Генератор обеспечивает пробой эрозионного промежутка и протекание тока через зазор, благодаря чему, собственно, и происходит резание. Для эффективного разрушения материала заготовки необходимо создать очень большую мгновенную мощность, при этом средняя энергия, выделяемая в зазоре за единицу времени и примерно пропорциональная скорости резания, должна быть ограничена из-за возможного обрыва проволоки, поэтому ток имеет вид последовательности коротких импульсов. Чем больше пиковая величина импульса тока и меньше его длительность (при той же энергии), тем лучше. При пробое параметры зазора резко меняются: сравнительно высокое электрическое сопротивления после образования плазменного канала снижается до сотых долей ома, так что напряжение на зазоре резко падает, и в этом случае генератор работает фактически при коротком замыкании. После пробоя необходимо время на восстановление свойств среды, иначе могут произойти повторные пробои в том же месте, что чревато разрушением проволоки; этот фактор ограничивает рабочую частоту. Для того, чтобы снизить вероятность такого события, пауза должна быть не менее нескольких микросекунд, длительность фронта импульса напряжения до пробоя также должна быть не очень мала (порядка микросекунды), продукты эрозии должны удаляться как можно быстрее, обновление проволоки, т.е. скорость перемотки – достаточно высока.
Разрушение проволоки может произойти из-за недостаточной прочности, которая при прохождении проволоки через зазор снижается за счет нагрева (температура проволоки в зазоре может достигать сотен градусов при толстых заготовках) и по причине уменьшения поперечного сечения вследствие эрозии – так называемый термический обрыв; в этом случае помогает улучшение промыва и скорости перемотки. Другой механизм обрыва связан с неоднородностями зазора – образованием короткозамыкающих мостиков; при этом в небольшом объеме выделяется энергия, достаточная для быстрого разрушения проволоки за несколько импульсов тока. Вероятность возникновения коротких замыканий тем выше, чем уже и загрязненнее зазор, так что улучшение промыва здесь тоже помогает, но главным способом борьбы с такими обрывами является резкое снижение мощности генератора при обнаружении состояния короткого замыкания или близкого к нему. Сложность состоит в том, что такое состояние должно выделяться не в среднем, а буквально при каждом импульсе, реакция тоже должна быть немедленной: обычно энергия данного импульса уменьшается в несколько раз, чтобы разрушить мостик, но не пережечь проволоку. Для уменьшения разрушения проволоки мощный импульс тока желательно подавать не сразу, а с задержкой в несколько десятых долей микросекунды после пробоя, а до этого ограничить протекающий ток величиной в единицы ампер; за это время плазменный канал расширится и будет способен пропустить импульс в сотни ампер при допустимой для проволоки плотности тока.
Для поддержания стабильных параметров зазора импульсы напряжения до пробоя должны иметь постоянную амплитуду, при этом желательно, чтобы постоянная составляющая напряжения на зазоре отсутствовала для предотвращения электролиза. Для этого длительность импульсов напряжения ограничивается: она должна быть меньше, чем пауза, пробой при этом может вообще не произойти. Очевидно, что при прочих равных условиях пробой происходит тем чаще и раньше, чем уже зазор. Измеренная тем или иным способом доля холостого хода наряду со средним напряжением на зазоре служит мерой его ширины и используется для автоматического выбора скорости подачи при резании. Стабильное резание, особенно на первом проходе при изменяющихся параметрах, без обратной связи о состоянии зазора практически невозможно.
