Производство 06.06.2020

Электроэрозионные станки проволочные вырезные: принцип работы, схемы

16 мин.

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.

 Особенности электроэрозионного станка

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.

Станки своими руками
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.

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.

Схема искрового генератора:

Схема искрового генератора

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.

Применение электроэрозионных станков разных типов

Из оборудования  электроискрового типа одним из наиболее точных считается копировально-прошивочный станок МА4720. Он предназначен для работы с труднообрабатываемыми заготовками сложной конфигурации, например, для твёрдосплавной штамповой оснастки, пресс-форм, кокилей. Производительность станка не превышает 70 мм3/мин, зато можно достичь точности в 0,03…0,04 мм, при достаточно невысокой шероховатости конечной поверхности (не выше Rz 0,32…0,4 мкм на чистовых режимах обработки).

Перемещение рабочего стола производится системой ЧПУ. Размеры рабочего стола и допустимый диапазон значений межэлектродного зазора между анодом и катодом не позволяет получать на данном станке изделия с габаритными размерами более 120?180?75 мм.

Примером электроимпульсного станка является распространённая модель 4Е723, также оснащаемая ЧПУ. Более высокие показатели удельной мощности позволяют достигать производительности ЭЭО до 1200м3/мин, при погрешности обработки на чистовых режимах в пределах 0,25…0,1 мм. Более высокая точность достигается при ЭЭО фасонных поверхностей.

Станок также используется преимущественно в инструментальном производстве, однако шероховатость поверхности заметно увеличивается – до Ra 2,5 мкм, поэтому после обработки в большинстве случаев потребуется шлифование. На станке можно выполнять ЭЭО деталей с габаритными размерами 620?380?380 мм, а также прорезание фасонных пазов.

Данные виды относятся к универсальным электроэрозионным станкам. Примером специализированного оборудования является электроэрозионный станок модели 4531, производящий профильную вырезку сложных контуров  при помощи непрофилированного электрода. На станке 4531 применяется латунная проволока, которая непрерывно перематывается через межэлектродный промежуток, возбуждая разряд между катодом и анодом.

При относительно невысокой производительности (не более 16…18 мм3/мин по стали; для твёрдого сплава производительность ещё ниже), станок 4531 в принципе  позволяет обеспечить погрешность ±0,01 мм, поэтому рассматриваемое оборудование эффективно при производстве матриц вырубных штампов особо сложной конфигурации и шаблонов. Максимальные размеры вырезаемого контура составляют 100?60 мм.

Принцип работы:

Заключается в разрушении материала детали под воздействием импульсных разрядов, которые появляются при сближении электрода с деталью. Остатки после разрушения металла удаляются рабочей жидкостью.

В станках модели AR для обработки используется молибденовая проволока с реверсной перемоткой с одного барабана на другой, благодаря чему 200 метров проволоки хватает на 40 часов работы. Станки оснащены проливной системой охлаждения и имеют возможность обработки с максимальным углом наклона до ±6 градусов при толщине материала 50 мм.

– возможность создавать программы обработки в диалоговом и визуальном режимах, непосредственно с пульта оператора;

программное обеспечение позволяет проводить весь процесс изготовления детали от создания до обработки. Для создания детали используется специальная программа «TurboCad», которая является аналогом AutoCad’а;

– высокая точность позиционирования и стабильность обработки. Станина выполнена из высококачественного чугуна и имеет специальную конструкцию. На все оси станка установлены линейные направляющие;

– ввод/вывод программ возможно осуществлять через USB/LAN;

все элементы электрического шкафа отвечают европейским нормам CE.

Электроискровой проволочный станок своими руками

Для изменения формы размеров заготовки из металла можно использовать электроэрозионный метод обработки. Он используется на протяжении многих лет в различных отраслях промышленности, характеризуется высокой точностью, но малой производительностью. Для применения данного метода обработки следует использовать специальный электроискровой станок, который можно приобрести или сделать своими руками.

