Электроэрозионная обработка — изменение формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности электропроводной заготовки под действием электрических разрядов, возникающих между заготовкой и электродом-инструментом в среде жидкого диэлектрика.
Электроэрозия — ключевая технология в производстве высокопроизводительных пресс-форм используемых для получения изделий из пластмасс, стекла и металла и при непосредственной обработке высокоточных компонентов.
Электроэрозионные станки используются в аэрокосмической и автомобильной промышленностях, в приборостроении и медицине, в производстве часов и ювелирных изделий. Электроэрозия применяется при обработке токопроводящих материалов (стали, титана, твердого сплава, поликристаллического алмаза и т.д.).
Швейцарская компания GF AgieCharmilles использует знания и опыт двух старейших фирм, которые стояли у истоков создания электроэрозионных станков промышленного уровня и предлагает линейку электроэрозионных станков AgieCharmilles : прошивных, проволочно-вырезных, супердрелей. Технические характеристики электроэрозионных станков AgieCharmilles и широта типоразмеров —гарантия решения производственных задач любой сложности.
Точность электроэрозионных станков AgieCharmilles достигает десятых долей микрона, а шероховатость поверхности Ra 30 нм.
В конце 30-х годов прошлого века русские ученые Б.Р. и Н.И. Лазаренко провели исследования работы контактов релейных систем, которые коммутируют цепь постоянного тока.
В частности была изучена работа контактов в жидких средах. Один из выводов этого исследования изложен следующим образом: металлы, сплавы или токопроводящие композиции, помещеные в жидкую среду и являясь электродами настроенного колебательного контура, будут раздробляться в порошок. Это заключение послужило основой для разработки электроэрозионного способа получения порошков металлов и сплавов.[1]
Следующий этап — теоретические основы принципов электроэрозионной прошивной обработки:
Принцип действия генератора разрядов, именуемого цепью Лазаренко, использовался в конструкции генераторов электроэрозионных станков на протяжении многих лет. В усовершенствованной форме этот тип генератора до сих пор находит применение в некоторых областях.
«Многовековое царствование механического способа обработки металлов, перевернувшего мир в прошлых столетиях, — кончается. Его место занимает, более высокоорганизованный процесс, когда обработка металла производится электрическими силами.» Б.Р. Лазаренко, 1947
03.04.1943 супруги Лазаренко получают авторское свидетельство СССР № 70010 на
изобретение «Способ обработки металлов, сплавов и других токопроводящих
материалов».
12.08.1945 выходит постановление Совнаркома № 12498 о патентовании
способа за границей.
Модель процесса электроэрозионной обработки с точки зрения теплообмена, разработана в конце 80-х и начале 90-х годов в Техасском университете (Texas A&M University) при поддержке AGIE. Результатом стали три научные работы: первые две представляют тепловую модель удаления материала на катоде и аноде[2][3], а третья описывает формирования плазменного канала при прохождении тока через диэлектрическую жидкость[4]. Валидация этих моделей подтверждается экспериментальными данными, предоставленными AGIE.
Численное решение модели дает радиус, температуру, давление и массу плазмы как функцию времени импульса для фиксированного тока, зазора электрода и доли мощности, остающейся в плазме. Умеренно высокие температуры (~ 5000 К) и давления (~ 4 бар) сохраняются даже после длительных импульсов (до ~ 500 мкс). Таким образом, впервые представлено количественное доказательство того, что нагрев является доминирующим механизмом удаления материала электроэрозионной обработкой.
Основные принципы тепловой модели электроэрозии:
В электроэрозионной обработке плавление основная причина удаления металла. Однако для импульсов длительностью менее 5 мкс тепловая модель перестаёт работать. При коротких импульсах металл не получает достаточно энергии для адекватного нагрева и плавления не происходит.
Главным фактором удалении металла в этом случае становится электростатическая сила, действующая на поверхность электродов. Однако её влияние сходит на нет при увеличении длины импульсов до 100 мкс .
Термоэлектрическая модель удаления материала при электроэрозионной обработке предложена в 1999 году A. Сингхом и А. Гхошом[5]. В предложенной модели оценены электростатическая сила, действующая на поверхность металла и распределение напряжений внутри металла, вызванное этой электростатической силой. Также было обнаружено изменение предела текучести с глубиной внутри металла и рассчитана «глубина кратера».
Пионеры прокладывают новые пути, строят мосты, расчищают препятствия и верят в свои силы. Так ответил на вопрос об инновациях швейцарский инженер-механик GF AgieCharmilles. Компании, которая может с гордостью оглянуться на длинный ряд технических поисков и свершений и продолжить свой путь в будущее.
В 1952 году убедившись в перспективе промышленного использования, команда инженеров-энтузиастов из «Ateliers des Charmilles» приступила к разработке электроэрозионного станка. В 1954 году женевская компания представила прошивной станок Eleroda D1 удивленной публике на выставке EMO в Милане.
В том же году в Базеле была основана Agie (Акционерное общество промышленной электроники) для разработки и сборки электроэрозионных станков в лаборатории в Муральто в кантоне Тичино. Вскоре компания представила прошивной электроэрозионный станок с пневматическим сервоприводом оси Z.
