Для получения элементов со сложным профилем из труднообрабатываемых металлов используется электроэрозионный станок. Его работа основана на воздействии разрядов электрического тока, которые создают в зоне обработки высокую температуру, из-за чего металл испаряется. Такой эффект именуется электрической эрозией. Промышленность уже больше 50 лет использует станки, работающие по этому принципу.
Виды оборудования и методы обработки
Описать работу электроэрозионного станка можно так : взять заряженный конденсатор и поднести его электродами к металлической пластине. Во время короткого замыкания происходит разряд конденсатора. Яркая вспышка сопровождается выходом энергии (высокой температуры). В месте замыкания образуется углубление вследствие испарения некоторого количества металла от высокой температуры.
На технологическом оборудовании реализованы различные виды получения электрических разрядов. Среди основных схем выделяются:
- электроискровая;
- электроконтактная;
- электроимпульсная;
- анодно-механическая.
Реализуя одну из схем на практике, изготавливают станки . На принципе электрической эрозии были выпущены следующие станки в разных модификациях:
- вырезной;
- проволочный;
- прошивной.
Для получения точных размеров и автоматизации процесса оборудование комплектуется числовым программным управлением (ЧПУ).
Электроискровой станок работает за счет искрового генератора. Генератор - это накопитель энергии, который дает электрический импульс. Для постоянной подачи импульсов организуется конденсаторная батарея.
Чтобы организовать электрическую цепь, катод подключают к исполнительному инструменту, а анод - к обрабатываемой детали. Постоянное расстояние между электродом и деталью гарантирует однородность протекания процесса. При вертикальном опускании электрода на деталь происходит прошивка металла и образование отверстия, форма которого задается формой электрода. Так работает электроэрозионный прошивной станок.
Для изготовления деталей из твердосплавных и труднообрабатываемых деталей используется электроэрозионный проволочный станок. В качестве электрода в нем выступает тонкая проволока. При испарении металла на поверхности обрабатываемой детали образуются окислы, обладающие высокой температурой плавления. Для защиты от них процесс проводят в жидкой среде или масле. Во время искрообразования жидкость начинает гореть, забирая кислород и другие газы из рабочей зоны.
Станки такого типа иногда бывают единственно возможным способом изготовления конструкционного элемента. Но покупка оборудования для электроэрозионной обработки для выполнения нечастых работ - разорительное занятие. Поэтому если возникла необходимость, то можно изготовить электроэрозионный станок своими руками.
Особенности самодельного устройства
Перед тем как приступить к изготовлению самодельного электроэрозионного станка, необходимо разобраться в его устройстве. К основным конструкционным элементам относятся:
Изготовление искрового генеротора
Для изготовления искрового генератора детали можно найти везде (в старых телевизорах, мониторах блоков питания и т. д.). Принцип его работы таков :
Меры безопасности при работе
Так как организованная электроэрозия своими руками сопряжена с возможностью поражения электрическим током, к технике безопасности необходимо подойти со всей ответственностью. Обрабатываемая деталь не должна быть заземлена. В противном случае произойдет ЧП - короткое замыкание в питающей сети. Конденсаторы, рассчитанные на 400 В, могут привести к летальному исходу при их емкости всего в 1000 мкФ.
Подключение приборов исключает контакт с корпусом. Для подключения конденсатора к электроду требуется медный провод сечением 6−10 кв. мм. Большой объем масла, используемого для предотвращения образования окислов, может загореться и привести к пожару.
Простая электроискровая установка (рис. 1) позволяет легко и быстро обрабатывать небольшие детали из электропроводящих материалов любой твердости. С ее помощью можно получать сквозные отверстия любой формы, извлекать сломавшийся резьбовой инструмент, прорезать тонкие щели, гравировать, затачивать инструмент и мн.др.
Сущность процесса электроискровой обработки заключается в разрушении материала заготовки под действием импульсного электрического разряда. Благодаря малой площади рабочей поверхности инструмента в месте разряда выделяется большое количество тепла, которое расплавляет вещество обрабатываемой детали. Процесс обработки наиболее эффективно идет в жидкости (например, в керосине), омывающей место контакта вибрирующего инструмента и детали и уносящей с собой продукты эрозии. Инструментом служат латунные стержни (электроды), повторяющие форму предполагаемого отверстия.
Рис. 1. Малогабаритная электроискровая установка:
1 — обрабатываемая деталь; 2 — инструмент; 3 — электромагнитный вибратор; 4 — зажимное устройство; 5 — ванночка.
