Электроэрозионная резка является основным способом обработки деталей штампов, однако правильный технологический анализ и точный расчет траектории движения проволоки в числовом программном управлении (ЧПУ) влияют на точность обработки пресс-формы. Определение отверстий для провода и оптимизация маршрута резки, улучшение технологии резки — важные и эффективные пути повышения качества резки и производительности.

Расчет фактической траектории

Согласно обширным статистическим данным, фактические размеры после электроэрозионной резки в большинстве случаев находятся вблизи среднего значения (или "среднего размера") поля допуска, поэтому для размеров с указанным допуском на чертеже детали штампа следует использовать среднее значение размера в качестве данных программирования фактической траектории резки. Формула расчета следующая: среднее значение размера = основной размер + (верхнее отклонение + нижнее отклонение) / 2.

Например: размер на чертеже — внешний радиус R25–0,04, среднее значение размера составляет 25 + (0–0,04) / 2 = 24,98 (мм).

Ввиду особенностей электроэрозионной резки между заготовкой и проволокой всегда существует зазор для разряда. Поэтому при резке теоретический контур заготовки (чертеж) и фактическая траектория проволоки должны сохранять определенное расстояние, т.е. вертикальное расстояние между центральной траекторией проволоки и контуром заготовки, называемое смещением f0 (или компенсационным значением).

f0 = Rп + δэ

где Rп — радиус проволоки

δэ — односторонний зазор разряда

При электроэрозионной обработке выпуклых и вогнутых штампов следует комплексно учитывать радиус проволоки Rп, односторонний зазор разряда δэ и односторонний зазор сопряжения δс между выпуклым и вогнутым штампами для определения разумного значения компенсации зазора f0.

Например: при обработке штампа для пробивки отверстий (т.е. требуется обеспечить размер отверстия в заготовке) в качестве основы используется выпуклый штамп, поэтому значение компенсации зазора для выпуклого штампа составляет: fв = Rп + δэ, размер вогнутого штампа должен быть увеличен на δс. При обработке штампа для вырубки (т.е. требуется обеспечить размер вырубленной заготовки) в качестве основы используется вогнутый штамп, значение компенсации зазора для вогнутого штампа составляет fв = Rп + δэ, размер выпуклого штампа должен быть увеличен на δс. См. рис. 1.

Величина смещения напрямую влияет на точность обработки и качество поверхности при электроэрозионной резке. Если смещение слишком велико, зазор слишком большой, разряд нестабилен, что влияет на точность размеров; если смещение слишком мало, зазор слишком мал, это повлияет на припуск на доработку. Электрические параметры при доработке будут последовательно ослабевать, и неэлектрические параметры также должны быть соответствующим образом скорректированы для повышения качества обработки.

(а) Выпуклый штамп (b) Вогнутый штамп

Согласно практическому опыту, зазор сопряжения при электроэрозионной обработке штампов для вырубки должен быть меньше, чем широко распространенный зазор для штампов с "большим" зазором (рекомендованные значения в "Справочнике").

Поскольку на поверхности заготовки при электроэрозионной обработке выпуклых и вогнутых штампов образуется слой оплавленного материала с хрупкой и рыхлой структурой, чем больше электрические параметры, тем хуже шероховатость поверхности и толще слой оплавления. Кроме того, по мере увеличения количества штамповок этот хрупкий поверхностный слой постепенно изнашивается, что приводит к постепенному увеличению зазора сопряжения штампа, удовлетворяя требованиям к "большому" зазору.

Определение отверстий для провода

Расположение отверстий для провода имеет большое значение для точности обработки и скорости резки. Обычно отверстия для провода лучше всего располагать в точках пересечения известных размеров траектории или в удобных для расчета координатах, чтобы упростить расчет координатных размеров в процессе программирования и уменьшить погрешность.

При резке вогнутых заготовок с закрытыми отверстиями отверстия для провода следует располагать в центре отверстия, что позволяет точно обрабатывать отверстия для провода и удобно управлять расчетом координатной траектории, но при этом увеличивается длина бесполезного хода. При резке больших отверстий отверстия для провода можно располагать вблизи углов траектории обработки, чтобы сократить бесполезный ход.

