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电火花EDM/线切割 |
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数控低速走丝电火花线切割技术与日俱新 |
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作者：苏州电加工机床研究所 陈德忠 来源：雅式工业专网 |
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电火花加工机床（EDM）用於模具加工已相当成熟。EDM技术在模具工业中的作用和地位还将不断攀升。在我国，技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具不断增长，催生了诸多高新技术模具加工设备，高效、精密、数控低速走丝电火花线切割机床（LSWEDM）便是其中的一个典型代表。
在冲压模加工中“独树一帜”
在冲压模加工方面，数控低速走丝电火花线切割机床可谓独树一帜。只是在相当长的一段时间 ，限於LSWEDM加工後的表面质量问题，影响了模具的寿命，故其一直未能作为最终加工的手段。近几年来，LSWEDM在加工表面质量上的问题得以解决，同时这一技术有了质的飞跃，获得了超群的加工性能。
LSWEDM主要用於精密、高效、长寿命冲压模的加工制造。标志着冲压模先进水平的是多工位级进模，这种模具具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长、生产效率高及耗能耗材低等一系列特点。较具代表性的有以下几种：
1. 机电一体化的电机铁芯自动叠片硬质合金多工位级进模。其精度达2μm，步距精度达3μm，拼块精度1μm，双回转精度1’，表面粗糙度Ra 0.10~0.40μm。具有自动冲压、叠片、扭槽、分组、回转等功能，模具寿命达1.0亿次以上。
2. 精密、高效、长寿命的空调器翅片多工位级进模。其精度达2μm，凹凸模工作面近千处，冲裁间隙为0.01mm的有300多处，同类型可互换，模具寿命达2亿次以上。
3. 高难度成形的彩管电子枪零件，G5底25工位硬质合金级进模。其精度达2μm，冲制0.245mm厚的无磁不锈钢，制品精度±5μm，模具寿命3000万次以上。
4. 高水平的集成电路框架32工位级进模。其精度达2μm，模具冲速达350~500次/分，寿命5000万次以上。
5. 手机连接器50工位级进模，其精度达2μm，步距精度3μm，冲速400次/分以上，模具寿命2亿次。
在这些精密、高效、长寿命模具的加工制造中，LSWEDM是不可缺少的关键设备，特别是作为模具关键部位的硬质合金型孔加工，更成为LSWEDM大显身手的“舞台”。反过来，不懈满足这些高新技术模具加工需求的过程本身，又有力促成了LSWEDM技术的不断进步。
LSWEDM高效加工技术的新进展
1. 最大加工效率
在我国，LSWEDM的最大加工效率刚达到300-400mm2/min。在国外，最近有了新的突破。最大加工效率依赖於窄脉宽高峰值电流脉冲电源的开发，国外在窄脉宽的情况下，其最大峰值电流1200A，甚至更高，高峰值电流与其他条件配合（各种控制方式、供液条件、复合电极丝等），可使最大加工效率达到500mm2/min。
例如，瑞士GF阿奇夏米尔公司的AGIE CUT PROGESS机床采用数字化的IPG智能电源，用φ0.33mm的电极丝，其最大加工效率可达500mm2/min以上。值得一提的是，该机床配备的e-cut电源，使用标准电极丝在加工效率达350~500 mm2/min的情况下，Ra可达0.8μm（图1），这种能达到Ra 0.8μm水平的高效粗加工，对於最终实现精密加工的多次切割来说，可节省约50%的加工时间，减少约40%的滤芯消耗、40%的树脂消耗、60%的丝材消耗，技术经济效益相当明显。 
图1 PROGRESS机床在Ra 0.8μm时的最大加工效率
2. 平均加工效率
由於需要使用粗丝（φ0.33~0.36mm），而精密加工只能用细丝（例如φ0.10mm等），因此最大加工效率在精密冲压模加工中往往难於应用。GF阿奇夏米尔公司开发的双丝切割机床，可进行电极丝的自动交换，实现了粗加工用粗丝、精加工用细丝，不仅大幅提高平均加工效率，还实现精密加工。
瑞士GF阿奇夏米尔的ROBOFIL 2050TW、ROBOFIL 6050TW双丝加工机床，解决了精密和高效加工的矛盾，使总体加工时间大为缩短，一般可节省30~50%的加工时间，同时可节省价格昂贵的细丝，有效降低了加工成本。