Электрическая энергия подводится к зазору через систему специальных кабелей, обладающую некоторой индуктивностью, емкостью и активным сопротивлением. Крутизна фронта импульса тока прямо пропорциональна напряжению на индуктивности (т.е. разности выходного напряжения и напряжения на зазоре) и обратно пропорциональна индуктивности, поэтому для получения узких импульсов большой амплитуды необходимо уменьшать индуктивность и повышать напряжение, а также снижать активные потери, т.е. сопротивление кабеля. Лучшей конструкцией является максимально короткий пучок коаксиальных кабелей, у которых центральная жила и оплетка свиты или сплетены из очень тонких проводников высокой электропроводности и равны в сечении, а изоляция тонкая; параллельный пучок лучше, чем одиночный кабель по причине большей гибкости. Такие пучки должны подключаться как к верхнему, так и к нижнему токоподводам. Черезмерное увеличение общего сечения кабелей нецелесообразно не только потому, что не дает эффекта пропорционально затратам, но и потому, что увеличивает выходную емкость генератора. Эта емкость, заряжаемая до напряжения пробоя, ограничивает минимальную энергию импульса, т.е.достижимую шероховатость поверхности. Радикальный метод устранения этого недостатка – применение для последних проходов подчистки отдельного малоемкостного кабеля небольшого сечения и электрическое отделение каким-либо способом силовой части генератора и кабельной системы, например, посредством коммутации; это не так просто, т.к. коммутатор должен пропускать в замкнутом состоянии полный импульсный рабочий ток. Возможен другой путь: поскольку обычно используется ток одной полярности, элементами, изолирующими силовую часть генератора и кабельной системы от маломощной части, используемой при подчистке, могут быть диоды; с этой точки зрения чем они ближе расположены к токоподводам, тем лучше, но это конструктивно сложнее: удобнее всего, очевидно, когда все электронные компоненты находятся в одном специальном шкафу.
Надо заметить, что при фиксированных концах кабеля (на столе заготовки и камере) невозможно создать полностью коаксиальную конструкцию, и отрезки одиночного провода тем длиннее, чем больше рабочее поле станка. Это означает, что большая часть индуктивности подвода сосредоточена в ванне в одиночных проводах, магнитное поле которых не компенсируется полем второго проводника; обычная величина индуктивности составляет 0.5..1.5 мкГн. Как правило, собственно коаксиальные кабели подводятся к камерам: центральная жила – к токоподводу, оплетка скрепляется с одиночным проводом (или пучком параллельных проводов) и фиксируется на изоляторе, а второй конец провода крепится к столу заготовки. В старых станках SODICK делалось наоборот: кабель подводился к столу, а потом провод от центральной жилы шел на камеру. Такой вариант менее предпочтителен, т.к. здесь провода в ванне находятся под высоким напряжением относительно заготовки и должны быть лучше изолированы; кроме того, для подвода кабеля к камерам, особенно к нижней, можно воспользоваться внутренним пространством кронштейна и сделать кабель более защищенным и менее заметным. Важным аргументом является и то, что в большинстве случаев нижняя камера, а не ванна неподвижна относительно корпуса станка.
Чтобы удовлетворять изложенным выше требованиям, современный ГТТ разделен на ряд секций – поджигающих и силовых; поджигающие выдают на зазор импульсы напряжения трапецеидальной формы с заданными параметрами и поддерживают небольшой заданный ток после пробоя до подключения силовых секций, а силовые работают только после пробоя и выдают на низкоомную нагрузку токовые импульсы заданной амплитуды и длительности, формирование которых зависит от состояния зазора в данный момент. Для силовых секций очень важен коэффициент полезного действия (КПД), для поджигающих и маломощных, используемых при подчистке – стабильность параметров, поэтому они зачастую строятся совершенно по-разному.
В первых образцах отечественных станков в качестве формирователя импульсов использовались мощные тиратроны (R-C генераторы были в доэлектронную эпоху и могли работать только в керосине как очень высокоомной среде); с помощью мощного понижающего трансформатора на выходе они могли генерировать импульсы тока в сотни ампер при длительностях менее 2 мксек, что неплохо и по современным понятиям, но имели низкую частоту и плохой КПД, не было специальных импульсов поджига. С созданием мощных высоковольтных транзисторов появилось целое поколение генераторов на основе ключей с резистивным балластом, каждый из которых создавал ток 5..10 А, коммутируя напряжение питания через балласт на зазор, т.е. несколько десятков таких ключей давали требуемую амплитуду тока. Достоинством таких генераторов является большая гибкость, позволяющая за счет управления создавать импульсные токи в широчайшем диапазоне длительностей (от десятой доли до десятков микросекунд), амплитуд и даже формы, а также высокая надежность, поскольку для каждого транзисторного ключа при любом состоянии нагрузки максимальное напряжение и ток жестко ограничены. Станки с такими генераторами, а также их модификациями, где для увеличения импульсного тока параллельно зазору подключались конденсаторы, достигли весьма высоких показателей: скорость резания свыше 120 мм*мм/мин, а чистота поверхности – на уровне современных станков; здесь нет ничего удивительного, т.к. ключи с резистивным балластом и сейчас широко применяются для поджига (пробоя) и при подчистке. Основные недостатки такой схемы – плохой КПД и большие габариты, т.к. безиндуктивные резисторы мощностью порядка сотни ватт весьма громоздки. КПД фактически равен отношению падения напряжения на зазоре (порядка 30 В) к напряжению питания (для AGIE-100/200 это 300 В!); последнее нельзя существенно уменьшить, т.к. уменьшится крутизна фронта тока, импульсы будут треугольными и с меньшей амплитудой.
