Электроискровой станок своими руками

Электроэрозионный станок своими руками.

softelectro.ru
2009
Яшкардин Владимир
[email protected]

Видео работы станка Скачать Объем: 9 276 kb

Предисловие автора.

Данная статья написана исключительно для описания электроэрозионного метода обработки металлов.
Описание конструкции в целом и любой его части не может быть пособием по созданию электроэрозионного станка.
Электрическая схема и устройства станка нарушает все правила электробезопасности и представляет реальную угрозу вашей жизни, электросети и оборудованию.
Автор не несет никакой ответственности за ущерб нанесенный Вашему здоровью и имуществу если Вы попытаетесь реализовать описанную здесь конструкцию.
Любая часть этой статьи не может быть напечатана или передаваться кому- бы то ни было без этого предупреждения.
Автор сделал этот станок для одной конкретной задачи при ограничении времени и деталей.
После решения этой задачи станок был разобран, так как он абсолютно не безопасен.

§1 Вступление.

Создать этот станок меня заставила проблема с удалением обломанной высокоуглеродистой биты в картере заднего моста моей машины.
Отвинчивая крышку редуктора заднего моста, я оборвал головку болта М8.
В отсутствии экстрактора попытался использовать углеродистую биту в виде звездочки, которую забил в отверстие просверленное в остатке болта.
При попытки открутить остатки болта бита обломилась. Высверлить обломок биты твердосплавными сверлами не удавалось.
Пришлось подумать, как это сделать, не снимая моста.

§2 Электроэрозия.

Принцип электроэрозионной обработки металлов основан на испарении металла искровым разрядом.
Если Вы видели короткое замыкание конденсатора на металлической пластине, то помните, что в месте разряда остаётся лунка.
Металл в этом месте испаряется от высокой температуры искрового разряда.
Электроэрозионные станки более 50 лет применяются в промышленности для обработки высокопрочных сплавов.

§3 Искровой генератор.

Главное в станке это искровой генератор, а точнее конденсатор (накопитель энергии).
Нам необходимо накопить электрическую энергию за длительный интервал времени, а потом выбросить всю накопленную энергию за очень короткий промежуток времени.
По аналогичному принципу работают лазеры, чем короче будет промежуток времени выброса энергии,
тем выше будет плотность тока в искровом канале, следовательно — будет выше температура.

Рис1.Принципиальная схема искрового генератора.

Работа искрового генератора:
С помощью диодного моста выпрямляем промышленное напряжение 220 в.
Лампа Н1 служит для ограничения тока короткого замыкания и защиты диодного моста.
Вместо лампы можно использовать другую нагрузку. Чем больше нагрузка (Вт), тем быстрее зарядятся конденсаторы.
Но, помните, что ток не должен превысить возможности диодного моста и подводящих проводов.
После того, как конденсаторы зарядятся лампа Н1 погаснет, и можно подносить электрод к обрабатываемой детали.
В момент касания электрода о деталь проскочит искра, в результате чего конденсаторы разрядятся и лампа Н1 загорится.
После размыкания электрода конденсаторы вновь начнут заряжаться.
Время заряда конденсаторов в этой схеме 0,5..1,0 сек.
Постоянный ток в схеме при замкнутом электроде составляет примерно 0,45А, но в момент разряда он достигает нескольких тысяч ампер.
Поэтому провода от конденсаторов к электродам должны быть толстыми (6 ..10 мм2) и обязательно медными.
Поднося каждую секунду электрод к детали вы получите искровой генератор с частотой генерации в 1Гц.

§4 Особенности работы с искровым генератором.

