Самодельный электроэрозионный прецизионный станок на коленке. Электроэрозионный станок — принцип работы, устройство и назначение

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.

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.

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

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

Простая электроискровая установка (рис. 1) позволяет легко и быстро обрабатывать небольшие детали из электропроводящих материалов любой твердости. С ее помощью можно получать сквозные отверстия любой формы, извлекать сломавшийся резьбовой инструмент, прорезать тонкие щели, гравировать, затачивать инструмент и мн.др.

Сущность процесса электроискровой обработки заключается в разрушении материала заготовки под действием импульсного электрического разряда. Благодаря малой площади рабочей поверхности инструмента в месте разряда выделяется большое количество тепла, которое расплавляет вещество обрабатываемой детали. Процесс обработки наиболее эффективно идет в жидкости (например, в керосине), омывающей место контакта вибрирующего инструмента и детали и уносящей с собой продукты эрозии. Инструментом служат латунные стержни (электроды), повторяющие форму предполагаемого отверстия.

Рис. 1. Малогабаритная электроискровая установка:
1 — обрабатываемая деталь; 2 — инструмент; 3 — электромагнитный вибратор; 4 — зажимное устройство; 5 — ванночка.

Принципиальная электрическая схема установки изображена на рис. 2. Работает установка следующим образом. Разрядный конденсатор С1 соединен своим плюсовым выводом с обрабатываемой деталью 1. Минус его подключен к инструменту 2. Электромагнитный вибратор 3 сообщает инструменту непрерывные колебания. Этим обеспечивается постоянное искрение в месте контакта и предотвращается возможность сварки инструмента с деталью. Обрабатываемая деталь 1 закреплена в зажимном устройстве 4, которое имеет надежный электрический контакт с ванночкой 5.

Силовой трансформатор собран на сердечнике Ш32 из обычной трансформаторной стали. Толщина набора 40 мм. Первичная обмотка содержит 1100 витков провода ПЭВ 0,41 с отводом от 650-го витка. Вторичная обмотка имеет 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,25 мм. Между первичной и вторичной обмотками помещена экранирующая обмотка III , состоящая из одного слоя, намотанного проводом ПЭВ 0,18. Емкость разрядного конденсатора 400 мкФ (два конденсатора типа КЭ-2 200 х 50 В). Реостат R1 рассчитан на ток 3—5 А. Этот реостат намотан нихромовым проводом диаметром 0,5—0,6 мм на сопротивлении ВС-2.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема электроискровой установки.

Диоды Д1—Д4 типа Д304, можно использовать и другие типы диодов. На выходе выпрямителя напряжение порядка 24—30 В. Можно использовать источники питания и с более низким напряжением, но с большим током, чтобы мощность, потребляемая цепью заряда, была не менее 50—60 Вт.

При работе установки происходит непрерывное искрение. Для уменьшения помех, создаваемых установкой, в цепь ее питания необходимо включить простейший фильтр радиопомех.

Рис. 1. Электроискровой карандаш: 1 - рабочий электрод; 2 - сердечник; 3 - щечка; 4 - трубка; 5 -лента изоляционная; 6 - обмотка электромагнита; 7 - пружина; 8 - пробка; 9 - провод соединительный; 10 - зажим

ки. Возле передней (по рисунку) щечки к трубке паяют конец провода катушки (ПЭЛШО 0,5-0,6) и наматывают провод виток к витку по всей поверхности трубки в 7-8 слоев. Второй вывод катушки делают многожильным монтажным проводом (например,^ марки МГШВ) сечением не менее 1 мм", к концу которого припаивают зажим типа «крокодил». От случайных повреждений катушку защищают слоем лакоткани, поверх которой наматывают слой изоляционной ленты. После этого в трубку вставляют пружину (15-20 витков), ввинчивают пробку (винт М5), а в разрезной конец сердечника плотно вставляют электрод - стальную иглу диаметром 1 мм. При работе металлическую деталь, на которую необходимо нанести рисунок или надпись, соединяют с одним из выводов понижающей (5-10В) обмотки трансформатора, а другой вывод обмотки - с зажимом «крокодил» на выводе катушки. Смочив поверхность детали керосином, прикасаются к ней острием иглы. При этом замыкается цепь питания катушки, и возникающее магнитное поле втягивает сердечник внутрь трубки. Цепь размыкается. Затем сердечник под действием пружины возвращается в исходное состояние, и игла вновь касается металла. Между иглой и поверхностью обрабатываемой детали возникает искра, которая и оставляет четкий след на металле.

