Самодельное эрозионное копировально-прошивное приспособление от AlexAlcoa.

Первым толчком к реализации данного проекта был сломанный метчик в крупной медной заготовке, для его удаления на скорую руку был собран вибратор на базе втягивающего от стартера ну и собственно с задачей он справился. Затем затачивая резец, возникла мысль, почему бы не сделать стружкоотводящую канавку на твердосплавной пластине эрозией тем, более приспособление уже есть, правда попытка реализовать идею с имеющимся оборудованием не принесла успеха. Но мысль осталась, и поиск в сети принес несколько идей/практических реализаций самодельных приспособлений уровнем повыше, чем вибратор на базе электромагнита. В итоге на базе имеющейся информации и собственного опыта/видения вопроса я начал строить сабж. В творческих страданиях, с периодическими обострениями, ведь важен не только результат, но и сам процесс!, родилась такая концепция.

За базу был взят дубовый релаксационный генератор RC (ведь первые станки были на его базе и на них же работали…), привод электрода небольшой шаговый двигатель 1,8гр/шаг, система управления приводом на базе микроконтроллера PIC16F628 функция контроля напряжения МЭП (межэлектродный промежуток).
Транзисторный генератор активно рассматривался, но был отложен в связи с более сложной реализацией и смутного представления его преимуществ, правда, сейчас я строил бы сабж на его базе.
Микроконтроллер был выбран на основе того что можно реализовать довольно гибкую систему за счет программных решений так же у меня в этой сфере есть некоторый опыт работы.

Механика приспособления в основном состоит из подающей головки-держателя электрода. Она полностью самодельная и выглядит так:

Для зажима электрода используется 3х кулачковый патрон 0-8мм от электроотвертки, соединяется с подвижным штоком через текстолитовый изолятор, также для полых электродов сделал несколько держателей на фиксированный диаметр с подводом промывающей жидкости. Деталировка головки:

Полный ход штока 45мм, двигатель работает в полушаге => перемещение 0,0025мм/шаг, скорость перемещения электрода получилась ~200мм/мин.

Стойка держатель головки и заготовки собиралась из подручных материалов, оцинкованный профиль, стойки от мебели, тиски из леруа и т.п.


Промывка МЭП сейчас выполнена в виде «клизмы» . Пяти литровая баклажка от омывайки подвешивается под потолком, в ее крышку имплантирован штуцер, к которому подключен шланг 4мм и жидкость подается в рабочую зону.

Все электрические потроха очень долго собирались в почти законченный блок, и на данный момент выглядят так.

Все работает, как и задумывалось ну или почти все


Теперь то, что хотелось бы поправить сейчас.
Параметры генератора, особенно трансформатора и номиналов резисторов у меня, наверное, получились не очень удачные. Схема и номиналы такие:


1)Транс ОСМ1-160ВА слабоват и мало напряжение питания генератора сейчас АС 50в, думаю заменить транс на ОСМ-250ВА (габаритами в плане почти такой же) и намотать вторичку на 70-75в переменки. По идее это должно привести к повышению стабильности процесса эрозии и увеличению его производительности.

2)Балластный резистор, регулируется ступенями 119, 43, 36, 23 Ом. Значение 119 Ом практически не применимо из за электролиза в воде. Хотя возможно, на керосине и будет работать, можно летом на свежем воздухе поэкспериментировать. В принципе максимум можно оставить, а вот минимум желательно снизить до 5-10ом.

3)Реализовать режим релаксации электрода т.к. при его заглублении процесс замедляется, сейчас это сделано на базе тупого генератора через определенные промежутки времени электрод приподнимается, затем возвращается назад. Нужно дополнить сабж блоком, следящим за работой генератора (процессом эрозии), определения КЗ в МЭП и уже на базе этих данных принимать решение о подъеме электрода.

4)Теорию автоматического управления я учил уже давно, и подсчитать реакцию системы не могу но, на мой взгляд, можно спокойно увеличить скорость подачи электрода раза в 2-3 (сейчас частота шагов порядка 1,3кГц). Здесь пока упираюсь в скорость микроконтроллера или нужно полностью переписать его программу, что на данном этапе нереально

По железу вроде все.

