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我国模具技术水平提高 以25%年增速度

2009年11月12日 09:21中国机床商务网点击:3034

  近年来,我国模具工业有了长足的进步。2005年模具产值为610亿人民币,2006年约720亿,平均每年以20%~25%的速度增长。模具的技术水平同样有显著提高,一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平,而这些优质模具大多数为塑料模和冲压模。冲压模的加工离不开电火花线切割机床(WEDM)。据统计,我国约有80%的WEDM用于冲压模加工。

我国先进水平的冲压模现状

  标志着冲压模先进水平的是高精度、长寿命、多工位级进模,它具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长、生产效率高和低耗材耗能的特点,是我国重点发展的精密模具品种之一。

  有代表性的电机铁芯自动叠片硬质合金多工位级进模,精度达2m,步距精度达3m,双回转精度1,拼块精度1m,表面粗糙度Ra0.1~0.4m,寿命1亿次;美国奥伯格、日本黑田、法国宝捷时等电机铁芯双排自动叠片模,精度为1m,步距精度2m,模具寿命2亿次。虽然精度已接近国外先进水平,但寿命有一定差距。

  高水平的空调器翅片多工位级进模,精度达2m,凸、凹模的工作面近千处,冲裁间隙为0.01mm的达300多处,一次冲出翅片数达36列,模具寿命2亿次以上;日本日高精机、美国OAK、意大利GBS公司制造的36~72列数翅片级进模,精度达2m,步距精度3m,寿命5亿次以上。同样,精度已接近国外先进水平,但模具寿命有较大差距。

  体现高难度成形的彩管电子枪零件(G5)25工位硬质合金级进模,精度达2m,模具在高速冲床上应用,冲制0.245mm厚的无磁不锈钢,经各道工序后,制品精度达±5m,模具寿命3千万次以上;日本东芝、日本日立等公司制造的彩管电子枪零件级进模,精度为2m,步距精度3m,模具寿命5千万次以上。同样模具寿命有差距。

  高性能的集成电路框架32工位级进模,精度达2m,在高速冲床上冲速达350~500次/分,寿命为3千万次以上;日本山田、美国奥伯格等公司制造的100条脚以上的集成电路框架模,精度达2m,步距精度3m,模具寿命1亿次。

  还有如自主创新的手机连接器50工位级进模,精度达2μm,步距精度3μm,模具寿命2亿次;数码相机弹簧片18工位级进模、接插件46工位级进模等都达到了较高的水平。

  综上可以看出,具有代表性的我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的制造水平(精度、表面粗糙度等)已接近或达到国外先进水平,而以上这些模具的型孔、定位孔等关键部位基本上都依靠精密WEDM进行加工,说明我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的技术进步与WEDM技术进步密切相关。 

   我国的WEDM分为低速走丝电火花线切割机(LSWEDM)及高速走丝电火花线切割机(HSWEDM)两类。精密、高效、复杂、长寿命冲压模一般由LSWEDM进行加工。

LSWEDM国内外现状及其在冲压模中的应用

  总体来说,LSWEDM的技术含量在机床行业属高新技术产品,但从国内外发展情况来看,它本身的技术水平大致可分为:顶级、高档、中档三个层次。

◆顶级机 

   这种LSWEDM代表了当前最高水平,但基本上都是瑞士和日本的产品。这种机床的最大切割速度为400~500mm2/min,最高加工精度可达±1m,表面粗糙度Ra为0.05m,加工表面无变质层,具有φ0.02mm的细丝切割功能,功能齐全,自动化程度高。例如:瑞士阿奇的AGIECUTVERTEX系列机床,其加工工件的轮廓精度Tkm(Tkm=±[最大值-最小值]/2)为±1m,Ra为0.05m,加工表面无变质层;瑞士夏米尔的ROBOFIL2050TW、6050TW双丝切割机床,最高加工精度±1m,Ra为0.05m,具有完美的加工表面质量;还有如日本三菱、牧野、沙迪克生产的相关机床。 

   这类机床最大特点是不但加工精度高,而且表面无变质层,可以直接完成模具的精密加工,所加工的模具寿命已达到机械磨削水平。

◆高档机(标准机)

  这类机床一般都具有自动穿丝功能,无电阻防电解电源,有的也有细丝(φ0.03mm)切割功能,最大切割速度400~500mm2/min,加工精度一般在±3m(精度定义不尽相同),Ra为0.2~0.3m,这类机床基本上也由瑞士和日本公司生产。例如:瑞士阿奇的AGIECUTEXCELLENCE系列,其加工精度(Tkm)±1.5m,Ra为0.1m,具有较高的水平;又如:瑞士阿奇的AGIECUTPROGRESS系列机床,第一次切割加工,其切割速度为350~500mm2/min的情况下,Ra可达0.8m,具有很大的实用价值,这在高档机中属佼佼者。具有高档机水平的机床还有瑞士夏米尔、日本三菱、沙迪克、牧野生产的相关机床。

  这类机床也广泛用于精密冲压模加工,但有的还需研、磨配合加工。

◆中档机(入门机)

