行业动态

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EDM在模具行业的应用
发布日期:2015-10-27  浏览量:104

 电火花加工(EDM)是区别于传统机械刀具加工的“电火花放电蚀除加工”。

从EDM原理的掌握、技术的发展、行业的形成直到实用化和商品化,我国的起步并不晚,“生产实用化”似乎比其他国家还早些。在20世纪60年代就开始了,但受基础工业技术相对落后的影响,现在我国的EDM技术总体上看与国际水平有较大的差距。 没有哪个行业与模具行业的联系如此紧密,兴衰相互依赖。EDM近乎是为模具行业诞生,与模具行业结伴发展的。所以许多人有一个印象,EDM被模具业拿来用总是很得心应手的。而一些特殊个性行业,虽然适用,但时常会面对麻烦和难题。现今的模具行业,大量的手工劳动已被EDM所取代,这既是模具业的一个飞跃,也是制造业乃至全社会的一个进步。 EDM机床对用户来说,是很实际、很具体的,因为要用它来完成既定的任务,得到既定的加工结果。因此空泛的概念、勉强的指标、不实的宣传、不确切的理解最终都将变成用户的不满和抱怨。整个机床业都是如此,只是EDM业更为突出。 以计算机为代表的现代科技发展和3轴数控、电主轴、刀库技术、对刀仪、交流伺服驱动和高硬度、长寿命刀具材料的应用,极大地推动了机械加工行业的发展。使高速加工、连续加工和无人值守加工得以实现,使创成加工(以球头刀具空间扫描加工复杂立体形面的加工模式)实现了前所不能的质的飞跃。这个飞跃对模具行业和整个制造业来说是革命性的。 而这些技术的应用对EDM的推动作用(相比其他行业)是非常有限的。原因: (1) 3轴数控的创成加工对铣削加工来说,是解决了空间立体形面能不能加工的问题。而EDM靠成形电极、单轴伺服也能完成这类工作,3轴数控没有填补EDM实质技术空白,且因电极损耗和蚀除速度的原因,使拿棒电极当“铣刀”的创成加工的结果难以实现。所以EDM应用3轴数控技术大部分是在做操作程序控制、横向伺服和摇动加工,没有像铣削加工那样有质的飞跃。 (2) EDM加工与其他加工方式的根本区别在于,其轨迹运动是非匀速运动,而是受控于间隙状态且要随时任意量地沿原轨迹回退。因此就决定了它不可能直接使用或简单借用普通3轴数控运动控制原程序。EDM行业特有的软件产品的研制开发受制于多个因素,不可能有多品种、多版本的选择。升级、改版、更新都将受制于多个因素,包括伺服控制、驱动、坐标计数、轨迹运动控制、脉冲电源和操作系统的各个部分间既要硬件兼容,又要软件兼容。相对其他行业技术的飞速发展和快速更新,EDM太滞后了。 (3) 软件可选范围小、改版升级困难,直接导致了行业性、适用性和便捷性差。明显没有经历“实用——更改——实用——完善”的维护升级过程,发展缓慢。 (4) 模具行业的特点在于单件生产、品种多变和周期短。编程、校对、试运行甚至是先加工试件的前期准备过程耗时费力,这在其他行业是很难被接受的。因此完全程序化、自动化、多件连续加工和无人值守在EDM行业变得不是实质需要,而简化操作、高可靠和结果稳定确切才是真实需求。 (5) 计算机在机械加工中的核心作用是完成了“空间曲线的计算和运动”,实现了点(刀头)运动对立体图形的描述。而EDM从诞生那天起,就是用单轴控制的立体成形电极加工出阴阳相反的立体图形,这早已是它有别于其他加工手段独树一帜的真正强项。 (6) 现代机械基础结构件(滚珠丝杠、直线导轨、伺服电机、光栅计数)的制造应用水平已把“机械静态精度”提高到了前所未有的程度,但EDM特有的因放电间隙和电极损耗造成的不确定性仍未有本质改变,它的影响远远大于静态机械精度。 (7) 加工效率、电极损耗和表面粗糙度这三大指标未见实质性突破。 (8) 高硬度、长寿命刀具材料的应用,对各种机械加工能力和水平的提高是显而易见的,因而使EDM的高硬度加工优势被弱化,EDM的低效率被凸现。 EDM的真正优势在于: (1) 高硬度加工,如60 HRC以上。 (2) 复杂怪异的曲面加工,如工艺图案、不易用数学模型描述的几何图形。 (3) 型腔清根和窄、深、细的槽和缝加工,如框箱件的角、型腔模的筋等。 (4) 阴难阳易型面的转换(典型是棱锥孔),所有阴型面的立体加工。 (5) 无法下刀或不能承受机械切削力工件的加工,如薄壁、细长、窄深零件和超软、极脆材料。 EDM的短项在于: (1) 精度不高,因为存在极难准确定量的电极损耗和放电间隙。 (2) 效率不高,加工原理决定火花蚀除加工与机械切削加工的速度没 可比性。 (3) 表面粗糙度值高,因为本身就是靠放电蚀除,没有蚀坑就没有加工。 (4) 受材料本身的电导率和杂质含量的影响大,而机械切削受此影响很小。 (5) 靠放电间隙状态检测维持加工过程,使加工的不稳定性和结果的不确定性大幅增加。 (6) 影响加工结果的因素太多,变幅太大(如放电间隙会从不到0.06 mm一直到大于0.6 mm),最终结果指标其实靠估算。完全简单重复加工的机会很少,会造成花很大力气编制的工艺数据库很不可靠。