистки. Продукты эрозии – мельчайшие частицы металла и углерода (если электрод графитовый), образующие так называемый эрозионный шлам. Если их не удалять, они накапливаются в диэлектрике и начинают проводить ток, провоцируя паразитные разряды, сокращая путь для искры. Поэтому в системе циркуляции установлены фильтры тонкой очистки – обычно картриджные или сетчатые фильтры, улавливающие частицы размером до нескольких микрон. Жидкость, прогнав через фильтр, возвращают обратно в ванну или сразу в зону обработки. Фильтры периодически меняют по мере их загрязнения.
• Охладитель. Интенсивная искрообразная работа нагревает диэлектрик. Повышение температуры жидкости нежелательно, так как снижает ее вязкость и диэлектрическую прочность, что может привести к неконтролируемым дугам и деградации качества. Поэтому контур жидкости часто оснащается теплообменником или холодильной установкой, поддерживающей температуру в оптимальном диапазоне (например, 20–25°C). В простых системах могут использоваться лишь радиаторы и вентиляторы для отвода тепла.
• Устройства поддержания свойств. Для водных диэлектриков (например, на проволочных EDM) важна также проводимость воды – она должна быть минимально проводящей. Для этого устанавливается система ионного обмена (смолы), удаляющая ионы из воды и поддерживающая требуемую электропроводность. Для масел контролируют степень загрязненности продуктами разложения – высокотемпературные разряды слегка «поджигают» масло, образуются смолы, кислоты. В связи с этим иногда добавляют присадки или проводят регенерацию жидкости.

Система подачи диэлектрика обычно работает автоматически: насосы включаются, когда начинается обработка, клапаны направляют потоки в нужные зоны. Оператор может регулировать скорость потока, направление подачи (снизу вверх, сверху вниз и др.), давление струй и т.д. От правильной настройки зависит многое: при недостаточной промывке могут образоваться так называемые «мостики» из токопроводящих частиц, вызывающие преждевременный пробой там, где не нужно. Слишком сильный поток тоже вреден – он может вымывать электрод, создавая вибрации, или приводить к кавитации.

В контексте выбора оборудования важно учитывать, что система фильтрации и подачи диэлектрика – значимая часть эксплуатационных расходов. Фильтры, диэлектрическая жидкость – расходные материалы, требующие периодической замены. Современные станки оснащаются эффективными фильтрующими модулями и иногда системами автоматического долива/очистки жидкости, что облегчает обслуживание.

Механическая часть станков

Механическая (конструктивная) часть электроэрозионного станка определяет его геометрическую точность, долговечность и удобство эксплуатации. К основным узлам механики относятся: станина, направляющие, подвижные столы или каретки, шпиндель или держатель электрода, системы крепления инструмента и заготовки.

• Станина и основание. Большинство EDM-станков имеют массивное чугунное или стальное основание, гасящее вибрации. Хотя сил резания нет, но присутствуют динамические перемещения и гидравлические воздействия от жидкости. Тяжелая станина обеспечивает стабильность геометрии и нивелирует влияния внешних вибраций. Например, копировально-прошивные станки часто строят на монолитной литой плите, на которой уже монтируются все другие узлы.
• Направляющие и узлы перемещения. Как упоминалось ранее, используются прецизионные линейные направляющие (например, закаленные шлифованные призматические или современные рельсовые направляющие с каретками на шариках). Они должны обеспечивать плавное перемещение без зазоров и качания. В вертикальных EDM-станках ось Z (подача инструмента) часто делается на гидростатических или аэростатических направляющих – это дает очень мягкий, безлюфтовый ход, необходимый для микроподачи.

• Приводные винты/двигатели. На высокоточных станках – шарико-винтовые пары с серводвигателями, упомянутыми выше. Обязательно присутствуют компенсации люфта в гайках (преднатяг, двойные гайки). Также стоят датчики концевых положений, чтобы не допустить выхода каретки за ход.

• Электрододержатель (шпиндель). В копировальных станках инструмент обычно крепится в специальном держателе на оси Z. Иногда ось Z имеет еще вращательный привод – для возможности вращать электрод (полезно при сверлении трубчатым электродом, для улучшения отвода продуктов). Крепление электрода может быть цанговое, патронное или резьбовое в зависимости от размера и формы электрода. В современных системах часто применяют стандарт EROWA или аналогичные быстросменные держатели электродов, позволяющие точно позиционировать и быстро менять инструменты между операциями. Существуют станки с магазином электродов: можно зарядить несколько инструментов (разного диаметра, профиля), и станок автоматически их сменит по программе для разных этапов обработки.

• Стол для заготовки. Конструкция стола зависит от типа станка. В прошивных – крестовый стол (по осям X и Y) для позиционирования деталей под электродом. На нем есть Т-образные пазы или сетка резьбовых отверстий для крепления оснащения и деталей. В проволочно-вырезных – стол перемещается под проволокой, часто тоже имеет пазы для приспособлений. Иногда стол водяной (в камере с жидкостью). На некоторых машинах, особенно для крупногабаритных деталей, стол может быть неподвижным, а движется портальная часть с инструментом (портальные EDM-станки).

• Защитные кожухи и системы отвода стружки. Хотя стружки в классическом понимании нет, но есть шлам и брызги диэлектрика. Станки оснащают кожухами, дверцами, особенно проволочные – чтобы вода не разбрызгивалась. Имеются лотки для сбора шлама, который фильтруется. Механизм перемотки проволоки (в проволочных станках) – тоже часть механики: нужны катушки, натяжители, моторы протяжки.

• Дополнительные механизмы. В некоторых электроэрозионных станках предусматриваются поворотные оси или наклонные столы, чтобы выполнять обработку под углом или сложные формы (пятая ось). Например, могут быть поворотные столы для изготовления сложных лопаток турбин (поворот «деталь+электрод»). Эти механизмы требуют высокой точности позиционирования и синхронизации с главными осями.

С точки зрения эксплуатационных качеств, механическая часть определяет размеры обрабатываемых деталей (ходы по осям, габариты рабочей ванны), максимальную массу заготовки, которую станок выдерживает на столе, и т.д. Для покупателя оборудования важно учесть, какие размеры деталей планируется обрабатывать: существуют компактные настольные EDM-станки для мелких работ, а есть огромные портальные машины, способные эрозионно вырезать формы в многотонных заготовках.

В итоге, электроэрозионный станок – это синтез точной механики и умной электроники. Современные модели обладают ЧПУ, автоматизацией и эргономичными интерфейсами, но «сердцем» все равно остаются описанные компоненты: генератор, система подачи, координатные оси, диэлектрика и добротная механическая база. При выборе станка под конкретные задачи всегда анализируют его технические характеристики по каждой из этих подсистем.