Обрабатываемая деталь должна быть токопроводящая, т.е. это должен быть металл или сплав металлов.
Прочность сплавов значения не имеет.
Электрод должен быть медным или латунным.
Отверстие, получаемое в детали, будет повторять форму электрода.
Если электрод будет треугольным, то и отверстие в детали будет треугольное.
При работе электрод будет укорачиваться за счет испарения примерно с той же скоростью, с какой будет углубляться отверстие.
Скорость углубления для этой схемы составляет примерно 0,025мм за удар.
То есть, за 40 ударов глубина отверстия будет около 1мм (для диаметра отверстия 2..3мм).
При увеличении диаметра отверстия скорость углубления будет уменьшаться.
После каждого удара образовавшееся отверстие будет покрываться изнутри окислами металлов и постепенно искра начнёт уменьшаться, пока совсем не прекратиться.
Поэтому второй частью станка должна быть система удаления окислов.
Для этого необходимо подавать в отверстие керосин или масло.
Удаления окислов происходит за счет взрыва капли масла в искровой дуге.
Масло испаряется за счет высокой температуры и вступает в реакцию с кислородом, который находится в воздухе,
в результате чего в отверстии происходить щелчок (взрыв) который выбрасывает окислы металла наружу.
Я использовал баллончик с силиконовой смазкой.
Достаточно после каждого третьего щелчка брызгать в отверстие силиконовую смазку и искра не будет пропадать.
Только будьте внимательны, если налить много силикона он может загореться.
Подачу электрода нужно обязательно фиксировать направляющей, так чтобы он бил всё время в одну точку и двигался параллельно оси отверстия.

§5 Реализация станка.

Детали для искрового генератора не дефицитны, их можно купить в специализированном магазине или взять на ближайшей помойке.
Конденсаторы Вы найдете в любом выброшенном телевизоре или мониторе или в блоке питания от компьютера.
Там же найдете и диодный мост.
Напряжения указанное на конденсаторе должно быть не менее 320 В.
Емкость конденсатора может быть любой, сумма всех ёмкостей конденсаторов должна быть не менее 1000 мкФ (все конденсаторы соединяются параллельно).
Чем больше будет ёмкость, тем мощнее будет удар.
Все это надо собрать в прочном изоляционном корпусе.
Как я уже говорил для монтажа надо использовать толстые медные провода (6..10мм2), которые должны идти от конденсаторов к электродам.
Провода от конденсаторов к диодным мостам и к лампе могут быть 0,5мм2.
Лампу установить в фарфоровый патрон и прочно закрепите его на подставке, чтобы лампа не упала и не разбилась,
желательно здесь же установить автомат защиты на 2..6 А. с его помощью можно будет включать схему.
Для электродов нужно сделать надежные зажимы.
Для минусового провода большой крокодил или винтовой зажим.
На плюсовом проводе надо сделать зажим для медного электрода и штатив с направляющей для электрода.

Рис.2 Устройство станка

электрод;
винт зажима электрода;
винт зажима плюсового провода;
направляющая втулка;
фторопластовый корпус;
отверстие для подачи масла;
штатив;

Корпус 6 вытачивается из фторопласта. В качестве направляющей втулки 4 для электрода 1 использован заземляющий штырь 3-х фазной евророзетки.
Он был просверлен вдоль оси для установки в него электрода и сделано два отверстия с резьбой для закрепления электрода и провода.
По мере испарения электрода его подают вперед, ослабив винт 2.
Вся конструкция крепится на надёжный штатив, который позволяет менять высоту.
В отверстие 6 вставляется трубочка с маслом.
Направляющая втулка 4 как шприц подает масло вдоль электрода.

Рис.3 Фотография станка

Для привода электрода был использован отечественный пускатель с катушкой на 220в, шток которого имеет ход 10 мм (он определяет максимальную глубину отверстия).
Обмотка пускателя подключается параллельно лампе Н1, поэтому пока конденсаторы заряжаются (лампа горит) шток пускателя втянут.
После зарядки конденсаторов лампа гаснет, так как ток в системе перестает течь и шток отпускается.
При отпускании штока он касается детали, происходит искровой разряд, лампа Н1 загорается и шток снова втягивается. Цикл повторяется снова, с частотой примерно 1Гц.
Если надо увеличить частоту, то нужно увеличить мощность лампы Н1.
В качестве детали на фотографии использован напильник.

Рис.4 Фотографии сверла с отверстием, проделанным этим станком.