В последнее десятилетие большое распространение получили конструкции силовых каскадов, где через транзисторный ключ к зазору подключается предварительно заряженный конденсатор. При этом форма импульса тока практически совпадает с полуволной синуса, т.к. образуется колебательная система, индуктивность которой определяется цепью подвода, а емкость равна сумме емкостей конденсаторов, подключенных в данном периоде к зазору. Таким образом, длительность и амплитуда импульса тока пропорциональна квадратному корню из числа одновременно работающих секций, а амплитуда, кроме того, тем больше, чем больше напряжение на конденсаторах. За счет энергии, накопленной в индуктивности подвода, по окончании импульса тока конденсаторы оказываются заряженными в противоположной полярности, но напряжение меньше первоначального, т.к. часть энергии расходуется в зазоре. С помощью специальных цепей, содержащих дроссели с последовательно включенными диодами, выполняется перезаряд конденсаторов с добавлением энергии от источника питания, в результате чего в конце цикла полярность восстанавливается, а напряжение увеличивается. Накопление и преобразование энергии в реактивных L‑C цепях не сопровождается потерями в отличие от резистивных схем, потери возникают лишь из-за неидеальности элементов, поэтому достижимый КПД выше, а требуемая мощность источника питания – меньше.
В станках SODICK применяется еще одна разновидность безрезистивных силовых каскадов: прямая коммутация на зазор напряжения питания; роль балласта, но реактивного, здесь выполняет цепь подвода. Ток имеет приблизительно треугольную форму, амплитуда определяется длительностью включенного состояния. При внешней простоте и привлекательности такой схемы ее реализация сопряжена с рядом проблем, основной из которых является необходимость специальных цепей с большими импульсными токами, ограничивающих выброс напряжения, возникающий при размыкании ключа за счет энергии, накопленной в индуктивности эрозионных кабелей. В L-C секциях эта функция реализуется с помощью того же накопительного конденсатора, хотя применение схем, ограничивающих напряжение заряженных конденсаторов, зачастую тоже необходимо. В старых генераторах SODICK энергия выбросов накапливалась в конденсаторах и с помощью транзисторных ключей рассеивалась на специальных резистивных элементах, так что КПД был тоже плохим, но в новых модификациях осуществляется рекуперация, т.е. возврат энергии в источник питания. Недостатком является также сильная зависимость амплитуды от параметров цепи подвода, даже от взаимного расположения заготовки и проводов; это делает генератор весьма уязвимым и менее надежным, особенно если учесть, что в данной схеме транзисторы работают в самом тяжелом режиме: запирание с последующим выбросом напряжения до максимального происходит в момент протекания максимального тока, в то время как ток перезаряда конденсатора – основная часть нагрузки транзистора в L-C секциях – к моменту запирания коммутирующего транзистора спадает до нуля.
В первых L-C генераторах AGIE типа HSS ограничение напряжения на конденсаторах (а значит и пикового тока эрозии) и рекуперация выполнялись во время цикла восстановления полярности с помощью трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через диод к источнику питания. В современном усовершенствованном генераторе ограничителем является диод с накопительными конденсаторами, напряжение на которых поддерживается импульсным стабилизатором, построенным обычным образом, но перекачивающим энергию не от источника питания к нагрузке, а в противоположном направлении, регулируя входное напряжение. Несмотря на то, что здесь нет жесткой связи напряжения питания и уровня ограничения через коэффициент трансформации, напряжение на конденсаторах нельзя регулировать в широких пределах без изменения напряжения питания для задания пикового тока при постоянной длительности импульса. Необходимость регулирования напряжения питания при мощности в несколько киловатт – теневая сторона применяемой схемы; возможен ряд других решений, использующих накопление энергии в конденсаторах с безрезистивными зарядными цепями, каждому из которых присущи свои достоинства и недостатки.