Принципиальная электрическая схема установки изображена на рис. 2. Работает установка следующим образом. Разрядный конденсатор С1 соединен своим плюсовым выводом с обрабатываемой деталью 1. Минус его подключен к инструменту 2. Электромагнитный вибратор 3 сообщает инструменту непрерывные колебания. Этим обеспечивается постоянное искрение в месте контакта и предотвращается возможность сварки инструмента с деталью. Обрабатываемая деталь 1 закреплена в зажимном устройстве 4, которое имеет надежный электрический контакт с ванночкой 5.
Силовой трансформатор собран на сердечнике Ш32 из обычной трансформаторной стали. Толщина набора 40 мм. Первичная обмотка содержит 1100 витков провода ПЭВ 0,41 с отводом от 650-го витка. Вторичная обмотка имеет 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,25 мм. Между первичной и вторичной обмотками помещена экранирующая обмотка III , состоящая из одного слоя, намотанного проводом ПЭВ 0,18. Емкость разрядного конденсатора 400 мкФ (два конденсатора типа КЭ-2 200 х 50 В). Реостат R1 рассчитан на ток 3—5 А. Этот реостат намотан нихромовым проводом диаметром 0,5—0,6 мм на сопротивлении ВС-2.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема электроискровой установки.
Диоды Д1—Д4 типа Д304, можно использовать и другие типы диодов. На выходе выпрямителя напряжение порядка 24—30 В. Можно использовать источники питания и с более низким напряжением, но с большим током, чтобы мощность, потребляемая цепью заряда, была не менее 50—60 Вт.
При работе установки происходит непрерывное искрение. Для уменьшения помех, создаваемых установкой, в цепь ее питания необходимо включить простейший фильтр радиопомех.
Электроэрозионный станок предназначен для вырезания металлических деталей сложной формы. Современное прошивное оборудование позволяет обрабатывать токопроводящий материал сразу по четырем осям, производить изделия любых форм даже из твердых сплавов, трудно поддающихся механической обработке.
Возможности электроэрозионных станков
Электроэрозионный станок справляется с выполнением сложных технологических задач:
- выполнение углублений и отверстий сложной конфигурации, в том числе глухих проемов;
- , инструментальных и легированных сталей, твердых сплавов и закаленной стали высочайшей твердости;
- выполнение выемок различной конфигурации на внутренних поверхностях детали;
- отверстия с резьбой в заготовках из твердых металлов;
- изготовление деталей, которое невозможно или сложно на токарных и фрезерных станках с программным управлением.
Виды обработки
Существует несколько разновидностей электроэрозионной обработки:
- комбинированная — производится одновременно с иными типами обработки;
- электроэрозионно-абразивная — материал разрушается с помощью электричества и шлифуется абразивными частицами;
- электрохимическая — металл растворяется в электролите под воздействием тока;
- анодно-механическая — металл растворяется с появлением пленки окисей, сочетается с электроэрозионным методом;
- упрочнение;
- объемное копирование — метод обработки, позволяющий получить на болванке проекцию инструмента;
- маркирование;
- шлифование — под воздействием электричества происходит шлифовка металла;
- прошивание — инструмент врезается в болванку и формирует отверстие;
- вырезание — инструмент-электрод совершает движения подачи и постоянно перематывается, снимает верхние слои заготовки, создавая необходимую форму;
- отрезка — разделение болванки на отдельные куски;
- доводка.
- станина — выполняется из специального особо прочного чугуна, придающего крепость и устойчивость конструкции.
- рабочий стол — прямоугольной формы из нержавеющей стали;
- рабочая ванна из нержавейки;
- устройство подачи проволоки состоит из приводных катушек (керамика), направляющих для проволоки и системы привода;
- устройство автоматической установки проволоки (устанавливается по желанию заказчика);
- блок диэлектрика состоит из картонных или бумажных фильтров, емкости диэлектрика и емкости для ионообменной массы, насоса для прогонки воды;
- генератор используется антиэлектролизный, который предупреждает разрушение заготовки;
- система числового программного управления с дисплеем.
Принцип работы станка
Первичная обработка болванки и снятие основных объемов материала происходит на токарном или фрезерном станке с ЧПУ. Принцип работы электроэрозионного оборудования в том, что металл обрабатывается разрядами тока, появляющимися между заготовкой и инструментом. В качестве резца используется натянутая проволока.
Генератор выпускает ток импульсами, не изменяя свойства рабочей среды. Когда между электродами появляется напряженность выше критической, формируется плазменный канал, разрушающий поверхность заготовки. Появляется маленькая выемка. Полярность тока подбирается таким образом, чтобы деталь разрушалась сильнее.
