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揭開數(shù)控電火花加工技術(shù)的神秘面紗
電火花加工是特種加工的一種。早在前蘇聯(lián),拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時,發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉,從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。
數(shù)控電火花加工機(jī)床市場競爭日益激烈,越來越多的廠家都在宣傳“鏡面電火花加工”、“高效率加工”、“專家系統(tǒng)”等高性能指標(biāo)。從表面上來看,似乎大多數(shù)控電火花加工機(jī)床的加工性能已經(jīng)同質(zhì)化,具有很高水平。而事實上,一些數(shù)控電火花加工機(jī)床用戶的使用效果并不理想,甚至有些用戶感覺上當(dāng)了。
造成這種情況的原因是:電火花加工行業(yè)通常是用一些技術(shù)指標(biāo)來衡量機(jī)床的加工性能,如最佳表面粗糙度、最大加工效率、最小電極損耗、是否具有專家系統(tǒng)等。正是由于這些技術(shù)指標(biāo)的局限性,一些廠商利用其進(jìn)行宣傳而誤導(dǎo)了用戶的真實需求。
本文從最佳表面粗糙度、最大加工效率、專家系統(tǒng)3個方面,談?wù)勥@幾個常用技術(shù)指標(biāo)與數(shù)控電火花加工機(jī)床真實加工性能的關(guān)系,希望對引導(dǎo)用戶的理性需求有所幫助。
1.數(shù)控電火花加工機(jī)床最佳表面粗糙度
當(dāng)前電加工機(jī)床行業(yè)出現(xiàn)了眾多的“數(shù)控鏡面電火花加工機(jī)床”,這些機(jī)床標(biāo)注的最佳表面粗糙度達(dá)Ra0.1μm。
眾所周知,表面粗糙度是電火花加工機(jī)床的一項主要工藝指標(biāo)。影響加工表面粗糙度的因素除機(jī)床加工性能外,加工面積、加工形狀、工件材料是3項最主要的因素。加工面積越大,加工形狀越復(fù)雜,深度越深,就越難達(dá)到精細(xì)的表面。對于工件材料而言,要進(jìn)行鏡面加工必須選用鏡面鋼,如:S136、SKD61等鋼材,有些材料是不能達(dá)到鏡面加工效果的,如:SKD11鋼材。
所謂的“最佳表面粗糙度Ra0.1μm”,通常是指用直徑10—20 mm的圓棒電極,在S136鏡面鋼料上加工一個淺表面,最終加工表面粗糙度Ra0.1μm。也就是說,最佳表面粗糙度是在加工面積合適、形狀簡單、使用鏡面鋼的特殊情況下完成的。一些廠家在這項測試中甚至是不計加工精度與加工效率的。而實際生產(chǎn)中的電火花加工需求與這種測試條件相比往往要復(fù)雜得多。一旦加工面積變大,形狀變得復(fù)雜,加工不出鏡面效果便是必然的事。這里提供一個數(shù)控鏡面電火花加工機(jī)床的測試基準(zhǔn):使用粗、精二個電極,加工一個50 mm×50 mm×5 mm的方形型腔,底面與側(cè)面都要求達(dá)到均勻的鏡面效果,精度控制在0.01 mm內(nèi),總加工時間不能超過15 h,這個加工測試綜合反映了機(jī)床的鏡面加工能力。如果機(jī)床的加工水準(zhǔn)接近這個測試基準(zhǔn),才可以說能勝任實際的鏡面電火花加工需求。
另外,也不能單憑鏡面加工測試來判定數(shù)控電火花加工機(jī)床的精加工性能。這里列舉一個應(yīng)用實例:使用邊長20mm的方形電極進(jìn)行淺表面的鏡面加工測試,只要參數(shù)配置合理,大多數(shù)的數(shù)控電火花加工機(jī)床都能達(dá)到較好的鏡面加工效果,通常Ra<0.2 μm。可以發(fā)現(xiàn)加工過程中放電非常穩(wěn)定,氣泡連續(xù)均勻,加工出的鏡面表面均勻,具有光澤效果。事實上,達(dá)到這個加工指標(biāo),并不能說明數(shù)控電火花加工機(jī)床的精加工性能就已經(jīng)很好了。在這項加工測試中,如果要求加工Ra0.22μm(VDI07)或Ra0.4μm(VDI12)的亞光表面,就加工指標(biāo)而言,沒有加工經(jīng)驗的技術(shù)人員會認(rèn)為表面粗糙度值大了,更容易加工了。實際上,這種亞光表面的電火花加工難度比鏡面加工更大。亞光表面的電火花加工通常使用負(fù)極性、小電流、小脈寬、大脈間、加電容的參數(shù)匹配,如果機(jī)床的精加工性能不穩(wěn)定,加工后的表面會有積碳、黑斑,表面效果很難達(dá)到均勻一致。因此,考查數(shù)控電火花加工機(jī)床能否實現(xiàn)均勻一致的亞光面加工,比進(jìn)行鏡面加工測試更能反映出脈沖電源的精加工性能。
