Электрохимическое фрезерование своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 04.10.2024

Электрохимическая вырезка и электрохимическое фрезерование основаны на анодном электрохимическом растворении материала заготовки в среде электролита под действием тока электролиза высокой плотности. Главные преимущества анодного электрохимического растворения состоят в отсутствии физического износа инструмента, отсутствии на обработанной поверхности детали дефектных слоев, независимость выходных технологических показателей от прочности обрабатываемых материалов и др.

Снижение трудоемкости изготовления непрофилированного ЭИ, имеющего простую геометрическую форму рабочей поверхности;
Сокращение сроков технологической подготовки производства и повышение в ней доли интеллектуального труда;
Возможность изготовление сложнофасонных поверхностей деталей простым по форме ЭИ;
Интенсификация процесса съема материала за счет улучшения эвакуационных свойств межэлектродного промежутка (МЭП);
Повышение стабильности и прогнозируемости процесса съема материала во всех точках обрабатываемой поверхности;
Возможность локального программируемого изменения режима энергетического воздействия;
Независимость выходных технологических показателей по точности, удельной производительности и качеству поверхности от размеров обрабатываемой детали;
Возможность применения маломощных источников питания для обработки поверхностей деталей большой площади и др.

Область эффективного применения ЭХФ определятся, во-первых, изготовлением сложнофасонных поверхностей и криволинейных пазов на деталях из высокопрочных и твердых материалов в условиях единичного и мелкосерийного производства и, во- вторых, технологической интеграцией с другими электрическими методами. Последнее (в силу высокой избирательности метода) позволяет создать программируемое распределение и сочетание параметров качества обрабатываемой поверхности.

Сущность технологической схемы ЭХВ состоит в следующем (рис.1): стержневой ЭИ с полусферическим рабочим торцем, вращаясь вокруг продольной оси, перемещается над поверхностью заготовки на некотором расстоянии по заданной регулярной траектории (как правило, типа зигзаг). ЭИ подключен к отрицательному, а заготовка – к положительному полюсам источника питания. В межэлектродное пространство (МЭП) под давлением через сопла подается высокоскоростная напорная струя электролита с заданными физико-химическими параметрами. Для стабилизации потока электролита в МЭП, исключения разбрызгивания и возникновения электролитного тумана над заготовкой поддерживается определенный (30 – 50 мм) уровень рабочей жидкости, создающий стабилизирующий слой.

Управление контурной скоростью и параметрами (напряжением, током) источника питания осуществляется от системы ЧПУ. Это позволяет по программе изменять интенсивность процесса съема в каждой точке обрабатываемой поверхности.

Рис.1 Станок и схема вырезки методом ЭХВ

Примеры деталей изготовленных методом многокоординатного электрохимического фрезерования

Крыльевой элемент аэромодели изготовленный методом
последовательно-строчной ЭХО непрофилированными ЭИ

Пуансон штампа для изотермической штамповки с рабочей
поверхностью изготовленной методом последовательно- строчной
ЭХО непрофилированными ЭИ

Электрохимическая вырезка аналогична технологии электрохимического фрезерования, за исключением того, что в качестве электрода-инструмента используется предварительно натянутая проволока круглая или овальная в поперечном сечении. Вдоль проволоки под давлением подается раствор электролита, в случае применения проволоки овального поперечного сечения, электрод-инструмент может иметь винтовую закрутку и вращаться вокруг своей продольной оси для обеспечения наилучших условий прокачки электролита. Таким образом, могут быть получены элементы вырубных штампов, хвостовики елочного типа на турбинных лопатках, елочные пазы на дисках турбин и другие детали. Ширина паза резки от 0,2 мм до 1 мм, скорость вырезки 0,06 – 1,5 мм/мин.

