Электроэрозионная обработка (аббр. ЭЭО) — обработка, заключающаяся в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности электропроводящей заготовки под действием электрических разрядов, возникающих между заготовкой и электродом-инструментом.
Электроэрозионная обработка основана на вырывании частиц материала с поверхности импульсом электрического разряда. Если задано напряжение (расстояние) между электродами, погруженными в рабочую жидкость (диэлектрик), то при их сближении (увеличении напряжения) происходит пробой рабочей жидкости — возникает электрический разряд, в канале которого образуется плазма с высокой температурой.
Поскольку длительность используемых в данном методе обработки электрических импульсов не превышает 10−2 с, выделяющееся тепло не успевает распространиться в глубь материала и даже незначительной энергии оказывается достаточно, чтобы разогреть, расплавить и испарить небольшое количество вещества. Кроме того, давление, развиваемое частицами плазмы при ударе об электрод, способствует выбросу (эрозии) не только расплавленного, но и просто разогретого вещества. Поскольку электрический пробой, как правило, происходит по кратчайшему пути, то прежде всего разрушаются наиболее близко расположенные участки электродов. Таким образом, при приближении одного электрода заданной формы (инструмента) к другому (заготовке) поверхность последнего примет форму поверхности первого.
Производительность процесса, качество получаемой поверхности в основном определяются параметрами электрических импульсов (их длительностью, частотой следования, энергией в импульсе). Электроэрозионный метод обработки объединил электроискровой и электроимпульсный методы.
Виды Комбинированная электроэрозионная обработка — выполняется одновременно с другими видами обработки. Электроэрозионно-химическая обработка (ЭЭХО) — комбинированная электроэрозионная обработка, осуществляемая одновременно с электрохимическим растворением материала заготовки в электролите. Электроэрозионная абразивная обработка — абразивная обработка с использованием электроэрозионного разрушения металла. Анодно-механическая обработка — электрохимическая обработка в жидкой среде, при которой осуществляется растворение материала электрода-заготовки под действием электрического тока с образованием на обрабатываемой поверхности окисных плёнок и их удаление механическим действием. Может сопровождаться электроэрозионной обработкой. Электроэрозионное упрочнение — электроэрозионная обработка, при которой увеличивается прочность поверхностного слоя заготовки. Электроэрозионное объёмное копирование — электроэрозионная обработка, при которой на электроде-заготовке отображается форма поверхности электрода-инструмента. Электроэрозионное прошивание — электроэрозионная обработка, при которой электрод-инструмент, углубляясь в электрод-заготовку, образует отверстие постоянного сечения. Электроэрозионное маркирование. Электроэрозионное вырезание — электроэрозионная обработка, при которой электрод-инструмент в виде непрерывно перематывающейся проволоки при движении подачи осуществляет обход заготовки по заданной траектории, образуя поверхность заданного контура. Электроэрозионная отрезка — электроэрозионная обработка, при которой заготовка разделяется на части. Электроэрозионное шлифование — шлифование с использованием электроэрозионного разрушения металла. Электроэрозионная доводка. Электроэрозионная обработка с прямой полярностью. Электроэрозионная обработка с обратной полярностью. Многоэлектродная эрозионная обработка. Многоконтурная обработка.
Характеристики электрического разряда при обработке Электрический разряд между электродами идёт в несколько этапов: сначала происходит электрический пробой, который может сопровождаться искровыми разрядами; затем устанавливается дуговой разряд. Поэтому многие генераторы способны выдавать многоступенчатую форму импульса.
Частота импульсов и их длительность выбирается исходя из технологических требований к обрабатываемой поверхности. Длительность импульса обычно лежит в диапазоне 10−1…10−7 с, частота от 5—500 кГц. Чем меньше длительность импульса, тем выше качество (Шероховатость) получаемой поверхности. Средний ток во время ЭЭО зависит от площади обрабатываемой поверхности. При площади 3600 мм² оптимальный ток приблизительно равен 100 А.
Особенности метода Электрод-инструмент может иметь достаточно произвольную форму, что позволяет обрабатывать закрытые каналы, недоступные обычной механической обработке.
ЭЭО могут подвергаться любые токопроводящие материалы, хотя примерно с середины 1980-х советские ученые работали над темой электроэрозионной обработки материалов с пограничной проводимостьюС. В. Лукашенко, А. В. Ковтун, П. Н. Дашук, Б. Н. Соколов. Способ электроэрозионной обработки диэлектриков. Патент № 1542715, 10.12.1986..