+Большое спасибо за помощь форумчанам Anton_S и neon.

Далее опубликую несколько тестовых работ выполненных на моем приспособлении. Предупреждаю сразу что фото и видео постановочные т. к. для подробной съемки в гаражно полевых условиях у меня нет возможности... но тем не менее результаты/выводы идентичны реальным.

Тест 1
Заготовка: сменное лезвие строительного ножа, толщина 0,3мм.
Электрод:
1) медная трубка d4/3мм, Lнач=79.90мм.
2) сменная бита H4, шестигранник S=4мм, L=50.1мм
Жидкость: водопроводная вода, P~0.1ат.
Параметры RC: не фиксировалось, различные режимы...
Процесс: Iмэп=0,6-1,1а Uмэп=33-40в, стабильно на всей глубине 0,3мм .
Время работы:
~20мин (10 круглых отверстий)
~9мин (3 отверстия, шестигранных)
Результат

Видео прошивки шестигранника:


Электрод 1, до/после.

Lкон=77,23мм (подача воды через электрод).

Износ электрода:
79,90-77,23=2,67мм (0,27мм/отв.) => 89,0% к толщине 3мм (0,3мм * 10отв)
Сильный износ электрода, дефекты поверхности со стороны электрода.

Электрод 2, до/после 1отв/после 3х отв.

Lкон=48,53мм (подача воды сбоку)

Износ электрода:
50,10-48,53=1,57мм => 174,4% к толщине 0,9мм (0,3мм * 3отв)

Очень сильный износ электрода, дефекты поверхности со стороны электрода намного меньше чем от круглого медного электрода.

Сообщение отредактировал AlexAlcoa: 10 May 2016 - 10:44

В некоторых источниках утверждается то что если последовательно/параллельно МЭП добавить диод для гашения противо-ЭДС это позволит снизить износ электрода, проверяем...

Тест 2а (без диода, последовательно МЭП)
Заготовка: внешняя обойма подшипника №202, толщина 2,82мм (канавка ~2мм).
Электрод: медная трубка 4/3мм, Lнач=77.23мм
Жидкость: водопроводная вода, P~0.1ат.
Параметры RC: R=23.4Ом, С=20мкф.
Процесс: Iмэп=1,1-1,5а Uмэп=25-35в, стабильно на всей глубине.
Время работы: 17:30
Результат:

Видео работы:


Электрод после.

Lкон=75,32/74,03мм (подача воды через электрод).

Износ электрода:
77,23-75,32=1,91мм => 95,5% к толщине 2мм
77,23-74,03=3.20мм =>113,4% к толщине 2.82мм

Сильный износ электрода, дефекты поверхности со стороны электрода.


Тест 2б (с диодом 3хКД213А, последовательно МЭП)
Заготовка: внешняя обойма подшипника №202 (аналогично, Тест 2а)
Электрод: медная трубка 4/3мм, Lнач=70.30мм
Жидкость: водопроводная вода (аналогично, Тест 2а).
Параметры RC: RC: R=23.4Ом, С=20мкф (аналогично, Тест 2а)
Процесс: Iмэп=1,1-1,5а Uмэп=25-35в, стабильно на всей глубине.
Время работы: 17:09
Результат:

Электрод после.

Lкон=68,48/67,30мм (подача воды через электрод)

Износ электрода:
70,30-68,48=1,82мм => 91,0% к толщине 2мм
70,30-67,30=3.00мм =>106,4% к толщине 2.82мм
(использование диода последовательно с МЭП снижает износ электрода 5-6%, незначительно)

Сильный износ электрода, дефекты поверхности со стороны электрода.

Сообщение отредактировал AlexAlcoa: 10 May 2016 - 10:34

Тест 3
Заготовка: отрезной резец Р6М5, толщиной 3,8мм.
Электрод: бронзовый шестигранник S=6.9мм, Lнач=30.82мм
Жидкость: водопроводная вода, P~0.1ат.
Параметры RC: R=23.4Ом, С=20мкф, диод.
Процесс: Iмэп=1,3а Uмэп=30в, стабильно до глубины ~3мм далее нужна «релаксация» электрода.
Время работы: 49:10
Исходное состояние:

Видео работы/процесса:


Результат + электрод после:

Lкон=29,95мм (подача воды через электрод).