§6 Меры безопасности при работе.

Во первых, из-за отсутствия нужного трансформатора схема искрового генератора была сделана без гальванической развязки с промышленной сетью 220в.
Если деталь окажется, каким-то образом заземлена, то это приведет к короткому замыканию сети.
Во-вторых, из-за отсутствия нужного трансформатора используется опасное для жизни человека напряжение. Удар искровым разрядом в 220в 1000 мкФ будет летален.
В-третьих, к детали не должны быть подключены электронные приборы даже через корпус. Например, если полностью не снять электронные блоки с машины и не отсоединить аккумулятор, то можно легко вывести их из строя.
В-четвертых, керосин или масло подаваемые в отверстие могут легко загореться, что приведет к пожару.

Поэтому я настоятельно не рекомендую повторять эту конструкцию.

Поставить развязывающий трансформатор 220в/12в Р=200 ВА
Лампу Н1 12в 120Вт
Увеличит емкость батареи до 20 000 мкФ ( можно испол. конденсаторы на 35В)

Причем разработать и изготавливать конструкцию должен специалист , аттестованный на такие работы.

Технология электроискровой обработки металла

Электроискровая обработка металлов отличается высокой точностью и производительностью. Что это такое и как ее реализовать самостоятельно — далее.

Промышленная обработка металлов включает в себя несколько десятков способов и методов изменения формы, объема и, даже молекулярной структуры материала. Электроискровая обработка металлов — одна из распространенных технологий работы с металлом, отличающаяся высокой точностью и производительностью. При помощи электроискровых станков можно:

резать металл;
сверлить отверстия микроскопического диаметра;
наращивать дефектные области деталей;
производить ювелирные работы с драгоценными металлами;
упрочнять поверхность изделий;
шлифовать изделия самой сложной формы;
извлекать застрявшие сломанные сверла и резцы.

На базе электроискрового метода обработки металлов создано немало станков промышленного назначения. Это высокоточная и дорогая техника, которую могут позволить себе купить только крупные предприятия, специализирующиеся на металлообработке.

Но иногда электроискровые станки требуются и в мастерских или цехах, где их услуги требуются время от времени. Для этого можно купить промышленное устройство с несколько ограниченными возможностями (функционал в пределах самых востребованных операций), или построить самодельный электроискровой станок. Это вполне возможно даже в домашних условиях, не говоря уже о предприятиях, в составе которых есть токарные и электромеханические цеха или участки.

Принцип работы электроискрового станка

Базируется обработка металлов электроискровым способом на свойстве электрического тока переносить вещество при пробое. При высоком напряжении и силе постоянного тока (1-60 А) анод (положительно заряженный электрод) нагревается до высокой температуры в пределах 10-15 тысяч градусов Цельсия, расплавляется, ионизируется и устремляется к катоду. Там, в силу электрических взаимодействий он осаживается.

Чтобы в процессе работы не возникала полноценная электрическая дуга, электроды сближаются только на короткие мгновения, длящиеся доли секунда. За это время возникает искра, разрушающая анод и наращивающая катод. Обрабатываемый участок подвергается нагреву и воздействию электротока на протяжении миллисекунд, при этом соседние области и лежащий ниже слой не успевают прогреться и структура их не нарушается. Проблема пограничных состояний не возникает в принципе.

Если требуется резка или сверление — катодом служит рабочий инструмент, а анодом — обрабатываемая деталь. При наращивании, укреплении поверхности или восстановлении формы детали, они меняются местами. Для этих видов обработки созданы специальные станки, каждый из которых выполняет свои операции.

Инструментом в установках электроэрозионного действия служат латунные или медно-графитные электроды, хорошо проводящие ток и недорогие в изготовлении. С их помощью можно резать и сверлить самые твердые сплавы. Чтобы металл катода не оседал на электроде и не увеличивал его размера, процесс происходит в жидкой среде — жидкость охлаждает капли расплава, и он не может осесть на электроде, даже если и достигает его. Вязкость жидкости определяет скорость движения материальных частиц, и они не успевают за током. Металл оседает в ванне в виде осадка и не мешает дальнейшему прохождению тока.