Кроме формирователей импульсов напряжения и тока в состав ГТТ входит задающая и измерительная часть, схемы выделения состояний пробоя («поджига») и короткого замыкания. Измерительная часть кроме определения различных параметров генератора (пиковые и средние напряжения и токи зазора, ток потребления и т.п. формирует сигналы и выделяет состояния наличия или отсутствия контакта с проволокой для проведения контактных измерений с целью определения координат кромки, центров отверстий, угла разворота заготовки относительно координатных осей и др., которые используются для базирования.
Система диэлектрика
В отличие от простейших систем диэлектрика старых отечественных станков, которые имели лишь рабочую ванну и две трубы с вентилями – от водопровода и в канализацию, современные станки работают в замкнутом цикле и включают систему водоподготовки – фильтр для очистки воды от продуктов эрозии (микрочастиц размером в несколько микрон), деионизатор (емкость с ионообменной смолой), холодильник и один или несколько насосов низкого давления, прокачивающих воду через перечисленные устройства.
Насос высокого давления обеспечивает промыв эрозионного промежутка. Струи промыва формируются концентрическими относительно проволоки соплами. Сопла часто делаются подвижными вдоль оси проволоки, что позволяет прижимать их к поверхности заготовки пружинами или потоком воды, т.е. повышать давление в зазоре и улучшать промыв. Увеличение давления и потока воды при промыве зазора полезно тоже не всегда, т.к. вызывает колебания проволоки и увеличение вертикальных искажений («подушки» или «бочки»). Поэтому при повторных (чистовых) проходах, призванных улучшить геометрию и качество поверхности, давление промыва резко снижается.
Обычно в систему диэлектрика входит ряд пускателей и клапанов (электромагнитных или с пневматическим приводом), позволяющих выбирать способ и давление промыва сверху и снизу и управлять процессом автозаправки проволоки. В новых моделях применяется плавное изменение давления за счет электронной регулировки скорости мотора привода насоса. Это позволяет устранить ручные регуляторы и клапаны ступенчатого переключения давления, а также увеличить ресурс насоса и холодильника, уменьшить расход электроэнергии и нагрев воды. Для обеспечения правильного функционирования системы в ее состав кроме описанных элементов могут также входить датчики проводимости и уровня воды, температуры воды и воздуха, манометры и электронные датчики давления.
Наиболее распространенные проволочно-вырезные станки, называющиеся струйными, этим и ограничиваются; у них нет, в сущности, рабочей ванны, а лишь ограждение, защищающее от брызг; так называемые «погружные» станки имеют наполняемую ванну, куда целиком помещается заготовка; в некоторых станках ванна может быстро опускаться и подниматься, что позволяет экономить время на наполнение и слив при проведении заправки проволоки, удалении выпадающей части и т.п. Очевидным достоинством струйных станков является простота: не нужна герметичная ванна, требуется меньшее количество воды и меньшая жесткость конструкции в случае подвижной ванны. Однако, альтернативная конструкция с наполняемой рабочей ванной имеет свои преимущества, главным из которых является равномерность температуры заготовки, что минимизирует погрешности формы из-за местного теплового расширения. Кроме того, в погружном станке нет трудностей, связанных с подачей воды в зазор при резании на краю очень толстых заготовок или при наличии в заготовке нескольких полостей, расположенных по вертикали. Для наполнения рабочей ванны могут использоваться насосы промыва или фильтрации или (особенно для больших ванн) специальный насос.
Основой водоподготовки является фильтрация. Насос фильтра постоянно всасывает воду из «грязевого» отсека ресурсной ванны, куда вода с продуктами эрозии стекает из рабочей ванны, и подает воду через фильтр в «чистовой» отсек, откуда ее забирает насос высокого давления и через систему клапанов и, возможно, регуляторов, подает в зону резания. Обычно расход воды фильтрового насоса больше, чем насоса промыва, поэтому «чистовой» отсек всегда заполнен, а излишек переливается обратно в «грязевой». В противном случае (например, при сильном загрязнении фильтра) уровень воды в «чистовом» отсеке будет снижаться, и, когда будет достигнуто минимально допустимое значение, насос промыва необходимо остановить во избежание его повреждения при работе без воды. В качестве датчика этого уровня можно использовать установленный на заданной высоте датчик проводимости воды, т.к. проводимость воздуха практически равна нулю. Точно так же нужен датчик минимального уровня «грязевого» отсека; общий недостаток воды, фиксируемый этим датчиком, может быть вызван утечками или испарением.