Износ электрода:
30,82-29,98=0,84мм => 22,1% к толщине 3,8мм

Относительно небольшой износ электрода по сравнению с тестами 1 и 2.
Большие дефекты поверхности со стороны электрода.



Вроде все. Все кто дочитал досюда думаю уже имеют представление о сабже Теперь если не сложно прошу ответить на несколько вопросов и дать рекомендации по улучшениям:

• как снизить износ электрода в идеале до минимальных величин хочу 0,1-1% но если уложиться в 10% думаю будет успех? Это вообще возможно? Что для этого нужно?
  
• дефекты поверхности со стороны электрода с чем связаны (электролиз)? визуально когда заготовка прошита вокруг отверстия черный плотный налет который механически удаляется и под ним раковины? +на меди такого эффекта не наблюдается.

Сообщение отредактировал AlexAlcoa: 10 May 2016 - 10:35

Износостойкость электрода зависит от температуры плавления и испарения евоного материала.важна также электропроводность.
Поэтому лучший материал спец.графит н вольфраммистая медь.
Так же важен режим генератора,кроме поджигающего и рабочего
нужен защитный ипульс.
Для каждого конкретного случая нужна своя настройка генератора.
Кроме напряжения и тока нужно управлять частотой,скважностью,
полярностью,частотой пакетов импульсов,количеством импульсов в
пакете,формой импульса.
Можен и можно добиться износа в 0,1%,я не знаю,
обычно делают два три электрода : черновой,получистовой
и чистовой.
Однако ваша работа и то что оно работает
реально удивляет.
Какая у вас частота генератора? Можно регулировать контроллером?

Генератор у меня регулируемый ступенчато, за счет изменения величин сопротивления зарядного резистора и емкости конденсаторов. Изменяя их параметры, меняются ток через МЭП -I, среднее напряжение -U, и частота -F. Все эти параметры связаны между собой и задать в данной схеме допустим фиксированную частоту нельзя U/I/F находятся в каком то балансе с МЭП и кучи внешних параметров.
Реальная частота которую я фиксировал на осциллографе в районе 50-450Гц.

Судя по Вашему сообщению у Вас генератор полупроводниковый, управляемый, типа ШГИ? При его работе бывают дефекты поверхности заготовки в районе входа электрода? Какую жидкость используете?

Может износ электрода высокий за свет повышенной электропроводности жидкости? Вроде в пром. аппаратах деионизированная вода и пр. диэлектрики

да,у меня ШГИ и станок 4л721ф1.
нет,дефектов на кромке вообще нет.
на бочке с жидкостью написано:рабочая жидкость РЖ-8
жиже чем минеральное масло,не загорается,и при проливе
испаряется насухо,хоть и медленно.
Запах есть,но ни на что не похож.
завтра поснимаю,покажу.
с керосином или маслом несоветую связываться,
без вытяжки это будет ужасть.

lekalschik (10 May 2016 - 19:50) писал:

Электропроводность наверное влияет на дефекты заготовки, на электрод вроде не должно. Ведь на заготовке анод (+) на электроде катод (-) по идее должна растворяться заготовка а на электроде наоборот происходить восстановление. Правда я немного слаб в химии .

Думаю надо попробовать прошить деталь в дистилированной воде и сравнить результаты по дефектам и износу электрода.

Сообщение отредактировал AlexAlcoa: 11 May 2016 - 22:39

oby1, больше спасибо за видео и режимы работы генератора. Можно несколько вопросов:
Приборы на генераторе показывают напряжение и ток МЭП, правильно?
Из какого материала заготовки и электрод?
На сколько хватает электрода при данных режимах?
Почему частота 8кГц выбрано по какой то методике или просто опыт?

oby1 (10 May 2016 - 21:00) писал:

Я так понимаю в станке на видео это она. Жидкость одноразовая или фильтруется для повторного использования?
Если фильтруется то какими фильтрами просто бумага/поролон/сетка или какой то специальный?
Насос для промывки развивает большое давление или можно "заткнуть пальцем"?
Если в курсе РЖ-8 продается свободно и можно ли ее купить не бочками, где берете?

