电火花成型加工技术新发展应用建筑塑料

电火花成型加工技术新发展应用

1.引言

电火花成型加工技术发展到今天已经过了60多年，有人主张要将它赶出模具加工领域，理由是高速铣加工效率比它高10倍。但电火花机床制造商却不同意，如对于一些窄槽加工，至今高速铣还是无能为力的。同样是电火花加工，线切割发展历史仅仅40年左右，但比成型加工，技术上要成熟得多，产值也几乎高出1倍，已毫无疑问成为模具型腔加工的主导设备。这是由于电火花成型加工机理的复杂性，它还没有走完它的成长期，作为型腔中精加工工艺的目标还有一段路要走，高速铣只是客观上促使其发展应该更快一些，要更努力一些。

长期以来困扰电火花成型加工技术推广应用的内因是：由于加工对象日趋复杂，操作者对设定加工参数以及保持加工过程的稳定可靠感到越来越难，生产厂虽然也提供一些成套参数，但距离实用的要求还有一定差距，在电极的损耗、尺力精度、表面粗糙度、安全系数、加工效率等等指标之间如何取得平衡，达到要求的权衡序列，那就更加困难。操作者中曾有"一冲"就灵的说法，即再困难的加工，只要解决冲洗问题，把铁末、炭末、气泡冲出来就行。但现在很多的型腔很难做到冲抽油，而且随着加工要求的提高，冲抽油或侧冲造成不均匀流场、切屑的不均匀分布，影响精加工表面的平整度。而且冲抽油还会造成边角的损耗，使加工轮廓不清晰。所以用户提出了能不能免冲液加工，这对目前大多数电火花成型机来说就会带来加工不稳定、低效率等问题。作为一种精加工手段，用户当然希望型腔达到均匀的表面粗糙度和一定的尺寸精度，但一到精加工，间隙一小，就相当容易集中放电，表现为加工表面有一块块的黑斑，擦干净粘附的炭末后，可以看到此处比较粗糙，如果模具要求有蒙光效果，这样的不均匀放电痕就肯定不行，如果抛光，此处必定凹陷。由于集中放电造成加工表面的不平，也就破坏了型腔的尺寸精度。现在用户要求有微米级型腔，这种平面度误差竞有十几微米，还谈什么尺寸精度。

为攻克上述难题，10年来瑞士夏米尔技术公司做了大量的工作，终于取得了成功，这就是DS系统。其工作原理和特点是：

（1）确认电火花成型加工工艺的多样性，在充分研究和分析每一类加工对象的特点后，开发相应工艺，即应用导向的工艺。目前在DS系统内将电火花成型加工分为：一般型腔、窄缝、大面积和微细型腔四类。

（2）由于电火花成型加工工艺的复杂性，在其工作机理尚未搞清楚以前，只能按实验来搞。针对特定的加工对象，做大量的工艺试验，在取得合适的加工工艺参数和工艺规律后，再经过长期的加工验证，和用户合作的实用考验，不断修改、不断完善，最后将这些成熟的加工决窍汇编成软件，以方便使用，这就是专家系统。

（3）DS系统内包含着若干个专家系统，它们各司其职，环环相扣，涵盖整个加工过程，操作者始终在专家系统的协助下，从工作开始，一直到加工结束。

首先用到的是编程专家系统（Program Expert），它按图面加工要求，把整个工作过程所需性能配置和加工参数规定下来。具体来说：①自动生成从粗加工到精加工的加工程序，以及将找正、定位和若干个型腔加工的工艺程序连接起来的命令程序。②由人机对话输人的加工用于紧急状态切断整电机源；要求有：对损耗、表面质量、加工精度和加工速度的权衡，加工型腔类型，采用何种冲洗方式，选择何种平动方式等，此后系统可以计算出电极收缩量，每档规准的加工深度和手动量，相应的伺服和保护参数。③通过标准图形模块的拼装，在屏幕上生成电极的三维图形，综合考虑随着加工深度增加后放电面积的变化；电极上是否有薄弱的危险截面；电极的实际收缩量；自动计算出粗加工功率变化曲线，形成工件程序的切入部分。

一进入加工，就会得到控制专家系统（ Pilot Expert）的帮助，它动用一切积极措施，连续优化加工参数，在加工较浅或不出现间隙污染的情况下，尽可能缩短抬刀时间，以增加放电时间，降低检测门槛值，以保护有效放电脉冲。

