Электроэрозионная обработка: проволочная вырезка, прошивка, супердрель

Как работает электроэрозия

ГОСТ 25331-82 (термины, действует) определяет электроэрозионную обработку как изменение формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под действием электрических разрядов. Участвуют два электрода: электрод-инструмент и электрод-заготовка. Пространство между ними — межэлектродный промежуток, расстояние по нормали — межэлектродный зазор; в промежуток подаётся рабочая жидкость.

По руководству POCO механизм такой. Жидкость — изолятор, но при достаточном напряжении в узком канале она пробивается, проходит разряд, и металл в точке плавится. Когда ток обрывается, свежая жидкость выносит продукты эрозии и охлаждает поверхность. На заготовке остаётся лунка, а из множества перекрывающихся лунок складывается поверхность — поэтому она матовая, без направленных следов.

Инструмент тоже изнашивается. Стандарт различает износ электрода и относительный износ — отношение износа электрода к объёму металла, снятого с заготовки. Отдельно определена полярность: при прямой инструмент подключают к минусу генератора, при обратной — к плюсу.

Проволочная вырезка

В терминах ГОСТ это электроэрозионное вырезание: электрод — непрерывно перематывающаяся проволока, которая обходит заготовку по заданной траектории. Так режут сквозные контуры — пуансоны, матрицы, вставки, пазы, шлицы. Проволока не давит на заготовку, как фреза, поэтому тонкие перемычки не отжимаются.

Проволока. Основа — латунь CuZn37; у bedra есть твёрдая латунная проволока с прочностью 900 МПа и проволока с покрытием из гамма-латуни той же прочности — для более высокой скорости и точности. Диаметр ограничен станком: у Mitsubishi серии FA-S Advance — от 0,1 до 0,3 мм, у крупных моделей — от 0,2 до 0,36 мм; у Sodick AP450L — от 0,05 до 0,25 мм; у AgieCharmilles CUT P — от 0,05 до 0,33 мм.

Рабочая жидкость на проволочных станках — вода, которую держат деионизованной ионообменной смолой (в спецификации Mitsubishi это отдельная позиция). Есть и станки на масле: Sodick AP450L работает в масляном диэлектрике.

Наклон. Станок может наклонять проволоку и резать конусы: у CUT P — до ±30°, у Mitsubishi FA20S Advance с опцией — до 45°.

Из той же геометрии следует минимальный внутренний радиус контура: он не меньше d/2 + δ. Пример с условным зазором: проволока 0,25 мм, зазор на основном проходе примем 0,02 мм. Это число взято только для иллюстрации формулы, а не из каталога: реальный зазор зависит от режима и берётся из технологической таблицы станка. Ширина паза 0,25 + 2 · 0,02 = 0,29 мм, внутренний радиус не меньше 0,125 + 0,02 = 0,145 ≈ 0,15 мм. Если на чертеже острый внутренний угол, цех либо поставит проволоку тоньше, либо согласует радиус.

Проходы. Первый, основной рез идёт с большим смещением от контура и на большой энергии — он снимает металл. Затем идут чистовые проходы: смещение и энергия уменьшаются, припуск снимается, шероховатость падает. В примерах Mitsubishi на стали SKD11 толщиной 60 мм при проволоке 0,2 мм за шесть проходов получено Rz 1,7 мкм. Больше проходов — лучше поверхность и дольше обработка, поэтому число проходов — предмет договорённости с цехом.

Копировально-прошивная обработка и супердрель

Прошивка. Стандарт называет её электроэрозионным объёмным копированием и прошиванием: форма электрода-инструмента отображается на заготовке. Так делают глухие полости пресс-форм, рёбра, надписи, фасонные карманы в закалённой стали — всё, куда не достаёт фреза или где нужен острый внутренний угол. Рабочая жидкость — масло.