Используя в разработках новые технические решения, компания Charmilles выпустила в 1959 году свой первый полностью транзисторный генератор электрических импульсов (ELP)
Так началась история успеха
Важным событием 60-х стало появление генератора Isopulse. Это первый шаг в направлении уменьшения износа электродов и, таким образом, снижения производственных затрат. Абсолютно первым в мире в этом десятилетии стал электроэрозионный проволочно-вырезной станок с ЧПУ.
В 1969 году AGIE вывела на рынок Agiecut DEM 15. Первоначальный ход по осям был 150×150 мм на этом этапе никто не предполагал, что кто-то захочет обрабатывать большие детали на таком станке[6].
Если в разработке генератора AGIE накопила к тому времени достаточный опыт, то система управление была для неё значительной проблемой. В этой области у AGIE не было ни опыта, ни разработчиков.
Числовое управление было в зачаточном состоянии и не было готовых решений которые можно было бы использовать. NC-блок разрабатывался при поддержке технического университета Ганновера (Германия). Команде Герберта Руссбюльта (Herbert Russbült) и Фолькера Сура (Volker Suhr) удалось создать контролер заложивший основы программного управления проволочно-вырезных станков.
Первым оператором был Готлиб Веттштайн (Gottlieb Wettstein) — сервис-инженер, приглашенный для проведения первых испытаний.
Появление на рынке проволочно-вырезного станка с ЧПУ стало революцией, заставив других производителей переосмыслить способы использования электроэрозионных станков. Отрыв AGIE был столь значительным, что конкуренты смогли выпустить проволочно-вырезной станок с ЧПУ только спустя годы.
Вместе копировально-прошивные и проволочно-вырезные эрозионные станки начали триумфальное продвижение в производственные цеха.
В 1973 году генераторы второго поколения позволили Agie и Charmilles добавить 3D в проволочно-вырезную обработку.
Стало возможным получать не только цилиндрические, но и конические формы, и это благодаря коаксиальной промывке, которая следовала за направлением и наклоном проволоки, таким образом обеспечивая оптимальное удаление материала.
Угловая обработка происходила за счет наклона головы. Проволока не изгибалась на направляющих и можно было использовать жесткую проволоку в диапазоне углов ± 30°.
Коаксиальная промывка позволяла заправлять проволоку в наклонные стартовые отверстия. Такая конструкция требовала филигранного исполнения. Самое время вспомнить качество швейцарской механики.
В прошивной электроэрозии в 1974 году также была мировая премьера — планетарно-круговыми движения, которые формировали острые внутренние края и поднутрения.
Усовершенствования, революционные в то время, теперь используются в каждом копировально-прошивном электроэрозионном станке.
Практически стандартный в наше время, используемый большинством производителей, метод термической обрезки проволоки был предложен Charmilles в 1985 году.
Цены на медь росли, поэтому использование другого материала электродов для прошивных станков было вопросом времени. Решение было найдено в 1987 году путем создания новых технологий, которые позволяли использовать графитовые электроды. При этом выросла производительность и улучшилось качество поверхности.
Установка на копировальной-прошивные станки автоматических сменщиков электродов открыла путь к автоматизации в 1980-х годах.
В 1983 году Charmilles переходит в промышленную группу Georg Fischer (GF). В 1989 году GF приобрела контрольный пакет акций AGIE, и две компании образуют группу GF AgieCharmilles (GFAC) в рамках промышленной группы, мирового лидера в производстве электроэрозионных станков.
В 1993 году искусственный интеллект с нечеткой логикой(fuzzy control) пришел в управление процессом эрозии прошивных станков. Система применяла гибкие правила и, таким образом, оптимизировала режимы обработки.
Charmilles представляет первый в мире промышленный электроэрозионный обрабатывающий центр QCR. Автоматическая загрузка и выгрузка заготовок и электродов резко увеличивает производительность станка.
В 2001 году выпущены новые топ-модели. Проволочно-вырезные станки Charmilles Robofil 2050 TW и 6050 TW оснащены двойным проволочным трактом, это позволяет автоматически выполнять обработку двумя типами проволоки в одной программе. Аналогичной технологией появилась у Agie в станках Vertex.
В 2003 году проволочно-вырезной станок Progress ставит мировой рекорд производительности — 500 мм2 / мин.
Новые модели копировально-прошивных станков FORM 2000 и Hyperspark оснащены технологиями iQ, которые практически исключают износ электрода.
Новая стратегия орбитальной обработки прошивных станков позволяет достигать шероховатости поверхности с 26 нанометрами (Ra 0,026 мкм).
Еще в 2010 году AgieCharmilles демонстрировала свой Integrated Vision Unit (IVU), оптический измерительный модуль, встроенный в проволочно-вырезной станок, который измерять детали непосредственно на станке. Он может не только измерить обработанный профиль и сравнить его с моделью, но и внести изменения в управляющую программу для получения лучших результатов.
Новаторские достижения, которые пронизывают всю историю GF Agie-Charmilles, в большей степени соответствуют девизу компании «Достигни больше».
