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电火花EDM/线切割 |
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电极的设计和制造的双重挑战 |
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作者：Jerry Mercer |
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在线切割和EDM模具加工应用领域中，EDM的专家们揭示了这样一种发展趋势：自动化程度的提高，结合无人化操作加工，使模具的加工精度越来越高，表面质量越来越好。
许多模具制造商确信，如果他们拥有高质量的EDM放电加工机床，他们就能够摆脱低级劣质石墨的困扰，但实际上，要获得正确合适的EDM加工精度，石墨的质量起着非常重要的作用。
Concept Molds公司（位于密执安州的Schoolcraft）的EDM模具加工部经理Chris Double先生面临一个双重挑战：即生产任务紧迫和技术不熟悉。该公司的项目涉及到一个加速器踏板支架的模具制造，其中加强筋的生产需要大量耐热和耐腐蚀铜合金的镶刀片。
虽然他做过许多按用户要求加工的工作，但Double先生习惯于处理解决同类型项目上普遍存在的问题，如模腔尺寸、加强筋深度、关键细节以及所希望的表面光洁度。一般来说，这些问题与加工工作所需的石墨有关。只要了解了加工要求，大多数生产人员就能够精确地估计出完成该项目所需的工时。
那些有着多种金属加工经验的生产人员，认识到这个任务可能都比较困难，碰到的问题可能也比较多。更麻烦的是，加工材料还是Double先生不熟悉的。虽然他对加工高含铜量合金具有一定的经验，但仅限于小的镶刀片加工。由于EDM模具加工的是电极的磨损量大，而且加工时间较长，因此一般只用于加工小部件的内腔。但是现在这个项目，加工的尺寸较大，而且外形比较复杂。
根据以往经验，Double先生进行了计算，确定了所需的石墨电极数量。其结论是：完成这一模具所需的两个模芯加工，将要花费4个星期的EDM加工时间。他必须找到一个更好的生产办法，以便按时完成这项工作任务。
耐热耐腐蚀铜合金模芯与一些EDM-C200电极，从塑料成品上可以看到其中一部分加强筋图中所示为带芯的电极，可加工必要的切割深度
寻找解决方案
创新、质量和客户满意度以及高素质的员工队伍是Concept Molds公司的核心。凡是到工厂参观的人员，都会发现到这些价值正反映在流水线作业员工身上。在Concept公司，充分利用现有技术的是按时完成工作计划的关键。为满足客户需求，公司组织员工讨论，并设法找到最佳生产方法。
Double先生知道，要解决这个问题需要找到适合的石墨电极。一般来说，POCO公司的EDM200和EDM3等级均可满足加工的需要。Double先生打电话给他的石墨供应商Belmont设备公司（在密执安州的Madison Heights）的John Shore先生，告诉他这一工作的要求以后，Shore先生建议采用一种含铜的石墨，像EDM-C200那种，以减少加工时间。这一建议是Shore先生根据自己所积累的关于石墨材料的知识而做出的。Shore先生参加过POCO公司的EDM技术培训班，懂得各等级石墨之间的不同性能和各种加工参数的重要性。
在推荐EDM-C200后不久，谈话内容就转入到价格问题。最初的估价是有关整块的石墨。EDM-C200的价格差不多相当于Double先生通常使用的EDM-200的4倍，然后还需加上高成本加工。Double先生并没有立即接受，他需要了解一下这么高价格的石墨是否真的有用。
验证结果
不久，Shore先生就这一材料可以解决EDM加工高含铜量合金相关的生产问题的证明，例如加工耐热和耐腐蚀的铜合金。由于Double先生不熟悉EDM-C200的加工参数及其所期望的结果，他要求POCO公司提供技术支持，并要求其专家Jerry Mercer先生提出有关机床加工参数的应用建议。
根据加强筋的厚度和烧蚀加工深度，实际上Mercer先生很快就证实了EDM-C200（10mm级）而不是EDM-3（5mm级）最适合于这一应用目的。另一个考虑的因素是因为在每一个槽的角落都带有圆角半径，而不是需要维护的小半径锐角。
其次，Mercer先生和Double先生将含铜的石墨与普通石墨进行了对比。他们认为：在烧蚀加工外来的金属时，含铜的石墨应该使用负极。铜合金的高导热性可使整个工件的火花能量很快消散，而不会在停工期间将能量隔离在火花可见的范围内，形成一个金属熔池。
电极的负极可以使电流逆向倒流，从而可进一步优化工件的能量。石墨中的铜含量可以增加电极的导电率，产生较低的电阻，有利于更有效的燃烧加工。由于较低的ER，能量通过电极被传送到工件，更好地让电流通过电极，不会给加强筋的截面传送过量的电能。
虽然清洗条件很差，但由于操作时间很短，而停工时间很长，一个很深的加强筋可以很快地清除出里面的微粒，并将间隙清理干净。这些残留物将是加强筋工作的不稳定的因素，并导致性能下降。
使用研究
Double先生翻阅了他的整本技术手册，同时，Mercer先生也比较了EDM-200与EDB-C200的金属切削速度。Mercer先生实际上使用了电脑程序来进行比较，以确定石墨和含铜石墨在耐热和耐腐蚀铜合金上的百分比差别。
图中所示为带芯的电极，可加工必要的切割深度
在这一点上，他们讨论了两种材料的速度与磨损之间的不同。采用EDM-C200所期望的电极磨损量要比正常的石墨少20%，而金属的切削速度则提高了两倍多。事实证明，对于耐热耐腐蚀的合金铜应用领域而言，EDM-C200的物理特性具有一定的优点，它可降低磨损和提高速度。关于电极的数量问题也展开了讨论，Mercer先生相信，由于其磨损较少，在计划中的每一套26种电极中，至少有一种电极可以取消。
Double先生准备在三菱EX-22机床上烧蚀加工这一工件。Mercer先生熟悉在这种机床上的加工，他知道在master pack软件包中有一个E编码程序适用于5mm粒度的含铜石墨。为了利用10mm粒度的EDM-C200，需要将加工参数进行调整。
EDM-C200可以用于更强的烧蚀加工，于是两人进一步讨论增加电极下面的尺寸，以便于增加电流。由于有了加工加强筋的电极，工作时间和停工时间也需要调整。Double先生应用这一信息创建了一个程序，采用这一程序，他可用所选择的电极材料，加工这一应用领域的金属，以便达到最佳的效率。
开始生产
现在一切准备就绪，可以开始生产。EDM-C200已经订购，电极的制造也已开始。Concept Molds公司的线切割EDM经理Brad Gaddis先生加工了26套电极：每一套中的4个电极将用于烧蚀加工两个模腔。电极的生产进展顺利，烧蚀加工的工作已准备就绪。
由于三菱EDM有一个32位的换刀装置，因此大部分工作可以无人化操作运行。Double先生将其手机置于机床的监控器之下，当出现问题时，他会及时得到报警。
原载MM《现代制造》(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(10/26/2006) |
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