Сорри за кучу вопросов

Сообщение отредактировал AlexAlcoa: 11 May 2016 - 22:47

Добрый вечер коллега. Я бы попробовал РЕЗКО уменьшить площадь паразитной индуктивности - то есть приблизил конденсаторы к электроду как можно ближе - это вероятно позволит увеличить энергию одиночного разряда за счёт увеличения крутизны нарастания и спада импульсов тока. А также поставил бы параллельно МБМ ( или у вас МБГО ? ) керамические конденсаторы ( из легкодоступных с малым Rпосл ) максимально возможной в ваших условиях емкости ( ну хотя бы 1мкф ) - и их тоже как можно ближе к электроду с деталью. У меня есть предположение что сильный износ электрода в вашем случае обусловлен в том числе содержанием хлора в водопроводной воде - стоит задуматься о дистилляте либо уходить сразу на комбинацию ЭХРО + ЭЭ и использовать корозионно активные электролиты содержащие соли железа меди или никеля..Мне предполагается что они могут частично за счет высаживания на катоде компенсировать искровой износ .... только стоит поиграть с конценрацией
Всё вышенаписанное - не более чем предположения
С уважением

Уменьшение паразитной индуктивности, уменьшение ESR конденсаторов бесспорно позволит увеличить dI/dt при эрозии. Однозначно нужная вещь, но на мой взгляд в основном повлияет на производительность процесса хотя и износ электрода тут тоже где-то рядом.
Мои конденсаторы МБГО их ESR не измерял tg d д.б. в районе 0,025. За совет спасибо, что то у меня этот момент вылетел, попробую зашунтировать полипропиленовыми конденсаторами.

Про хлорку даже не подумал возможно, я уже практически созрел до дистиллированной воды в качестве рабочей жидкости насоса и фильтра .

Для тех кто в танке, можно расшифровать сокращение ЭХРО + ЭЭ?
Что за электролиты "корозионно активные электролиты содержащие соли железа меди или никеля"? Это что то готовое? Они применяются при электрохимической или/и при электроискровой/электроимпульсной обработках?

AlexAlcoa
Аперметр показывает ток МЭПа,а вольтметр незнаю.В данном случае,
вхолостую показывает 70в,как начинает жечь,падает до 30в.
Заготовка У8, электрод графит.Одной заправки электрода хватает
на 4 детали,при съёме 5мм на 4 деталях угар электрода пр.0,1мм.
Режимы.Когда 2г.назад начал осваивать станок,мне показали только
3 кнопки,как включать нагрузку.Метод научного тыка не принёс успеха.
Электрод обгорал,загоралась жидкость,процесс не шёл.
Затем в столе нашёл тетрадочку,где мой предшестаенник,
записывал результаты экспериментов с описанием скорости,
обгорания,чистоты, результата.
Его режимы оказались даже лучше,чем рекомендуемые в паспорте
станка,который я позже нашёл.
Далше я уже сам продвигался.Например ВК20 коряво жгётся и только на 22кгц,хотя когда заказывали на другом заводе,было всё очень чисто
и точно.Звонили туда насчёт режима,так опер начал мямлить,что на
каждом станке свой режим,пробуй сам,короче не раскололся.
Жидкость прогоняется через фильтры,какие?незнаю,не чистил,работаю на нём
в неделю 5-6 часов,положено чистить раз в пол года при односменной
работе.
При мне ещё не покупали жидкость.
Точное название РЖ-8У.
В паспорте написано для лёгких работ рж-3,для
спецсталей,твёрдосплавов рж-8.Керосином нельзя
категорически разбавлять.
Хотя на старой работе крутой Agie в керосине работал.
Электроэрозия это не электрохимия,это пробой,искра.
Что бы искра на малом напряжении не пробивала,применяют
жидкости диалектрики,чем более диалектрические,тем пробой
позже,ближе и сильнее.Последние сверхскоростные проволочники
уже в керосине работают.

