沖壓模具與電火花線切割加工技術(shù)_中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)_中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)
近年來,我國(guó)模具工業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。2005年模具產(chǎn)值為610億人民幣,2006年約720億,平均每年以20%~25%的速度增長(zhǎng)。模具的技術(shù)水平同樣有顯著提高,一些國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)模具的性能已接近國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平,而這些優(yōu)質(zhì)模具大多數(shù)為塑料模和沖壓模。沖壓模的加工離不開電火花線切割機(jī)床(WEDM)。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)約有80%的WEDM用于沖壓模加工。
我國(guó)先進(jìn)水平的沖壓模現(xiàn)狀
標(biāo)志著沖壓模先進(jìn)水平的是高精度、長(zhǎng)壽命、多工位級(jí)進(jìn)模,它具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大、精度高、壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)效率高和低耗材耗能的特點(diǎn),是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種之一。
有代表性的電機(jī)鐵芯自動(dòng)疊片硬質(zhì)合金多工位級(jí)進(jìn)模,精度達(dá)2m,步距精度達(dá)3m,雙回轉(zhuǎn)精度1,拼塊精度1m,表面粗糙度Ra0.1~0.4m,壽命1億次;美國(guó)奧伯格、日本黑田、法國(guó)寶捷時(shí)等電機(jī)鐵芯雙排自動(dòng)疊片模,精度為1m,步距精度2m,模具壽命2億次。雖然精度已接近國(guó)外先進(jìn)水平,但壽命有一定差距。
高水平的空調(diào)器翅片多工位級(jí)進(jìn)模,精度達(dá)2m,凸、凹模的工作面近千處,沖裁間隙為0.01mm的達(dá)300多處,一次沖出翅片數(shù)達(dá)36列,模具壽命2億次以上;日本日高精機(jī)、美國(guó)OAK、意大利GBS公司制造的36~72列數(shù)翅片級(jí)進(jìn)模,精度達(dá)2m,步距精度3m,壽命5億次以上。同樣,精度已接近國(guó)外先進(jìn)水平,但模具壽命有較大差距。
體現(xiàn)高難度成形的彩管電子槍零件(G5)25工位硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模,精度達(dá)2m,模具在高速?zèng)_床上應(yīng)用,沖制0.245mm厚的無磁不銹鋼,經(jīng)各道工序后,制品精度達(dá)±5m,模具壽命3千萬次以上;日本東芝、日本日立等公司制造的彩管電子槍零件級(jí)進(jìn)模,精度為2m,步距精度3m,模具壽命5千萬次以上。同樣模具壽命有差距。
高性能的集成電路框架32工位級(jí)進(jìn)模,精度達(dá)2m,在高速?zèng)_床上沖速達(dá)350~500次/分,壽命為3千萬次以上;日本山田、美國(guó)奧伯格等公司制造的100條腳以上的集成電路框架模,精度達(dá)2m,步距精度3m,模具壽命1億次。
還有如自主創(chuàng)新的手機(jī)連接器50工位級(jí)進(jìn)模,精度達(dá)2μm,步距精度3μm,模具壽命2億次;數(shù)碼相機(jī)彈簧片18工位級(jí)進(jìn)模、接插件46工位級(jí)進(jìn)模等都達(dá)到了較高的水平。
綜上可以看出,具有代表性的我國(guó)精密、復(fù)雜、高效、長(zhǎng)壽命沖壓模的制造水平(精度、表面粗糙度等)已接近或達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平,而以上這些模具的型孔、定位孔等關(guān)鍵部位基本上都依靠精密WEDM進(jìn)行加工,說明我國(guó)精密、復(fù)雜、高效、長(zhǎng)壽命沖壓模的技術(shù)進(jìn)步與WEDM技術(shù)進(jìn)步密切相關(guān)。
我國(guó)的WEDM分為低速走絲電火花線切割機(jī)(LSWEDM)及高速走絲電火花線切割機(jī)(HSWEDM)兩類。精密、高效、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命沖壓模一般由LSWEDM進(jìn)行加工。
LSWEDM國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及其在沖壓模中的應(yīng)用