  瑞士、日本在中国的独资(合资)企业为了适应中国市场的需要,同时也生产一些中档机床。如:日本沙迪克特种(苏州)生产的有关型号机床;大连三菱FA系列中有关型号的机床;瑞士夏米尔ROBOFIL380、390机床以及北京阿奇夏米尔生产的XENON机床等。这些机床一般在60~80万元/台(中档规格)。台湾及台湾在大陆生产的企业一般也在生产中档水平的LSWEDM。

  中档机床一般都具有无电阻、防电解电源、切割速度为300~400mm2/min,加工精度可达±5m,Ra为0.4~0.5m。

  应该指出,根据国外所提供的机床资料,各公司加工精度的评价方法不尽相同,用于评价加工精度的加工工件材料、形状、尺寸也不同,因此,关于顶级机、高档机、中档机的表述仅供参考。

  由于LSWEDM精密加工技术与加工表面完整性技术的结合,使LSWEDM加工技术上了一个新台阶,并推动了精密、复杂、长寿命冲压模加工技术的进步,使LSWEDM在精密冲压模加工中具有不可替代的作用。随着模具工业的迅速发展,LSWEDM的市场也在不断扩大,2003年LSWEDM国内年产量仅800台,至2004年已达1800台,2005年达2400台,2006年初步统计约3500台,产值约25~30亿人民币。预计今后还有更大的发展空间

HSWEDM的技术进步

  HSWEDM同样用于冲压模加工,但一般以中、低档模具为主。由于它的实用性、经济性,所以在国内有较大的市场,目前年产量达3.5~4.0万台/年左右,产值约14亿人民币。模具制造企业基本上都装备了这类机床,有的多达15~20台,可是这类机床加工精度较低(尺寸精度0.015mm),加工表面质量较差,但近来HSWEDM技术水平有了较大的进步。

  根据LSWEDM多次切割实现精密加工的原理,开始对HSWEDM进行多次切割技术的研究,并有所突破。如上海大量、苏州新火花等一些企业开发生产了多次切割HSWEDM新产品,提高了加工精度,改善了表面质量。实现多次切割加工技术,主要解决的问题是:加工过程中电极丝空间形位变化的控制,为此,采用高耐磨性的导向装置、恒张力的控制机构以及采用走丝速度程控调节等措施,这是实现多次切割的基本条件;窄脉宽、高峰值电流的新型脉冲电源是提高多次切割工艺水平的重要保证;又如:采用短程往复走丝、改变跟踪控制方法、进行系统工艺试验开发多次切割软件等;提高机床的运动精度对多次切割的HSWEDM显得更为重要。

  多次切割提高了HSWEDM的加工工艺水平。例如:苏州新火花公司的多次切割HSWEDM,在三次切割后表面粗糙度Ra≤1.2μm时,平均加工速度≥50mm2/min,加工工件表面光泽,无切割条纹。机床的最大切割速度190mm2/min,最佳表面粗糙度Ra0.8μm;上海大量TP系列的多次切割HSWEDM,在进行三次切割后Ra≤1.0μm,加工精度(尺寸差)≤6.0μm。以该公司加工的八方工件为例,说明多次切割技术在HSWEDM上的应用,使HSWEDM加工工艺水平有较大提升。

WEDM模具加工技术的展望

  随着多工位级进模的不断发展,由单排级进模技术向双排多列级进模技术发展;而且多工位级进模的功能越来越复杂。以电机铁芯自动叠片多工位级进模为例,有铁芯大规格自动叠片、铁芯双排扭槽叠片、多排直槽叠片、大回转叠片、双回转叠片等。因此,模具结构越来越复杂、制造难度越来越大、精密加工的要求越来越高,为了满足模具发展的需要,推动了WEDM向更高层次的发展,而代表WEDM高层次发展方向的应属LSWEDM。在LSWEDM的加工过程中,为了减少人的干预,保证达到预期的工艺指标,自动化、信息化是LSWEDM的发展方向。

  在顶级机、高档机完善的专家系统及电极丝自动交换(多工位自动穿丝、双丝切割自动换丝)的基础上,进一步实现工件自动交换(AWC),以自动完成全部加工过程,减少人的干预,以达到预定的加工目标。

  瑞士阿奇的AGIEVISONCNC系统与机器人或装卸装置及与网络功能相配合,组成智能化的制造系统。例如,美国的Chelar工模具公司的瑞士阿奇EVOLUTION3LSWEDM,配用能安装10个工件托盘的SD10型机械手及PROWN&SHARPECMM测量机后,实现全自动无人看管运行,机床年运行工时已达6800h。

  瑞士夏米尔公司千禧版的CNC系统是基于WINDOWSNT操作系统,在ROBOFIL240CC/440CC上控制内装的QCRW型机械手,具有能装卸重达100kg工件的托盘。此外,CNC系统具有接入局域网(LAN)的标准配置,机上还装有一个RJ-45接口和以太网卡。

  耐磨焊条在自动化、信息化方面,还有日本沙迪克公司CNC系统、日本三菱的64位CNC系统等,有了这些功能完备的系统,配以标准化机械接口,通过3R系统或EROWA系统的机械手,可方便地实现工件(托盘)的自动交换。
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