事實上,很多用戶對電火花加工表面的要求不需要那么精細(xì),通常為Ra0.8~2.5 μm。對于這些加工要求,似乎所有的電火花加工機(jī)床都能達(dá)到。這也是一種片面的認(rèn)識。我們可以從兩種不同的加工要求來進(jìn)行認(rèn)識:一種是加工要求的確不高,考慮到電火花精加工效率較低,在電火花加工完成后再使用拋光工序來改善加工表面,對于這類加工,一般使用普通的數(shù)控電火花加工機(jī)床是能達(dá)到要求的;另一種是加工指定的火花紋面,加工要求較高。像有些外觀要求火花紋面的塑膠模具,表面要求是Ra1.6 μm(VDI24)的紋面,在微觀狀態(tài)下觀察加工表面顆粒形態(tài)均勻。高品質(zhì)的電火花加工表面在將局部放大100倍以上時,微觀狀態(tài)下的表面凹坑均勻一致,顆粒分明,沒有放電缺陷;而一些機(jī)床加工的表面雖然用粗糙度測量儀進(jìn)行測量是合格的,但檢查其微觀表面時卻能發(fā)現(xiàn)放電凹坑形態(tài)各異,顆粒有粗有細(xì),并伴隨一些局部缺陷,這就不能滿足高要求的紋面加工。
綜上所述,數(shù)控電火花加工機(jī)床的最佳表面粗糙度指標(biāo)只是一個片面的參考指標(biāo),要考查機(jī)床的表面加工性能,需要從機(jī)床能否實現(xiàn)實用的鏡面加工、能否實現(xiàn)均勻的亞光表面加工、能否實現(xiàn)高品質(zhì)的紋面加工3個方面進(jìn)行綜合評價。
2.電火花加工機(jī)床最大加工效率
進(jìn)行電火花加工時,工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極,并浸入工作液中,或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過間隙自動控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給,當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一定距離時,兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿,產(chǎn)生火花放電。
不同的數(shù)控電火花加工機(jī)床標(biāo)注的最大加工效率不同,有些機(jī)床標(biāo)注的300mm3/min ,有些機(jī)床標(biāo)注的是500mm3/min。用戶往往會認(rèn)為標(biāo)注500mm3/min的機(jī)床加工速度更快。
事實上,最大加工效率主要與機(jī)床的最大加工電流有關(guān),機(jī)床的加工電流越大,最大加工效率就越高。在最大加工效率的加工情況下,反映的是粗加工效率,加工后的表面很粗糙。而實際加工中,很少需要用到這種大電流加工。因此可以說這種所謂的最大加工效率對于評價數(shù)控電火花加工機(jī)床的加工效率意義不大。
通常來講,數(shù)控電火花加工機(jī)床的粗加工效率相差都不大,加工效率的差異主要體現(xiàn)在精加工。精加工需要使用多段加工條件,其加工效率與加工條件、加工余量、工藝等眾多復(fù)雜因素相關(guān)。各種不同的加工類型,其效率會有較大差異,所以很難用具體的指標(biāo)對精加工效率做出準(zhǔn)確評價。
我們通常用多個具體的應(yīng)用實例去作對比,也就是在同等的加工條件下,加工要求相同,最終對比加工的總時間。值得一提的是,這種比較只有在客觀的情況下,使用數(shù)控電火花加工機(jī)床本身的工藝方法與電參數(shù)進(jìn)行加工,不能有人為的干預(yù),這樣才能反映機(jī)床加工效率的差異。因為加工效率與人為調(diào)整有很大的關(guān)系,如加工一個型腔,使用機(jī)床默認(rèn)的程序進(jìn)行加工需用時20 h,而通過調(diào)整程序能將加工時間控制到8 h,這是很常見的。但越是高端的機(jī)床,這種可調(diào)整的空間就越小,其加工的適應(yīng)性就更強(qiáng)。對復(fù)雜多變的加工類型,其整體的加工效率就會體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。“最大加工效率”這個指標(biāo)只能用于評價機(jī)床的最大粗加工效率。實際生產(chǎn)中,加工效率的高低往往取決于機(jī)床的精加工效率,精加工效率可通過客觀的應(yīng)用對比來評測。
3.數(shù)控機(jī)床專家系統(tǒng)