3. 变截面加工效率
LSWEDM在模具实际加工过程中，不可避免地会遇到不同的加工截面。随着加工截面的变化，通过自动检测，能够根据截面的变化自动控制加工能量，使加工效率自始至终保持最佳状态，这也是提高变截面加工效率的一种有效措施。
例如，日本三菱公司的FA系列机床采用了加工电源控制系统，该系统由工件厚度检测器、加工状态检测器和脉冲能量输出控制器等部分组成，以适应加工截面的变化，尤其适合台阶形、中空形、薄形等零件加工，能有效防止断丝，提高加工效率。
图2显示出这种智能化加工技术的实例。在应用了最大能量控制专家系统的场合，只需在该系统中输入电极丝直径和类型、工件材料即可自动进行最佳加工，根据加工过程中不同的加工厚度自动增减加工能量，以保持最高加工效率。经验证，采用这一专家系统之後，加工效率一般能提高约30%。
图2 有无最大能量控制专家系统的加工比较
LSWEDM加工表面质量的新突破
加工表面质量决定了LSWEDM能否直接进入精密加工领域。有关LSWEDM技术在加工表面质量改善的新突破，主要体现在以下两方面。
1. 优化放电能量的新型电源
电火花加工时，为保持同样的加工效率，在放电能量相同的原则下，采取压缩放电时间和增大峰值电流I的方法可以优化脉冲能量，从而较大程度地改观表面质量。
2. 防电解（AE）脉冲电源
一系列的生产实践证明，AE脉冲电源是控制工件表面电化学反应的最有效方法。
AE电源的交变脉冲是平均电压为零的脉冲电源，由於交变脉冲使OH—离子在工作液中处於振荡状态，不趋向於工件及电极丝，可以防止工件表面的锈蚀氧化，硬质合金的钴结合剂也不会流失，与优化放电能量配合，可使表面“变质层”控制在1μm以下，这样，LSWEDM加工的硬质合金模具的寿命便能达到机械磨削的水平。
LSWEDM加工精度上新台阶
1. 新兴精密机床结构
提高LSWEDM的加工精度是个系统工程，除了脉冲电源、各种控制系统、工作液系统、加工工艺技术等等以外，精密机床结构也是非常重要的基础因素。
在精密机床结构方面，例如GF阿奇夏米尔的AGIE CUT VERTEX机床。
该机床采用了类似三坐标测量机的三点吸振支撑结构，各轴的运动不会影响其他轴的精度；各运动轴采用直线光栅尺与编码器双测量回馈伺服系统，其位置检测控制精度达0.1μm。为满足φ0.02mm电极丝的精密切割加工，机床上设置了两个电极丝探测器以检测丝的运行状态，以精确控制丝的张力、吸收振动和隔绝外界乾扰等。此外，该机床还推出了锥度切割新功能，有效提高了锥度切割精度。
2. 多次切割加工工艺
LSWEDM粗、精加工的多次切割加工不是新技术，但它是实现精密加工的重要工艺技术，能体现整机的总体水平。可以说，多次切割最终加工的工艺指标如何，可直观体现出精密机床的设计制造技术、数控技术、智能化技术、脉冲电源技术、精密传动及控制技术、工作液系统等等的水平高低。
代表LSWEDM精密加工的主要指标是加工精度和表面粗糙度。对於加工精度，国外各厂商的表达方式各不相同。在我国以国家标准检验加工精度。
尽管这样，对於高档LSWEDM来说，以其完善的表面质量（无变质层），高水平的加工精度，完全可对各类精密冲压模进行最终精密加工，无需手工抛光等後道工序，因此工件表面不会有任何抛光损伤。
3. 细丝切割加工技术
细丝切割属於精密加工技术。过去的细丝切割丝径为φ0.05mm，现在则已达到φ0.02mm。细丝切割加工中的自动穿丝功能十分重要，目前已能对φ0.02mm的细丝进行自动穿丝。在一台机床上进行粗、细丝自动交换加工，是双丝系统LSWEDM的明显优势。
在冲压模加工中，细丝用於内清角加工，用φ0.02mm的细丝，可加工出内角半径为15μm的清角。在IC行业中，集成电路框架模的细丝切割加工，有其重要的应用价值。目前集成电路引线脚已多达100根以上，其引线的线脚间距很小，模具材料一般为硬质合金，所以适合细丝加工。其他则还可用於如微型接插件、微型马达铁芯、微型齿轮等的模具加工。
在LSWEDM加工精度方面，除上述内容外，还有如锥度加工精度、拐角加工精度、平直度等。
当前，瑞士GF阿奇夏米尔公司、日本沙迪克公司、日本三菱等的LSWEDM应为国际知名品牌，我国的内资企业苏州电加工机床研究所有限公司、苏州三光科技股份有限公司等的LSWEDM当属国内领先水平。(end)
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(5/31/2009) |
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