При наращивании поверхности деталей или укреплении, металл с анода переносится на катод. В этом случае на вибрационной установке закрепляется положительный электрод, служащий донором металла, а деталь присоединяется к отрицательному полюсу. Вода или масло в этом процессе не используются, все происходит в воздухе.

Технологические показатели

Такой широкий диапазон регулировок показывает, что электроискровая обработка металла может использоваться в различных областях, как для производства крупных серий деталей, так и для разовых работ, включая ювелирные.

Особенностью применения электроискровых установок можно считать возможность укрепления деталей различной конфигурации. На поверхность заготовки наноситься тончайший слой более прочного сплава или металла без нагрева основания на большую глубину. Это позволяет сохранить структуру металла базового изделия и значительно изменить свойства его поверхности. В некоторых случаях требуется вязкость основания и высокая твердость поверхности, или в обратном порядке. Решить эту задачу может только электроискровой станок.

Схема электроискрового станка

источником постоянного тока;
конденсатором;
вибратором;
переключателем режимов.

Конструкция, работающая в электроискровом режиме, может отличаться рядом характеристик, допускающих работу с тем или иным материалом, но общие принципы построения рабочей схемы одинаковы.

Батарея конденсаторов согласована с механическим движением электрода, разряд происходит в момент максимального сближения рабочих поверхностей. Релаксационные генераторы импульсов определяют максимальный заряд конденсатора при максимальной амплитуде отклонения от точки сближения. После искрового разряда конденсатор успевает зарядиться в полном объеме.

Отличие электроискровой эрозии от дуговой сварки и резки

Электроискровой станок своими руками

Одной из главных деталей электроискровой установки, которую можно реализовать своими руками, конечно, при соблюдении всех правил техники безопасности, приведена ниже. Следует отметить, что это только одна из многих схем, которые можно использовать в конструкции станка.

Рабочий стол станка должен быть оборудован системой удаления окислов (непрерывной подачей масла или керосина). Они снижают вероятность отложения оксидной пленки на поверхности детали и, в результате, прекращения искрообразования. Для пробоя необходим надежный электрический контакт. Как основной вариант можно использовать ванночку, заполненную жидкостью.

Все токопроводящие детали и кабели должны быть качественно и надежно изолированы, сама установка заземлена. Посмотреть, как работают бытовые самодельные установки можно на видео:

Следует отметить, что самодельные станки никогда не сравняются по возможностям с промышленными, например серией АРТА. Для производства кустарных изделий или использования в качестве одного из видов хобби, они, может быть и пригодны, но для работы в мастерской или слесарном цехе не «дотягивают». Не говоря уже о том, что сложность электрической схемы и необходимость точного согласования кинематики и разряда конденсатора делают их очень сложными в регулировке.

Чипгуру

Самодельный электроэрозионный прошивной станок — хочу сделать

Сообщение #1 AZM.SU » 20 фев 2016, 11:58

Нужно не часто, но бывает очень печально, если метчик сломался в уже почти готовой детали, в последнем глухом отверстии. И ещё иногда хочется брусок быстрореза распилить пополам, скажем на резцы для токарного станка.
Возникла мысль по созданию электроэрозионного станка.
Генератор импульсов сделать не проблема (сделаю, обкатаю, позднее в этой теме схемы выложу).
Другое дело механическая часть, вопос покоя не даёт, как правильнее поступить с подачей и регулятором зазора:
— Приводом из шагового двигателя и винта осуществлять и подачу и регулировку зазора?
— Привод сделать на шаговом двигателе и винте, а тонкую подстройку зазора вести соленоидом?
— И привод и регулировку зазора осуществить соленоидом?

Ясное дело, что с соленоидом всё просто, можно даже без генератора импульсов обойтись, взяв простую схему из книги «Электрозионная обработка металлов»:

но это будет весьма печальный аппарат, если надо будет разрезать брусок быстрореза 25х16х110 пополам.