С целью снижения износа резца создаются униполярные электроимпульсы. В зависимости от длины импульса выбирается полярность, так как при небольшой продолжительности быстрее изнашивается отрицательный электрод, при повышенной — изнашивается катод. Фактически при обработке применяются оба принципа создания униполярных электроимпульсов: на болванку подают переменно положительный заряд и отрицательный. Вода уменьшает температуру инструмента (проволоки) и уносит продукты разрушения.
Под воздействием высокочастотных импульсов эрозия проходит равномерно по длине зазора, постепенно расширяя самое узкое место. Постепенно инструмент (проволоку) или деталь продвигают в необходимом направлении, увеличивая площадь воздействия. Обработать по этому принципу можно деталь из любого материала, пропускающего электричество.
Время обработки зависит от физических свойств материала (электропроводности, теплопроводности, температуры плавления). Чем быстрее выполняется работа, тем больше шероховатостей остается на поверхности. Наилучший эффект достигается путем многопроходной обработки с понижающейся мощностью импульсов.
Конструкция станка
Основные элементы электроэрозионного станка:
Делаем станок своими руками
Основная сложность в изготовлении станка своими руками — это сборка искрового генератора. За некоторое время он должен скопить достаточное количество электроэнергии и залпом ее выбросить. Необходимо добиться наикратчайшего промежутка выброса тока, чтобы плотность его была как можно выше. Комплектующие для него можно своими руками вытащить из старого телевизора или купить.
схема самодельного станка: 1 — электрод; 2 — винт зажима электрода; 3 — винт зажима плюсового контакта; 4 — втулка направления; 5 — корпус из фторопласта; 6 — проем для притока масла; 7 — штатив
Конденсатор должен выдерживать от 320 В, с суммарной емкостью от 1 тыс. мкФ. Все детали собираются в заизолированном коробе из фторопласта. Из штыря заземления евророзетки можно сделать направляющую втулку для электрода. Его продвигают вперед по мере испарения, для чего расслабляется винт зажима. Штатив для установки всего устройства должен быть с регулируемой высотой. В отверстие для притока масла вставляется трубочка, а втулка направления прокапывает маслом по продольной линии электрода.
К электроду подключается привод (пускатель с катушкой 230В). Ход штока фиксирует глубину отверстия. Во время зарядки конденсаторов включается лампа, а шток пускателя удерживается внутри. Как только конденсаторы достаточно зарядились, лампа тухнет, шток продвигается вниз. Он прикасается к заготовке и происходит разряд в виде искры, цикл повторяется. Частота повторений зависит от мощности лампы.
При работе масло может воспламениться. Важно соблюдать меры безопасности! После всеъ этих действий, мы получим эрозионный станок, сделанный своими руками.
Видео демонстрирует возможности электроэрозионного станка:
У некоторых домашних мастеров возникает идея изготовить электроэрозионный станок своими руками для собственной мастерской. Желание объясняется тем, что иногда приходится обрабатывать детали с высокой твердостью. Производить отжиг для понижения прочности нельзя. Возможна деформация детали и будут нарушены требования, предъявляемые к качеству обработанной поверхности или иные характеристики.
В результате искровой эрозии производится прожиг сквозных отверстий или нанесение маркировки. Возможна обработка поверхности сложной формы, задаваемой электродом.
Основные особенности электроэрозии
Принцип работы эрозионной установки для металлических деталей основан на удалении мельчайших частиц обрабатываемого материала искровым разрядом. В результате однократного воздействия в точке контакта остается небольшая лунка. Чем мощнее искра, тем шире и глубже образуется углубление.
Если производить многократную искровую обработку, то процесс испарения мельчайших частиц в зоне искрения будет более заметным. Произойдет разогрев металла. Поэтому для снижения температуры подается охлаждающая жидкость.
Электросхема устройства предусматривает использование:
- диодного моста, он выпрямляет подаваемое переменное напряжение из сети 220 В;
- лампа накаливания Н₁ на 100 Вт представляет активную нагрузку;
- конденсаторы С₁, С₂, С₃ накапливают энергию для получения разового искрового разряда.
При включении схема в сеть загорается лампа Н₁, на конденсаторах С₁,…, С₃ накапливается электрический заряд. В момент полной зарядки конденсаторов прекращается течение электрического тока по цепи. Лампа Н₁ гаснет, что служит сигналом для возможности получения искры.
Электрод подводится к детали. Остается зазор, через который происходит пробой. На металле выжигается небольшая лунка.