總體來說,LSWEDM的技術(shù)含量在機(jī)床行業(yè)屬高新技術(shù)產(chǎn)品,但從國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況來看,它本身的技術(shù)水平大致可分為:頂級(jí)、高檔、中檔三個(gè)層次。
◆頂級(jí)機(jī)
這種LSWEDM代表了當(dāng)前最高水平,但基本上都是瑞士和日本的產(chǎn)品。這種機(jī)床的最大切割速度為400~500mm2/min,最高加工精度可達(dá)±1m,表面粗糙度Ra為0.05m,加工表面無變質(zhì)層,具有φ0.02mm的細(xì)絲切割功能,功能齊全,自動(dòng)化程度高。例如:瑞士阿奇的AGIECUTVERTEX系列機(jī)床,其加工工件的輪廓精度Tkm(Tkm=±[最大值-最小值]/2)為±1m,Ra為0.05m,加工表面無變質(zhì)層;瑞士夏米爾的ROBOFIL2050TW、6050TW雙絲切割機(jī)床,最高加工精度±1m,Ra為0.05m,具有完美的加工表面質(zhì)量;還有如日本三菱、牧野、沙迪克生產(chǎn)的相關(guān)機(jī)床。
這類機(jī)床最大特點(diǎn)是不但加工精度高,而且表面無變質(zhì)層,可以直接完成模具的精密加工,所加工的模具壽命已達(dá)到機(jī)械磨削水平。
◆高檔機(jī)(標(biāo)準(zhǔn)機(jī))
這類機(jī)床一般都具有自動(dòng)穿絲功能,無電阻防電解電源,有的也有細(xì)絲(φ0.03mm)切割功能,最大切割速度400~500mm2/min,加工精度一般在±3m(精度定義不盡相同),Ra為0.2~0.3m,這類機(jī)床基本上也由瑞士和日本公司生產(chǎn)。例如:瑞士阿奇的AGIECUTEXCELLENCE系列,其加工精度(Tkm)±1.5m,Ra為0.1m,具有較高的水平;又如:瑞士阿奇的AGIECUTPROGRESS系列機(jī)床,第一次切割加工,其切割速度為350~500mm2/min的情況下,Ra可達(dá)0.8m,具有很大的實(shí)用價(jià)值,這在高檔機(jī)中屬佼佼者。具有高檔機(jī)水平的機(jī)床還有瑞士夏米爾、日本三菱、沙迪克、牧野生產(chǎn)的相關(guān)機(jī)床。
這類機(jī)床也廣泛用于精密沖壓模加工,但有的還需研、磨配合加工。
◆中檔機(jī)(入門機(jī))
瑞士、日本在中國(guó)的獨(dú)資(合資)企業(yè)為了適應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)的需要,同時(shí)也生產(chǎn)一些中檔機(jī)床。如:日本沙迪克特種(蘇州)生產(chǎn)的有關(guān)型號(hào)機(jī)床;大連三菱FA系列中有關(guān)型號(hào)的機(jī)床;瑞士夏米爾ROBOFIL380、390機(jī)床以及北京阿奇夏米爾生產(chǎn)的XENON機(jī)床等。這些機(jī)床一般在60~80萬元/臺(tái)(中檔規(guī)格)。臺(tái)灣及臺(tái)灣在大陸生產(chǎn)的企業(yè)一般也在生產(chǎn)中檔水平的LSWEDM。
中檔機(jī)床一般都具有無電阻、防電解電源、切割速度為300~400mm2/min,加工精度可達(dá)±5m,Ra為0.4~0.5m。
應(yīng)該指出,根據(jù)國(guó)外所提供的機(jī)床資料,各公司加工精度的評(píng)價(jià)方法不盡相同,用于評(píng)價(jià)加工精度的加工工件材料、形狀、尺寸也不同,因此,關(guān)于頂級(jí)機(jī)、高檔機(jī)、中檔機(jī)的表述僅供參考。
由于LSWEDM精密加工技術(shù)與加工表面完整性技術(shù)的結(jié)合,使LSWEDM加工技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階,并推動(dòng)了精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命沖壓模加工技術(shù)的進(jìn)步,使LSWEDM在精密沖壓模加工中具有不可替代的作用。隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展,LSWEDM的市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)大,2003年LSWEDM國(guó)內(nèi)年產(chǎn)量?jī)H800臺(tái),至2004年已達(dá)1800臺(tái),2005年達(dá)2400臺(tái),2006年初步統(tǒng)計(jì)約3500臺(tái),產(chǎn)值約25~30億人民幣。預(yù)計(jì)今后還有更大的發(fā)展空間。
HSWEDM的技術(shù)進(jìn)步
HSWEDM同樣用于沖壓模加工,但一般以中、低檔模具為主。由于它的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性,所以在國(guó)內(nèi)有較大的市場(chǎng),目前年產(chǎn)量達(dá)3.5~4.0萬臺(tái)/年左右,產(chǎn)值約14億人民幣。模具制造企業(yè)基本上都裝備了這類機(jī)床,有的多達(dá)15~20臺(tái),可是這類機(jī)床加工精度較低(尺寸精度0.015mm),加工表面質(zhì)量較差,但近來HSWEDM技術(shù)水平有了較大的進(jìn)步。