Малогабаритная электроискровая установка

Простая электроискровая установка позволяет легко и быстро обрабатывать небольшие детали из электропроводящих материалов любой твердости. С ее помощью можно получать сквозные отверстия также любой формы, извлекать сломавшийся резьбовой инструмент, прорезать тонкие щели, гравировать, затачивать инструмент и др. Сущность процесса электроискровой обработки заключается в разрушении материала заготовки под действием импульсного электрического разряда. Благодаря малой площади рабочей поверхности инструмента в месте разряда выделяется большое количество тепла, которое расплавляет вещество обрабатываемой детали. Процесс обработки наиболее эффективно идет в жидкости (например, в керосине), омывающей место контакта вибрирующего инструмента и детали и уносящий с собой продукты эрозии. Инструментом служат латунные стержни (электроды), повторяющие форму предполагаемого отверстия. Принципиальная электрическая схема установки изображена на рис. 3. Работает установка следующим образом. Разрядный конденсатор Ci соединен своим плюсовым вы-

Современные устройства, машины, приборы и механизмы состоят из более сложных деталей, если сравнивать их с устройствами, которые выходили ранее. На данном этапе технического прогресса от устройств требуется выполнение больших объёмов работы. Люди склонны всё механизировать для того, чтобы упрощать свою повседневную жизнь, а также для достижения новых результатов в исследованиях или в таких областях, как строительство, промышленность и так далее. Вместе со сложностью деталей соответственно усложнилась их обработка.

Для обрабатывания деталей используют различные устройства. Они различаются и принципом работы, и назначением, и в других аспектах. Но огромное количество специалистов подчёркивает преимущество использования электроэрозионных станков, которые предназначены для обработки различных деталей , причём с весьма убедительными результатами и показателями.

Назначение электроэрозионных станков

Электроэрозионные станки применяются для вырезания различных заготовок, имеющих самую разную форму и размеры. Обработка происходит либо под прямым углом, либо под углом от 1 до 30 градусов. Угол, под которым производится обработка заготовок, зависит прежде всего от комплектации станка. Начало реза может происходить от кромки заготовки, а также и изнутри её через отверстие, которые предварительно просверлено. Электроэрозионные станки предназначаются для производства деталей с точностью до 0,015 миллиметра.

Основным предназначением электроэрозионных станков считается замена штамповки. Станки такого типа могут вырезать сразу несколько заготовок , благодаря возможности пакетной обработки. При этом не требуется последующая фрезеровка детали, так как при обработке не происходит поверхностной деформации обрабатываемой заготовки.

Также станок позволяет производить различные матрицы и шаблоны. Одним из его больших преимуществ является то, что он может быть легко и быстро перенастроен. В принципе, вся перенастройка электроэрозионного станка заключается в выполнении нескольких операций: сначала нужно загрузить из AUTOCAD требуемый чертёж, затем произвести несколько действий уже на компьютере, после чего настроить генератор и уже после этого можно начинать обработку следующей заготовки. Опытные операторы тратят на настройку устройства в среднем всего 15 минут.

Станки такого типа состоят из следующих узлов:

Станина станка

Данная деталь отливается из чугуна. В камере сняты внутренние напряжения. Внутреннее пространство станины предназначено для монтажа электрооборудования , так как сама станина имеет коробчатый тип. Рабочая часть станины в прецизионно отшабрена и отшлифована в некоторых местах, а именно: на каретке барабана, на креплениях колонны и на направляющих рабочего стола.

Рабочий стол станка

Это очень важная составляющая электроэрозионного станка. Состоит рабочий стол из двух плит, которые установлены на шарико-роликовые направляющие. Плиты устанавливают друг над другом.

Если существует потребность в перемещении стола, то нужно задействовать два шаговых двигателя. Делается это при помощи двух шарико-винтовых пар. Также можно менять положение рабочего стола вручную , при этом используя колесо подачи, которые закреплены всё на тех же валах шарико-винтовых пар.