При резке внешнего контура выпуклого штампа отверстия для провода следует располагать снаружи контура, желательно вблизи начальной точки резки. При резке узких пазов отверстия для провода следует располагать в самой широкой части фигуры, не допускается пересечение отверстий для провода с траекторией резки.

Кроме того, при резке двух и более заготовок на одной заготовке следует устанавливать отдельные отверстия для провода, нельзя устанавливать только одно отверстие для провода для резки всех заготовок за один раз. При резке крупных выпуклых штампов при наличии условий можно установить несколько отверстий для провода вдоль траектории обработки, чтобы при обрыве проволоки во время резки можно было бы быстро установить проволоку в ближайшем отверстии и продолжить резку.

Диаметр отверстий для провода должен быть подходящим, обычно от Φ2 мм до Φ8 мм. Если диаметр отверстия слишком мал, это увеличивает трудности сверления и затрудняет установку проволоки; если диаметр отверстия слишком велик, это увеличит объем работы слесаря. Если требуется вырезать большое количество отверстий, а диаметр отверстия слишком мал, а расположение слишком плотное, следует использовать отверстия для провода меньшего диаметра (Φ0,3 мм ~ Φ0,5 мм), чтобы избежать взаимного прохождения или пересечения отверстий для провода.

Оптимизация маршрута резки

Разумность маршрута резки влияет на величину деформации заготовки. Поэтому оптимизация маршрута резки способствует повышению качества резки и сокращению времени обработки. Организация маршрута резки должна способствовать тому, чтобы заготовка в процессе обработки всегда находилась в одной системе координат с прижимной опорой, избегая влияния деформации от напряжений, и следовать следующим принципам.

(1) В общем случае начальную точку резки лучше всего располагать ближе к зажимному концу, а участок резки, отделяющий заготовку от зажимной части, располагать в конце маршрута резки, а точку остановки располагать ближе к зажимному концу заготовки.

(2) Начальную точку маршрута резки следует выбирать на относительно плоской поверхности заготовки, которая оказывает минимальное влияние на рабочие характеристики. Для заготовок с высокими требованиями к точности начальную точку резки лучше всего выбирать в предварительно изготовленном отверстии для провода на заготовке, нельзя входить непосредственно с внешней стороны заготовки, чтобы избежать деформации в месте разреза заготовки.

(3) Для уменьшения деформации заготовки маршрут резки должен сохранять определенное расстояние от внешнего контура заготовки, обычно не менее 5 мм.

При электроэрозионной обработке следует уделять особое внимание оптимизации маршрута резки в отношении некоторых конкретных технологических требований.

(1) Метод двукратной (или многократной) резки Для некоторых деталей полостей вогнутых штампов со сложной формой, большой толщиной стенки или изменяющимся сечением, для уменьшения деформации и обеспечения точности обработки рекомендуется использовать метод двукратной резки. Обычно для участков с высокими требованиями к точности оставляется припуск 2–3 мм для предварительной грубой резки, после того как заготовка освободится от большей части деформации, выполняется окончательная точная резка до требуемых размеров.

Для повышения точности резки перед окончательной резкой оставляют припуск 0,20–0,30 мм для полуточной резки, что составляет трехступенчатый метод резки: 1-я стадия — черновая резка, 2-я стадия — полуточная резка, 3-я стадия — окончательная резка. Это эффективный способ повышения точности электроэрозионной резки штампов.

(2) Метод резки острых углов. При необходимости резки заготовки под "острым углом" (или "зачисткой угла") можно использовать метод 1, добавив на исходном пути небольшой участок перерезания, как показано на рисунке 2, участок A0-A1, чтобы точка максимального запаздывания электрода достигла точки программы A0, а затем продвинулась к дополнительной точке A1 и вернулась к точке A0, после чего выполнила исходную программу, что позволит вырезать острый угол.

Можно также использовать траекторию резки метода 2, показанную на рисунке 3, добавив в месте острого угла небольшой квадрат или треугольник в качестве дополнительной программы, что обеспечит резку четкого острого угла.

