沖壓模具與電火花線切割加工技術
發表時間:2009-04-08 12:01:27; 來源:
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近年來，我國模具工業有了長足的進步。2005年模具產值為610億人民幣，2006年約720億，平均每年以20%～25%的速度增長。模具的技術水平同樣有顯著提高，一些國產優質模具的性能已接近國外同類產品的先進水平，而這些優質模具大多數為塑料模和沖壓模。沖壓模的加工離不開電火花線切割機床（WEDM）。據統計，我國約有80%的WEDM用于沖壓模加工。
我國先進水平的沖壓模現狀
標志著沖壓模先進水平的是高精度、長壽命、多工位級進模，它具有結構復雜、制造難度大、精度高、壽命長、生產效率高和低耗材耗能的特點，是我國重點發展的精密模具品種之一。
有代表性的電機鐵芯自動疊片硬質合金多工位級進模，精度達2m，步距精度達3m，雙回轉精度1，拼塊精度1m，表面粗糙度Ra0.1～0.4m，壽命1億次；美國奧伯格、日本黑田、法國寶捷時等電機鐵芯雙排自動疊片模，精度為1m，步距精度2m，模具壽命2億次。雖然精度已接近國外先進水平，但壽命有一定差距。
高水平的空調器翅片多工位級進模，精度達2m，凸、凹模的工作面近千處，沖裁間隙為0.01mm的達300多處，一次沖出翅片數達36列，模具壽命2億次以上；日本日高精機、美國OAK、意大利GBS公司制造的36～72列數翅片級進模，精度達2m，步距精度3m，壽命5億次以上。同樣，精度已接近國外先進水平，但模具壽命有較大差距。
體現高難度成形的彩管電子槍零件（G5）25工位硬質合金級進模，精度達2m，模具在高速沖床上應用，沖制0.245mm厚的無磁不銹鋼，經各道工序后，制品精度達±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進模，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工位級進模，精度達2m，在高速沖床上沖速達350～500次/分，壽命為3千萬次以上；日本山田、美國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2m，步距精度3m，模具壽命1億次。
還有如自主創新的手機連接器50工位級進模，精度達2μm，步距精度3μm，模具壽命2億次；數碼相機彈簧片18工位級進模、接插件46工位級進模等都達到了較高的水平。
綜上可以看出，具有代表性的我國精密、復雜、高效、長壽命沖壓模的制造水平（精度、表面粗糙度等）已接近或達到國外先進水平，而以上這些模具的型孔、定位孔等關鍵部位基本上都依靠精密WEDM進行加工，說明我國精密、復雜、高效、長壽命沖壓模的技術進步與WEDM技術進步密切相關。 我國的WEDM分為低速走絲電火花線切割機（LSWEDM）及高速走絲電火花線切割機（HSWEDM）兩類。精密、高效、復雜、長壽命沖壓模一般由LSWEDM進行加工。
LSWEDM國內外現狀及其在沖壓模中的應用
總體來說，LSWEDM的技術含量在機床行業屬高新技術產品，但從國內外發展情況來看，它本身的技術水平大致可分為：頂級、高檔、中檔三個層次。
◆頂級機
這種LSWEDM代表了當前最高水平，但基本上都是瑞士和日本的產品。這種機床的最大切割速度為400～500mm2/min，最高加工精度可達±1m，表面粗糙度Ra為0.05m，加工表面無變質層，具有φ0.02mm的細絲切割功能，功能齊全，自動化程度高。例如：瑞士阿奇的AGIECUTVERTEX系列機床，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，加工表面無變質層；瑞士夏米爾的ROBOFIL2050TW、6050TW雙絲切割機床，最高加工精度±1m，Ra為0.05m，具有完美的加工表面質量；還有如日本三菱、牧野、沙迪克生產的相關機床。
這類機床最大特點是不但加工精度高，而且表面無變質層，可以直接完成模具的精密加工，所加工的模具壽命已達到機械磨削水平。
◆高檔機（標準機）
這類機床一般都具有自動穿絲功能，無電阻防電解電源，有的也有細絲（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，這類機床基本上也由瑞士和日本公司生產。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系列機床，第一次切割加工，其切割速度為350～500mm2/min的情況下，Ra可達0.8m，具有很大的實用價值，這在高檔機中屬佼佼者。具有高檔機水平的機床還有瑞士夏米爾、日本三菱、沙迪克、牧野生產的相關機床。
