模具加工的雙重挑戰(zhàn)

在電極的設(shè)計(jì)和制造中，采用一個(gè)好的解決方案可以使生產(chǎn)順利進(jìn)展、消除不必要的加工步驟、降低誤差率和重復(fù)加工，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

    耐熱耐腐蝕銅合金模芯與一些EDM-C200電極，從塑料成品上可以看到其中一部分加強(qiáng)筋圖中所示為帶芯的電極，可加工必要的切割深度

    在線切割和EDM模具加工應(yīng)用領(lǐng)域中，EDM的專(zhuān)家們揭示了這樣一種發(fā)展趨勢(shì)：自動(dòng)化程度的提高，結(jié)合無(wú)人化操作加工，使模具的加工精度越來(lái)越高，表面質(zhì)量越來(lái)越好。

    許多模具制造商確信，如果他們擁有高質(zhì)量的EDM放電加工機(jī)床，他們就能夠擺脫低級(jí)劣質(zhì)石墨的困擾，但實(shí)際上，要獲得正確合適的EDM加工精度，石墨的質(zhì)量起著非常重要的作用。

     Concept Molds公司（位于密執(zhí)安州的Schoolcraft）的EDM模具加工部經(jīng)理Chris Double先生面臨一個(gè)雙重挑戰(zhàn)：即生產(chǎn)任務(wù)緊迫和技術(shù)不熟悉。該公司的項(xiàng)目涉及到一個(gè)加速器踏板支架的模具制造，其中加強(qiáng)筋的生產(chǎn)需要大量耐熱和耐腐蝕銅合金的鑲刀片。

    雖然他做過(guò)許多按用戶(hù)要求加工的工作，但Double先生習(xí)慣于處理解決同類(lèi)型項(xiàng)目上普遍存在的問(wèn)題，如模腔尺寸、加強(qiáng)筋深度、關(guān)鍵細(xì)節(jié)以及所希望的表面光潔度。一般來(lái)說(shuō)，這些問(wèn)題與加工工作所需的石墨有關(guān)。只要了解了加工要求，大多數(shù)生產(chǎn)人員就能夠精確地估計(jì)出完成該項(xiàng)目所需的工時(shí)。

    那些有著多種金屬加工經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)人員，認(rèn)識(shí)到這個(gè)任務(wù)可能都比較困難，碰到的問(wèn)題可能也比較多。更麻煩的是，加工材料還是Double先生不熟悉的。雖然他對(duì)加工高含銅量合金具有一定的經(jīng)驗(yàn)，但僅限于小的鑲刀片加工。由于EDM模具加工的是電極的磨損量大，而且加工時(shí)間較長(zhǎng)，因此一般只用于加工小部件的內(nèi)腔。但是現(xiàn)在這個(gè)項(xiàng)目，加工的尺寸較大，而且外形比較復(fù)雜。

    根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，Double先生進(jìn)行了計(jì)算，確定了所需的石墨電極數(shù)量。其結(jié)論是：完成這一模具所需的兩個(gè)模芯加工，將要花費(fèi)4個(gè)星期的EDM加工時(shí)間。他必須找到一個(gè)更好的生產(chǎn)辦法，以便按時(shí)完成這項(xiàng)工作任務(wù)。

尋找解決方案

    創(chuàng)新、質(zhì)量和客戶(hù)滿(mǎn)意度以及高素質(zhì)的員工隊(duì)伍是Concept Molds公司的核心。凡是到工廠參觀的人員，都會(huì)發(fā)現(xiàn)到這些價(jià)值正反映在流水線作業(yè)員工身上。在Concept公司，充分利用現(xiàn)有技術(shù)的是按時(shí)完成工作計(jì)劃的關(guān)鍵。為滿(mǎn)足客戶(hù)需求，公司組織員工討論，并設(shè)法找到最佳生產(chǎn)方法。

    Double先生知道，要解決這個(gè)問(wèn)題需要找到適合的石墨電極。一般來(lái)說(shuō)，POCO公司的EDM200和EDM3等級(jí)均可滿(mǎn)足加工的需要。Double先生打電話(huà)給他的石墨供應(yīng)商Belmont設(shè)備公司（在密執(zhí)安州的Madison Heights）的John Shore先生，告訴他這一工作的要求以后，Shore先生建議采用一種含銅的石墨，像EDM-C200那種，以減少加工時(shí)間。這一建議是Shore先生根據(jù)自己所積累的關(guān)于石墨材料的知識(shí)而做出的。Shore先生參加過(guò)POCO公司的EDM技術(shù)培訓(xùn)班，懂得各等級(jí)石墨之間的不同性能和各種加工參數(shù)的重要性。

    在推薦EDM-C200后不久，談話(huà)內(nèi)容就轉(zhuǎn)入到價(jià)格問(wèn)題。最初的估價(jià)是有關(guān)整塊的石墨。EDM-C200的價(jià)格差不多相當(dāng)于Double先生通常使用的EDM-200的4倍，然后還需加上高成本加工。Double先生并沒(méi)有立即接受，他需要了解一下這么高價(jià)格的石墨是否真的有用。

