Электроэрозионная обработка металла: как
работает проволочная резка и прошивка

Принцип электроэрозии: разряд, съём металла и зазор

Между инструментом-электродом и деталью подаётся напряжение, оба погружены в диэлектрик. Когда зазор становится достаточно малым, диэлектрик пробивается и возникает короткий импульсный разряд. В точке пробоя металл плавится и частично испаряется, микроскопический объём вырывается из поверхности, а поток жидкости уносит его из зоны обработки. Разряд гаснет, промежуток восстанавливается, генератор даёт следующий импульс. Из тысяч таких импульсов и складывается съём.

Ключевое следствие: инструмент физически не касается детали. Усилий резания нет, значит нет отжима тонкой стенки, нет увода длинного пуансона, нет выламывания острой кромки. Твёрдость заготовки на процесс почти не влияет. Влияет электропроводность: материал должен проводить ток.

Про полярность спрашивают часто. Классическая схема электроискровой обработки: деталь на аноде, инструмент на катоде, потому что на аноде при коротком импульсе съём выше. На черновых режимах прошивки полярность нередко меняют, чтобы снизить износ электрода.

Межэлектродный зазор закладывают в программу. Он складывается из бокового искрового промежутка и радиуса проволоки: если его не учесть, контур уйдёт в размер на десятые. Значение для конкретного станка и диаметра проволоки закладывает технолог при подготовке программы.

Проволочная резка: что режет, какие толщины, какая точность

Проволочная резка это сквозной рез по контуру. Инструмент это непрерывно перематывающаяся проволока, натянутая между верхней и нижней направляющими. Она прошивает заготовку насквозь и идёт по траектории из управляющей программы, как лобзик, только без усилия и без износа кромки.

Что это даёт технологически:

• Внутренний угол получается с радиусом, равным примерно половине диаметра проволоки плюс зазор. Фреза такой угол не даст.
• Пропил узкий, металла в стружку уходит мало. На дорогом материале это уже деньги.
• Деталь и вырезанная из неё сердцевина обе годные. Пуансон и матрицу часто режут из одной плиты.
• Работа идёт по закалённой стали, поэтому термообработку ставят до резки: размер получают уже на закалённой заготовке.

Начинать рез внутри контура можно только от стартового отверстия: проволоку надо куда-то заправить. Это отдельная операция, её либо сверлят, либо прожигают. Заказчики про это забывают и удивляются строке на пять отверстий в смете.

Толщина реза ограничена высотой рабочей зоны и возможностью прокачивать жидкость через рез. Рабочий ход, максимальную высоту заготовки и предельную массу детали фиксируем как предельные размеры подтверждаем по вашей детали. Крупную деталь лучше обсудить по габаритам до расчёта.

Прошивка и прожиг отверстий, в том числе в закалённой стали

Прошивка работает иначе. Электрод это профильный инструмент, медный или графитовый, который копирует свою форму в детали, опускаясь в неё под управлением следящей системы. Электроэрозионный прожиг отверстий в металле и глухие полости сложной формы это как раз прошивка.

Типовые задачи участка прошивки:

• Глухие полости и гравюры в штампах и пресс-формах, куда фреза не входит из-за радиуса в углу.
• Квадратные, шестигранные и шлицевые отверстия: форму задаёт электрод, а не траектория.
• Отверстия в закалённой детали, где сверло не берёт.
• Глубокие мелкие отверстия, где сверло уводит.
• Стартовые отверстия под проволочную резку.

По закалённой стали работать можно и нужно: твёрдость не мешает. Это основной довод в пользу электроэрозии на деталях после термообработки, где любая механическая доработка превращается в проблему.

Греется ли деталь на электроэрозионном станке? Массово нет: она всё время в жидкости. Разогрев локальный и живёт микросекунды на глубине в сотые доли миллиметра. Поэтому деталь не коробит, но поэтому же остаётся изменённый слой.

