電火花加工和高效銑削

在過去的十年里，工具和模具制造業(yè)發(fā)生了重大變化，幾乎沒有任何一個(gè)行業(yè)能比該工業(yè)領(lǐng)域更能明顯地令人感受到全球化發(fā)展的跡象。一方面，許多人工成本高的工作崗位向東歐和亞洲進(jìn)行轉(zhuǎn)移；另一方面，則是引入新的工藝技術(shù)，迫使企業(yè)重新安排他們的生產(chǎn)流程，并進(jìn)行持續(xù)不斷的投資，以便有針對性地挖掘企業(yè)新的潛力。

    特別是采用電火花加工和以高速加工方式的高效銑削來制造注塑模和壓鑄模的復(fù)雜三維型腔和模芯，制造鍛模的凸模和鍛模，以及制造沖模、壓印凸模、粉末冶金沖壓凹模和吹模等。

    電火花加工是一種熱腐蝕的加工工藝，加工時(shí)幾乎沒有力的作用。而高速銑削則是一種采用一定幾何形狀的刀刃進(jìn)行切削的加工工藝。即使從這些常常不太注意的區(qū)別中，就能為某些應(yīng)用確定基本能力的一些特征。高速銑削通過加工轉(zhuǎn)向，在制造石墨電極和銅電極中站穩(wěn)了腳跟，從這個(gè)角度來看，高速銑削工藝已成為電火花加工工藝的一種互補(bǔ)的加工工藝。

這兩種加工工藝的特征是什么？

    首先是由于刀具材料技術(shù)的迅速發(fā)展，以及對刀具和工件間作用過程的深刻認(rèn)識(shí)，由此使高速銑削成為可能。正確分配和排除由切削所產(chǎn)生的熱是一個(gè)重要準(zhǔn)則，特別是在加工淬硬的工具鋼時(shí)，加工過程應(yīng)進(jìn)行參數(shù)化，使刀刃切削區(qū)產(chǎn)生的溫度接近工件材料的熔化溫度或高于這個(gè)熔化溫度。只有當(dāng)該條件被滿足時(shí)，才能使加工過程正常進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的加工。作為刀具，是采用涂層的現(xiàn)代精細(xì)顆粒硬質(zhì)合金，而涂層材料則根據(jù)工件的材質(zhì)進(jìn)行選擇。在工具和模具制造中，典型的刀具直徑從0.2mm至16mm是足夠了，在這里，刀具長度與刀具直徑的比值(l/d)最大可達(dá)到10至15，有時(shí)也存在例外的情況。

    在進(jìn)行電火花加工（EDM）時(shí)，兩個(gè)通過施加電壓的電極（工件和電極）在絕緣的液體介質(zhì)（電介質(zhì)）里相互長時(shí)間的進(jìn)行靠近，直到在電場尖端產(chǎn)生火花放電，并在電極之間連續(xù)地形成一個(gè)伴有材料轉(zhuǎn)移的等離子體通道，通過不斷重復(fù)這個(gè)過程，可以從導(dǎo)電的工件材料上蝕除掉可觀的材料量。最佳邊緣條件的精確調(diào)整，可以在很大程度上影響電火花加工過程的效率和可靠性。這就意味著放電的參數(shù)化，智能地蝕除下來的微粒和選擇特別合適的工具電極材料。因此，相應(yīng)機(jī)床的開發(fā)費(fèi)用首先在于為終端用戶準(zhǔn)備合適的工藝參數(shù)，以及采用現(xiàn)代和最快的電氣設(shè)備。

    盡管高速銑削有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但對于一些幾何形狀復(fù)雜的構(gòu)件，只能采用電火花加工才能精密和可靠地進(jìn)行加工。