Станок и схема вырезки методом ЭХВ

Технология совмещенной электрохимической и электроэрозионной обработки

Совмещенный электроэрозионно-химический метод обработки основан на параллельном и параллельно-последовательном использовании для размерного разрушения материала нестационарного электрического разряда в электролите и электрохимического растворения. Главным технологическим преимуществом является высокая производительность по сравнению с показателями каждого из составляющих процессов ЭЭО и ЭХО в отдельности (скорость рабочей подачи инструмента на указанных операциях составляет от 3 до 30 мм/мин), хорошее качество поверхности Ra 1,6 мкм и менее, отсутствие заусенцев и острых кромок, а также характерного для стадии электрической эрозии дефектного (измененного) поверхностного слоя.

Схема прошивки отверстия совмещенным электроэрозионно-химическим методом обработки

Один из способов обработки материалов — химическое фрезерование. Для осуществления метода специалисты используют щелочные, кислые и другие химические растворы. Чаще всего задействуются щелочи, концентрация которых составляет 125 — 650 г/л в условиях температуры до 90 градусов по Цельсию. При этом важно защитить зоны, которые не подлежат обработке, с помощью нанесения слоя защитного материала.

Съем материала во время процедуры может проводиться со всей поверхности объекта и на желаемую глубину. Как правило, такой способ обработки применяется для бетона или металлов.

Основные этапы процедуры

Химическое фрезерование металла или другого материала состоит из таких этапов:

Подготовка поверхности для обработки.
Нанесение слоя защиты.
Химическая фрезеровка.
Удаление слоя защиты.
Оценивание и контроль качества получившегося результата.

Первый этап заключается в очищении заготовки от загрязнений и сторонних элементов, как правило, с помощью обезжиривания.

В качестве защитного слоя может применяться специальный лак, который наносится, например, с помощью трафарета.

Процедура химического фрезерования алюминия или другого сырья определяет итоговый контроль качества готового образца.

Химическое фрезерование может осуществляться путем погружения заготовки в раствор, путем распыления или струйного травления. Последний вариант считается наиболее популярным и эффективным. Химический раствор подается в виде струй с помощью форсунок.

Данный способ обработки материалов целесообразней всего задействовать для создания плоских деталей, например, со сложной конфигурацией. Также химическая фрезеровка подойдет для создания до 100 тысяч заготовок.

Важно учитывать, что метод не позволяет создавать объекты с прямыми или же острыми углами.

Такой метод обработки заготовок популярный в сфере радиотехники, электроники, а также в строительной отрасли. В последнем случае применяется химическое фрезерование бетона для улучшения адгезии.

Ставьте палец вверх если статья была полезной и подписывайтесь на наш канал в Дзене - для нас это очень важно! =)

Электроискровая обработка металлов отличается высокой точностью и производительностью. Что это такое и как ее реализовать самостоятельно - далее.

Промышленная обработка металлов включает в себя несколько десятков способов и методов изменения формы, объема и, даже молекулярной структуры материала. Электроискровая обработка металлов — одна из распространенных технологий работы с металлом, отличающаяся высокой точностью и производительностью. При помощи электроискровых станков можно:

резать металл;
сверлить отверстия микроскопического диаметра;
наращивать дефектные области деталей;
производить ювелирные работы с драгоценными металлами;
упрочнять поверхность изделий;
шлифовать изделия самой сложной формы;
извлекать застрявшие сломанные сверла и резцы.

На базе электроискрового метода обработки металлов создано немало станков промышленного назначения. Это высокоточная и дорогая техника, которую могут позволить себе купить только крупные предприятия, специализирующиеся на металлообработке.

Но иногда электроискровые станки требуются и в мастерских или цехах, где их услуги требуются время от времени. Для этого можно купить промышленное устройство с несколько ограниченными возможностями (функционал в пределах самых востребованных операций), или построить самодельный электроискровой станок. Это вполне возможно даже в домашних условиях, не говоря уже о предприятиях, в составе которых есть токарные и электромеханические цеха или участки.

Принцип работы электроискрового станка

Базируется обработка металлов электроискровым способом на свойстве электрического тока переносить вещество при пробое. При высоком напряжении и силе постоянного тока (1-60 А) анод (положительно заряженный электрод) нагревается до высокой температуры в пределах 10-15 тысяч градусов Цельсия, расплавляется, ионизируется и устремляется к катоду. Там, в силу электрических взаимодействий он осаживается.