Чтобы произвести следующий электрический разряд и выжигание еще одной порции металла, необходимо электрод отвести от детали. Потом происходит повторное заряжение конденсаторов.
Подобные действия происходят многократно. При каждом последующем действии электрод сильнее внедряется в металл, вырывая частицы на большей глубине.
Приведенная схема для полного заряда конденсаторов требует около 0,5…0,7 с времени. Величина тока в цепи заряда составляет примерно 0,42…0,47 А. При осуществлении контакта в зоне разряда ток возрастает до 7000…9000 А. При столь высоком значении происходит испарение 0,010…0,012 г металла (сталь).
Для высокого значения тока необходимо использовать медные провода сечением 8…10 мм². Чтобы прожечь отверстие, электрод изготавливают из толстой латунной проволоки. Чтобы запустить непрерывный процесс работы, нужно с частотой около 1 Гц подводить электрод к обрабатываемой детали.
Техническое задание на проектирование самодельного станка
Чтобы сделать самодельный электроэрозионный станок нужно изготовить ряд приспособлений, которые помогут автоматизировать производственный процесс.
- Нужна станина, на ней будет размещаться механизм перемещения электрода.
- Потребуется сам механизм, позволяющий периодически подводить и отводить электрод к обрабатываемому материалу.
- Для выжигания отверстий разных форм нужно иметь набор электродов. Специалисты рекомендуют использовать молибденовую проволоку.
- Для различных типов основного инструмента потребуется менять мощность устройства и силу тока. При разных режимах работы принципиальная электрическая схема должна позволять проводить регулирование величины разряда на электроде. В ней нужно предусмотреть изменение частоты пульсации напряжения.
- Для охлаждения детали (перегревать закаленную сталь нельзя, происходит отпуск со снижением твердости) в зону работы нужно осуществлять подачу охлаждающей жидкости. Чаще используют обычную воду или растворы солей. Вода попутно вымывает шлам (разрушенные частицы металла).
Внимание! В промышленных установках, например, японская фирма по производству станков «Sodick» использует ванны из ударопрочного стекла. В них организуется поток жидкости в зону обработки, а также отвод отработавшей воды и последующая фильтрация.
Разработка горизонтального электроэрозионного станка
Схема установки включает основные узлы и детали:
- 1 – электрод;
- 2 – винт фиксации электрода в направляющей втулке;
- 3 – клемма для фиксации положительного провода от преобразователя напряжения;
- 4 – направляющая втулка;
- 5 – корпус из фторопласта;
- 6 – отверстие для подачи смазки;
- 7 – станина.
Установка небольшого размера, которую можно установить на столе. В корпусе 5 направляющая втулка 4 может перемещаться в обе стороны. Для ее привода нужен специальный механизм или приспособление.
К втулке 4 крепится электрод 1, плюсовой провод также присоединен с помощью клеммы 3. Остается только собрать предложенную схему в реальную установку в домашних условиях. В ней использована самая простейшая оснастка.
Краткое описание самодельной установки
В корпусе 2 установлен электрод 1. Его возвратно-поступательное перемещение производится электромагнитом из катушки 7. К направляющей втулке подведена клемма 3 (подается положительный потенциал).
На рабочем столе 4 крепится деталь, которую нужно обработать. На столе имеется клемма 5, к ней подключается отрицательный проводник. По трубке 6 внутрь корпуса подается смазка.
Через фильтры производится подключение преобразователя напряжения, от них положительный и отрицательный провода соединяются на соответствующих клеммах 3 и 5. На столе 4 фиксируется деталь, в которой можно проводить разные виды обработки, например, прожечь отверстие в закаленной детали.
Включив преобразователь, на токонесущих проводах будет получено рабочее напряжение. Дополнительно подается напряжение на индукционную катушку 7. Она создает вибрацию электрода 1, направляя его движение вправо и влево. Электрод 1 касается обрабатываемой детали. В зоне контакта возникает ток величиной 7000…9000 А.
При каждом движении инструмента в сторону детали выжигается небольшое количество металла. В течение 10…12 минут работы электроэрозионного станка в детали будет получено сквозное отверстие. Получено отверстие в хвостовике сверла. Обычным способом просверлить подобное отверстие довольно сложно.
Как усовершенствовать станок?
Изготовленный простейший станок представляет собой действующую модель. Его назначение – образование отверстий в закаленных деталях.
В дальнейшем нужно рассмотреть вариант с вертикальным расположением электрода. Тогда под него можно установить ванну. Процесс будет происходить без возможных неисправностей, связанных с наличием неубираемого шлама из рабочей зоны.
