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.

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:

  1. Стол для закрепления заготовки.
  2. Ванна.
  3. Исполнительный орган (электрод, клеммник для подключения провода, втулка, направляющая, диэлектрический корпус, штатив).
  4. Генератор.
  5. Каретка.
  6. Станковое основание.
  7. Штурвал для подачи инструмента.
  8. Кронштейн.
  9. Пластина вибрационная.
  10. Направляющая для стержня.
  11. Подставка.
  12. Оснастка.

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. 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 2019 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.

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 2019 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.

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.

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.

Техническое задание на проектирование самодельного станка

Чтобы сделать самодельный электроэрозионный станок нужно изготовить ряд приспособлений, которые помогут автоматизировать производственный процесс.

  1. Нужна станина, на ней будет размещаться механизм перемещения электрода.
  2. Потребуется сам механизм, позволяющий периодически подводить и отводить электрод к обрабатываемому материалу.
  3. Для выжигания отверстий разных форм нужно иметь набор электродов. Специалисты рекомендуют использовать молибденовую проволоку.
  4. 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.
  5. 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

  1. Станок для электроэрозионной обработки металла позволяет выполнять доработку закаленных деталей, не снижая их прочности.
  2. Даже самый простейший станок, изготовленный из подручных материалов, позволяет выполнять ряд операций, которые невозможно выполнить другими инструментами и приспособлениями.