К достоинствам электроэрозионной обработки относятся: возможность обрабатывать c высокой точностью токопроводящие заготовки из материалов любой твердости, хрупкости, в том числе закаленные материалы; широкий диапазон параметров и режимов, позволяющий обрабатывать широкий спектр материалов, в том числе нанокомпозиты на основе керамического порошка с добавлением в матрицу композита проводящей фазы в виде наночастиц; возможность обрабатывать детали сложных пространственных форм и осуществлять операции, невыполнимые (недоступные или неэффективные) при обработке другими способами, например, при использовании традиционных механических методов с использованием режущего инструмента; отсутствие необходимости в специальном высокопрочном или сверхтвердом инструменте; возможность получения сверхпрецизионных конструкторско-технологических элементов формы детали, возможность сверления отверстий сверхмалого диаметра; отсутствие непосредственного контакта между деталью и инструментом, а соответственно и механического воздействия на обрабатываемую деталь, отсутствие необходимости в приложении механических усилий к обрабатывающему инструменту, например, возможность обрабатывать сверхмалые зоны детали, которые могут быть разрушены при обработке традиционными методами за счет приложенных механических усилий значительное снижение количества отходов по сравнению с механической обработкой, при электроэрозионной вырезке возможность изготовления взаимодополняющих профилей с высокой точностью, что чрезвычайно актуально при инструментальном производстве (например, при изготовлении штампов и пресс-форм); значительное снижение трудоемкости обработки сложных изделий из труднообрабатываемых металлов и сплавов; высокая механизация и автоматизация процесса обработки; возможность получение двух и более совершенно идентичных профилей по одной программе.
К недостаткам электроэрозионной обработки следует отнести: сравнительно низкая производительность; обратная зависимость между производительностью и точностью обработки; необходимость нескольких проходов для достижения высокого качества обработанной поверхности, необходимость производить обработку при погружении заготовки и электрода-инструмента в рабочую жидкость, контролировать параметры рабочей жидкости; потенциальная опасность самовозгорания при использовании рабочей жидкости на основе углеводородов; зависимость точности и шероховатости обработанной поверхности от большого числа значений параметров; необходимость изготовления электродов-инструментов для копировально-прошивочных станков; сложность получения острых, глухих углов из-за износа электрода-инструмента; высокое энергопотребление; вероятность получения дефектов формы таких как «зарезы» или «подрезы», при выполнении двухконтурной или конусной обработки на электроэрозионных вырезных станках; износ электрода-инструмента при обработке, что приводит к изменении геометрической формы; возможность обработки материалов с высоким удельным электрическим сопротивлением, только при особых условиях.
Невысокая производительность (скорость подачи много менее 10 мм/мин) и высокое энергопотребление электроэрозионной обработки определяют сферу её применения в производстве.
Электрический разряд — высококонцентрированный в пространстве во времени импульс электрической энергии между электродом-инструментом и электродом-деталью, которая преобразуется в тепловую. Именно под воздействием мощнейшей тепловой энергии происходит эрозия материала обоих электродов. При этом в канале разряда протекают нагрев и непосредственная сублимация компонентов материала с локальных поверхностей электродов, ионизация и распад рабочей жидкости (диэлектрика), формирование соединений в присутствии высоких температур из компонентов электродов и рабочей жидкости при определенной химической активности компонентов материалов электродов. В присутствии воды формируются эродированные частицы на основе кислорода или оксиды, в то время как водород выделяется в виде газа (на поверхности диэлектрика часто видны пузырьки газа поднимающегося из зоны обработки). В присутствии органических диэлектриков компоненты материалов зоны обработки образуют тугоплавкие карбиды, так как углерод имеет большую электрическую отрицательность, чем второй по электроотрицательности после фтора элемент — кислород, с формированием углеводородов, поэтому помещения, где расположен электроэрозионное оборудование должно быть не только термоконстатным (для обеспечения наилучшего результата при исполнении наиболее ответственных размерных форм деталей), но хорошо вентилируемым.
Межэлектродным зазором называют минимально необходимое расстояние между электродом-инструментом и электродом-заготовкой для возникновения канала разряда.
Канал разряда — заполненная плазмой цилиндрическая область малого сечения, возникающая между электродами, отстоящими друг от друга на расстоянии межэлектродного зазора.
При электроэрозионной обработки материал электрода-инструмента подбирают таким образом, чтобы преимущественно разрушался электрод-заготовка, иначе процесс электрической эрозии теряет технологический смысл.
Особенностью такого последовательного электроэрозионного разрушения электродов является то, что электрод-заготовка точно воспроизводит профиль электрода-инструмента, при этом морфология электроэрозионных разрушений на электроде-инструменте и электроде-заготовки будет идентичным и зависеть от параметров обработки и свойств материалов электродов, основными из которых можно назвать — электрическая проводимость и термическая устойчивость.
Электроэрозионное объемное копирование часто используется при изготовлении объемных пресс-форм и штампов в инструментальном производстве, а также при производстве деталей в единичном производстве и при изготовлении опытных образцов и прототипов в авиакосмической, автомобильной, электронной индустриях. При электроэрозионном объемное копирование используются электроды-инструменты из графита, меди и вольфрама с негативным профилем в соответствии с требуемой формой детали, которые располагаются на пиноли станка и подаются поступательно к заготовке, погруженной в ванну с рабочей жидкостью. Для изготовления штампов для операций чеканки, вырубки-пробивки ювелирных изделий и монет изготавливают позитивные мастер-модели из серебра высокой пробы методом эрозионного объёмного копирования и маркирования.
Электроэрозионное вырезание расширяет технологию объемного копирования за счет возможности вырезания любого профиля изделия в любом проводящем материале без потери точности инструмента за счет его постоянной перемотки. В этом случае под инструментом понимается электрод-проволока постоянного сечения.