根據(jù)LSWEDM多次切割實(shí)現(xiàn)精密加工的原理,開始對(duì)HSWEDM進(jìn)行多次切割技術(shù)的研究,并有所突破。如上海大量、蘇州新火花等一些企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)了多次切割HSWEDM新產(chǎn)品,提高了加工精度,改善了表面質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)多次切割加工技術(shù),主要解決的問題是:加工過程中電極絲空間形位變化的控制,為此,采用高耐磨性的導(dǎo)向裝置、恒張力的控制機(jī)構(gòu)以及采用走絲速度程控調(diào)節(jié)等措施,這是實(shí)現(xiàn)多次切割的基本條件;窄脈寬、高峰值電流的新型脈沖電源是提高多次切割工藝水平的重要保證;又如:采用短程往復(fù)走絲、改變跟蹤控制方法、進(jìn)行系統(tǒng)工藝試驗(yàn)開發(fā)多次切割軟件等;提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度對(duì)多次切割的HSWEDM顯得更為重要。
多次切割提高了HSWEDM的加工工藝水平。例如:蘇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時(shí),平均加工速度≥50mm2/min,加工工件表面光澤,無切割條紋。機(jī)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,在進(jìn)行三次切割后Ra≤1.0μm,加工精度(尺寸差)≤6.0μm。以該公司加工的八方工件為例,說明多次切割技術(shù)在HSWEDM上的應(yīng)用,使HSWEDM加工工藝水平有較大提升。
WEDM模具加工技術(shù)的展望
隨著多工位級(jí)進(jìn)模的不斷發(fā)展,由單排級(jí)進(jìn)模技術(shù)向雙排多列級(jí)進(jìn)模技術(shù)發(fā)展;而且多工位級(jí)進(jìn)模的功能越來越復(fù)雜。以電機(jī)鐵芯自動(dòng)疊片多工位級(jí)進(jìn)模為例,有鐵芯大規(guī)格自動(dòng)疊片、鐵芯雙排扭槽疊片、多排直槽疊片、大回轉(zhuǎn)疊片、雙回轉(zhuǎn)疊片等。因此,模具結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、制造難度越來越大、精密加工的要求越來越高,為了滿足模具發(fā)展的需要,推動(dòng)了WEDM向更高層次的發(fā)展,而代表WEDM高層次發(fā)展方向的應(yīng)屬LSWEDM。在LSWEDM的加工過程中,為了減少人的干預(yù),保證達(dá)到預(yù)期的工藝指標(biāo),自動(dòng)化、信息化是LSWEDM的發(fā)展方向?!≡陧敿?jí)機(jī)、高檔機(jī)完善的專家系統(tǒng)及電極絲自動(dòng)交換(多工位自動(dòng)穿絲、雙絲切割自動(dòng)換絲)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)交換(AWC),以自動(dòng)完成全部加工過程,減少人的干預(yù),以達(dá)到預(yù)定的加工目標(biāo)。
瑞士阿奇的AGIEVISONCNC系統(tǒng)與機(jī)器人或裝卸裝置及與網(wǎng)絡(luò)功能相配合,組成智能化的制造系統(tǒng)。例如,美國(guó)的Chelar工模具公司的瑞士阿奇EVOLUTION3LSWEDM,配用能安裝10個(gè)工件托盤的SD10型機(jī)械手及PROWN&SHARPECMM測(cè)量機(jī)后,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人看管運(yùn)行,機(jī)床年運(yùn)行工時(shí)已達(dá)6800h。
瑞士夏米爾公司千禧版的CNC系統(tǒng)是基于WINDOWSNT操作系統(tǒng),在ROBOFIL240CC/440CC上控制內(nèi)裝的QCRW型機(jī)械手,具有能裝卸重達(dá)100kg工件的托盤。此外,CNC系統(tǒng)具有接入局域網(wǎng)(LAN)的標(biāo)準(zhǔn)配置,機(jī)上還裝有一個(gè)RJ-45接口和以太網(wǎng)卡。
在自動(dòng)化、信息化方面,還有日本沙迪克公司CNC系統(tǒng)、日本三菱的64位CNC系統(tǒng)等,有了這些功能完備的系統(tǒng),配以標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口,通過3R系統(tǒng)或EROWA系統(tǒng)的機(jī)械手,可方便地實(shí)現(xiàn)工件(托盤)的自動(dòng)交換。
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