很大程度上决定加工结果的不是机床优劣而是人的经验。 (7) 大面积低表面粗糙度值加工很难实现,火花没有足够的能量,没有足够的爆炸力就无法将蚀除物排出。 EDM普遍存在市场难把握,维修服务困难,客户满意度不高。在一定程度上这是EDM厂商自己造成的。分析原因: (1) 行业的特殊性决定。机床性能三大指标(效率、损耗和表面粗糙度)的综合提升是根本,EDM发展至今,三大指标的再度提升已不是一般难度了;更大程度的普及原理教育和提高工艺技术,积累更多的加工经验,是使用好机床令其发挥更大效能的关键,“好活儿”是人和机床共同完成的,这在EDM加工中能得到最充分的体现。 (2) 因放电间隙和电极损耗的存在,且是多种因素决定、影响精度的变量范围很大,大到了被广泛关注的传统机械定位精度、回差、误差补偿的那点量只起次要作用。构成加工精度的主要部分是放电间隙和电极损耗那个变量,这个变量靠实验测量和经验数据得到,是个不确定量。行业过分关注宣传静态精度,使用户期望和实际相比落差很大,造成很多不必要的纠纷。 (3) 所有机床都一样,要叫它做“最适合、最擅长”的事,发挥长处,但不能隐讳它的短处。如磨、镗应明确承认不如车、铣的吃刀大、效率高,通用机总不如专用机好使。但EDM行业有一个不好的取向,即不愿承认自己的短项,机床被客户抱着过高不实的预期买回去,发生因不愿先粗加工而嫌慢、因电极过于细小而损耗大、因不准备再抛光而嫌表面粗糙度差。把使用不好变成了机床本身的问题。EDM受到类似的责难已够多了。偏面的宣传导致弄巧成拙。 (4) 没能在工艺操作方面下功夫,找准与前后工序机械加工的结合点,解决工艺配合的问题。 (5) 不少EDM厂商先是误导自己,如把大面积低表面粗糙度作为突出宣传的重点,也无意中误导了客户。其实大面积低表面粗糙度并非生产中最急需、最常用、最渴求的。类似地常拿着自己的弱项招引用户关注,困难留给了维修服务,最终仍难令客户满意。 雕铣机(包括加工中心的高速铣)与EDM的关系及相互作用: (1) 雕铣机近几年能得到广泛的认可,是因为它集机械加工业近几年的发展成果于一身。 如成熟的3轴数控系统、高速恒力矩的电主轴、高速走刀的驱动、新一代的涂层刀具。其性能指标上了一个台阶,达到前所未有的程度。使加工复杂立体型面的能力,精细工艺花纹的辨析程度,多种有硬度的模具材料的切削性能,都得以大幅度的提升。原本依赖EDM成形的许多型腔加工任务因此而被转移过来,因为毕竟效率高得多,加工结果稳定性高得多。但真正高硬度的,深、窄、清根的部位加工雕铣机仍无能为力。 (2) 雕铣机高性能同样提升了电极的制作水平和加工速度,使原本不好做的或是不敢做的电极变得轻而易举,大型复杂电极不再依赖拼接组合,形成了对EDM的强力支撑帮助,强化了EDM在模具制造业的主力地位。 (3) 雕铣机对电极制造水平的提升,特别是对整体、大型、精密、复杂、立体型面的加工速度和能力,得通过制作一个复杂电极而简化了EDM机床上的繁琐操作,把适合多轴数控的加工改为单电极的一次加工,3轴数控EDM的许多工作量又转移到单轴控制机床上。 (4) 雕铣机与EDM共同促进了模具业的发展,为模具行业提供了新的装备,提高了型腔加工能力。但雕铣机和EDM谁都替代不了谁,仍是在完成自己最擅长的任务,在尽显自己的同时也展示了对方的价值。 在机械加工行业,EDM的确是最新最晚的一个分支,但也已有40多年的历史。相比其他行业,客观清醒地看,它仍算不得是一个“成熟的行业”。其表现为: (1) “火花放电蚀除加工”与“刀具切削加工”有着本质的区别,但机床的设计、制造、检测、使用、维护都被简单地等同起来。鉴别的标准、审视的角度和着眼点都没有区别,没有自己的特性。 (2) 精度是机床的核心,核心问题必须确凿无误,但EDM的精度确定需有一定的条件。“动态实测精度”和“静态测量精度”不能混淆,有很大的区别。 (3) EDM的真正使用水平不在于“动手操作”,而在于“理解、掌握和估测”。真正的加工水平涉及“整个工艺、前后工序、电极设计、冲油设计…;前后工序的合理;物质条件和技术条件的具备”等一系列因素。EDM没有着手解决或是没有能力解决这些问题,维修与服务界限不清,令不少操作使用问题混淆成了机床性能问题。 (4) 任何机械切削机床的刀损、让刀、刀具质量、加工选取数据都会干扰加工指标,但它们的不确定量干扰是较小的,相对而言是可预知、可控的。但任何机械切削机床都不会对“效率、损耗和加工结果”那些会加进不确定量的指标做出承诺。而EDM的不确定量大得多、影响严重得多,甚至是在起主要作用、决定作用,居然敢对“效率、损耗和表面粗糙度”承诺,需要的时候还敢于“拔高”承诺。 EDM在未来发展过程中要关注其真正的优势,把专业技术发展成果引进EDM应用中来,从用户需求入手,认真分析EDM技术优势所在,强化解决应用问题。   选自《电加工与模具》2009年增刊

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