Новости

Новости в мире инженерии и электротехники

Процесс электроэрозионной обработки металлов 20.08.2016

В основе процесса электроэрозионной резки металлов влияние на деталь искровых разрядов, образующихся вследствие протекания импульсного тока с частотой в около 240 кГц между электродом-проволокой и деталью, находящихся в непосредственной близости друг от друга в среде жидкого диэлектрика. В результате этих разрядов из материала детали выбиваются микрочастицы, которые выносятся из межэлектродного зазора (GAP) струей диэлектрика. Кроме этого, диэлектрик играет роль катализатора процесса распада, так как при высокой температуре разряда диэлектрик в зоне эрозии превращается в пар. Происходит дополнительный микровзрыв пара, который не может сразу выйти из межэлектродного зазора. За последние годы электроэрозионная обработка не только окончательно закрепила свои позиции в современном инструментальном производстве, но и продолжает развиваться быстрыми темпами в направлении улучшения качественных показателей и предложения новых конструктивных решений. Открытие формообразующего воздействия электрической эрозии на токопроводящие материалы состоялось в 1943 году и принадлежит нашим соотечественникам - супругам Б. и М. Лазаренко. Когда повсюду в мире в 50-х годах лучшие ученые всерьез взялись за эту технологию, чья советская руководящая воля свернула перспективные разработки и привела нас к отставанию на многие десятки лет в области електроерозионной обработки. Диэлектрик в электроэрозионной обработке советские исследователи, супруги Лазаренко, впервые и открыли возможность использования явления электрической эрозии для обработки токопроводящих материалов, в качестве диэлектрика сначала использовали окружающий воздух. Однако скоро выяснилось, что производные минеральных масел имеют в этом плане несравненные преимущества: сила разряда - больше, можно работать с меньшими искровыми промежутками, что улучшает точность операции. Новый материал диэлектрика также позволил увеличить частоту разрядов и лучше вымывать частицы эродированного металла. С 1960 года на рынок стали выходить химические компании, предлагающие специальные соединения для использования в электроэрозионных установках. Последовательность процесса: Электроды - инструмент и заготовка - закреплены оснасткой станка и не соприкасаются друг с другом. Генератор электрических импульсов задает периодичность и напряженность электрического поля вокруг электродов. Во время процесса электроискрового воздействия серия периодических блуждающих электрических разрядов снимает тончайший слой материала с заготовки. В точке, где напряженность электрического поля достигает максимума, происходит электрический разряд - молния. Под действием электрического поля электроны и свободные положительные ионы разгоняются до высоких скоростей и моментально образуют ионизации тоннель, обладает электрической проводимостью. Возникает электроток, и между электродом и заготовкой образуется искровой разряд, что приводит к столкновениям элементарных частиц. Во время этого процесса образуется газовый пузырек, давление которой непрерывно нарастает к образованию плазменной зоны. Плазменная зона быстро достигает сверхвысоких температур - от 8000 до 12000 ° С - благодаря нарастающему числу столкновений элементарных частиц. Этот процесс приводит к моментальному плавления микрослоев вещества в электрода. При исчезновении электрического поля внезапное снижение температуры приводит к взрыву плазменной пузырьки, сопровождается отрывом части материала с заготовки, и к образованию на этом месте микроскопического кратера. Эродированная материал затем формируется заново в виде маленьких сфер, которые вымываются жидкостью-диэлектриком. При очень коротком разрядном импульсе в движение приводится более отрицательно заряженных частиц, чем положительно заряженных. Чем больше частиц определенного заряда движутся к электроду, тем больше тепла производится на его поверхности. Через больший размер положительные частицы способствуют выработке большего количества тепла при тех же скоростях бомбардировки электрода-цели. Чтобы минимизировать снятия материала заготовки или износ инструмента, полярность выбирается таким образом, чтобы как можно больше тепла освобождалось со стороны заготовки до завершения разряда. Для этого при коротких разрядах электрод-инструмент соединяется с отрицательной клеммой и, таким образом, имеет отрицательную полярность. При длительных разрядах, наоборот, электрод-инструмент подключается к положительному полюсу. На длительность импульса, при которой должна поменяться полярность на заготовке и электроде-инструменте влияет целый ряд факторов, которые в большей степени зависят от физических параметров инструмента и свойств материала электрода. Когда идет обработка стали медным электродом, продолжительность периодического генерируемого импульса составляет около 8 микросекунд. Технология электроэрозионной обработки продолжает развиваться по двум основным направлениям: проводное электроэрозионное резки (wire electric discharge machining) и копировально-прошивные