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快走丝与慢走丝加工的技术差距到底有多大?

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发表于 2017-7-5 10:46:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 胡俊 于 2017-7-5 10:52 编辑

【导语】 数控电火花线切割加工包括快走丝加工与慢走丝加工,它们广泛应用于模具制造行业。这两种技术的加工效率、切割精度以及表面质量等目前是什么发展状况呢?

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▌ 快走丝加工技术的发展现状

顾名思义,快走丝加工是因为切割加工过程中电极丝作高速的走丝运转而得名。快走丝加工机床是我国独创的电加工机床,经过几十年的不断完善和发展,现已成为制造业中的一种重要加工手段。可满足中、低档模具加工和其他复杂零件制造的要求,在中低档市场中占有相当的分量。

快走丝加工机床最大的优势在于拥有良好的性能价格比。由于它的实用性、经济性,所以在国内有较大的市场。传统快走丝加工采用一次切割的工艺,加工效率在40 ㎜2/min左右,表面粗糙度在Ra3.0μm左右,表面有较明显的线纹,加工精度在0.02㎜左右。

为改善加工品质,快走丝加工机床制造厂家参照多次切割工艺,改进了机床的相关部件,出现了所谓的“中走丝机床”。机床的数控精度、脉冲电源、走丝系统、工艺数据库等大量的工艺技术方面有了较大的提高。提高了加工精度,改善了表面质量。

目前中走丝加工机床的技术指标:进行一次切割的效率180㎜2/min,多次切割后的表面粗糙度为Ra≤1.0μm,此时的平均效率为50㎜2/min,加工表面光泽无明显切割条纹,加工精度0.01㎜,电极丝损耗≤0. 01 ㎜ /20 万㎜2 。这些性能指标看起来已经比较不错,但需要注意的是,获得这些指标需要保证好各个环节,一旦有出入,比如工作液的浓度、电极丝的损耗发生变化,就会影响加工质量的稳定性。

生产中走丝机床的典型厂家有苏州三光、苏州汉奇、上海特略、北京安德、苏州宝玛、苏州新火花、上海大量等。

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▌ 慢走丝加工技术的发展现状

精密、复杂、长寿命冲压模具制造精度及表面质量要求的不断提高,快走丝加工技术已不能适应精密模具的制造要求,这种现状促进了慢走丝加工技术的迅速发展,其各方面工艺指标已达到了相当高的水平,是其它加工技术不可替代的。

1. 慢走丝加工技术的发展现状

(1)加工精度提高

多次切割技术是提高慢走丝加工精度及表面质量的根本手段。一般是通过一次切割成形,二次切割提高精度,三次以上切割提高表面质量。

由于在切割拐角时电极丝的滞后,会造成角部塌陷。为了提高拐角切割精度,采取了更多的动态拐角处理策略。如:自动改变加工速度、自动调节水压、控制加工能量等。

先进的慢走丝加工机床采用的高精度精加工回路,是提高加工工件平直度的有效技术,使厚件加工的精度得到显著提高;为了进行小圆角、窄缝、窄槽及微细零件的微精加工,顶尖的数控低速走丝电火花线切割机床可以采用0.02~0.03 ㎜的电极丝进行切割。

为了保证高精度的加工,机床的机械精度、脉冲电源精度、伺服控制精度(包括对机械运动、脉冲参数、走丝系统和工作液系统的控制)都已达到极高的水准。采用水温冷却装置,使机床内部温度与水温相同,减小了机床的热变形;采用闭环数字交(直)流伺服控制系统,确保优良的动态性能和高定位精度,加工精度可控制在若干微米以内,精密定位可实现0.1μm当量的控制;采用浸入式加工,降低工件热变形;电机伺服,闭环电极丝张力控制;采用电压调制对刀电源实现高精度对刀,对刀精度可达0.002 ㎜,不损伤工件,不论干湿。

(2)表面质量日臻完善

先进的慢走丝加工机床采用平均电压为零的无防电解脉冲电源,电解的破坏已降到最低程度。此外,由于脉冲电源的改进,普遍采用高峰值,窄脉宽(微秒级),材料大多数为气相抛出,带走了大量的热,工件表面温度就上不去,开裂的现象大为减少;不仅加工效率高,而且使表面质量大大提高。采用无电解电源进行电火花线切割加工,可使表面变质层控制在2μm以下。切割的硬质合金冲模刃口的耐磨性和磨削没有什么不同,甚至优于机械磨削加工,越来越多的零件加工“以割代磨”。