Проволочный конвейер

Данная часть станка состоит из проволочного барабана, а также системы роликовых направляющих, которые размещены в нижнем и верхнем рукавах.

Управляющий компьютер и генератор могут быть размещены либо в стойке, либо в рабочем столе с тумбой. Отличия лишь в стоимости устройства, монолитности компоновки, а также в дизайне всего оборудования.

Принцип работы электроэрозионного станка

После того как выше были рассмотрены конструктивные аспекты существующих электроэрозионных станков, следует разобраться в принципе их работы. Нельзя не упомянуть, что процедуры обработки деталей, которые применяются на устройствах такого типа, позволяют достигать просто поразительных результатов.

Для начала пару слов о том, что такое электрическая эрозия, ведь как мог уже догадаться читатель из названия станка, именно эта реакция стоит в основе работы таких устройств.

Разрушение верхнего слоя поверхности материала под влиянием внешнего воздействия, осуществляемого электрическими разрядами, называется электрической эрозией. Именно этот процесс и стал основой для обработки различных материалов и деталей , который называется электроэрозионным.

Сама электроэрозионная обработка осуществляется путём изменения размеров, формы, шероховатости и свойств поверхности обрабатываемой заготовки под влиянием электрических разрядов в результате электрической эрозии, воздействующих на заготовку при обработке.

Из-за того, что в зоне разряда действуют весьма высокие температуры (8000 - 12000 градусов по Цельсию), металл подвергается следующим изменениям : нагрев, затем последующее расплавление и даже частичное испарение. Для того чтобы получить такие высокие температуры в зоне разряда, создаётся большая концентрация энергии, которая достигается благодаря генератору электрических импульсов. Сам процесс электроэрозионной обработки происходит в рабочей жидкости, а именно в дистиллированной воде. Она заполняет пространство между имеющимися электродами. Одним из этих электродов является сама заготовка, а вторым - электрод-инструмент (электрод трубчатый).

Под действием сил, которые возникают в канале разряда, а также благодаря тому, что электрод быстро вращается, происходит выброс уже жидкого и парообразного металла из зоны разряда в окружающую его рабочую жидкость, а затем его застывание в ней с образованием отдельных мелких частей. В заготовке, под действием импульса тока, образуется отверстие. Кроме этого, можно наблюдать угар электрода-инструмента , происходящий параллельно образованию отверстия.

Следует заметить, что электрод-инструмент обязательно должен быть изготовлен из материала с высокой эрозионной стойкостью. Такими материалами, которые обладают таким важным качеством и которые способны обеспечить стабильность протекания процесса электроэрозии, являются: вольфрам, графит, алюминий, латунь, медь и графитовые материалы. Обычно в таких станках используются медные или латунные трубчатые электроды.

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:

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:

Выводы

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.

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.

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.

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

диодный мост проводит выпрямление промышленного тока напряжением 220 или 380 Вольт;
установленная лампа ограничивает тока короткого замыкания и защиты диодного моста;
чем выше показатель нагрузки, тем быстрее проходит зарядка электроискрового станка;
после того как зарядка закончится, лампа погаснет;
зарядив установленный накопитель можно поднести электрод к обрабатываемой заготовке;
после того как проводится размыкание цепи, конденсатор снова начинает заряжаться;
время зарядки установленного накопительного элемента зависит от его емкости. Как правило, временной промежуток от 0,5 до 1 секунды;
на момент разряда сила тока достигает несколько тысяч ампер;
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:

на конденсаторе указываемое напряжение не должно быть менее 320 Вольт;
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;
лампу устанавливают в фарфоровый патрон. Следует защитить лампу от падения, устанавливается автомат защиты с силой токи от 2 до 6 Ампер;
автомат используется для включения цепи;
электроды должны иметь прочные зажимы;
для минусового провода используется винтовой зажим;
Плюсовой провод имеет зажим с медного электрода и штатив для направления.

Самодельный проволочный вариант исполнения имеет относительно небольшие габаритные размеры.

Основные элементы схемы электроискрового оборудования

Схема представлена нижеприведенными элементами:

электрод;
винт зажима, используемый для фиксации плюсового провода и электрода;
втулка для направления;
корпус, изготавливаемый из фторопласта;
отверстие, используемое для подачи масла;
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.

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.