электроэрозионная обработка (ram (die sinking) electric discharge machining). Проводное электроэрозионное резки проводное резки начало свое развитие с чистого листа в начале 70-х годов. Глобальное совершенствования процесса пришлось на период с середины 80-х до середины 90-х годов. Прогресс наметился по шести ключевым направлениям известного соотношения цена-качество: • скорость обработки; • размер заготовки; • угол конусного резания; • цена; • точность; • длительная работа без вмешательства человека. Функции диэлектрика: Электроизолирующие. Диэлектрик должен разделять заготовку и электрод. Искровой разряд должен происходить в максимально узком промежутке между заготовкой и электродом позволяет сделать процесс продуктивным и точным. Ионизационная. За очень короткое время необходимо создать все условия для формирования электрического поля. После импульса зона разряда должна быть очень быстро деионизованою для возможности повторного разряда. Диэлектрик должен способствовать максимальному сужению искровой зоны, чтобы добиться высокой плотности энергии в этой зоне. Охлаждающая. Искровой разряд имеет сверхвысокую температуру, поэтому диэлектрик должен остудить и электрод, и заготовку. Также важно отвести металлические газы, образующиеся в процессе электроэрозии. Промывочная. Чтобы избежать электрического пробоя диэлектрик должен эффективно удалять эродированы крупицы металла. Скорость. Номинальная максимальная скорость резки на сегодняшний день превышает 300 кв. мм / мин, (в лабораторных условиях реализована скорость вырезки 600 кв. мм / мин.). Конечно, средняя скорость резания в реальных производственных условиях ниже номинальных величин, однако и это впечатляет по сравнению с показателями четвертьвиковои давности (25-30 кв. Мм / мин.). Появление новых сплавов для проволоки может еще больше отодвинуть и эти границы. Размер заготовки. Максимальные размеры заготовок, пригодных для обработки на вырезных станках по осям Х и V достигают метра и даже больше (1300-1380 мм - по оси X). Однако особенно сильно за последние десятилетия вырос габаритный размер заготовки по оси 2, который сейчас доходит до 400 мм. К этой же отметки поднялись и координатные перемещения по оси 2. Всего этого удалось достичь благодаря новым конструктивным решениям, объединивших принципы незыблемости заготовки и более точной и жесткой реализации осевых движений. Угол конусной резки. В современных установках достигаются углы вырезки конических отверстий до 30 градусов для заготовок толщиной до 400 мм. Более того, некоторые фирмы в качестве опциона предлагают установки с возможностью достижения конусности до 45 градусов. Такие возможности позволили с начала 90-х годов значительно расширить сферу применения электроэрозионной резки. Так, если раньше головки для экструзионных установок собирались из набора отдельно обработанных тонких пластин, то новые возможности станков позволили изготавливать экструзионные головки из одной заготовки и за одну операцию. За счет этого удалось значительно снизить объем скрапа и увеличить производительность экструзионного процесса. Цена. За более чем четверть века непрерывных работ на порядок улучшились характеристики вырезных станков, в то время как за этот же период оборудования подешевело примерно на 75% (с учетом фактора инфляции). Целый ряд обстоятельств способствовал снижению цены. Электронная начинка оборудования вобрала многие решения, которые пришли с компьютерной индустрии, которые уже тогда отличались прекрасным соотношением цена-качество - выросла вычислительная мощность за меньшие деньги. Сильно увеличился объем производства электроэрозионного оборудования, повысило эффективность таких производств. Кроме того, новейшие технические решения также способствовали планомерному снижению цен на установки. Точность. Еще в 70-х и начале 80-х годов оператору станка приходилось сначала делать пробный рез образца и затем корректировать первоначальные настройки, прежде чем выйти на точные геометрические размеры изделия искровые промежутки Искровой промежуток разделяет заготовку и электрод. Даже при малой глубине обработки различают два типа промежутка: фронтальный и боковой. Фронтальный задается системой управления, в то время как боковой искровой промежуток зависит от продолжительности и высоты разрядного импульса, сочетание материалов, напряжения холостого хода и других заданных параметров. Блок питания является важнейшим элементом электроэрозионной установки. Он преобразует переменный ток с силовой сети в прямоугольные импульсы определенной полярности. Размер импульсов и интервал между ними задается системой управления в соответствии с выполняемыми режимом обработки. Сила тока разряда пропорциональна высоте импульса. Интервал между импульсами соответствует моменту отсутствия искрового разряда, а протяженность импульса соответствует продолжительности искрового разряда. Обе эти величины составляют тысячные или даже миллионные доли секунды. Интервал между отдельными импульсами (длительность отсутствия электрического тока) также задается системой управления. Интервал измеряется в процентном