高品質(zhì)電火花對汽車模具加工方案

    在汽車模具的精細(xì)加工中，電加工機(jī)床理應(yīng)是首選。作為世界電加工設(shè)備的頂級供應(yīng)商，瑞士夏米爾以其對電火花加工機(jī)床的半個(gè)世紀(jì)的深刻理解和精心研究，能為高附加值的汽車模具加工提供高品質(zhì)的解決方案！

精益求精的解決方案

    當(dāng)前對高檔模具的要求是型面紋理清晰，即表面平整、粗糙度均勻、邊角清晰、尺寸配合嚴(yán)格合縫。為達(dá)到上述要求，就需要透徹地研究電火花加工的機(jī)理：要保證所加工出的模具尺寸精、輪廓清，要求電加工設(shè)備的放電間隙一定要小，這就需要徹底解決小間隙下排屑困難、伺服性能要求高以及加工平穩(wěn)性等問題；在加工復(fù)雜型腔時(shí)，在不同方向上的加工難度和加工面積相差很大。為了保證高效率下放電間隙的一致性，要求單位面積上的加工時(shí)間應(yīng)該相等。這就需要采用平動(dòng)技術(shù)來合理分配時(shí)間，以消化這一不均勻。

1、小間隙放電的排屑問題

    為解決在小間隙下集中放電的問題，夏米爾采用數(shù)字全閉環(huán)伺服系統(tǒng)對小間隙加工的穩(wěn)定性進(jìn)行可靠的控制,加上機(jī)床本身精良的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造工藝,使機(jī)床在2ms內(nèi)響應(yīng)，隨后在2~4ms內(nèi)做出10mm的位移，而這正好是精加工中從首次放電到穩(wěn)定工作所需要拉開的距離。由于電火花加工采取集中放電的方式蝕除金屬，在首放電后，放電凹坑的翻邊凸緣以及大量電蝕產(chǎn)物對間隙會(huì)有污染，導(dǎo)致第二次放電也在附近發(fā)生。這樣就會(huì)在此局部產(chǎn)生一連串脈沖放電現(xiàn)象，直到此處變得相當(dāng)凹陷。在精加工中由于采用小間隙放電，電蝕產(chǎn)物擴(kuò)散慢，局部污染會(huì)比較嚴(yán)重，以致后續(xù)脈沖演變成電弧，使凹陷部更加粗糙。因此，夏米爾在機(jī)床中還使用了PILOT EXPERT III 專家系統(tǒng)，這一高檔的人工智能裝置能正確而迅速地檢測每一次脈沖，對它們進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)和判斷，并采用切斷能量脈沖及改變脈沖參數(shù)的方法，有效地改善了集中放電區(qū)的污染狀況，同時(shí)給伺服系統(tǒng)一個(gè)明確的微量回升信號(hào)。

    數(shù)字全閉環(huán)伺服系統(tǒng)和PILOT EXPERT III 專家系統(tǒng)的作用疊加完全能有效地控制集中放電脈沖串的長度。脈沖串越早終止，所加工型面的平面度就越好，但同時(shí)也帶來了效率偏低的問題。通常，脈沖串剛好在要起弧的當(dāng)口終止，這時(shí)效率最高。當(dāng)然這完全可以由操作者按工件圖面的要求來設(shè)定。

    在小間隙精加工中，還必須可靠地解決排屑問題。通常的做法是采用沖抽油沖刷排屑，以保證加工處于穩(wěn)定狀態(tài)，但不均勻的流場會(huì)造成不均勻的切屑堆積，對加工后的平面度影響很大，而且強(qiáng)烈的沖刷還會(huì)引起邊角異常損耗。在這方面，夏米爾提出的解決辦法是：在抬刀上下功夫。在精加工中抬刀的時(shí)間一般為0.2s左右，抬起高度大約有10倍的放電間隙，即將刀抬起0.4~0.6mm。

    在如此短的時(shí)間內(nèi)刀具行程如此之小，是很難達(dá)到高速的。同時(shí)由于間隙小，在抬起和恢復(fù)放電的瞬間還會(huì)形成相當(dāng)大的液壓力，一般在大約500cm2的精加工面積上就會(huì)產(chǎn)生3000N的反向壓力。所以說出力不夠根本就談不上高速。為此夏米爾加粗了傳動(dòng)絲杠，采用更大的軸承，以承受較高的反向力。同時(shí)為了保證在小面積的窄糟粗加工中獲得較高的抬刀速度，機(jī)床的最高速度被提高了2倍，接近3m/min，加速度達(dá)0.5g。例如，當(dāng)電極截面尺寸為2mm×20mm、被加工的型腔深度為100mm時(shí)，采用石墨電極加工僅需5.5h，采用紫銅電極加工僅需8.5h。像這樣將調(diào)速范圍拉大幾倍，對于對低速特性要求極高的電火花成形加工而言是很不容易的。

    事實(shí)上，僅僅在伺服系統(tǒng)上動(dòng)腦筋來壓縮抬刀占用的無效時(shí)間是很有限的。夏米爾采取的另一個(gè)措施是在PILOT EXPERT III 的控制下，使抬刀參數(shù)的設(shè)置隨加工深度不同而變化，即開始加工時(shí)可以不抬刀，或隨機(jī)伺服抬刀。同時(shí)間隙檢測的門檻也可以隨深淺度而變，在加工面較淺、排屑通暢時(shí)就卡得松一點(diǎn)，以便讓更多的脈沖放電。這兩項(xiàng)措施在40mm以內(nèi)的常見窄槽加工中效果很明顯，效率可提高1~2倍。

2、復(fù)雜型腔的加工

    對于復(fù)雜型腔的加工，采用平動(dòng)技術(shù)來合理分配時(shí)間是夏米爾的強(qiáng)項(xiàng)。夏米爾采用的ORB平動(dòng)軟件具有如下特點(diǎn)：

● 指令電極沿著要求的型面輪廓走，同時(shí)精修周邊和底面，這對控制尺寸極為有利。

● 電極可在型面方向伺服和抬刀，使得對型腔每個(gè)局部的精修與常規(guī)的主軸直上直下的放電相比沒有什么區(qū)別，加工穩(wěn)定可靠。

● 按1~2r/min的速度對周邊輪流放電，一層層地切削，不在一處停留過久，保證排屑通暢。

● 各向型面的實(shí)時(shí)加工余量與平動(dòng)速度掛鉤，使型腔長邊修整的時(shí)間比短邊顯著增加，從而補(bǔ)償了加工余量的不均勻。

    在模具加工中，還會(huì)遇到微量型腔的加工問題。微量型腔對中國用戶而言可能比較陌生，但其附加值極高。其特點(diǎn)是尺寸小、加工余量少、電極制造困難，故要求在機(jī)床加工中，盡可能減少損耗、提高成功率。為此夏米爾開發(fā)了一整套特殊工藝，將間隙檢測、加工參數(shù)設(shè)定和伺服靈敏調(diào)節(jié)統(tǒng)一整合，實(shí)施精量控制。在多微細(xì)型腔加工中，夏米爾的電加工機(jī)床已達(dá)到加工時(shí)間的一致性不超過5%、電極數(shù)量減少30%的成績。

3、消除表面微裂紋

    當(dāng)前公認(rèn)的高附加值的沖模是長壽命的硬質(zhì)合金精密沖模。在沖模的加工過程中，水劑工作液的電解破壞作用是影響沖模質(zhì)量的主要因素，其主要表現(xiàn)是：在開口表面粘接劑溶解，或表面產(chǎn)生微觀裂紋。一般情況下，表面微觀裂紋不僅會(huì)在電加工中產(chǎn)生，即使在磨削加工中，如果操作不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生。這主要是由于局部過熱，用工作液沖刷時(shí)又引起局部驟冷，致使表面開裂。實(shí)際上在采用平均電壓為零的交流脈沖電源以及用高電阻去離子水作為工作液后，電解的破壞作用已降低到最低程度。夏米爾公司在這方面的貢獻(xiàn)是解決了表面微觀裂紋的問題，技術(shù)措施是：

● 采用高峰值、窄脈沖使工件材料以氣相拋出。由于氣化熱大大高于融化熱，可帶走大部分熱量，使工件表面熱不起來。

● 逐個(gè)進(jìn)行有效的脈沖檢測。由于PILOT-EXPERT專家系統(tǒng)能很好地控制集中放電的能量，從而在防止斷絲的同時(shí)也解決了局部過熱的問題。因此，夏米爾機(jī)床能保證精加工后的模具表面變質(zhì)層厚度在1mm以內(nèi)沒有微觀裂紋，擁有與精心磨削同樣的完美刃口。

電火花線切割加工中心

    大家都知道，加工中心有自動(dòng)換刀的功能，如沒有此項(xiàng)功能則只能叫數(shù)控銑。夏米爾公司推出的ROBOFIL2030SI-TW / 4030SI-TW精密數(shù)控線切割機(jī)床能夠在45s內(nèi)實(shí)現(xiàn)φ0.25mm和φ 0.1mm / φ 0.07mm電極絲之間的交換，故我們稱之為電火花線切割加工中心。

    該機(jī)床兩種電極絲完全處在各自最佳的工況下待命，交換迅速可靠，可保證機(jī)床不間斷地運(yùn)作。在清角或窄縫加工中，一般先用φ0.25mm的電極絲粗加工兩次，再換上φ0.1mm 的細(xì)絲進(jìn)行精加工。在無芯加工的場合下，可選用粗絲來完成型孔的電火花銑削，以去除絕大部分余量，這樣既快又可節(jié)省昂貴的細(xì)絲。同樣的，也可以用細(xì)絲加工完微型腔后，用粗絲來加工導(dǎo)絲孔或銷孔。

    這種雙絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡潔，與原來走絲系統(tǒng)比，走絲路程并沒有變化，只是外加了一個(gè)粗電極絲庫，并在每根傳動(dòng)軸上裝了兩個(gè)導(dǎo)絲輪，采用拉鍵和剎車的辦法來選擇需要哪一套走絲系統(tǒng)工作。兩個(gè)可擺動(dòng)的導(dǎo)絲管通向一套V型金剛石導(dǎo)向器，該導(dǎo)向器一面磨損后，可轉(zhuǎn)一個(gè)角度重復(fù)使用。

    TW系統(tǒng)并不限制機(jī)床的應(yīng)用范圍，該機(jī)床只要換上相應(yīng)附件，同樣可以用φ0.03mm的電極絲進(jìn)行微細(xì)加工，亦可在錐度專家系統(tǒng)的控制下完成±30°的大錐度精密切割。 

    如果車間里有30%的模具需要被加工出小內(nèi)角和窄縫，選擇TW系列雙絲切換線切割機(jī)床，只要增加10%的投資，就可以得到40%的回報(bào)。

    將產(chǎn)品性能和服務(wù)質(zhì)量推向極致是瑞士夏米爾追求的方向。作為一級方程式賽車(F1)零部件加工所用電加工機(jī)床的指定合作伙伴，瑞士夏米爾的形象經(jīng)常與F1賽車相伴一起!