Электроды. По руководству POCO самые распространённые материалы — медь, латунь, цинк, вольфрам и графит. Медь хорошо проводит ток и тепло, но плавится около 1100 °C, а в зазоре температура на тысячи градусов выше, поэтому износ заметный. Графит не плавится, а сублимирует, и держит температуру разряда. Медь-вольфрам прочная и износостойкая, её берут для точных работ и для твёрдого сплава. Важнее всего угловой износ: он определяет точность последнего прохода.

Супердрель — прошивка малых отверстий трубчатым электродом; у Sodick трубки выпускают с одним, двумя и восемью каналами. У Sodick K1C электроды от 0,25 до 3,0 мм, в линейке расходников Sodick — от 0,05 до 10 мм, из латуни, меди и медь-вольфрама (последний — для точных отверстий и твёрдого сплава). В цехах супердрелью обычно прошивают стартовые отверстия под проволоку в закалённых плитах.

Какую точность и шероховатость показывают производители

Ниже — значения из каталогов, с условиями. Это результаты производителя на своих режимах и материалах, а не гарантия для любой детали: цех подтверждает их на своём станке, материале и толщине.

Точность прошивки Mitsubishi указывает для отдельных моделей как достигнутую на своих режимах: ±0,002 мм у MA2000 и ±0,003 мм у EA8PV ADVANCE. Для EA8PV ADVANCE с медными электродами в каталоге показан и внутренний радиус 0,010 мм.

Разброс в таблице объясняется условиями: тонкая проволока, масло, твёрдый сплав и много проходов дают доли микрометра, графит на скоростном режиме — единицы. Сравнивайте предложения цехов при одинаковых материале, толщине и числе проходов.

Белый слой и зона термического влияния

Разряд меняет не только рельеф, но и металл под ним. POCO описывает три слоя над неизменённым металлом. Сверху — брызги: выброшенный расплав и немного материала электрода застывают шариками, они удаляются легко. Ниже — переплавленный, или белый, слой: металл расплавился, не был выброшен из лунки и закалился в жидкости. Он очень твёрдый и хрупкий, в нём могут образоваться микротрещины. Ещё ниже — зона термического влияния: металл нагрелся, но не плавился, и его структура изменилась (ГОСТ 25331-82 даёт этот термин для электроэрозии, п. 16).

Толщину переплавленного слоя и зоны влияния определяют энергия разрядов и теплоотвод материала. Автоматические чистовые режимы станков с ЧПУ сильно уменьшают белый слой, но зону термического влияния не устраняют (POCO). Практический вывод: для режущих кромок штампов, деталей под знакопеременной нагрузкой и поверхностей под полировку чистовые проходы нужны, а иногда требуется и полировка или шлифование после эрозии.

Где применяют и что указать в заказе

Электроэрозия нужна там, где резание не справляется или невыгодно: закалённые пуансоны и матрицы вырубных штампов (о них — в статье «Основы листовой штамповки»), вставки и полости пресс-форм, детали из твёрдого сплава и инструментальных сталей после термообработки, узкие пазы и прорези, острые внутренние углы, пакеты тонких деталей.

Что написать в чертеже и заявке:

• Материал и твёрдость после термообработки. Обычно закаливают до эрозии, чтобы размер не ушёл при закалке.
• Внутренние радиусы. Минимальный радиус при вырезке — не меньше половины диаметра проволоки плюс зазор; при прошивке — в пределах того, что держит электрод. Если острый угол не нужен, поставьте радиус побольше.
• Стартовые отверстия для замкнутых контуров: где их можно разместить и кто их делает — вы или цех на супердрели.
• Шероховатость по ГОСТ 2.309-73 — от неё зависит число проходов. Вид обработки в знаке указывают, только если он единственно возможный для требуемого качества поверхности (п. 1.11).
• Базы и точность — какие поверхности обрабатывает эрозия, а какие уже готовы. Для вырезки с наклоном — угол и высота.
• Требование к белому слою для ответственных кромок.

Шероховатость после эрозии оценивают так же, как после резания, — профилометром или образцами сравнения (подробно — в статье «Шероховатость Ra и Rz»). Если после эрозии поверхность дошлифовывают, режимы и риски — в статье «Шлифование круглое и плоское».