отношении собственной продолжительности продолжительности импульса. Сегодняшняя точность станков достигает 0,001 мм. Привлечение современных информационных технологий (САD / CAM-системы) в технологический процесс также позволило увеличить точность обработки - новые установки со всем комплексом современного оборудования гарантировали повторения заложенной в программе геометрии с большой степенью точности. Как уже отмечалось, современные модели станков на 75% дешевле своих ранних предшественников, в то же самое время они в 3-5 раз точнее. Длительная работа без вмешательства человека. В 70-х годах электроэрозионные установки могли работать часами без вмешательства оператора - тогда скорости резания были слишком маленькими. В современных условиях, когда значительно возросли скорости обработки, практически полностью безлюдное производство обеспечивается за счет использования продвинутых систем автоматизации: устройства автоматической заправки проволоки, поиск отверстия, предотвращения обрыва проволоки, системы автоматизированного загрузки заготовок, удаления перемычек и т. Д Износ электрода Эрозия при малом токе снимает мало материала заготовки, тогда как большой ток позволяет добиться больших скоростей снятия материала. Однако и износ инструмента растет, особенно при обработке стали медными электродами. Графитовые электроды ведут себя иначе - износ до определенного момента растет, потом более-менее стабилизируется. Короткие импульсы также приводят к ускоренному износу электрода. И наоборот, износ идет значительно медленнее при длинных импульсах. На практике, при черновой обработке стали медным и графитовым инструментом оптимальная величина продолжительности импульса лежит на отрезке, на одном конце которого длительность импульса с максимальным съемом, а на другом - длительность импульса с минимальной интенсивностью износа инструмента. Копировально-прошивные обработка Впервые о электроэрозионные станки стало известно с появлением в 1955 году первой копировально-прошивной установки с ручным управлением. Возможности станков были значительно улучшены к концу 70-х годов, когда применение спутников позволило значительно уменьшить время цикла и число используемых электродов. Примерно в 1980 году была представлена первая модель станка с СNС-управлением. К этому времени процесс копировальной прошивки уже успел испытать все возможные усовершенствования, и характеристики прошивных СNС-станков улучшались более медленными темпами по сравнению с «младшими» проволочно-вырезной станок. Важнейшим усовершенствованием по сравнению с ранними станками с ручным управлением было не столько само время цикла, сколько число рабочих часов, необходимых для образования заданной полости в материале. Ранее было замечено, что в случае проводного резки увеличения производительности и снижения производственных затрат в большей степени достигалось благодаря скорости резания. Что касается электроэрозионной прошивки, то соответствующие улучшения были достигнуты благодаря существенному увеличению количества часов, которые способен работать СNС-станок в течение дня. Обе технологии во выиграли от снижения нормо на каждой детали. Переход с ручного управления на числовое программное позволил слоям работать практически всю первую смену, интенсивно во вторую и третью в безлюдном режиме. Если для станка с ручным управлением наиболее типичной является работа в течение 6:00, то в случае станка с СNС-управлением реально выполнимой задачей может быть 16 часов. Хотя на многих производствах достигаются и более высокие показатели. Цена. Ведущие производители прошивных станков предлагают сегодня СNС-станки (без системы автоматической смены инструмента и оси С) примерно по той же цене, по которой в середине 70-х продавались станки с ручным управлением (инфляция учитывается). Даже если добавить стоимость необходимых опций, то скорректированная цена такого нового станка примерно равна цене станка 70-х с ручным управлением, оборудованный спутником. Любое повышение цены будет существенно перевешиваться снижением времени цикла, нормо и увеличением времени, какое оборудование реально работает в течение суток. Точность обработки. Учитывая характер процесса формообразования при электроэрозионной прошивке, точность обработки большей степени будет зависеть от качества и точности изготовления электрода. Графит - дешевле и удобно обрабатываемый материал - в сочетании с современными технологиями высокоскоростной фрезерной обработки позволяет получать электроды большой сложности и высокой точности. Определенные успехи были достигнуты и по плоскостности обработанных поверхностей. Например, суммарное отклонение для прямоугольной полости 150х200 мм, полученной на современном станке, составляет всего 0008 мм.

Все еще есть вопросы?

Отправьте их нам, заполнив форму обратной связи

Как к Вам обращаться?

Ваш номер телефона

Текст сообщения

Позвоните нам по указанным номерам телефонов:

Или посетите наш офис по адресу:

Реквизиты банковского счета для расчета:

Приват Банк

ЕГРПОУ 40071810 МФО 325321 p/p 26000053703508

Контакты

Где нас найти, куда звонить?