Рабочая жидкость и среда обработки

Вопрос, в какой среде проводится электроэрозионная обработка, имеет один ответ: в диэлектрике. Жидкость для электроэрозионной обработки выполняет четыре работы:

На проволочной резке средой служит деионизованная вода с контролируемой удельной проводимостью: она хорошо охлаждает и дёшева. На прошивке чаще применяют диэлектрическую жидкость на нефтяной основе с высокой температурой вспышки, она даёт стабильность на чистовых режимах и меньший износ электрода. Марка жидкости и режим фильтрации у нас: марки подбираем под вашу деталь.

Отсюда же охрана труда. Масляный диэлектрик горюч: рабочая зона закрывается, уровень жидкости над деталью контролируется, участок оснащается средствами пожаротушения. Плюс электробезопасность и вентиляция, поскольку при разрядах образуются аэрозоль и продукты разложения жидкости. Всё это прописано в инструкции по участку и выполняется при каждой смене.

Электроды и проволока: расход и выбор

Проволока расходный материал и в деталь не возвращается. Основная масса работ идёт латунной проволокой: тоньше проволока, меньше радиус во внутреннем углу и уже пропил, но ниже натяжение и скорость. Что держим в наличии: марки подбираем под вашу деталь.

На прошивке электрод это оснастка, её надо изготовить. Медный даёт лучшую чистоту поверхности и точнее держит мелкие элементы. Графитовый быстрее обрабатывается и держит большие токи, но пылит. Электрод изнашивается, поэтому на полость делают минимум два: черновой с занижением под припуск и чистовой. Их мы фрезеруем сами на участке оснастки, стоимость идёт в смете отдельной строкой.

Изменённый слой после обработки и что с ним делать

Вопрос, какой слой образуется после электроэрозионной обработки, технически самый важный. Поверхность после разряда не такая, как после резца. Сверху лежит белый слой: металл, расплавившийся и застывший на месте, не успев уйти с жидкостью. Он насыщен элементами из диэлектрика и электрода, твёрдый и хрупкий. Под ним зона термического влияния с остаточными напряжениями растяжения.

Практические последствия:

• Трещинообразование. В белом слое возможны микротрещины, особенно после грубых черновых режимов с большой энергией импульса и на высокоуглеродистых закалённых сталях. На ответственной детали это концентратор.
• Падение усталостной прочности на знакопеременной нагрузке. Для пуансона, который бьёт миллионы циклов, это существенно.
• Коррозионная стойкость и поведение под покрытием тоже меняются.

Что делают в цехе. Первое: чистовые проходы с малой энергией импульса, каждый снимает несколько микрон и утончает слой. Второе: механическое удаление, притирка или полировка рабочих кромок. Третье: на ответственных деталях слой убирают полностью по требованию чертежа.

Толщину белого слоя без замера не называем: значения назначаем по документации на деталь. Если на чертеже есть требование к отсутствию белого слоя, укажите его в техтребованиях, это меняет число чистовых проходов и цену.

Какие материалы обрабатываются, а какие нет

Правило простое: обрабатывается то, что проводит ток. Всё остальное электроэрозией не берётся.

Про печатные платы спрашивают регулярно: фольгу разряд возьмёт, а стеклотекстолит основы нет, поэтому контур платы режут механически или лазером. Если нужен раскрой листового материала, это к резке металла.

Электроэрозия против фрезеровки и лазера

Три технологии часто сравнивают, хотя они решают разные задачи. Сводим то, что важно при выборе.

Вывод для заказчика: если деталь можно сделать фрезерованием до закалки и уложиться в допуск, её надо делать фрезерованием, так дешевле. Электроэрозия берёт то, что иначе не сделать: закалённое, тонкое, с острым внутренним углом, с глухой фигурной полостью. Мы сами так и считаем.

Извлечение сломанного метчика и сверла

Частая заявка. В дорогой корпусной детали ломается метчик. Высверлить нельзя: инструментальная сталь твёрже сверла. Выбить тоже нельзя, резьба уйдёт.