У кого какие мысли, наработки?

Самодельный электроэрозионный прошивной станок — хочу сделать

Сообщение #2 neon » 20 фев 2016, 12:29

если по генератору вопросов нет, то и писать не буду Хотя его параметры зависят не только от режима обработки, но и от типа станка. Кто знает, тот поймёт.

Привод. Смотря как вы собрались резать брусок, вдоль какой оси Если это прошивной станок и необходима не игрушка, а действительно обработка с заданными параметрами, то надо обратить на следующие моменты:

— максимальная глубина обработки, что определит необходимость в том или ином способе эвакуации продуктов обработки. Если глубина небольшая, как и площадь инструмента, то можно ограничится принудительной прокачкой рабочей жидкости. Если глубина большая, как и площадь инструмента, то необходима высокая динамика привода для эффективной релаксации, что влияет на производительность обработки и качество. Хотя для ваших нужд хватит обычного линейного привода на базе шагового двигателя с принудительной подачей рабочей жидкости для промывки зоны обработки;
— обратная связь, для поддержания МЭЗ на заданной величине.

по ходу ещё будут дополнения.

Самодельный электроэрозионный прошивной станок — хочу сделать

Сообщение #3 T-Duke » 20 фев 2016, 12:50

Самодельный электроэрозионный прошивной станок — хочу сделать

Сообщение #4 neon » 20 фев 2016, 13:04

Самодельный электроэрозионный прошивной станок — хочу сделать

Сообщение #5 AZM.SU » 20 фев 2016, 13:07

Про генератор писать. Мне видятся два типа генератора:
1. С трансформатором обратноходовой, он КЗ не будет бояться.
Минус: сложно регулировать одновременно и длительность импульса и напряжение импульса.
2. С накопительной ёмкостью подключаемой к рабочему промежутку.
Я выбираю вариант 2.
Можно и длительность импульса отрегулировать и напряжение (для зарядки ёмкости бустеп на 1 полевике) и длительность импульса. Полевики нынче сотни ампер через себя качают без вопросов, резать с ёмкостями под 200мкф на напряжении вольт 120 я не собираюсь, слишком грубо, ёмкость максимум 20мкф, а это значит разрядные токи около 200 ампер, значиит справятся транзисторы вроде IXFN360N15T2 . Можно на тиристоре залепить разрядку, вроде такого: P0515WC04C .
Всё это под управлением банальной ATmega8, что бы рабочий цикл контролировать заряд/разряд отмерять длительности, измерять напряжения на рабочем промежутке и если упало то отводить электрод, а поднялось так подводить. На контроллере и PID регулятор организовать, что бы можно было отстроиться от инерционности механики и заложить в алгоритм переодическое «побалтывание» электродом, что бы вымыть продукты эрозии.

А вот механика, это более тонкий момент.
Если подача шаговиком, а промежуток держать магнитом, то это значительное усложнение с сомнительными бонусами.
Если подача и удержание промежутка магнитом управляемым ШИМ-ом, то становиться всё проще, но подачу 25мм не устроить, придётся переодически подходить и руками винтик подачи подкручивать. Не весело но терпимо для хоббийных целей и редкого использования.
Наконец на шаговике всё сделать, это более профессионально, но тянет за собой тот факт, что шаговик будет постоянно болтаться удерживая промежуток, а это как минимум шумно.

Отправлено спустя 3 минуты 52 секунды:

Самодельный электроэрозионный прошивной станок — хочу сделать

Сообщение #6 T-Duke » 20 фев 2016, 13:15

Самодельный электроэрозионный прошивной станок — хочу сделать

Сообщение #7 AZM.SU » 20 фев 2016, 13:35

Самодельный электроэрозионный прошивной станок — хочу сделать

Сообщение #8 T-Duke » 20 фев 2016, 13:41

Самодельный электроэрозионный прошивной станок — хочу сделать

Сообщение #9 neon » 20 фев 2016, 13:47

1. Есть такие варианты, но всё упирается в управление. Если осилите, может быть хорошим вариантом.
2. Это только для электроискрового режима.