Современный фильтр представляет собой лист бумаги или другого материала с микроотверстиями, для уменьшения занимаемого объема сложенный гармошкой и свернутый так, что поперечное сечение имеет вид многолучевой звезды; фильтрующий материал помещен в цилиндрический каркас, на торцах которого есть специальные фланцы для ввода или вывода воды. Применяются две основные схемы фильтрации: с направлением потока снаружи внутрь или наоборот. В первом случае необходима специальная дорогостоящая емкость из нержавеющего материала, куда помещается каркас с фильтром, чтобы создать на его входе необходимое давление, а во втором фильтр может быть помещен непосредственно в чистовой отсек. Однако, первый вариант имеет и свои преимущества, т.к. грязь скапливается с наружной стороны, что позволяет многократно использовать фильтр после просушки и чистки. Нередко применяются несколько параллельно подключаемых фильтров, что увеличивает период замены и в принципе позволяет выполнять ее при работе станка.
Чистая вода с выхода фильтра также пропускается через емкость с ионообменной смолой; когда проводимость достигает заданной (обычно 10..50 мкСим/см), специальный клапан на выходе деионизатора перекрывают, прекращая доступ воды с низкой проводимостью в «чистовой» отсек. Надо заметить, что при плохой фильтрации грязь, попадающая в деионизатор, облепляет гранулы смолы, блокируя ее работу, поэтому своевременная замена фильтров не только улучшает состояние зазора, но и сохраняет дорогостоящую смолу. Деионизация, т.е. уменьшение проводимости воды, позволяет уменьшить ее шунтирующее действие, которое особенно проявляется в погружных станках, где площадь соприкосновения воды и проводящих поверхностей, связанных с проволокой и с заготовкой, велика, и эквивалентное сопротивление, включенное параллельно зазору, мало. Это малое сопротивление приводит к тому, что для достижения пробивного напряжения (десятки вольт) необходимо развить большую мощность генератора, что нехорошо само по себе; кроме того, при резистивной схеме балластное сопротивление, представляющее собой верхнее плечо делителя напряжения, должно быть мало, т.е. амплитуда тока после пробоя будет большой, что ухудшает шероховатость при подчистке. Уменьшение же пробивного напряжения за счет сужения зазора чревато нестабильностью процесса – небольшие колебания ширины сопровождаются либо короткими замыканиями, либо отсутствием пробоев; то и другое приводит к временному прекращению эрозии, т.е. появлению полос на поверхности. При использовании схемы с перезарядом конденсатора и коротких импульсах напряжения шунтирующее влияние воды проявляется меньше, но все равно ведет к увеличению минимальной энергии импульса и ухудшению шероховатости. Слишком высокая проводимость воды нежелательна еще по причине ускоренного окисления и электролитического растворения заготовки и элементов конструкции станка, если напряжение генератора технологического тока содержит заметную постоянную составляющую. Для таких активных металлов, как алюминий, окисная пленка заметно ухудшает условия электроэрозионной обработки. Кроме того, соли жесткости воды портят трубопроводы и вызывают повышенную коррозию.
Охлаждение чистой воды производится либо прокачиванием ее через теплообменник холодильного агрегата, либо помещением охлаждаемой спирали непосредственно в «чистовой» отсек. Оптимальным является поддержание температуры воды, которая нагревается при прохождении через насосы и за счет выделения тепла при эрозии, близкой к температуре воздуха. Это обеспечивает минимальные искажения формы детали из-за тепловых расширений и позволяет поддерживать равновесное состояние при фиксированной мощности холодильника, если температура воздуха изменяется. Поэтому в современных системах диэлектрика кроме датчика температуры воды используется в качестве опорного также датчик температуры воздуха. Чтобы не происходило слишком частое включение и выключение холодильника из-за влияния случайных факторов, при регулировании вводится гистерезис на dT=0.5..1 градуса, т.е. температура воды, при которой холодильник включается, на dT выше температуры, при которой он отключается. Точно так же вводится гистерезис и при регулировании проводимости, и вообще всегда, если параметр регулирования – непрерывная величина, а управляющее воздействие дискретно.