Электроэрозия решает это штатно: обломок прожигают трубчатым или сплошным электродом по его оси, металл выносится жидкостью, резьба в теле детали остаётся. Дальше её прогоняют метчиком и деталь идёт по маршруту.

Что нам нужно до расчёта:

• Материал детали и материал обломка (метчик, сверло, шпилька).
• Диаметр резьбы и глубину, на которой сидит обломок.
• Сквозное отверстие или глухое, есть ли доступ с другой стороны.
• Габариты и массу детали: она должна встать на стол станка.
• Насколько критична резьба: иногда дешевле рассверлить под ремонтный размер или под вставку.

Типовые задачи: пазы, шлицы, контуры, штампы и пресс-формы

Что реально приезжает к нам на участок:

• Пуансоны и матрицы. Вырубной штамп это классика проволочной резки: матрицу режут с нужным зазором под пуансон, оба элемента из закалённой плиты. Комплектные работы на странице изготовление штампов.
• Шпоночные пазы и шлицы во втулках и закалённых ступицах. Когда деталь закалена или паз глухой, долбёжка отпадает. Подробнее: шпоночные пазы и шлицы.
• Фигурные контуры и шаблоны. Копиры, кулачки, лекала, калибры с точным контуром по всей высоте.
• Гравюры пресс-форм. Полости, рёбра, тонкие выступы в оснастке для литья пластмасс.
• Стартовые отверстия и опорные базы внутри более крупных заказов.
• Вырезка образцов из готовых деталей и заготовок без нагрева и наклёпа.

Про нормативы времени на электроэрозионную обработку спрашивают снабженцы. Универсальной цифры нет: время резки считают по площади реза, то есть по длине контура на высоту детали, с поправкой на материал и число проходов. Время прошивки по объёму съёма и шероховатости.

Точность и шероховатость: чего реально ждать

Надо разделять паспортную точность станка и реальную точность детали. Паспорт это позиционирование по осям в термостабилизированном помещении. Реальный размер зависит ещё от:

• стабильности натяжения и прямолинейности проволоки, особенно на большой высоте реза;
• числа чистовых проходов: первый даёт контур, последующие выводят размер и поверхность;
• поводки материала: в закалённой плите есть остаточные напряжения, и при вырезании контура деталь может повести;
• базирования и прижима заготовки;
• температуры жидкости и помещения.

Чем больше чистовых проходов, тем точнее и чище поверхность и тем дороже деталь: каждый проход это полный обход контура. Достижимые значения по нашему оборудованию: значения назначаем по документации на деталь. Просьба к заказчику: не ставить жёсткий допуск по всем размерам подряд. Укажите ответственные, остальные оставьте по общим допускам, и деталь подешевеет без потери функции.

Поводка это главная причина брака: снятие металла перераспределяет остаточные напряжения, и деталь коробит. Лечится отпуском заготовки до резки, черновым проходом с перемычками и финальным проходом после снятия напряжений.

Цены и сроки: сколько стоит электроэрозионная обработка металла

Скажем прямо: цену за деталь на глаз мы не называем. Электроэрозия считается по площади реза и числу проходов, а это берётся только из чертежа или модели. Точная цифра появляется после того, как технолог посмотрел чертёж или образец.

Сильнее всего на сумму влияют: высота детали, длина контура, число чистовых проходов, материал, изготовление электрода, число стартовых отверстий и требование к отсутствию изменённого слоя. Сроки в таблице это ориентир по чистой обработке, без закупки материала и термообработки.

Для расчёта пришлите чертёж или модель, материал и его состояние (сырой или закалённый, с твёрдостью), количество, требования к шероховатости и срок. Нет чертежа, подойдёт образец с эскизом. Про услугу и оборудование участка есть страница электроэрозионная обработка, там же форма заявки; в блоге лежит более ранний обзорный материал, эта статья дополняет его технологически.

Вопросы и ответы