Добрый вечер коллега.
1. ЭХРО +ЭЭ = электрохимическая размерная обработка + электроэрозия подразумевая что удаление материала с детали производится испарением + анодным растворением.
По поводу коррозионно активного электролита - только мое предположение и оно выглядит так - берем соль никеля или меди которая не сильно диссоциирует при растворении в воде ну например сульфат никеля тогда при возникновении разряда сульфат никеля будет частично разваливаться в плазме канала разряда а если напряжения нехватает для возникновения разряда - то работает механизм анодного растворения и высаживания на катоде никеля который предположительно частично скомпенсирует разрушение от искровой эррозии
Написанное - является предположениями ... и сам механизм взаимодействия сильно аппаратно зависим
с уважением

Прошу покритиковать и дать какие либо предложения по системе водооборота.
В качестве рабочей жидкости предполагается дистиллированная вода с возможным переходом на специальную жидкость типа РЖ-3, РЖ-8 (маловязкую глубокогидрированную фракцию из сернистых нефтей) или какой либо аналог.
Общая схема предполагается такая:

Есть какие либо замечания?
Может что то неправильно т.к. гидравлик я так себе...

Насос с двигателем постоянного тока без щеточный питание 12в (для электробезопасности)
максимальный напор 3м
производительность 4л/мин

(фото с алиэкспресса)
Как думаете достаточно такого насоса или нужен более производительный? Предполагаемый перепад высоты 0,5м.

Фильтр магистральный водопроводный со сменным картриджем (из не тканной нити):

Достаточно ли такого фильтра для удаления продуктов эрозии?
Будет ли увеличиваться проводимость жидкости с таким фильтром или потребуется какой то специальный фильтр?
Т.к. насос не самовсасывающий фильтр по идее должен создавать минимальное сопротивление потоку воды, как думает получится с таким фильтром?

Кроме этого собрать все это планирую на полипропилене/силиконовых шлангах как в дальнейшем, если использовать спец жидкости поведет себя пластик/силикон не рассыпется/задубеет?

Сообщение отредактировал AlexAlcoa: 15 May 2016 - 21:07

AlexAlcoa,
Не , ну так насос не пойдет ... Он будет вхолостую работать . Пока уровень менее . Сделай забор сбоку( снизу) на высоте 20-30 мм от дна . И поставь перегородку, что бы отделить поступающую жидкость от заборной секции

И еще - я бы поставил магнитный уловитель .

Сообщение отредактировал Anton_S: 15 May 2016 - 21:17

Выглядит всё очень симпатично.Насос выдержит длительную работу?
Промывка нужна для удаления из МЭПа вырванных частичек материала и
пузырей газа.Всё зависит от сложности формы электрода.Если есть
труднопромываемые полости,то напор побольше,если простая форма и
неглубоко,то достаточно слабого напора.
Я стал замечать,что искры нечинаются за 0,5 мм до детали,
наверно жидкость уже грязная - фильтры забиты.
Шланги можно и из ПВХ.Но для РЖ обязательно вытяжка
нужна,запах очень специфический.Я уже не ощущаю,а кто
посторонний заходит,сразу спрашивает,что за шняга пахнет.
А конечная цель какая? для простой пробивалки дырок,
слишком скурпулёзный подход,кмк.
Спасибо за расшифровку РЖ.

Anton_S (15 May 2016 - 21:16) писал:

Точно Антон это я сам себя перехитрил Идея была простая изменяя высоту трубки перелива изменять уровень жидкости в рабочем баке. Нужен еще один бак где хранится жидкость. Т.е. жидкость из рабочего бака через перелив поступает в накопительный/буферный и уже из него забирается насосом и через фильтр подается в рабочую зону-бак. Сейчас нарисую.

+Вот:

Объем накопительного/буферного бака д.б. больше чем рабочего. Как то сложно получается...

Как проще всего реализовать магнитный уловитель? Положить магнит в колбу фильтра?

Сообщение отредактировал AlexAlcoa: 15 May 2016 - 22:01

AlexAlcoa, плеснуть вам кастроловского диэлектрика канистрочку?