Самодельный вариант исполнения можно использовать в быту при мелкосерийном производстве. Его стоимость изготовления своими руками будет ниже, чем покупка промышленного варианта исполнения. Поэтому рассмотрим подробнее то, как можно сделать рассматриваемый электроискровой станок своими руками, что для этого понадобиться и в каких случаях он сможет использоваться.


Самодельный элетроискровой станок

Принцип рассматриваемого метода обработки

Особенностью обработки электроискровой установкой можно назвать то, что испарение металла происходит из-за воздействия определенного заряда на поверхность заготовки. Примером подобного воздействия можно назвать замыкание конденсатора на металлической пластинке – образуется лунка определенных размеров. Электроэрозионный разряд создает высокую температуру, которая просто испаряет металл с поверхности.

Стоит отметить, что станок из этой группы уже используется на протяжении последних 50 лет в различных сферах промышленности. Главным условием использования подобного электроискрового станка можно назвать то, что заготовка должна быть изготовлена из определенного металла. При этом учитывается не степень обрабатываемости, а электропроводящие свойства.

Основной элемент конструкции

Электроэрозионный станок имеет искровой генератор, который выступает в качестве конденсатора. Для обработки следует использовать накопительный элемент большой емкости. Принцип обработки заключается в накоплении энергии в течение длительного времени, а затем ее выброс в течение короткого промежутка времени. По этому принципу работает также устройство лазерной установки: уменьшение промежутка времени выброса энергии приводит к увеличению плотности тока, а значит существенно повышается температура.

Электрическая схема электроискровой установки

Принцип работы генератора, который установлен на электроэрозионный станок, заключается в следующем:

  1. диодный мост проводит выпрямление промышленного тока напряжением 220 или 380 Вольт;
  2. установленная лампа ограничивает тока короткого замыкания и защиты диодного моста;
  3. чем выше показатель нагрузки, тем быстрее проходит зарядка электроискрового станка;
  4. после того как зарядка закончится, лампа погаснет;
  5. зарядив установленный накопитель можно поднести электрод к обрабатываемой заготовке;
  6. после того как проводится размыкание цепи, конденсатор снова начинает заряжаться;
  7. время зарядки установленного накопительного элемента зависит от его емкости. Как правило, временной промежуток от 0,5 до 1 секунды;
  8. на момент разряда сила тока достигает несколько тысяч ампер;
  9. провод от конденсатора к электроду должен иметь большое поперечное сечение, около 10 квадратных миллиметров. При этом провод должен быть изготовлен исключительно из меди.

Частота генерации при подводе электрода электроискрового станка составляет 1 Гц.

Конструкция электроискрового станка

Есть схемы, реализовать которые достаточно сложно. Рассматриваемая схема может быть реализована своими руками. Детали для устанавливаемого генератора не в дефиците, их можно приобрести в специализированном магазине. Конденсаторы также имеют большое распространение, как и диодный мост. При этом, создавая самодельный электроискровой станок, следует учесть нижеприведенные моменты:

  1. на конденсаторе указываемое напряжение не должно быть менее 320 Вольт;
  2. количество накопителей энергии и их емкость выбираются с учетом того, что общая емкость должна составлять 1000 мкФ. Соединение всех конденсаторов должно проводится параллельно. Стоит учитывать, что мощность самодельного варианта исполнения увеличивается в случае необходимости получения более сильного искрового удара;
  3. лампу устанавливают в фарфоровый патрон. Следует защитить лампу от падения, устанавливается автомат защиты с силой токи от 2 до 6 Ампер;
  4. автомат используется для включения цепи;
  5. электроды должны иметь прочные зажимы;
  6. для минусового провода используется винтовой зажим;
  7. Плюсовой провод имеет зажим с медного электрода и штатив для направления.

Самодельный проволочный вариант исполнения имеет относительно небольшие габаритные размеры.