兩種加工工藝的優(yōu)劣勢

    在最近的十年里，高速銑削不僅減少了電火花加工的市場占有率，而且也使常規(guī)銑削加工減少了市場份額，高速銑削還擠進(jìn)了硬加工領(lǐng)域。

    人們可以基于這樣的看法：采用高速銑削和電火花加工，在構(gòu)件的加工精度（形狀誤差可達(dá)到2～5μm的數(shù)量級(jí)）方面，在很大程度上均能達(dá)到同等的水平。一個(gè)不同尋常之處是5軸高速銑削，這種銑削加工的精度要稍許低一些。

    當(dāng)然，這樣的限制也同樣適用于具有多于三個(gè)軸的電火花加工機(jī)床。即使從可以達(dá)到的加工表面質(zhì)量（Ra=0.1μm）看，目前，這兩種加工工藝都能達(dá)到同等的水平，而高速銑削則占有小小的優(yōu)勢。在實(shí)際生產(chǎn)中，電火花加工受到下列限制：電火花加工所能達(dá)到的加工表面質(zhì)量取決于電極的作用面積，若增大作用面積，則所能達(dá)到的表面質(zhì)量會(huì)下降。如果要達(dá)到所要求的表面質(zhì)量，那么同時(shí)將會(huì)成比例地增加必要的加工時(shí)間。與電火花加工相比，高速銑削的加工表面的大小不會(huì)影響其加工的表面質(zhì)量。而對銑刀的使用壽命則會(huì)是一種限制，對于塑料零件的表面結(jié)構(gòu)化（原文：Struktuierung，根據(jù)譯者的理解，這里所述的表面結(jié)構(gòu)化是指在零件表面有規(guī)律地布置諸如花紋、網(wǎng)格等凹凸的幾何圖案。—譯注），如果由加工工藝特長來制造型腔和模具型芯的表面結(jié)構(gòu)，顯然電火花加工工藝具有優(yōu)勢。如果沒有工件表面結(jié)構(gòu)方面的要求，例如，對具有光滑和光亮表面的塑料件，對于鍛模及鍛模的凸�；蛘邔τ趬鸿T模，當(dāng)仔細(xì)觀察一下表面的加工質(zhì)量，可以認(rèn)為高速銑削是一種快速的加工工藝。粗加工時(shí)，在所能達(dá)到的單位時(shí)間材料切除量，或精加工時(shí)，在單位時(shí)間可實(shí)現(xiàn)的加工表面積，高速銑削比電火花加工有著3～4倍的速度優(yōu)勢。但是，就無人操作運(yùn)行來說，電火花加工設(shè)備在自動(dòng)化運(yùn)行方面應(yīng)該說過程是比較可靠的，這種設(shè)備在一天工作之后還可以繼續(xù)運(yùn)行。

    與高速銑削相比，電火花加工的突出優(yōu)點(diǎn)之一是加工工藝與所加工的材質(zhì)硬度和韌性完全無關(guān)。實(shí)際觀察表明，高速銑削工藝在加工58～60HRC這樣的材質(zhì)硬度時(shí)是完全沒有問題的，當(dāng)工件硬度高于這個(gè)數(shù)值時(shí)，刀具的磨損便開始加劇。刀具的磨損程度與所要加工的材料硬度有關(guān)，肯定也與工件的韌性有關(guān)聯(lián)。這樣，便可以采用專門推薦的銑刀幾何角度來適應(yīng)硬材料和韌性材質(zhì)的加工。 

   如果兩種材質(zhì)的特征非常不同，可以通過有針對性的選擇銑刀以獲得最佳的解決方案。而加工特別硬或者加工非常堅(jiān)韌的材料是有困難的。

   與電火花加工相比，高速銑削還受到另外一個(gè)條件的限制，即型腔深度對寬度的比例。型腔深度對型腔內(nèi)壁轉(zhuǎn)角處半徑的比例對高速銑削也有著類似的限制。轉(zhuǎn)角處的半徑愈小和對其的接近性愈差，則加工所存在的問題愈嚴(yán)重。為此，基本上需要采用長度對直徑的比例較大的銑刀。一些因素與這些加工問題會(huì)同時(shí)起作用，如材料的硬度和韌性、加工的情況（排屑，潤滑液供給）、銑刀的質(zhì)量、刀具夾緊裝置的質(zhì)量（圓跳動(dòng)）以及加工戰(zhàn)略等就屬于這些因素。而采用電火花加工能相對容易地解決這類加工任務(wù)。對此，兩種加工工藝可以例如在加工單元中不同尋常地進(jìn)行組合是有意義的。對于這種組合，通過電火花加工來完成那些用高速銑削不可能完成的加工任務(wù)。