目前數(shù)控電火花加工機(jī)床的智能化程度有了很大的提高。很多廠商都宣傳機(jī)床配有“專家系統(tǒng)”,只需輸入加工面積,選擇電極材料、工件材料及加工要求,機(jī)床即可自動產(chǎn)生程序與放電參數(shù),在無需經(jīng)驗的情況下實現(xiàn)優(yōu)化加工。
這樣一來,很多用戶都認(rèn)為操作數(shù)控電火花加工機(jī)床是很簡單的事情。正是基于這樣的認(rèn)識,一些企業(yè)的操作人員完全依賴這些所謂的“專家系統(tǒng)”,導(dǎo)致電火花加工效率極其低下,加工不能滿足要求。
其實,電火花加工的類型很復(fù)雜:加工面積不一樣,小到尖點,大到大面積;深度不一樣,有淺表面,有深型腔;形狀不一樣,有尖點、窄縫、通孔、盲孔,有簡單的方、圓形狀,也有形狀復(fù)雜的型腔;加工表面要求不一樣,從粗到細(xì)有不同的VDI級別;電極材料不一樣,有紫銅、石墨、硬質(zhì)合金等;工件材料不一樣,有鋼、硬質(zhì)合金、鋁、銅、鈦合金等;加工要求不一樣,有追求加工效率的,有追求低損耗的,有追求表面效果的……。這些眾多的不一樣,在加工過程中需使用不同類型的放電參數(shù),并要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。
先進(jìn)的數(shù)控電火花加工機(jī)床,針對上述不同的加工類型制定了上萬條加工參數(shù),經(jīng)過長期的沉淀形成了一個完善、實用的加工參數(shù)庫,且在加工過程中,機(jī)床系統(tǒng)能自動進(jìn)行優(yōu)化加工,這樣的機(jī)床才稱得上具有“專家系統(tǒng)”,才能滿足使用全自動化數(shù)控電火花加工的運行要求,才能極大地降低機(jī)床對操作人員的技能要求。
一些普通的數(shù)控電火花加工機(jī)床只有幾十條簡單的加工參數(shù),只是在系統(tǒng)界面中設(shè)計了能搜索這些加工條件的一款工具,其中有些選項只是形式,這樣的工具是不能被稱為“專家系統(tǒng)”的。這些數(shù)控電火花加工機(jī)床要求操作者必須具有豐富的工作經(jīng)驗,能根據(jù)加工要求靈活配置電參數(shù),其操作方式與傳統(tǒng)機(jī)床沒有多大差異。
評價數(shù)控電火花加工機(jī)床的“專家系統(tǒng)”,要從工藝參數(shù)是否完善、工藝參數(shù)能否滿足生產(chǎn)加工要求、適應(yīng)性是否強(qiáng)等方面來進(jìn)行評價。
4.結(jié)束語
以上針對數(shù)控電火花加工機(jī)床的幾個常見指標(biāo)進(jìn)行了分析,指出了其片面性。建議電火花加工機(jī)床用戶應(yīng)根據(jù)具體要求,理性地選擇合適的數(shù)控電火花加工機(jī)床,不要被一些表面的宣傳指標(biāo)與應(yīng)用案例所蒙蔽。
附錄:火花機(jī)選型指標(biāo)解讀
購買數(shù)控電火花加工機(jī)床必須要知道哪些選擇?
1、看電火花機(jī)品牌
品牌也可以代表質(zhì)量,因此買火花機(jī)也得看品牌。
在同一檔次品牌的電火花成型機(jī)價格相差不大,每個品牌的電火花機(jī)都有各自的特點。
鼎億電火花機(jī)是廣東火花機(jī)中不錯的品牌!
2、看電火花機(jī)制造工廠的歷史
電火花機(jī)制造工廠的生產(chǎn)歷史長短,可以從一個方面說明其產(chǎn)品的成熟度。
一個底蘊深厚電火花機(jī)制造工廠對于一臺電火花機(jī)的開發(fā)設(shè)計,生產(chǎn)工藝等多方面都會有更優(yōu)秀的表現(xiàn),因此產(chǎn)品品質(zhì)也更有保障。
鼎億電火花機(jī)二十年專業(yè)制造能力!
3、看加工產(chǎn)品的要求
電火花機(jī)性能四大要素:表面光潔度、電極損耗、加工速度、加工精度。
依據(jù)所要加工產(chǎn)品的要求,參照以上四大要素選用擇合適的電火花機(jī)。
4、看加工產(chǎn)品的大小
依據(jù)所要加工產(chǎn)品的大小選擇不同行程大小的電火花機(jī)。
5、看加工工藝
電火花機(jī)加工工藝的不同選用也不同。
可在ZNC火花機(jī)、PNC火花機(jī)、CNC火花機(jī)等不同類型中做選用。
6、看售后服務(wù)能力
依據(jù)電火花機(jī)制造工廠對售后服務(wù)重視程度及能力,選用售后服務(wù)有保障的電火花機(jī)
來源:《談對數(shù)控電火花加工機(jī)床的理性需求》
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