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水喷射切割新型技术促进模具制造业发展

2008年09月28日 10:17中国机床商务网点击:3365

   长期以来,模具制造一直是美国制造业的一块基石。在最近几十年中,这种传统工艺已有了很大的发展,从使用手工钢锉来加工去除多余的材料,到依赖现代化技术的煤气加热炉对钢材进行热处理,以及采用计算机处理程序来达到完美的产品质量和顶级的生产效率。

  21世纪的工具和模具可分为两大类型:传统型和创新型。每种类型可以根据其在工业上的应用前景而确定。传统型模具制造商属于老一代的工具和模具制造商,他们将主要精力集中在手工技术的应用方面,以完成他们的模具制造工作。创新型模具制造商属于新一代工具和模具制造商,他们将主要精力集中在整体工艺的改造,并依靠设备和软件完成工作任务。

  现在,美国国内的模具工业面向全球市场开放,从而使这种传统的业务竞争变得更加残酷和激烈。工具和模具工业面临的惟一的最大的威胁是对创新变革的阻挠。正在发展中的业务还包括增添自动化设备、增加编程软件、提高流水化工艺和引进新的技术。

  EDM的补充技术

  水喷射切割技术是EDM的一种补充技术,它已日益为人们所接受。对于模具制造商来说,水喷射切割机床的加工速度十分理想,适合于EDM精加工前的粗加工生产和散装材料的切削加工,有利于缩短生产时间。

  在模具制造业中,EDM是一种非常普通的加工方法。它应用于工件材料的切削加工,例如加工盲孔和模腔。EDM采用模糊逻辑技术,这种技术能适应加工条件中的各种微小变化,使工件达到微米级的表面质量。EDM加工技术使模具产品的水平有了巨大的提高,包括产品的精度、质量、产量和利润。

  在模具制造工艺中通常使用的是 滑枕式EDM机床和EDM模具加工机床。这种非接触式的加工方法结合低压冲洗,可以加工截面很薄和高精度的零件。

  对1in(1in=25.4mm)厚的钢制工件加工时,我们做了一项最新的研究,对EDM线切割机床的切削速度与水喷射切割技术的加工速度进行了比较。EDM机床的试验切割采用了直径0.012in的切割线,结果其切割速度为0.25in/min。采用水喷射切割机的试验切割表明,其切割速度可达到2.9in/min,要比EDM切割机的切割速度高出10倍以上(见表1)。

  1.理论基础

  水喷射切割加工是利用高压水流,在水流中加入金刚砂磨料,然后向工件高速喷射,以切除工件上的多余材料。在水喷射切割过程中,不会产生热量,因此不存在使材料变形的风险。由于切割下来的多余材料是块状的,而不是切屑,因此可节约材料,切割下来的多余材料还可以有其他的用途。

  采用滑枕式EDM或EDM线切割机床进行粗加工会产生一个热影响区,材料会产生高热,但不会熔化。这个高温影响区会改变材料的性能。因此采用滑枕式EDM机床进行粗加工容易产生高能热量,增加材料的热变形风险,影响工件的最终质量。

  在水喷射切割加工过程中,当水流从喷嘴的小孔中向外喷射时,水流的精度会发生变化,影响工件壁面的平直度和表面质量。由于水喷射切割技术的加工速度相当快,因此不能保证其加工的边缘可以达到EDM机床的加工精度和公差尺寸。正是因为这个原因,这两种加工技术被看作是互补不足的一组技术。

  2.为模具制造业带来的利益

  特别是对于模具制造商而言,凡是耗费时间和加工精度要求不高的工件,采用水喷射切割技术是对EDM加工技术的最好补充,而对工业中公差尺寸和精度要求较高的工件,则应采用EDM机床进行加工。

  水喷射切割加工的应用范围远远超过人们所知道的基本应用领域,它为EDM加工带来了速度和灵活性。我们在一个1in厚、直径2in的零件上进行了另一次研究,其结果表明,采用水喷射切割进行粗加工比采用EDM机床节约了28%的时间(见表2)。

  3.多样化的生产功能

  对模具工业而言,水喷射切割技术的多样化生产,其重要性并不亚于它的加工速度。在美国,企业的生产业务并不能得到保证,主要取决于其国内模具制造商是否能开发出特殊的工艺,或采用有助于他们生存的专门技术。水喷射切割技术可以使模具制造商从狭小的市场中分离出来,进一步扩大基础客户。

  EDM加工技术是一项专业化的加工工艺。

  它采用电火花侵蚀方法切割工件,但只能适合于导电材料的加工,例如石墨和金属。而水喷射切割机床是万能切割系统。它所能切割的材料范围极广,例如玻璃、陶瓷、木材、石料、塑料和橡胶等。

  采用水喷射切割技术加工的零件边缘十分光滑和明亮,不会出现锯齿、金属渣或毛刺,不需要磨削或者其他精加工。水喷射切割不需要更换刀具或工件重新定位,可以节约相关的时间和费用。凡是在公差尺寸方面不需要采用EDM机床进一步加工的零件,采用水喷射切割技往往只需EDM加工时间的10%以下。

  在购置一套新设备时,首先应该考虑到的一个问题是其ROI因素。对于水喷射切割技术而言,随着速度的不断提高,每英寸切割的平均费用将逐渐下降。因此,只有在最佳切割速度条件下,机床才能达到最高性能和利润率。当机床以最高的功率和尽可能快的速度工作时,与切削相关的整体费用(包括磨料、动力、供水和过滤器等)将处于最低状态。水喷射切割技术在模具加工车间中的应用主要在于其费用,它在车间中以增加产量和提高生产能力的形式体现出来。

  模具制造商必须不断地寻求新的加工方法,以进一步提高他们的生产效率和能力。应用水喷射切割一类的新技术,不但能进一步提高模具制造商的效率,而且其多样化的生产能力将能刺激创造新的机会,为新的市场打开大门。
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