Чтобы в процессе работы не возникала полноценная электрическая дуга, электроды сближаются только на короткие мгновения, длящиеся доли секунда. За это время возникает искра, разрушающая анод и наращивающая катод. Обрабатываемый участок подвергается нагреву и воздействию электротока на протяжении миллисекунд, при этом соседние области и лежащий ниже слой не успевают прогреться и структура их не нарушается. Проблема пограничных состояний не возникает в принципе.

Если требуется резка или сверление — катодом служит рабочий инструмент, а анодом — обрабатываемая деталь. При наращивании, укреплении поверхности или восстановлении формы детали, они меняются местами. Для этих видов обработки созданы специальные станки, каждый из которых выполняет свои операции.

Инструментом в установках электроэрозионного действия служат латунные или медно-графитные электроды, хорошо проводящие ток и недорогие в изготовлении. С их помощью можно резать и сверлить самые твердые сплавы. Чтобы металл катода не оседал на электроде и не увеличивал его размера, процесс происходит в жидкой среде — жидкость охлаждает капли расплава, и он не может осесть на электроде, даже если и достигает его. Вязкость жидкости определяет скорость движения материальных частиц, и они не успевают за током. Металл оседает в ванне в виде осадка и не мешает дальнейшему прохождению тока.

При наращивании поверхности деталей или укреплении, металл с анода переносится на катод. В этом случае на вибрационной установке закрепляется положительный электрод, служащий донором металла, а деталь присоединяется к отрицательному полюсу. Вода или масло в этом процессе не используются, все происходит в воздухе.

Технологические показатели

Электроискровая установка, в зависимоти от режима роботы, может обеспечивать точность результата в широких пределах. Если требуется высокая производительность при относительно невысоких требованиях к состоянию поверхности (I и II класс), то используются токи 10-60 А при напряжении до 220В. В этом случае электроискровая эрозия может удалить из зоны реза или сверления металл в объеме до 300 мм 3 /мин. При более высоких показателях класса точности — VI и VII, производительность снижается до 20-30 мм 3 /мин, но и токи требуются поменьше, не более 1 А при напряжении до 40 В.

Такой широкий диапазон регулировок показывает, что электроискровая обработка металла может использоваться в различных областях, как для производства крупных серий деталей, так и для разовых работ, включая ювелирные.

Особенностью применения электроискровых установок можно считать возможность укрепления деталей различной конфигурации. На поверхность заготовки наноситься тончайший слой более прочного сплава или металла без нагрева основания на большую глубину. Это позволяет сохранить структуру металла базового изделия и значительно изменить свойства его поверхности. В некоторых случаях требуется вязкость основания и высокая твердость поверхности, или в обратном порядке. Решить эту задачу может только электроискровой станок.

Схема электроискрового станка

Обработки металлов электроискровым способом очень распространена, поэтому очень сложно рассмотреть все виды оборудования и модели конкретных установок. Они все объединены общими конструктивными элементами:

источником постоянного тока;
конденсатором;
вибратором;
переключателем режимов.

Конструкция, работающая в электроискровом режиме, может отличаться рядом характеристик, допускающих работу с тем или иным материалом, но общие принципы построения рабочей схемы одинаковы.

Батарея конденсаторов согласована с механическим движением электрода, разряд происходит в момент максимального сближения рабочих поверхностей. Релаксационные генераторы импульсов определяют максимальный заряд конденсатора при максимальной амплитуде отклонения от точки сближения. После искрового разряда конденсатор успевает зарядиться в полном объеме.

Отличие электроискровой эрозии от дуговой сварки и резки

Использование импульсного воздействия электрического тока отличается от воздействия дуги. Импульс работает в очень ограниченном пространстве, не успевая прогреть соседние участки. Даже на самых сложных в плане термического окисления сплавах инертная атмосфера не потребуется — взаимодействие происходит на площадях не более 0,05-1 мм 2 при глубине воздействия 0,05-0,3 мм. Даже в самой агрессивной атмосфере не успевают возникнуть условия для активного окисления.

