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中走絲與慢走絲加工的技術差距,到底有多大?
日期:2017-07-04 20:27 來源:本站 作者:中谷機電 點擊:


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 數控電火花線切割加工包括快走絲加工與慢走絲加工,它們廣泛應用于模具制造行業。這兩種技術的加工效率、切割精度以及表面質量等目前是什么發展狀況呢?

 快走絲加工技術的發展現狀

 顧名思義,快走絲加工是因為切割加工過程中電極絲作高速的走絲運轉而得名。快走絲加工機床是我國獨創的電加工機床,經過幾十年的不斷完善和發展,現已成為制造業中的一種重要加工手段。可滿足中、低檔模具加工和其他復雜零件制造的要求,在中低檔市場中占有相當的分量。

 快走絲加工機床最大的優勢在于擁有良好的性能價格比。由于它的實用性、經濟性,所以在國內有較大的市場。傳統快走絲加工采用一次切割的工藝,加工效率在40 ㎜2/min左右,表面粗糙度在Ra3.0μm左右,表面有較明顯的線紋,加工精度在0.02㎜左右。

 為改善加工品質,快走絲加工機床制造廠家參照多次切割工藝,改進了機床的相關部件,出現了所謂的“中走絲機床”。機床的數控精度、脈沖電源、走絲系統、工藝數據庫等大量的工藝技術方面有了較大的提高。提高了加工精度,改善了表面質量。

 目前中走絲加工機床的技術指標:進行一次切割的效率180㎜2/min,多次切割后的表面粗糙度為Ra≤1.0μm,此時的平均效率為50㎜2/min,加工表面光澤無明顯切割條紋,加工精度0.01㎜,電極絲損耗≤0. 01 ㎜ /20 萬㎜2 。這些性能指標看起來已經比較不錯,但需要注意的是,獲得這些指標需要保證好各個環節,一旦有出入,比如工作液的濃度、電極絲的損耗發生變化,就會影響加工質量的穩定性。

 生產中走絲機床的典型廠家有蘇州三光、蘇州漢奇、上海特略、北京安德、蘇州寶瑪、蘇州新火花、上海大量等。

  慢走絲加工技術的發展現狀

  精密、復雜、長壽命沖壓模具制造精度及表面質量要求的不斷提高,快走絲加工技術已不能適應精密模具的制造要求,這種現狀促進了慢走絲加工技術的迅速發展,其各方面工藝指標已達到了相當高的水平,是其它加工技術不可替代的。

  1. 慢走絲加工技術的發展現狀

 (1)加工精度提高

  多次切割技術是提高慢走絲加工精度及表面質量的根本手段。一般是通過一次切割成形,二次切割提高精度,三次以上切割提高表面質量。

 由于在切割拐角時電極絲的滯后,會造成角部塌陷。為了提高拐角切割精度,采取了更多的動態拐角處理策略。如:自動改變加工速度、自動調節水壓、控制加工能量等。

 先進的慢走絲加工機床采用的高精度精加工回路,是提高加工工件平直度的有效技術,使厚件加工的精度得到顯著提高;為了進行小圓角、窄縫、窄槽及微細零件的微精加工,頂尖的數控低速走絲電火花線切割機床可以采用0.02~0.03 ㎜的電極絲進行切割。

 為了保證高精度的加工,機床的機械精度、脈沖電源精度、伺服控制精度(包括對機械運動、脈沖參數、走絲系統和工作液系統的控制)都已達到極高的水準。采用水溫冷卻裝置,使機床內部溫度與水溫相同,減小了機床的熱變形;采用閉環數字交(直)流伺服控制系統,確保優良的動態性能和高定位精度,加工精度可控制在若干微米以內,精密定位可實現0.1μm當量的控制;采用浸入式加工,降低工件熱變形;電機伺服,閉環電極絲張力控制;采用電壓調制對刀電源實現高精度對刀,對刀精度可達0.002 ㎜,不損傷工件,不論干濕。