(3)加工效率提升

由于纳秒级大峰值电流脉冲电源技术及检测、控制、抗干扰技术的发展,慢走丝加工机床的加工效率也在不断提高,当前先进的慢走丝加工机床的最高加工效率可达500㎜2/min。较大厚度工件的加工效率有实际意义的技术提升,如切割300 ㎜厚的工件时,加工效率可达170㎜2/min。对于厚度变化工件的加工,通过自动检测加工件的厚度,自动调整加工参数,防止断丝,达到该状态的最高加工效率。

另外,先进慢走丝加工机床推出的快速自动穿丝技术,自动穿丝时间<15 s提高了加工操作的效率;推出的双丝自动交换技术,能采用0.20~0.02 ㎜的电极丝自动进行双丝切换加工。采用粗丝进行第一次切割,一般丝径为0.25 ㎜,以提高加工效率,并可无芯切割;然后采用细丝进行修整,一般采用0.10 ㎜的细丝,切割出小圆角,并可提高精度,总体可节省30%~50%的切割时间。

(4)自动化、智能化及信息化的发展

加工过程中,为了减少人的干预,保证达到预期的工艺指标,慢走丝加工的自动化、智能化及信息化取得了相应的发展。

慢走丝加工机床完备的工艺专家系统按加工要求给出成套参数。不仅包括常用电极丝牌号和相应的工件材料,还提供了如PCD、PCBN等特殊材料的加工参数,可依据上下喷嘴是否与工件接触,距离多大,是在切风中精修,还是敞开面精修,精度、表面粗糙度和效率哪一项优先的加工策略来生成各自的规准;放电专家系统应付切割中的随机因素,在切入、切出、截面变化、中心切割、接近边缘切割、大截面高速切割等情况下,在加工过程中运用自适应控制策略及自动化控制功能,得到不断丝稳定高效加工。

自动无孔探测功能也很实用,自动跳步加工时,如果预孔被忘记打出或孔位偏移,机床就会自动移到下一个预孔上,这样可防止在无人操作加工时停机,在穿好丝之后发生短路时,可自动搜寻消除短路的位置,提高了连续无人操作运转的可靠性。

机床的CNC系统配以标准化机械接口,组成智能化的制造系统,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,配以专家系统及电极丝自动交换技术,可以自动完成全部加工过程。

2. 各档次慢走丝加工机床的技术水平

可将慢走丝加工机床分为顶级、高档、中档、入门四个档次。生产慢走丝机床的典型厂家有瑞士GF加工方案(原阿奇夏米尔)、日本牧野、日本三菱、日本沙迪克、日本西部、日本法兰克等。

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(1)顶级慢走丝加工机床

这种慢走丝加工机床代表了目前的最高水平,主要由瑞士、日本制造。这类机床的加工精度能保证在±0.002 ㎜以内,最高加工效率可达400~500㎜2/min,表面粗糙度可达Ra0.05μm,具有完美的加工表面质量,表面几乎无变质层,能使用Φ0.02 ㎜的电极丝进行微精加工,主机大都具有热平衡系统,一些机床采用在油中进行切割加工。这类机床功能齐全,自动化程度高,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。

(2)高档慢走丝加工机床

这类机床基本上由瑞士和日本公司生产,具有自动穿丝功能,无电阻防电解电源,整体热恒定系统,能采用Φ0.07 ㎜的电极 丝进行切割,精度在±0.003 ㎜左右,最高加工效率能达300㎜2/min以上,表面粗糙度能达到Ra<0.2μm,具有适时检测工件截面变化、实时优化放电功率功能。这类机床也广泛用于精密冲压模加工。

(3)中档慢走丝加工机床

这档机床一般由瑞士和日本公司在中国的制造工厂生产,一些台湾机的技术水准也能达到这个档次,其配置和性能满足了国内大多数精密线切割加工的要求。一般都采用无电阻防电解电源,具有浸水式加工、锥度切割功能。实用的最高加工效率为150~200 ㎜2/min,最佳表面粗糙度达Ra<0.4μm,切割精度可达±0.005㎜,一般采用Φ0.1㎜及以上的电极丝进行切割,配备的防撞保护系统可避免由编程错误或误操作引起的碰撞受损,配备或者可选配自动穿丝机构。
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(4)入门级慢走丝加工机床

这档机床一般是台湾机床或者国内自主研发生产的机床,其配置和性能满足国内普通模具与零件的加工要求。一般多使用切一修一,切一修二的工艺,能稳定达到表面光洁度在Ra0.8μm左右,加工精度在±0.008㎜,大多只能使用0.15mm及以上的电极丝进行切割,加工的表面微细组织、拐角与先进的机床有一定的差距。

总的来说,慢走丝加工机床与快走丝加工机床相比,在加工效率、精度、表面质量等方面都具有非常明显的优越性。虽然慢走丝加工机床的价格较贵,但随着制造业的高速发展,它将会被越来越多地应用于各加工领域。
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