Электроискровой станок своими руками

Одной из главных деталей электроискровой установки, которую можно реализовать своими руками, конечно, при соблюдении всех правил техники безопасности, приведена ниже. Следует отметить, что это только одна из многих схем, которые можно использовать в конструкции станка.

Рабочий стол станка должен быть оборудован системой удаления окислов (непрерывной подачей масла или керосина). Они снижают вероятность отложения оксидной пленки на поверхности детали и, в результате, прекращения искрообразования. Для пробоя необходим надежный электрический контакт. Как основной вариант можно использовать ванночку, заполненную жидкостью.

Электрод представляет собой латунную или медную проволочку требуемого диаметра, которая закреплена в зажиме. Зажим, в свою очередь, представляет собой деталь вертикального штока кривошипно-шатунного механизма, который приводится в движение от электродвигателя. Частота возвратно-поступательного движения электрода выбирается в зависимости от особенностей обрабатываемого материала.

Все токопроводящие детали и кабели должны быть качественно и надежно изолированы, сама установка заземлена. Посмотреть, как работают бытовые самодельные установки можно на видео:

Электроэрозионная обработка — это технология обработки с ЧПУ, обеспечивающая уникальные результаты. Природа процесса электроэрозионной обработки означает, что вы можете создавать формы и структуры, которые практически невозможны с помощью других методов обработки, и может дать невероятные результаты.

Что такое электроэрозионная обработка?

Теория, на которой основана электроэрозионная обработка (EDM), насчитывает столетия. Британский химик восемнадцатого века Джозеф Пристли наблюдал, как электрические заряды удаляли материал с металлических электродов в своих экспериментах еще в 1770 году.

Первый работающий электроэрозионный станок был разработан в раздираемом войной Советском Союзе, братьями-физиками Лазаренко в 1943 году.

Электроэрозионная обработка работает путем создания электрического заряда, который испускает искры. Эти искры невероятно горячие, от 8000 до 12000 ° C. Тепло направлено на то, чтобы расплавить металл от большего металлического блока и аккуратно создать задуманную конструкцию.

Весь процесс происходит в ванне с деионизированной водой, которая охлаждает машину, увеличивая удельное сопротивление воды. Она также смывает отходы, этот процесс называется промывкой.

Электроэрозионный электродвигатель, работает аналогичным образом: для плавления материала используется быстро заряженная проводящая металлическая проволока. Между проволокой и материалом нет фактического контакта, что предотвращает искажение пути прохождения проволоки или повреждение детали. Искры двигаются через зазор и растапливают лишний металл.

Электроэрозионная обработка

Проволока может быть сильно заряжена, чтобы отрезать большие куски материала. Вы также можете снизить напряжение машины, чтобы улучшить качество поверхности. При определенных уровнях напряжения проход провода может удалить с поверхности всего 0,0001 дюйма металла, удаляя шероховатый внешний слой, создавая гладкую и блестящую поверхность.

Электроэрозионные станки также могут перемещаться по пяти осям, в том числе наклоняться, чтобы создавать конические эффекты на металле и предлагать больше степеней свободы. Электроэрозионные станки можно вращать на этих осях для создания конических вмятин и очень точных пропилов.

Примечательность технологии заключается в том, что с помощью этого метода можно создать на вашей детали определенные геометрические элементы, которые практически невозможны с другими типами станков с ЧПУ. Вы можете создавать в металле небольшие прорези, квадратные углы, а также сложные формы и конструкции, которые невозможны, например, с помощью фрезерования с ЧПУ.

Для чего используется электроэрозионная обработка?

Прототипирование

Хотя в настоящее время 3D-печать часто считается передовой технологией прототипирования, электроэрозионная обработка в этой области тоже очень востребована. Скорость производства электроэрозионной обработки делает его невероятно полезным для создания прототипов.