 (2)表面質量日臻完善 

 先進的慢走絲加工機床采用平均電壓為零的無防電解脈沖電源,電解的破壞已降到最低程度。此外,由于脈沖電源的改進,普遍采用高峰值,窄脈寬(微秒級),材料大多數為氣相拋出,帶走了大量的熱,工件表面溫度就上不去,開裂的現象大為減少;不僅加工效率高,而且使表面質量大大提高。采用無電解電源進行電火花線切割加工,可使表面變質層控制在2μm以下。切割的硬質合金沖模刃口的耐磨性和磨削沒有什么不同,甚至優于機械磨削加工,越來越多的零件加工“以割代磨”。

 (3)加工效率提升

  由于納秒級大峰值電流脈沖電源技術及檢測、控制、抗干擾技術的發展,慢走絲加工機床的加工效率也在不斷提高,當前先進的慢走絲加工機床的最高加工效率可達500㎜2/min。較大厚度工件的加工效率有實際意義的技術提升,如切割300 ㎜厚的工件時,加工效率可達170㎜2/min。對于厚度變化工件的加工,通過自動檢測加工件的厚度,自動調整加工參數,防止斷絲,達到該狀態的最高加工效率。

 另外,先進慢走絲加工機床推出的快速自動穿絲技術,自動穿絲時間<15 s提高了加工操作的效率;推出的雙絲自動交換技術,能采用0.20~0.02 ㎜的電極絲自動進行雙絲切換加工。采用粗絲進行第一次切割,一般絲徑為0.25 ㎜,以提高加工效率,并可無芯切割;然后采用細絲進行修整,一般采用0.10 ㎜的細絲,切割出小圓角,并可提高精度,總體可節省30%~50%的切割時間。

 (4)自動化、智能化及信息化的發展

 加工過程中,為了減少人的干預,保證達到預期的工藝指標,慢走絲加工的自動化、智能化及信息化取得了相應的發展。

 慢走絲加工機床完備的工藝專家系統按加工要求給出成套參數。不僅包括常用電極絲牌號和相應的工件材料,還提供了如PCD、PCBN等特殊材料的加工參數,可依據上下噴嘴是否與工件接觸,距離多大,是在切風中精修,還是敞開面精修,精度、表面粗糙度和效率哪一項優先的加工策略來生成各自的規準;放電專家系統應付切割中的隨機因素,在切入、切出、截面變化、中心切割、接近邊緣切割、大截面高速切割等情況下,在加工過程中運用自適應控制策略及自動化控制功能,得到不斷絲穩定高效加工。

 自動無孔探測功能也很實用,自動跳步加工時,如果預孔被忘記打出或孔位偏移,機床就會自動移到下一個預孔上,這樣可防止在無人操作加工時停機,在穿好絲之后發生短路時,可自動搜尋消除短路的位置,提高了連續無人操作運轉的可靠性。

 機床的CNC系統配以標準化機械接口,組成智能化的制造系統,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,配以專家系統及電極絲自動交換技術,可以自動完成全部加工過程。

 2. 各檔次慢走絲加工機床的技術水平

 可將慢走絲加工機床分為頂級、高檔、中檔、入門四個檔次。生產慢走絲機床的典型廠家有瑞士GF加工方案(原阿奇夏米爾)、日本牧野、日本三菱、日本沙迪克、日本西部、日本法蘭克等。

 (1)頂級慢走絲加工機床

 這種慢走絲加工機床代表了目前的最高水平,主要由瑞士、日本制造。這類機床的加工精度能保證在±0.002 ㎜以內,最高加工效率可達400~500㎜2/min,表面粗糙度可達Ra0.05μm,具有完美的加工表面質量,表面幾乎無變質層,能使用Φ0.02 ㎜的電極絲進行微精加工,主機大都具有熱平衡系統,一些機床采用在油中進行切割加工。這類機床功能齊全,自動化程度高,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。

  (2)高檔慢走絲加工機床

 這類機床基本上由瑞士和日本公司生產,具有自動穿絲功能,無電阻防電解電源,整體熱恒定系統,能采用Φ0.07 ㎜的電極 絲進行切割,精度在±0.003 ㎜左右,最高加工效率能達300㎜2/min以上,表面粗糙度能達到Ra<0.2μm,具有適時檢測工件截面變化、實時優化放電功率功能。這類機床也廣泛用于精密沖壓模加工。