同时开始工作的还有能量控制专家系统（ Power Control Expert），它是加工安全的保护神，监控每一束脉冲，迅速清除有害脉冲。检测间隙污染的速度提高了10倍，伺服轴死区变小，故伺服主轴的进、停、反向的响应时间仅为2μs，上述措施有效地控制了局部集中放电，保证均匀的表面粗糙度，此外粗加工中还可实时检测加工面积，及时转换加工规准，控制电流密度，从而保护了电极上小尺寸部分不受损伤。

在中精加工中，由于间隙狭窄，搭桥短路现象相同时汽车零部件的加工制造也变得轻易很多当普遍，用主轴快速回退或加工抬刀效果都不好，而且浪费时间，此时有SPAC系统的清扫脉冲（高峰值超窄脉冲）来粉碎短路桥，从而大大减少回退浪费的时间。SPAC软件包对不同的加工状况都有相应的检测参数和清扫脉冲的能量参数进行实时监控并进行处理。

如果是微细加工，DS系统会自动激活微细加工专家系统（ Micro-Machining），基于对加工参数的精确控制和对每束不良脉冲严格的事先清除，保证稳定加工，避免局部的集中放电，才有了精加工表面的均匀一致，良好的平面度（150cm2仅5μm），微细形状的清晰（底边棱角半径0.05 mm），在提高加工效率的同时，可减少昂贵的微细型腔电极的可轻松实现附件互换消耗 30％－60％。

（4）精加工就是小间隙，这一前提是不容置疑的。因为加工间隙和加工精度有直接联系（一般认为3：l），如果采取措施加大间隙，即使表面粗糙度改善了，但型腔的清晰度、平面度将恶化。要保证小间隙下加工的稳定（此时伺服调节范围：在确保塑料产品可靠性的设计就相当重要精加工首束放电到稳定加工，距离仅10μm左右），要的不是高的加速度和速度，而是伺服系统非常小的死区和平稳的低速（无爬行），以及间隙检测技术。由于间隙小，加工中空载、短路、间隙污染各种状况会同时存在（粗加工间隙大，这种情况很少），仅依靠间隙电压反馈，往往不能反映间隙的真实状况，所以必须对放电脉冲逐个检测、分类、统计，以判定工况，并将不良脉冲清除。但检测的门槛值不是一个定值，在加工深度增加，出现了间隙污染情况时，就会严一点。

（5）电火花成型的中精加工过程忌讳各种干扰，过程控制一定要平滑调节，不管是在故障排除或换档加工中，参数的变换分得要细。例如表面粗糙度要加工到 Ra＝0.1μm，最少要精修13次。

（6）中精加工免冲洗，采用抬刀排屑。当电极抬起后，干净的电介液进人间隙，冲淡间隙中污染的电介液，电极进人后把电介液挤出去，达到把切屑排出、抬刀过程中不放电和不损耗电极。抬刀高度和加工间隙之比称稀释的比例。例如间隙10μm，抬刀高度100μm，就能把切屑排出 9O％。在DS系统中抬刀参数随加工深度变化，加工浅、抬刀频率低，加工时间长而抬刀高度低。只有加工较深时，为克服排屑路径加长和阻力加大的困难，才提高抬刀频率和增加抬刀高度。在中精加工中，还有夏米尔技术公司专利的三维平动、端面和侧向的抬刀，这时免冲液对加工稳定性也不会有多大影响。

（7）DS系统始终贯彻以人为中心的原则，整个工作过程的信息尽可能使操作者一目了然，允许任何时候介人，做他认为必要的修改工作。

DS系统在实际应用中已取得很大的成功，用45 mm x l.5 mm石墨电极加工深38.1mm的窄槽，达到表面粗糙度Ra＝1.6μm仅需1h5Omin，比过去提高效率2.5倍；又如加工1模4腔CD盘盒，用1个粗加工，2个精加工钢电极，加工面积15Ocm2，免冲液，平面度达5μm。

DS系统已成为夏米尔技术公司电火花成型机的应用软件，它是建立在主机和脉冲电源性能高度基础上，没有硬件的稳定，工艺试验的结果就没有普遍性，所生成的软件就没有实用性，所以说DS系统的建立是一项工程浩大的系统工程。可以预计电火花加工应用软件的开发，将成为一种时尚，必将成为电火花成型加工技术进人新发展的标志。

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