Компании используют электроэрозионную обработку в качестве дополнения к другим формам производства, чтобы удовлетворить растущие потребности в металлических прототипах. Эти прототипы очень ценны, поскольку немногие компании предлагают их.

Прототипы с электроэрозионной обработкой

Использование электроэрозионной обработки для производства медицинского оборудования

Электроэрозионная обработка- это особенно полезный метод ЧПУ для быстрого изготовления деталей без каких-либо загрязняющих материалов. Это очень важно при производстве как медицинских имплантатов, так и форм.

Этого необходимо достичь при сохранении высокой скорости производства, поскольку многие медицинские устройства и имплантаты необходимы в огромных количествах, например, ортопедические винты и болты, опоры для суставов и имплантированные шины.

Кроме того, такие инструменты, как хирургические катоды для шприцев, клапаны для кислородных масок и ручные инструменты, нуждаются в регулярной замене.

Использование электроэрозионной обработки для военпрома

Еще одна область, в которой используется проволочный электроэрозионный станок — это армия.

Каждому роду войск требуется постоянный поток высококачественных компонентов как для новой техники, так и запасных частей для часто используемых предметов и транспортных средств. Например, компоненты для ракет, истребителей и артиллерийских орудий.

Проволочный электроэрозионный станок способен производить детали самого высокого качества для этих целей, и каждая из них должна производиться с расчетом на то, что она будет использоваться в ситуации жизни и смерти. Имея это в виду, качество и отделка имеют первостепенное значение, что делает электроэрозию идеальным техпрохессом.

Плюсы и минусы проволочной электроэрозионной обработки

Точность

Проволочный электроэрозионный станок продвинулся вперед, чтобы достичь микроскопической точности резки и вдавливания. Технологию можно запрограммировать на разрезы толщиной всего несколько микрометров.

Эти разрезы также очень воспроизводимы, что снижает риск деформации или искажения, что делает проволочную электроэрозионную обработку одним из самых точных используемых методов производства с ЧПУ.

Сложная геометрия

С помощью электроэрозии можно производить детали с целым рядом сложных форм и структур. Электроэрозионный станок может производить высокие, изогнутые, прямые детали и детали с кромками.

Это значительно расширяет область применения технологии и позволяет использовать ее в самых разных отраслях, от медицины до высокопроизводительного транспорта и не только.

Универсальность производства

Электроэрозионная обработка универсальна по твердости и проводимости металлов, которые она может резать, что позволяет использовать ее в самых разных отраслях промышленности.

Различные материалы, от латуни до вольфрама, имеют разный состав и, следовательно, лучше подходят для производства различных продуктов. Заменяя разные проволоки, можно создавать различные варианты отделки на одном и том же станке.

Ограничения проволочного электроэрозионного станка

Медленно для ЧПУ

Несмотря на то, что электроэрозионная обработка является быстрым методом производства по сравнению с альтернативными методами, такими как 3D-печать, он не такой быстрый как, к примеру, фрезерная обработка с ЧПУ.

Для всего, кроме самых мелких деталей в массовых количествах, для скорости рекомендуются другие методы, такие как абразивная резка тонким кругом.

Ограниченные материалы

Метод резки проволочной электроэрозионной обработкой с использованием высоких температур электропроводности означает, что его можно использовать только для резки материалов, которые сами по себе являются проводящими.

Он не может эффективно работать с такими материалами, как пластик или дерево, как другие методы производства с ЧПУ.

Экологическая хрупкость

На эффективность обработки сильно влияет среда, в которой он работает. Незначительные изменения состава проволоки, заготовки и ионизация охлаждающей воды повлияют на ее работоспособность.

Это означает, что идеальные условия имеют первостепенное значение, и любое изменение этих факторов приведет к нежелательным изменениям конечного результата и потенциальному повреждению продукта.

Из чего сделана электроэрозионная проволока?

В настоящее время для изготовления электроэрозионной проволоки используется множество различных проводящих металлов, каждый из которых имеет свои преимущества, недостатки и области применения.

