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模具电火花机床加工技术的发展

    数控电火花成形机(NCSEDM机床)各项工艺指标虽然已达到了很高的水平,可是在高速铣(HSM)迅速发展的今天,其发展空间仍受到了一定的挤压。但由于HSM在加工凹型腔时还存在一定的问题,包括深槽窄缝的加工,内清角的加工,棱边清晰的加工,细微、复杂、精密加工,深型腔(L/D≧5)的加工等,还有超硬材料的加工也不是HSM的特长,因此还是显示了NCSEDM机床的发展前景。从NCSEDM机床的新工艺、新技术、新产品的发展角度来看,国外几个著名厂商还是处于领先优势。

 

    日本牧野公司的电极自动交换(AEC)和工件自动交换(AWC)的EDGE2全自动NCSEDM机床。AEC采用EROWA ITS系统、3R宏系统或牧野的Y形系统,分直接交换式和旋转式二种。直接交换式电极容量为4根,旋转式电极容量为8~32根,使用卡盘适配器交换时最大电极重量(含电极夹具)40 kg,AEC交换时间一般为20s;AWC具有通用性的工件库和工件货盘交换装置,容易确认的平面工件库适合于复杂模具加工。采用辅助工作台,以便于大工件的自动交换,采用工作液快速处理技术,使下一个工件的交换变得更快、更可靠。该机床还具有工作液恒温控制(±0.5 ℃),Ra0.18μm的超精加工技术(电极:直径40 mm铜,工件:NAK80),R0.015mm的锐角加工技术以及添加剂为μSC的混粉加工技术等。日本沙迪克公司的AM45L同样是全自动的NCSEDM机床,具有电极和工件自动交换功能,采用的是EROWA系统。

 

    瑞士夏米尔公司也开发了混粉加工技术,ROBOFORM 350γ混粉加工机床,该机床采用1.5 L罐装Gamma M1×50混粉,可以用混粉工作液进行粗、精加工,并在同一台机床上可实现普通工作液和混粉工作液二种加工方式,从混粉加工转换到普通工作液加工,约需2 h的过滤时间,而从普通工作液转换成混粉加工,只要30 min的准备时间。混粉加工时不用过滤器。混粉的使用寿命为400h,甚至更长一些。混粉可以实现Ra0.2μm的精加工,即使加工面积的大小变化,也能加工出Ra0.2μm的工件表面。例如,加工30mm×30mm×5mm的型腔,材料为W300钢,用同样的加工工艺,普通工作液Ra0.5μm,而混粉工作液Ra0.18μm,而且缩短了加工时间,降低了约30%的电极损耗。

 

阿奇夏米尔的ROBOFORM 350γ机床,采用了混粉加工技术

 

    以上从技术先进性介绍的全是国外机床,但从中可以看出:国外厂商已认识到中国用户需求水平在不断提高,重视开拓全自动NCSEDM机床的中国巿场。包括AEC、AWC、专家系统等成套的全自动NCSEDM机床在国内还没有开发,虽有AEC及专家系统的NCSEDM机床,但在实际应用中还存在不少问题。AEC在实际生产中应用不多,并缺乏按加工类别细分,适合各种加工条件的完善的专家系统。因此,我们的机床从实验室的工艺水平到生产厂的出厂工艺水平,再到用户实际使用的工艺水平,实际上是逐步下降的。除了其他各种因素外,机床操作中较多的人工干预是造成上述问题的重要原因。提高自动化程度,避免或减少人工干预是解决这一问题的有效途径。所以,提高EDM自动化水平是EDM的重要发展方向。混粉加工已有较长的历史了,日本的沙迪克、三菱、牧野等公司都开发应用了混粉加工技术,而瑞士阿奇夏米尔公司却迟迟不动,这次瑞士夏米尔公司展出了混粉加工技术ROBOFORM 350γ。这样国外知名厂商都各自开发了混粉加工技术,这也从另一方面说明混粉加工有其重要的应用价值。从这些来看,我国的NCSEDM机床近年来发展不快。

 

    国内LSWEDM机床呈现迅速发展的趋势。本届模展上展出LSWEDM机床的除最早开发生产的苏州电加工机床研究所、苏州三光集团等外,还有上海大量、北京安德、苏州宝玛等企业。台湾企业在大陆生产LSWEDM机床并参加展出的公司有:上海京美、昆山乔懋、苏州群伦、昆山庆鸿等。国内具有自主知识产权并具有代表性的LSWEDM机床开发生产企业是苏州所和苏三光等,其DK76系列产品在国内具有领先水平。以苏三光的DK7632为例,该机床开发的高峰值电流(近千安培)、窄脉宽(纳秒级)、无电解、无限流电阻电源,使最大加工速度达到350 mm2/min,最佳表面粗糙度可达Ra0.3μm;无电解加工技术为消除工件变质层,提高加工表面质量创造了条件;取消放电回路限流电阻和功率释放电阻,不但可简化结构,而且与有电阻相比,可节能40%~60%;机床还具有工艺数据库和多任务网络通讯等特点。该机床达到了国内领先水平及国际同类产品的先进水平。

 

    专用数控电火花加工机床不多,最近通过鉴定的苏州电加工机床研究所的数控电火花轮胎模加工机床具有明显的创新性和实用性。该机床适用于人力车、摩托车、卡车、轿车等轮胎模制造,特别适用于高速轮胎模的制造。该机床的“一种环件花纹电火花加工专用设备的床体”专利技术,提出了电火花轮胎模具加工专用设备合理的运动分布及整机布局;机床的卸荷技术,使机床的承载量与同规格机床相比提高了将近一倍,扩大了轮胎模的加工范围,并使该部件的成本降低了20%,现已申请国家专利;精确的多自由度调节机构,使运动轴之间、运动轴与安装面之间达到了较高的综合精度,结合高精度的电极装夹柄,保证了模具中型腔位置的准确性和一致性;精确的分度功能和高性能的Z轴伺服特性,提高了模具中由花块型腔的底面和侧面所形成的空间组合曲面精度,保证了轮胎的圆度和动平衡性能。机床的自适应控制高效脉冲电源,实现了高性能稳定加工;专用数控系统及专用软件,功能强大,操作简单,自动化程度高;升降式油槽可实现浸入式加工,避免了由于冲液加工引起的火灾危险等。机床自开发生产以来,已销售了300多台,产值达2700多万元,具有良好的技术经济效益。

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