Самодельный электроискровой станок

Основные элементы схемы электроискрового оборудования

Схема представлена нижеприведенными элементами:

  1. электрод;
  2. винт зажима, используемый для фиксации плюсового провода и электрода;
  3. втулка для направления;
  4. корпус, изготавливаемый из фторопласта;
  5. отверстие, используемое для подачи масла;
  6. штатив.

Корпус, который используется для соединения всех элементов, вытачивается их фторопласта. В качестве втулки используется заземляющий штырь, в котором вдоль оси вытачивается отверстие с резьбой для крепления электрода. Все элементы конструкции крепятся на штатив, который изготавливается с возможностью изменения высоты. Также создается отверстие, через которое подается масло.

Схема электроискрового станка

Зачастую резка проводится при использовании устройства, которое питается от пускателя с катушкой, подключаемой к напряжению 220В. Шток пускателя может иметь ход 10 миллиметров. Обмотку пускателя подключают параллельно лампе. Именно поэтому на момент зарядки конденсаторов лампа горит, а после завершения этого процесса – она гаснет. После того, как шток был опущен, происходит искровой заряд.

Изготовление искрового генеротора

Для изготовления искрового генератора детали можно найти везде (в старых телевизорах, мониторах блоков питания и т. д. ). Принцип его работы таков:

  1. Электроэрозионный станок
    Диодный мост переменный ток преобразует в постоянный. Напряжение домашней сети составляет 220 В (можно использовать и 380 В).
  2. Лампа накаливания, входящая в схему, предназначена для ограничения тока во время короткого замыкания. Тем самым она защищает диодный мост от пробоя. Также она сигнализирует о зарядке конденсатора. Лампа берется соответствующего напряжения и мощностью не менее 120 Вт.
  3. Конденсатор должен быть рассчитан на подаваемое напряжение. Самым оптимальным будет напряжение в 400 В. Емкость у конденсатора должна быть не менее 1000 мкФ. Чтобы произвести прожиг на домашнем станке, достаточно 20 000 мкФ.
  4. После полной зарядки конденсатора лампа тухнет. Затем происходит его разрядка через электрод. Цепь разрывается.
  5. Повторяется цикл зарядки. Его скорость напрямую зависит от емкости конденсатора. При минимальных значениях на зарядку уходит чуть меньше одной секунды.
  6. Для защиты от перегрузки конструкцию оснащают автоматом 2−6 А.

Самодельные электроэрозионные станки

Самодельный электроэрозионный станок целесообразно собирать в том случае, если высокоточные работы с металлом выполняются часто и в относительно больших объемах. Это сложное в изготовлении оборудование, которое редко используется в быту. Он оправдан в металлообрабатывающих цехах и мастерских в качестве финишного инструмента обработки заготовок после фрезерного или токарного станков или изготовления мелких деталей сложной конфигурации.

Принцип работы электроэрозионного станка требует изготовления как электронной схемы, генерирующей импульсный ток высокой силы, так и сложной механической части, обеспечивающей движение электрода (проволочного или штучного). Основная сложность — сделать генератор, который может за короткое время накопить достаточный для пробоя заряд, выбросить его за доли секунды и за столь же короткий промежуток восстановить его. При недостаточной плотности тока электроэрозионная обработка невозможна даже на тонких деталях из мягких металлов.

Основные части самодельного проволочного электроэрозионного станка:

  • станина — чугун или сталь;
  • рабочий стол — прочный пластик или нержавейка;
  • ванна для диэлектрика, служащая рабочей зоной;
  • система подачи проволоки (две катушки, электродвигатель, привод, направляющие);
  • система управления электродом (для прошивочных);
  • система запуска и остановки;
  • блок прокачки диэлектрика — насос, фильтры, трубопроводы;
  • генератор;
  • система управления.

Последний пункт — один из самых сложных, необходимо синхронизировать подачу проволоки по скорости и направлению, частоту импульса и подачу диэлектрической жидкости. Следует учесть, что в процессе работы жидкость ионизируется, и свойства ее значительно изменяются.