Латунь

Латунь представляет собой сплав меди и цинка и быстро стала наиболее распространенным материалом для электроэрозионной проволоки, используемым сегодня. Цинк имеет более низкую температуру плавления и испарения, чем медь, поэтому чем выше насыщенность цинка в сплаве, тем быстрее он режет.

Тем не менее, с латунью нужно быть аккуратным. При приближении к 40% насыщения цинк начинает менять состояние, и проволока становится невероятно хрупкой.

Более того, слишком большое насыщение снижает надежность заправки, поэтому проволока не так эффективно подается в машину.

Проволока с покрытием

Проволока с покрытием изготавливается с использованием процесса, называемого электрогальванизацией, при котором латунная или медная проволока покрывается очень тонким слоем чистого цинка или оксида цинка. Эти провода режут намного быстрее, чем их чистые аналоги, и реже ломаются.

Они в основном рекомендуются для быстрой обработки изделий и обеспечивают лучшую отделку поверхности с большей целостностью. Однако они дороже, чем чистая латунная или медная проволока.

Проволока для электроэрозионной обработки

Диффузионно-отожженная проволока

Диффузионный отжиг является способом снижения вреда от перенасыщения цинка. На проволоку наносится толстое покрытие из чистого цинка, который затем отжигается в печи, так что цинк диффундирует в смесь, в результате чего получается проволока, состоящая на 50% из латуни и на 50% из чистого цинка.

Эти проволоки обладают более высокой прочностью на растяжение по сравнению с латунными проволоками и рекомендуются для более быстрой резки высоких изделий. Они также хорошо работают там, где присутствуют плохие условия промывки, и отходы не могут быть эффективно удалены водой, и особенно прочны при резке инструментальной стали, алюминия и графита.

Стальной сердечник

Неудивительно, что проволока со стальным сердечником изготовлена из высокоуглеродистой стали, покрытой латунью с высоким содержанием цинка, прошедшей диффузионный отжиг. Сталь обеспечивает высокую прочность на растяжение и сопротивление разрушению, а латунь с высокой электропроводностью обеспечивает высокую скорость резания.

Проволока со стальным сердечником может иметь предел прочности на растяжение до 290 000 фунтов на квадратный дюйм, геркулес по сравнению с проволокой на основе латуни, которая может достигать 54 000 фунтов на квадратный дюйм, и особенно полезна при производстве очень высоких деталей или деталей, требующих идеальной прямолинейности.

Вольфрам или молибден

Как вольфрамовая, так и молибденовая проволока широко не используются, но обеспечивают ряд важных применений в электроэрозионной промышленности. Оба чрезвычайно прочны, причем вольфрам является самым прочным материалом для проволоки.

Однако они являются плохими проводниками и страдают от более низкой скорости резки. Их высокие температуры плавления также снижают эффективность промывки, что является жизненно важным фактором для промышленных электроэрозионных электроэрозионных работ.

Где они проявляются сами по себе, так это в своих приложениях. При разрезании латунной и цинковой проволоки на готовом изделии остаются микроскопические количества материала. В таких областях, как медицина и армия, это неприемлемо.

Прочность вольфрамовой и молибденовой проволоки означает, что металл практически не отламывается и не загрязняет деталь, что делает их единственным выбором в этих секторах.

Сколько стоит проволочный электроэрозионный станок?

Производственный процесс очень затратный. Легирование меди и цинка для получения латуни, а также покрытие или диффузионный отжиг требуют больших вложений в оборудование, материалы и энергию. Даже тогда есть процесс превращения металла в проволоку.

Существует слишком много переменных, влияющих на цену, чтобы получить твердое число, но это, безусловно, самая большая стоимость, связанная с процессом проволочной электроэрозионной обработки.

Латунная проволока самая дешевая по цене около 1 доллара за килограмм, тогда как молибденовая проволока стоит более 5 долларов за килограмм.

Но количество необходимой проволоки означает, что эти затраты очень быстро возрастают. Если вы решите, что Wire EDM — лучший выбор для вас, походите по магазинам, чтобы найти лучшую цену, которую вы можете.

Читайте также: