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宝玛数控议电火花加工技术

2013年12月19日 10:51中国机床商务网点击:4547

  一、加工原理:电火花加工时,脉冲电源的一极接工具电极,另一极接工件电极,两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质(常用煤油或矿物油或去离子水)中。工具电极由自动进给调节装置控制,以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙(0.01~0.05mm)。当脉冲电压加到两极之间,便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿,形成放电通道。由于通道的截面积很小,放电时间极短,致使能量高度集中(10~107W/mm),放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发,以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后,经过很短的间隔时间,第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去,工具电极不断地向工件进给,它的形状最终就复制在工件上,形成所需要的加工表面。与此同时,总能量的一小部分也释放到工具电极上,从而造成工具损耗。
  
  二、电火花加工发展历程
  
  电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象,对材料进行加工的方法。早在十九世纪,人们就发现了电器开光的触点开闭时,以为放电,使接触部位烧蚀,造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初,电腐蚀被认为是有害的,为减少和避免这种有害的电腐蚀,人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后,便创造条件,转害为益,把电腐蚀用于生产中。研究结果表明,当两极产生放电的过程中,放电通道瞬时产生大量的热,足以使电极材料表面局部熔化或汽化,并在一定条件下,熔化或汽化的部分能抛离电极表面,形成放电腐蚀的坑穴。
  
  二十世纪四十年代初,人们进一步认识到,在液体介质中进行重复性脉冲放电时,能够对导电材料进行尺寸加工,因此,创立了“电火花加工法”。电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一,最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代,电加工技术取得了突飞猛进的发展,可控性更高,数字化程度更好。
  
  在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国的国情,实现电火花加工技术的原始创新是很困难的,只能采取引进消化吸收再创新的策略,因为这套系统集成了很多学科领域的知识,如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等,是多方面、多学科集成的产品,是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队,因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程,所以我认为中国的电火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场,必须依托企业才能实现。制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业,因此作为基础工业,制造业必定拥有永久的生命力,而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展,电加工技术也在进步,至于一项技术能够发展多久,也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。
  
  众所周知,模具也是一个国家发展的基础行业,许多批量生产的产品都离不开模具,而电火花加工是制造模具的最主要技术之一。电火花加工仿形逼真以柔克刚,只要是导电的材料均可加工,而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制,这是其他加工方法无法比拟的。电火花加工的另一个特点是可进行精密微细加工,微小孔、异型腔等的微细加工是其他设备无法替代的。这些特点决从技术发展过程来看,电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂,从单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。
  
  20世纪90年代初期,3轴电火花机在国内还是空白,主要是从日本和瑞士引进。后来国内发展大概经历了以下几个阶段:首先制造主机,也就是机械部分,相对较为简单;此后是数控系统部分,可以理解为引进;之后是整个电源,是消化阶段。经历这三个阶段之后是吸收,最后是再创新。对电火花加工而言,最核心的部分就是数控系统部分,当然花费的精力也最多。
  
  我认为电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料(如航空航天领域用的材料)专机,窄槽窄缝、异型腔的加工,精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面,曾经有过高速铣要代替电火花的传言,现在证明这是不现实的。现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势,在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工,而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电火花加工;航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力,有很大的空间。
  
  三、电火花加工技术国内外研究发展的基本现状
  
  数控电火花加工技术正不断向精密化、自动化、智能化、高效化等方向发展。如今新型数控电火花机床层出不穷,如瑞士阿奇、瑞士夏米尔、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱、中国苏州宝玛等机床在这方面技术都有了全面的提高。1.精密化电火花加工的精密核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。时下数控电火花机床加工的精度已有全面提高,尺寸加工要求可达±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm,最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。通过采用一系列先进加工技术和工艺方法,可达到镜面加工效果且能够成功地完成微型接插件、IC塑封、手机、CD盒等高精密模具部位的电火花加工。从总体来看,现代模具企业在先进数控电火花机床的应用上,还没能很好地挖掘出机床的精密加工性能。因此有必要全面推动已有数控加工技术的进一步发展,不断提高模具加工精度。
  
  2.智能化
  
  智能控制技术的出现把数控电火花加工推向了新的发展高度。新型数控电火花机床采用了智能控制技术。专家系统是数控电火花机床智能化的重要体现,它的智能性体现在精确的检测技术和模糊控制技术两方面。专家系统采用人机对话方式,根据加工的条件、要求,合理输入设定值后便能自动创建加工程序,选用最佳加工条件组合来进行加工。在线自动监测、调整加工过程,实现加工过程的最优化控制。专家系统在检测加工条件时,只要输入加工形状、电极与工件材质、加工位置、目标粗糙度值、电极缩放量、摇动方式、锥度值等指标,就可自动推算并配置最佳加工条件。模糊控制技术是由计算机监测来判定电火花加工间隙的状态,在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件;自动监控加工过程,实现最稳定的加工过程的控制技术。专家系统智能技术的应用使机床操作更容易,对操作人员的技术水平要求更低。目前智能化技术不断地升级,使得智能控制技术的应用范围更加的广泛。随着市场对电加工要求的提升,智能化技术将获得更为广阔的发展空间。
  
  3.自动化
  
  目前最先进的数控电火花机床在配有电极库和标准电极夹具的情况下,只要在加工前将电极装入刀库,编制好加工程序,整个电火花加工过程便能日以赴继地自动运转,几乎无需人工操作。机床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。但自动装置配件的价格比较昂贵,大多模具企业的数控电火花机床的配置并不齐全。数控电火花机床具备的自动测量找正、自动定位、多工件的连续加工等功能已较好地发挥了它的自动化性能。自动操作过程不需人工干预,可以提高加工精度、效率。普及机床的自动化程度是当前数控电火花机床行业的发展趋势之一。
  
  4.高效化
  
  现代加工的要求为数控电火花加工技术提供了最佳的加工模式,即要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手机外壳、家电制品、电器用品、电子仪表等领域,都要求将大面积(例如100×100mm)工件的放电时间大幅缩短,同时又要降低粗糙度。从原来的Ra0.8μm改进到Ra0.25μm,使放电后不必再进行手工抛光处理。这不但缩短了加工时间且省却后处理的麻烦,同时提升了模具品质,使用粉末加工设备可达到要求。另外减少辅助时间(如编程时间、电极与工件定位时间等),这就需要增强机床的自动编程功能,配置电极与工件定位的夹具、装置。若在大工件的粗加工中选用石墨电极材料也是提高加工效率的好方法。最佳的加工模式是企业扩大市场空间、提升市场竞争力的资本,其开发而成的新产品、新技术亦愈受欢迎。
  
  四、电火花成形加工技术的发展方向
  
  先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对电火花成形加工技术提出了更高要求,同时也为电火花成形加工技术加工理论的研究和工艺开发、设备更新提供了新的动力。今后电火花成形加工的加工对象应主要面向传统切削加工不易实现的难加工材料、复杂型面等加工,其中精细加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等将成为发展重点。同时,还应注意与其它特种加工技术或传统切削加工技术的复合应用,充分发挥各种加工方法在难加工材料加工中的优势,取得联合增值效应。相对于切削加工技术而言,电火花成形加工技术仍是一门较年轻的技术,因此在今后的发展中,应借鉴切削加工技术发展过程中取得的经验与成果,根据电火花成形加工自身的技术特点,选用适当的加工理论、控制原理和工艺方法,并在己有成果的基础上不断完善、创新。电火花成形加工机床向数控化方向发展的趋势已不可逆转,但应注意不可盲目追求“大而全”,应以市场为导向,建立具有开放性的数控体系。总体而言,电火花成形加工技术今后的发展趋势应是高效率、高精度、低损耗、微细化、自动化、安全、环保等。
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