模具加工的雙重挑戰(zhàn)

在電極的設計和制造中，采用一個好的解決方案可以使生產(chǎn)順利進展、消除不必要的加工步驟、降低誤差率和重復加工，從而實現(xiàn)自動化。

    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模具加工應用領域中，EDM的專家們揭示了這樣一種發(fā)展趨勢：自動化程度的提高，結合無人化操作加工，使模具的加工精度越來越高，表面質(zhì)量越來越好。

    許多模具制造商確信，如果他們擁有高質(zhì)量的EDM放電加工機床，他們就能夠擺脫低級劣質(zhì)石墨的困擾，但實際上，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先生面臨一個雙重挑戰(zhàn)：即生產(chǎn)任務緊迫和技術不熟悉。該公司的項目涉及到一個加速器踏板支架的模具制造，其中加強筋的生產(chǎn)需要大量耐熱和耐腐蝕銅合金的鑲刀片。

    雖然他做過許多按用戶要求加工的工作，但Double先生習慣于處理解決同類型項目上普遍存在的問題，如模腔尺寸、加強筋深度、關鍵細節(jié)以及所希望的表面光潔度。一般來說，這些問題與加工工作所需的石墨有關。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出完成該項目所需的工時。

    那些有著多種金屬加工經(jīng)驗的生產(chǎn)人員，認識到這個任務可能都比較困難，碰到的問題可能也比較多。更麻煩的是，加工材料還是Double先生不熟悉的。雖然他對加工高含銅量合金具有一定的經(jīng)驗，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，而且加工時間較長，因此一般只用于加工小部件的內(nèi)腔。但是現(xiàn)在這個項目，加工的尺寸較大，而且外形比較復雜。

    根據(jù)以往經(jīng)驗，Double先生進行了計算，確定了所需的石墨電極數(shù)量。其結論是：完成這一模具所需的兩個模芯加工，將要花費4個星期的EDM加工時間。他必須找到一個更好的生產(chǎn)辦法，以便按時完成這項工作任務。

尋找解決方案

    創(chuàng)新、質(zhì)量和客戶滿意度以及高素質(zhì)的員工隊伍是Concept Molds公司的核心。凡是到工廠參觀的人員，都會發(fā)現(xiàn)到這些價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)有技術的是按時完成工作計劃的關鍵。為滿足客戶需求，公司組織員工討論，并設法找到最佳生產(chǎn)方法。

    Double先生知道，要解決這個問題需要找到適合的石墨電極。一般來說，POCO公司的EDM200和EDM3等級均可滿足加工的需要。Double先生打電話給他的石墨供應商Belmont設備公司（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，以減少加工時間。這一建議是Shore先生根據(jù)自己所積累的關于石墨材料的知識而做出的。Shore先生參加過POCO公司的EDM技術培訓班，懂得各等級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，談話內(nèi)容就轉入到價格問題。最初的估價是有關整塊的石墨。EDM-C200的價格差不多相當于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先生并沒有立即接受，他需要了解一下這么高價格的石墨是否真的有用。

驗證結果

   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的生產(chǎn)問題的證明，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)及其所期望的結果，他要求POCO公司提供技術支持，并要求其專家Jerry Mercer先生提出有關機床加工參數(shù)的應用建議。

    根據(jù)加強筋的厚度和燒蝕加工深度，實際上Mercer先生很快就證實了EDM-C200（10mm級）而不是EDM-3（5mm級）最適合于這一應用目的。另一個考慮的因素是因為在每一個槽的角落都帶有圓角半徑，而不是需要維護的小半徑銳角。

    其次，Mercer先生和Double先生將含銅的石墨與普通石墨進行了對比。他們認為：在燒蝕加工外來的金屬時，含銅的石墨應該使用負極。銅合金的高導熱性可使整個工件的火花能量很快消散，而不會在停工期間將能量隔離在火花可見的范圍內(nèi)，形成一個金屬熔池。

    電極的負極可以使電流逆向倒流，從而可進一步優(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，能量通過電極被傳送到工件，更好地讓電流通過電極，不會給加強筋的截面?zhèn)魉瓦^量的電能。

    雖然清洗條件很差，但由于操作時間很短，而停工時間很長，一個很深的加強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筋工作的不穩(wěn)定的因素，并導致性能下降。

使用研究

    Double先生翻閱了他的整本技術手冊，同時，Mercer先生也比較了EDM-200與EDB-C200的金屬切削速度。Mercer先生實際上使用了電腦程序來進行比較，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。事實證明，對于耐熱耐腐蝕的合金銅應用領域而言，EDM-C200的物理特性具有一定的優(yōu)點，它可降低磨損和提高速度。關于電極的數(shù)量問題也展開了討論，Mercer先生相信，由于其磨損較少，在計劃中的每一套26種電極中，至少有一種電極可以取消。

    Double先生準備在三菱EX-22機床上燒蝕加工這一工件。Mercer先生熟悉在這種機床上的加工，他知道在master pack軟件包中有一個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)進行調(diào)整。

    EDM-C200可以用于更強的燒蝕加工，于是兩人進一步討論增加電極下面的尺寸，以便于增加電流。由于有了加工加強筋的電極，工作時間和停工時間也需要調(diào)整。Double先生應用這一信息創(chuàng)建了一個程序，采用這一程序，他可用所選擇的電極材料，加工這一應用領域的金屬，以便達到最佳的效率。

開始生產(chǎn)

    現(xiàn)在一切準備就緒，可以開始生產(chǎn)。EDM-C200已經(jīng)訂購，電極的制造也已開始。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個電極將用于燒蝕加工兩個模腔。電極的生產(chǎn)進展順利，燒蝕加工的工作已準備就緒。

    由于三菱EDM有一個32位的換刀裝置，因此大部分工作可以無人化操作運行。Double先生將其手機置于機床的監(jiān)控器之下，當出現(xiàn)問題時，他會及時得到報警。