驗(yàn)證結(jié)果

   不久，Shore先生就這一材料可以解決EDM加工高含銅量合金相關(guān)的生產(chǎn)問(wèn)題的證明，例如加工耐熱和耐腐蝕的銅合金。由于Double先生不熟悉EDM-C200的加工參數(shù)及其所期望的結(jié)果，他要求POCO公司提供技術(shù)支持，并要求其專(zhuān)家Jerry Mercer先生提出有關(guān)機(jī)床加工參數(shù)的應(yīng)用建議。

    根據(jù)加強(qiáng)筋的厚度和燒蝕加工深度，實(shí)際上Mercer先生很快就證實(shí)了EDM-C200（10mm級(jí)）而不是EDM-3（5mm級(jí)）最適合于這一應(yīng)用目的。另一個(gè)考慮的因素是因?yàn)樵诿恳粋�(gè)槽的角落都帶有圓角半徑，而不是需要維護(hù)的小半徑銳角。

    其次，Mercer先生和Double先生將含銅的石墨與普通石墨進(jìn)行了對(duì)比。他們認(rèn)為：在燒蝕加工外來(lái)的金屬時(shí)，含銅的石墨應(yīng)該使用負(fù)極。銅合金的高導(dǎo)熱性可使整個(gè)工件的火花能量很快消散，而不會(huì)在停工期間將能量隔離在火花可見(jiàn)的范圍內(nèi)，形成一個(gè)金屬熔池。

    電極的負(fù)極可以使電流逆向倒流，從而可進(jìn)一步優(yōu)化工件的能量。石墨中的銅含量可以增加電極的導(dǎo)電率，產(chǎn)生較低的電阻，有利于更有效的燃燒加工。由于較低的ER，能量通過(guò)電極被傳送到工件，更好地讓電流通過(guò)電極，不會(huì)給加強(qiáng)筋的截面?zhèn)魉瓦^(guò)量的電能。

    雖然清洗條件很差，但由于操作時(shí)間很短，而停工時(shí)間很長(zhǎng)，一個(gè)很深的加強(qiáng)筋可以很快地清除出里面的微粒，并將間隙清理干凈。這些殘留物將是加強(qiáng)筋工作的不穩(wěn)定的因素，并導(dǎo)致性能下降。

使用研究

    Double先生翻閱了他的整本技術(shù)手冊(cè)，同時(shí)，Mercer先生也比較了EDM-200與EDB-C200的金屬切削速度。Mercer先生實(shí)際上使用了電腦程序來(lái)進(jìn)行比較，以確定石墨和含銅石墨在耐熱和耐腐蝕銅合金上的百分比差別。

圖中所示為帶芯的電極，可加工必要的切割深度

    在這一點(diǎn)上，他們討論了兩種材料的速度與磨損之間的不同。采用EDM-C200所期望的電極磨損量要比正常的石墨少20%，而金屬的切削速度則提高了兩倍多。事實(shí)證明，對(duì)于耐熱耐腐蝕的合金銅應(yīng)用領(lǐng)域而言，EDM-C200的物理特性具有一定的優(yōu)點(diǎn)，它可降低磨損和提高速度。關(guān)于電極的數(shù)量問(wèn)題也展開(kāi)了討論，Mercer先生相信，由于其磨損較少，在計(jì)劃中的每一套26種電極中，至少有一種電極可以取消。

    Double先生準(zhǔn)備在三菱EX-22機(jī)床上燒蝕加工這一工件。Mercer先生熟悉在這種機(jī)床上的加工，他知道在master pack軟件包中有一個(gè)E編碼程序適用于5mm粒度的含銅石墨。為了利用10mm粒度的EDM-C200，需要將加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

    EDM-C200可以用于更強(qiáng)的燒蝕加工，于是兩人進(jìn)一步討論增加電極下面的尺寸，以便于增加電流。由于有了加工加強(qiáng)筋的電極，工作時(shí)間和停工時(shí)間也需要調(diào)整。Double先生應(yīng)用這一信息創(chuàng)建了一個(gè)程序，采用這一程序，他可用所選擇的電極材料，加工這一應(yīng)用領(lǐng)域的金屬，以便達(dá)到最佳的效率。

開(kāi)始生產(chǎn)

    現(xiàn)在一切準(zhǔn)備就緒，可以開(kāi)始生產(chǎn)。EDM-C200已經(jīng)訂購(gòu)，電極的制造也已開(kāi)始。Concept Molds公司的線切割EDM經(jīng)理Brad Gaddis先生加工了26套電極：每一套中的4個(gè)電極將用于燒蝕加工兩個(gè)模腔。電極的生產(chǎn)進(jìn)展順利，燒蝕加工的工作已準(zhǔn)備就緒。

    由于三菱EDM有一個(gè)32位的換刀裝置，因此大部分工作可以無(wú)人化操作運(yùn)行。Double先生將其手機(jī)置于機(jī)床的監(jiān)控器之下，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，他會(huì)及時(shí)得到報(bào)警。