при таких токах электрод будет расходным материалом, поддерживать заданный профиль будет проблематично.

Вы можете ограничится релаксационным генератором, учитывая ваши нужды. Просто непонятно, то вы оперируете ёмкостью конденсатора, то собрались регулировать длительность импульсов с помощью транзистора. Не логично. Тиристором как вы собрались управлять при постоянном токе? Отключать накопительную ёмкость от зарядки и ждать пока ток упадёт до 0? Тоже непонятно. До всяких МК и ПИД ещё дойти надо.

вы собрались в аудитории на занятии проводить обработку? Если это шум, то я даже не знаю.

и зачем вам это? У вас всего одна ось и алгоритм управления достаточно простой. На практике, если это не станок, который только кофе не умеет варить, всё реализуется проще.

при этом появляется зависимость от массы электрода.

Электроискровой гравёр по металлу своими руками

Часто требуется сделать маркировку по металлу — на инструменте, комплектующих , либо просто нанести надпись. Раньше для этих целей был электрогравёр советского производства «Орнамент-1», но сейчас это очень труднодоставемый аппарат.

Принцип работы простой — ручке электро искрового гравёра находится электромагнитное втягивающее реле — соленоид. Сердечник соленоида механически , жестко, связан с искровым электродом. Когда электродом(+) притрагиваемся к проводящей поверхности с которой подключен второй провод цепи (обычно «-«) , то происходит замыкание цепи и по соленоиду протекает ток, в результате образуется магнитное поле — и соленоид втягивает сердечник , жестко связанный с электродом — происходит разрыв цепи питания, при этом сжимает пружину обратного хода. В момент разрыва цепи питания образуется искровой разряд между электродом и проводящей поверхностью. Температура плазмы разряда достаточно высокая, чтобы проплавить поверхность- оставить точку каверну. После разрыва цепи магнитное поле выключается и перестаёт действовать сила, втягивающая сердечник с электродом. Пружина обратного хода распрямляется, возвращая сердечник в изначальное положение и происходит контакт электрода с проводящей поверхностью и цикл повторяется, пока электрод поднесён к проводящей поверхности на расстояние рабочего хода сердечника соленоида. Параллельно соленоиду часто ставят конденсатор, чтобы образовать колебательный резонансный контур. С настроенным колебательным контуром параметры искро образования более стабильны.

Если просмотреть интернет в поисковике «Самодельный электро искровой гравёр » или «Самодельный электро искровой карандаш » то найдётся множество самодельных конструкций, причем довольно простых и легко повторимы.

Я решил использовать конструкцию из готового автомобильного реле-соленоида от управления воздушной заслонкой в двигателе.

Деталь выглядела примерно так

Но конечно я взял не новую, а из старых деталей из завалов в гараже.

Также взял обычный стандартный трансформатор ТН-36 , у него несколько вторичных обмоток 6,3 вольта с током 1,5 ампера. Я соединил три вторичных обмотки последовательно — получил около 20 вольт с током 1,5 ампера, и выпрямил диодным мостом с конденсатором для сглаживания пульсаций. Автомобильная катушка соленоида имеет сопротивление 22 ома, подобрал к ней конденсатор — у меня получилась нормальная искра с номиналом 0,025 мкф. Ток получился около 0,5 ампера при работе устройства — ни трансформатор, ни катушка-соленоид гравера не греются при работе. Работать начинает и от 12 вольт. Сила прожига — глубина каверны зависит очень сильно от материала электрода — они могут быть медным, железным , вольфрамовым. Лучше всего по рекомендациям сети — это сварочные вольфрамовые электроды, которые продаются в магазинах товаров для сварки. Цена такого электрода 50 рублей. Медный работает «мягче», железный (простой гвоздь) — работает более жестко, но и каверну делает лучше, чем медный электрод.

Читать еще: Ушс 3 универсальный шаблон сварщика как пользоваться