Во многих станках, особенно старых, суппорт UV расположен в непосредственной близости от верхней камеры и вместе с ней перемещается по оси Z. Если такой станок – погружной, (например, AGIE-100/200), возникает проблема регулирования уровня воды в рабочей ванне, поскольку он не может быть ниже верхней направляющей, но не может быть выше подвижных частей или электромоторов суппорта UV, т.е. номинальный уровень воды задается координатой Z. Поскольку при резании используется промыв с притоком воды, в любом случае превышающем утечки, регулирование осуществляется периодическим открыванием сливного клапана. Текущий уровень определяется специальным измерителем, для которого достаточна точность 5..10мм. Измеритель фирмы AGIE построен в виде дискретного потенциометра, представляющего собой многоступенчатый резистивный делитель напряжения, каждая ступень которого соединена с выходной клеммой через герметичный контакт (геркон); все герконы размещены равномерно и смонтированы вместе с резисторами на узкой вертикальной плате, помещенной в герметичную неферромагнитную (латунную) трубку, причем включаются герконы кольцевым магнитом, прикрепленным к тороидальному поплавку, надетому на трубку. Напряженность поля, создаваемого магнитом, такова, что при любом его положении один или два ближайших соседних геркона замкнуты, так что при перемещении поплавка с магнитом вдоль трубки при изменении уровня воды выходное напряжение делителя соответственно пропорционально изменяется, не проваливаясь до 0 при переходе к новому уровню. В альтернативной конструкции, где суппорт UV и вообще все элементы, боящиеся воды, расположены далеко от зоны обработки (как, например, в станках SODICK), точное программное регулирование уровня воды в рабочей ванне не нужно; уровень может грубо ограничиваться сверху передвижной заслонкой, через которую происходит перелив излишков через дренаж в ресурсную ванну.
Система диэлектрика может выполнять и некоторые вспомогательные функции, например, аспирацию (всасывание) из зазора, в то время как с другой стороны подается струя под давлением. Аспирация используется также для отвода небольшого количества утечек из-за неидеальных уплотнений при выводе проволоки из ванны ниже уровня воды. Иногда в систему диэлектрика входит специфический насос, создающий давление в несколько десятков бар при небольшом расходе воды для промыва зазора при проделывании заходных отверстий в заготовке с помощью электроэрозии, где в качестве электрода-инструмента используются латунные стержни диаметром около 3 мм с внутренними каналами для подачи воды. В некоторых конструкциях прецизионных станков используются отдельные трубопроводы для водяного охлаждения токоподводов, электромоторов и др.
Заключение
Перечислим основные факторы, влияющие на качественные показатели станка – точность, производительность и шероховатость поверхности, имея в виду, что все системы станка исправны.
Ошибки при изготовлении детали складываются из ошибок установки, базирования, позиционирования и связанных с особенностями технологии. Если горизонтальная поверхность (база) заготовки не параллельна плоскости XY, то даже если проволока выставлена по нормали к базе, будут ошибки искажения масштаба, если плоскость базы не параллельна данной оси. Причины ошибок позиционирования частично рассмотрены в соответствующем разделе и связаны в основном с неточностью изготовления направляющих, недостаточной жесткостью конструкции, непараллельностью и неперпендикулярностью соответствующих осей и др.; эти ошибки в большинстве систематические и могут быть скомпенсированы программно. Ошибки базирования обусловлены ошибками контактных измерений, которые можно уменьшить увеличением времени усреднения и специальной обработкой результатов, а также обеспечением постоянных условий измерений, например, в струе воды.