Рисунок 3. Метод резки острых углов 2

(3) Метод резки углов. В процессе электроэрозионной резки из-за силы отдачи разряда фактическое положение электрода отстает от положения перемещения по осям X и Y станка, что приводит к низкой точности углов.

Запаздывание перемещения электрода приводит к избыточной обработке внешней дуги заготовки и недостаточной обработке внутренней дуги, что снижает точность углов заготовки. Поэтому в местах с высокими требованиями к точности заготовки следует автоматически снизить скорость привода осей X и Y, чтобы фактическая скорость перемещения электрода синхронизировалась с осями X и Y. То есть чем выше требования к точности обработки, тем медленнее должна быть скорость привода в угловых участках.

(4) Метод резки малых радиусов. Если радиус внутреннего угла, указанный на чертеже, меньше смещения при резке, это приведет к явлению "подрезания" в угловой части. Поэтому необходимо четко указать, что минимальный радиус угла на контуре чертежа должен быть больше смещения последней операции обработки, в противном случае следует выбрать электрод меньшего диаметра.

В процессе основной резки и предварительной обработки можно установить разные радиусы внутренних углов в зависимости от смещения каждой операции обработки, то есть создать разные подпрограммы радиусов внутренних углов для одного и того же контура, при этом радиус внутреннего угла в подпрограмме должен быть больше смещения этой операции резки, что позволит вырезать очень малые радиусы и получить хорошее качество резки радиусов.

Подготовка заготовки перед резкой

Для уменьшения деформации штампа в процессе резки и повышения качества обработки перед резкой детали пуансона и матрицы должны соответствовать следующим требованиям:

(1) Погрешность параллельности двух плоских поверхностей заготовки должна быть менее 0,05 мм.

(2) Заготовка должна быть обработана с парой взаимно перпендикулярных плоскостей в качестве базовых поверхностей для позиционирования, проверки и измерения.

(3) Резка штампов должна производиться закрытым методом для снижения температуры резки и уменьшения деформации.

(4) Припуск по краям заготовки должен составлять 1/4 толщины штампа, обычно припуск по краям не менее 5 мм.

(5) Для уменьшения деформации штампа, правильного выбора метода обработки и строгого соблюдения правил термообработки для штампов с высокими требованиями к точности рекомендуется проводить двухступенчатую закалку.

(6) Перед закалкой заготовки все штифтовые и винтовые отверстия должны быть обработаны.

(7) После термообработки штампа следует удалить окалину и загрязнения из отверстий для провода, чтобы предотвратить снижение электропроводности и поломку провода.

(8) Перед электроэрозионной резкой с поверхности заготовки следует удалить окалину и ржавчину, а также провести демагнетизацию.

Заключение

После завершения программирования и перед началом резки необходимо проверить и подтвердить правильность составленной программы.

Система ЧПУ электроэрозионных станков обеспечивает методы проверки программы, наиболее распространенные методы включают:

Метод проверки чертежа в основном используется для проверки наличия синтаксических ошибок в программе и соответствия контуру обработки чертежа; метод проверки холостого хода позволяет проверить фактическое состояние обработки программы, проверить наличие столкновений или помех во время обработки, а также соответствие хода станка требованиям обработки; метод проверки динамического моделирования обработки позволяет провести комплексную проверку программы и траектории обработки путем моделирования фактического состояния динамической обработки.

Обычно можно выполнить всю программу и проверить, возвращается ли график в "нулевое" положение.

Для некоторых штампов с высокими требованиями к точности размеров и малым зазором между пуансоном и матрицей можно сначала выполнить пробную резку с использованием тонкого листового материала, проверить точность размеров и зазор между деталями, и если обнаружены несоответствия, необходимо своевременно корректировать программу до тех пор, пока проверка не будет пройдена, после чего можно приступать к окончательной резке.

После завершения окончательной резки не следует спешить снимать заготовку, необходимо проверить, совпадают ли начальная и конечная координаты, и если обнаружены проблемы, необходимо своевременно принять "корректирующие" меры.