    電火花加工機(jī)床和高速銑床的運(yùn)行費(fèi)用在很大程度上是相當(dāng)?shù)�。前提是以相同類型的機(jī)床進(jìn)行相互比較。在進(jìn)行這種比較時(shí)，刀具（銑刀、電極的制造）、輔助材料（工作介質(zhì)、微量潤滑油）、備件和互換性零件（心軸、軸和螺桿等）以及排放（工作介質(zhì)、切屑、電火花加工的淤渣）等費(fèi)用的考慮是一個(gè)重要因素。

結(jié)論

    在工具和模具制造中誰是贏者，是高速銑削還是電火花加工？對這個(gè)問題是不可能作出明確和肯定的回答的。盡管高速銑削有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是，另一方面，有一些幾何形狀復(fù)雜的構(gòu)件仍只能采用電火花加工來進(jìn)行精確和過程可靠的加工。所以，就目前的技術(shù)發(fā)展水平看，寧可將這兩種加工工藝看作是互補(bǔ)的工藝而進(jìn)行應(yīng)用。因?yàn)�，對于加工電極，高速銑削的優(yōu)點(diǎn)是公認(rèn)的，所以許多工具和模具制造廠家轉(zhuǎn)向采用高速銑削工藝，但與此同時(shí)，還應(yīng)更好地認(rèn)識(shí)到高速銑削與電火花加工是一種工藝伙伴的關(guān)系。

系統(tǒng)的提供者

    GF AgieCharmilles（阿奇夏米爾）（www.agiecharmilles.com）是瑞士Georg Fischer（屋奧菲舍爾）工業(yè)康采恩的一個(gè)子公司，是世界上提供工具和模具制造以及精密零件加工用機(jī)床和系統(tǒng)的重要供應(yīng)廠家。機(jī)床供應(yīng)的重點(diǎn)是電火花加工機(jī)床（Agie和Charmilles）和銑削加工機(jī)床（Mikron）。在電火花加工領(lǐng)域里，一個(gè)齊全的產(chǎn)品品種（EDM是所有電火花加工工藝的縮略詞，包含了傳統(tǒng)電火花加工（DEDM—Die Electro Discharge Machining）和電火花線切割加工（WEDM—Wire Electro Discharge Machining））。在銑削加工領(lǐng)域里的產(chǎn)品主要用來進(jìn)行高效加工、高速加工和單件、小批量直到中批量零件的加工任務(wù)。應(yīng)用于這些加工任務(wù)的機(jī)床產(chǎn)品其品種有從價(jià)格便宜的供生手用的機(jī)床直到復(fù)雜和高精度的高端機(jī)床。把多個(gè)單一的工藝過程連接成一個(gè)電火花加工和高效加工過程的自動(dòng)化裝置及軟件也屬于整個(gè)供應(yīng)商品的范圍。像銑削主軸、輔件和易損件等這些零部件的制造和銷售是企業(yè)另一個(gè)重要業(yè)務(wù)。該企業(yè)的特征數(shù)值：在2006年AgieCharmilles公司共3099個(gè)職工在全世界獲得11億瑞士法朗（相當(dāng)于7.1億歐元）的收入。在全球共有50多個(gè)經(jīng)營場所，在三個(gè)國家生產(chǎn)機(jī)床。根據(jù)Agie Charmilles公司提供的資料，在全世界已安裝該公司的機(jī)床臺(tái)數(shù)共計(jì)超過了100000臺(tái)。