Специфические ошибки проволочно-вырезных станков в основном связаны с непрямолинейностью проволоки как электрода-инструмента на рабочем участке и с неодинаковой ее толщиной по высоте реза из-за постепенного износа от входа в зазор до выхода. Непрямолинейность проволоки вызвана ее прогибом под действием сил электромагнитной и газодинамической природы; при первичном резе равнодействующая этих сил направлена в горизонтальной плоскости по касательной к траектории, описываемой центром проволоки на данной высоте, в сторону прорезанного участка, при повторных проходах – по нормали к обрабатываемой поверхности. Эти силы уравновешиваются только силами упругости проволоки. Прогиб тем больше, чем толще заготовка, выше интенсивность эрозионного процесса и меньше ширина промежутка. Причиной непрямолинейности проволоки являются также колебания под действием струй промыва. Износ проволоки вызывает конусность вертикального профиля реза, колебания – «бочку», которая усугубляется неоднородностью зазора: при симметричном промыве концы зазора содержат меньше продуктов эрозии, чем его центр. Очевидно, прогиб проволоки не вызывает искажения формы на прямолинейных участках контура при первом резе, но проявляется при изменении направления тем сильней, чем меньше радиус поворота, поэтому на участках с большой кривизной уменьшается скорость подачи, мощность генератора и принимается ряд других мер, совокупность которых называется стратегией обработки углов и малых радиусов. Простейшей, но очень эффективной мерой при прохождении угла является «выстой», т.е. прекращение движения в вершине угла при работающем генераторе и перемотке на время, достаточное для выпрямления проволоки. Во всех случаях увеличение натяга проволоки уменьшает описанные вертикальные искажения; точность также повышается при уменьшении давления промыва и увеличении зазора. Когда длины связанных элементов при двухконтурном резании сильно различаются или тангенциальные составляющие скорости проволоки в базовой и вторичной плоскостях направлены противоположно, возникают дополнительные ошибки конусности, поскольку разные скорости подачи на разных высотах соответственно приводят к разной ширине зазора. Значительные ошибки формы детали могут быть также вызваны силами внутренних напряжений закаленной заготовки в процессе резания; для уменьшения этих искажений применяются различные меры разгрузки заготовки: уменьшение высоты реза фрезерованием паза вдоль контура до закаливания (при изготовлении матриц), выполнение предварительных разрезов в местах концентрации напряжений, специальная термообработка и др. Самым надежным способом устранения таких искажений является многопроходная обработка с увеличенным припуском на первом проходе. Ошибки, связанные с тепловым расширением заготовки и элементов конструкции станка, можно уменьшить поддержанием стабильной температуры воздуха в помещении, где установлен станок и охлаждением воды до температуры воздуха; в погружном станке эти ошибки меньше, чем в струйном, благодаря стабилизирующему действию большой массы воды в рабочей ванне.
Основным фактором, повышающим производительность резания, является увеличение мощности, выделяемой в зазоре, т.е. энергии (амплитуды и длительности) и частоты импульсов тока; проблема только в том, чтобы выдержала проволока, но это и есть самое сложное. Наиболее действенным является хороший промыв, т.е. количество воды, прокачиваемое через эрозионный промежуток в единицу времени; ее увеличение неизбежно связано с повышением давления, которое ограничивается параметрами насоса и щелями между камерами и поверхностью заготовки. Щели больше 0.1 мм приводят к существенному падению давления в эрозионном промежутке, и, хотя общий расход воды может быть даже больше, она утекает мимо. С другой стороны, слишком плотное прижатие камер к заготовке может вызывать их смещение от нормального положения в горизонтальной плоскости за счет сил трения; в любом случае – упругие или неупругие смещения – это ошибки контура. Если же сдвинется заготовка – это скорее всего неисправимый брак. Другие факторы, повышающие стойкость проволоки – увеличение диаметра, повышение скорости перемотки и обеспечение ее стабильности при умеренном натяге, специальное покрытие (оцинковка). Наконец, очень важно поддержание оптимальных параметров эрозионного промежутка за счет регулирования скорости подачи и мощности генератора.
Шероховатость поверхности, измеренная вдоль проволоки, зависит от энергии и формы импульсов тока: глубина лунок тем меньше, чем меньше длительность (при постоянной энергии). Размер неровностей в поперечном направлении больше, чем в продольном, за счет неидеальной формы проволоки и флюктуаций вектора скорости подачи, которые вызывают нестабильность бокового зазора при подчистке. Для уверенного пробоя напряжение поджига должно быть достаточно велико, но энергия и длительность импульса тока малы; с этой точки зрения нужно уменьшать проводимость воды и выходную емкость генератора, основную часть которой составляет емкость эрозионного кабеля.
17 июля 2005г. E-mail: v_souvorov@mail.ru