В зависимости от схемы генератора станка, в нем используются весьма опасные токи величиной 1-30А при напряжении 220 В. Изоляция всех токопроводящих частей должна быть исключительно надежной. Как работает самодельный станок можно посмотреть на видео.

После анализа различной информации из интернета, можно сделать вывод, что по-настоящему работоспособными являются только промышленные станки. Самоделки пригодны для гравировки, нанесения надписей, пиления тонких листов металла, с которым справиться может качественный профессиональный электролобзик.

Параметры, которые влияют на скорость и точность обработки

Для того чтобы ещё лучше разобраться в работе электроэрозионных станков и влиять на её качество, можно указать несколько важных параметров, которые напрямую влияют на точность и скорость процесса обработки:

  • Электроэрозионные станки позволяют получать любую форму детали, вне зависимости от твердости обрабатываемого материала
    материал заготовки;
  • материал, из которого изготовлен электрод-инструмент (медь или латунь);
  • сопротивление диэлектрической жидкости;
  • режимы обработки, а если быть точнее, то режимы работы генератора электрических импульсов станка;
  • диаметр используемого трубчатого электрода, используемого как электрод-инструмент.

Кроме вышеназванных параметров можно назвать ещё один, который также может оказывать большое влияние на процесс электроэрозионной обработки. Этим параметром является положение универсального патрона для крепления электродов, а именно прямолинейность его нахождения относительно оси Х. Поэтому пользователю станка настоятельно рекомендуется осуществлять поверку патрона на регулярной основе.

Возможности электроэрозионного станка

После того, как были обговорены все тонкости процесса обработки на электроэрозионном станке, можно упомянуть о возможностях этого очень полезного устройства, со столь внушительным функционалом.

Электроэрозионный станок:

  • Электроэрозионные станки проволочные вырезные: принцип работы, схемы
    способен производить обработку деталей из практически любого токопроводящего материала;
  • довольно прост в использовании, что заключается в том, что требуемый режим работы станка может быть выбран из длинного списка имеющихся предустановленных режимов, путём выбора ввода его порядкового номера;
  • очень прост в изменении режима обработки. Это является очень серьёзным достоинством электроэрозионного станка, так как режим обработки можно менять даже в процессе обработки;
  • предоставляет возможность осуществлять быструю обработку, а также обработку с высокой точностью;
  • позволяет сэкономить средства. Может это покажется и незначительным преимуществом таких станков, но не сказать о нём нельзя. Дело в том, что электроэрозионные станки используют в качестве диэлектрической жидкости дистиллированную воду, что значительно понижает стоимость эксплуатации станков такого типа. Так что, в отличие от других устройств, которые используют другие жидкости, электроэрозионные станки могут помочь своим пользователям экономить свои средства;
  • предоставляет возможность обработки заготовок различных форм и размеров. Предполагается также обработка самых сложных заготовок различных конфигураций: спиралевидных, полых, сферических и так далее;
  • обладает функцией памяти. Она заключается в том, что даже при внезапном отключении станка, не произойдёт сброс важных параметров режима и координат, так что после включения электроэрозионного станка можно будет спокойно продолжить работу.

Особенности работы с искровым генератором.

Обрабатываемая деталь должна быть токопроводящая, т.е. это должен быть металл или сплав металлов.
Прочность сплавов значения не имеет.
Электрод должен быть медным или латунным.
Отверстие, получаемое в детали, будет повторять форму электрода.
Если электрод будет треугольным, то и отверстие в детали будет треугольное.
При работе электрод будет укорачиваться за счет испарения примерно с той же скоростью, с какой будет углубляться отверстие.
Скорость углубления для этой схемы составляет примерно 0,025мм за удар.
То есть, за 40 ударов глубина отверстия будет около 1мм (для диаметра отверстия 2..3мм).
При увеличении диаметра отверстия скорость углубления будет уменьшаться.
После каждого удара образовавшееся отверстие будет покрываться изнутри окислами металлов и постепенно искра начнёт уменьшаться, пока совсем не прекратиться.
Поэтому второй частью станка должна быть система удаления окислов.
Для этого необходимо подавать в отверстие керосин или масло.
Удаления окислов происходит за счет взрыва капли масла в искровой дуге.
Масло испаряется за счет высокой температуры и вступает в реакцию с кислородом, который находится в воздухе,
в результате чего в отверстии происходить щелчок (взрыв) который выбрасывает окислы металла наружу.
Я использовал баллончик с силиконовой смазкой.
Достаточно после каждого третьего щелчка брызгать в отверстие силиконовую смазку и искра не будет пропадать.
Только будьте внимательны, если налить много силикона он может загореться.
Подачу электрода нужно обязательно фиксировать направляющей, так чтобы он бил всё время в одну точку и двигался параллельно оси отверстия.