這類機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（入門機）
瑞士、日本在中國的獨資（合資）企業為了適應中國市場的需要，同時也生產一些中檔機床。如：日本沙迪克特種（蘇州）生產的有關型號機床；大連三菱FA系列中有關型號的機床；瑞士夏米爾ROBOFIL380、390機床以及北京阿奇夏米爾生產的XENON機床等。這些機床一般在60～80萬元/臺（中檔規格）。臺灣及臺灣在大陸生產的企業一般也在生產中檔水平的LSWEDM。
中檔機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±5m，Ra為0.4～0.5m。
應該指出，根據國外所提供的機床資料，各公司加工精度的評價方法不盡相同，用于評價加工精度的加工工件材料、形狀、尺寸也不同，因此，關于頂級機、高檔機、中檔機的表述僅供參考。
由于LSWEDM精密加工技術與加工表面完整性技術的結合，使LSWEDM加工技術上了一個新臺階，并推動了精密、復雜、長壽命沖壓模加工技術的進步，使LSWEDM在精密沖壓模加工中具有不可替代的作用。隨著模具工業的迅速發展，LSWEDM的市場也在不斷擴大，2003年LSWEDM國內年產量僅800臺，至2004年已達1800臺，2005年達2400臺，2006年初步統計約3500臺，產值約25～30億人民幣。預計今后還有更大的發展空間。
HSWEDM的技術進步
HSWEDM同樣用于沖壓模加工，但一般以中、低檔模具為主。由于它的實用性、經濟性，所以在國內有較大的市場，目前年產量達3.5～4.0萬臺/年左右，產值約14億人民幣。模具制造企業基本上都裝備了這類機床，有的多達15～20臺，可是這類機床加工精度較低（尺寸精度0.015mm），加工表面質量較差，但近來HSWEDM技術水平有了較大的進步。
根據LSWEDM多次切割實現精密加工的原理，開始對HSWEDM進行多次切割技術的研究，并有所突破。如上海大量、蘇州新火花等一些企業開發生產了多次切割HSWEDM新產品，提高了加工精度，改善了表面質量。實現多次切割加工技術，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，采用高耐磨性的導向裝置、恒張力的控制機構以及采用走絲速度程控調節等措施，這是實現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：采用短程往復走絲、改變跟蹤控制方法、進行系統工藝試驗開發多次切割軟件等；提高機床的運動精度對多次切割的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，平均加工速度≥50mm2/min，加工工件表面光澤，無切割條紋。機床的最大切割速度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，說明多次切割技術在HSWEDM上的應用，使HSWEDM加工工藝水平有較大提升。
WEDM模具加工技術的展望
隨著多工位級進模的不斷發展，由單排級進模技術向雙排多列級進模技術發展；而且多工位級進模的功能越來越復雜。以電機鐵芯自動疊片多工位級進模為例，有鐵芯大規格自動疊片、鐵芯雙排扭槽疊片、多排直槽疊片、大回轉疊片、雙回轉疊片等。因此，模具結構越來越復雜、制造難度越來越大、精密加工的要求越來越高，為了滿足模具發展的需要，推動了WEDM向更高層次的發展，而代表WEDM高層次發展方向的應屬LSWEDM。在LSWEDM的加工過程中，為了減少人的干預，保證達到預期的工藝指標，自動化、信息化是LSWEDM的發展方向。
在頂級機、高檔機完善的專家系統及電極絲自動交換（多工位自動穿絲、雙絲切割自動換絲）的基礎上，進一步實現工件自動交換（AWC），以自動完成全部加工過程，減少人的干預，以達到預定的加工目標。
瑞士阿奇的AGIEVISONCNC系統與機器人或裝卸裝置及與網絡功能相配合，組成智能化的制造系統。例如，美國的Chelar工模具公司的瑞士阿奇EVOLUTION3LSWEDM，配用能安裝10個工件托盤的SD10型機械手及PROWN&SHARPECMM測量機后，實現全自動無人看管運行，機床年運行工時已達6800h。
瑞士夏米爾公司千禧版的CNC系統是基于WINDOWSNT操作系統，在ROBOFIL240CC/440CC上控制內裝的QCRW型機械手，具有能裝卸重達100kg工件的托盤。此外，CNC系統具有接入局域網（LAN）的標準配置，機上還裝有一個RJ-45接口和以太網卡。
在自動化、信息化方面，還有日本沙迪克公司CNC系統、日本三菱的64位CNC系統等，有了這些功能完備的系統，配以標準化機械接口，通過3R系統或EROWA系統的機械手，可方便地實現工件（托盤）的自動交換。 |
