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数控低速走丝电火花线切割技术与日俱新
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EDM/线切割展厅
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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。

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。

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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%。

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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)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (5/31/2009)
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