Работа самодельного электроэрозионного станка для прожига

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.

Меры безопасности при работе.

    При работе со станком нужно учесть:

  • Во первых, из-за отсутствия нужного трансформатора схема искрового генератора была сделана без гальванической развязки с промышленной сетью 220в.
    Если деталь окажется, каким-то образом заземлена, то это приведет к короткому замыканию сети.
  • Во-вторых, из-за отсутствия нужного трансформатора используется опасное для жизни человека напряжение. Удар искровым разрядом в 220в 1000 мкФ будет летален.
  • В-третьих, к детали не должны быть подключены электронные приборы даже через корпус. Например, если полностью не снять электронные блоки с машины и не отсоединить аккумулятор, то можно легко вывести их из строя.
  • В-четвертых, керосин или масло подаваемые в отверстие могут легко загореться, что приведет к пожару.

Поэтому я настоятельно не рекомендую повторять эту конструкцию.

    Минимум что в ней надо теоретически изменить:

  • Поставить развязывающий трансформатор 220в/12в Р=200 ВА
  • Лампу Н1 12в 120Вт
  • Увеличит емкость батареи до 20 000 мкФ ( можно испол. конденсаторы на 35В)

Причем разработать и изготавливать конструкцию должен специалист , аттестованный на такие работы.

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.

Выводы

Устройство и принцип работы электроэрозионных станков
Электроэрозионные станки являются очень полезными устройствами, которые способны выполнять очень сложную работу. Огромное количество пользователей, которые проводят обработку различных материалов именно на станках такого типа, свидетельствуют в пользу такого оборудования, зарекомендовавшего себя с наилучшей стороны.

Целый ряд достоинств, а также нетипичный принцип работы, которые позволяет достигать выдающихся результатов при обработке различных заготовок, делают это обрабатывающее оборудование настоящим титаном среди устройств другого типа, но предназначенных также для обработки различных заготовок.

Простота эксплуатации электроэрозионных станков позволяет осуществлять на нём работу даже тем пользователям, которые ранее не имели опыта или определённых навыков работы с таки оборудованием.

Принцип работы электроэрозионных станков, заключающийся в использовании электрической эрозии для обработки заготовок, позволяет добиваться очень качественных результатов.


Источники

  • https://obrabotkametalla.info/stanki/rabota-samodelnogo-elektroerozionnogo-stanka
  • https://metmastanki.ru/elektroerozionnyy-stanok-svoimi-rukami
  • https://stankiexpert.ru/stanki/stanki-dlya-rezki/elekroerozionnye-stanki.html
  • https://ometalledo.ru/elektroerozionnyj-stanok-svoimi-rukami.html
  • https://ice-people.ru/raznoe-2/elektroerozionnyj-stanok-svoimi-rukami-elektroerozionnyj-stanok-svoimi-rukami-zakonchennye-proekty.html
  • https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/elektroerozionnaya-obrabotka.html
  • https://stanok.guru/stanki/elektroerozionnye-stanki-i-princip-raboty.html
  • https://www.softelectro.ru/5_2.html
  • https://stanki-info.com/elektroerozionnyy-stanok-svoimi-rukami/
[свернуть]
Оцените статью
Понравилась статья?
Комментарии (0)
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Комментарии закрыты.