Нужно также рассмотреть дополнительные механизмы для плавной подачи инструмента. Возможно, потребуется осуществлять не только осевое перемещение, а также движение электрода в горизонтальной плоскости, чтобы проводить трехмерную обработку поверхности.
Любой простейший станок дает мысли к тому, как его в дальнейшем усовершенствовать и создать более удобный агрегат. Главное, сделать первый шаг и попробовать изготовить первый образец.
Видео: самодельный электроискровой станок.
Заключение
- Станок для электроэрозионной обработки металла позволяет выполнять доработку закаленных деталей, не снижая их прочности.
- Даже самый простейший станок, изготовленный из подручных материалов, позволяет выполнять ряд операций, которые невозможно выполнить другими инструментами и приспособлениями.
Для тех, кто не в курсе возможностей такого агрегата, целесообразно указать, что только с его помощью можно выполнять отверстия любого диаметра на самых твердых и прочных материалах, вне зависимости от их толщины и плотности. Кроме того, электроискровой станок способен гравировать поверхности, затачивать насадки инструментов, выполнять самые тонкие просветы и щели и даже высверливать резьбовые инструменты, которые сломались и безнадежно застряли, делая дальнейшее использование устройства невозможным. Вполне естественно, что наличие такого агрегата на подсобном хозяйстве открывает совершенно новые горизонты возможностей, однако стоимость и габариты готовых электроискровых станков делают их, мягко говоря, трудно доступными. Однако, подобное положение вещей не должно заставлять мастера отказываться от своей мечты, ведь при большом желании можно попытаться изготовить такое устройство самостоятельно.
На самом деле в этом нет ничего сложного, да и себестоимость самодельного электроискрового станка приятно удивит своей бюджетностью, ведь в ход можно пустить многие имеющиеся в наличии подручные средства. Однако, перед тем, как приступить к выполнению поставленной задачи, целесообразно более подробно описать устройство электроискрового станка, а самое главное, принцип его действия. Так, вся суть работы данного приспособления сводится к полному либо частичному разрушению обрабатываемой поверхности, которое происходит в результате воздействия импульсного электроразряда. Говоря проще, металл или любой другой материал попросту расплавляются от выделяемого установкой тепла, причем для усиления эффекта желательно использовать вспомогательную жидкость. Так, в идеале на потенциально контактное место наносить обычный керосин, который всегда найдется на хозяйстве.
Между тем, вспомогательная жидкость способна не только омывать само место соединения вибрирующей насадки и обрабатываемой поверхности, но и смывать все продукты эрозии. Что касается электродов, то в их качестве лучше всего использовать специальные стержни из такого жесткого материала, как латунь, причем они должны иметь ту же форму и габариты, что и у выполняемого отверстия. Не должно возникнуть трудностей и с принципиальной схемой электроискрового станка, ведь при желании подробный аналог подобного рода мини-установки можно отыскать на любом интернет-ресурсе. Так, весь принцип работы готового устройства подразумевает собой следующий процесс: контактный "плюс" разрядного конденсатора подводится к обрабатываемой детали, в то время, как его же "минус" подключают к самому инструменту, после чего приводится в действие электромагнитный вибратор.
В результате выделяемых искр удается блокировать сварку инструмента с обрабатываемой поверхностью, которая для обеспечения элементарных мер безопасности закрепляется в специальном зажимном устройстве, оборудованном дополнительным электрическим контактом со специальной "ванночкой". Для того, чтобы собрать силовой трансформатор своими руками, лучше всего использовать сердечник (модификация Ш-32), выполненный из обычных трансформаторных стальных листов с толщиной набора не менее 4 сантиметров. Что касается самих подмоток, то первичная должна содержать не менее тысячи витков (отвод на 650 витке), в то время как вторичная - до 200 витков. В первом случае лучше всего использовать стальные провода модификации ПЭВ/0,41, а во втором - ПЭВ/2, диаметр которых составляет целых 125 миллиметров.
Не следует забывать и о таком важнейшем нюансе, как обеспечение промежуточной экранирующей обмотки, предусматриваемой между первичной и вторичной обмотками. Небольшие трудности могут возникнуть с созданием емкости конденсатора, которая должна расположить в себе сразу два приспособления по 50 Вольт каждое. Что касается реостата, то максимальное сила тока, на которую он рассчитан, составляет от трех до пяти Ампер, причем использовать следует лишь приспособление с нахромовой обмоткой.