 (3)中檔慢走絲加工機床

 這檔機床一般由瑞士和日本公司在中國的制造工廠生產,一些臺灣機的技術水準也能達到這個檔次,其配置和性能滿足了國內大多數精密線切割加工的要求。一般都采用無電阻防電解電源,具有浸水式加工、錐度切割功能。實用的最高加工效率為150~200 ㎜2/min,最佳表面粗糙度達Ra<0.4μm,切割精度可達±0.005㎜,一般采用Φ0.1㎜及以上的電極絲進行切割,配備的防撞保護系統可避免由編程錯誤或誤操作引起的碰撞受損,配備或者可選配自動穿絲機構。

 (4)入門級慢走絲加工機床

 這檔機床一般是臺灣機床或者國內自主研發生產的機床,其配置和性能滿足國內普通模具與零件的加工要求。一般多使用切一修一,切一修二的工藝,能穩定達到表面光潔度在Ra0.8μm左右,加工精度在±0.008㎜,大多只能使用0.15mm及以上的電極絲進行切割,加工的表面微細組織、拐角與先進的機床有一定的差距。

 總的來說,慢走絲加工機床與快走絲加工機床相比,在加工效率、精度、表面質量等方面都具有非常明顯的優越性。雖然慢走絲加工機床的價格較貴,但隨著制造業的高速發展,它將會被越來越多地應用于各加工領域

  快走絲加工技術的發展現狀

  顧名思義,快走絲加工是因為切割加工過程中電極絲作高速的走絲運轉而得名。快走絲加工機床是我國獨創的電加工機床,經過幾十年的不斷完善和發展,現已成為制造業中的一種重要加工手段。可滿足中、低檔模具加工和其他復雜零件制造的要求,在中低檔市場中占有相當的分量。

  快走絲加工機床最大的優勢在于擁有良好的性能價格比。由于它的實用性、經濟性,所以在國內有較大的市場。傳統快走絲加工采用一次切割的工藝,加工效率在40 ㎜2/min左右,表面粗糙度在Ra3.0μm左右,表面有較明顯的線紋,加工精度在0.02㎜左右。

  為改善加工品質,快走絲加工機床制造廠家參照多次切割工藝,改進了機床的相關部件,出現了所謂的“中走絲機床”。機床的數控精度、脈沖電源、走絲系統、工藝數據庫等大量的工藝技術方面有了較大的提高。提高了加工精度,改善了表面質量。

  目前中走絲加工機床的技術指標:進行一次切割的效率180㎜2/min,多次切割后的表面粗糙度為Ra≤1.0μm,此時的平均效率為50㎜2/min,加工表面光澤無明顯切割條紋,加工精度0.01㎜,電極絲損耗≤0. 01 ㎜ /20 萬㎜2 。這些性能指標看起來已經比較不錯,但需要注意的是,獲得這些指標需要保證好各個環節,一旦有出入,比如工作液的濃度、電極絲的損耗發生變化,就會影響加工質量的穩定性。

  慢走絲加工技術的發展現狀

  精密、復雜、長壽命沖壓模具制造精度及表面質量要求的不斷提高,快走絲加工技術已不能適應精密模具的制造要求,這種現狀促進了慢走絲加工技術的迅速發展,其各方面工藝指標已達到了相當高的水平,是其它加工技術不可替代的。

  1. 慢走絲加工技術的發展現狀

 (1)加工精度提高

  多次切割技術是提高慢走絲加工精度及表面質量的根本手段。一般是通過一次切割成形,二次切割提高精度,三次以上切割提高表面質量。

  由于在切割拐角時電極絲的滯后,會造成角部塌陷。為了提高拐角切割精度,采取了更多的動態拐角處理策略。如:自動改變加工速度、自動調節水壓、控制加工能量等。

  先進的慢走絲加工機床采用的高精度精加工回路,是提高加工工件平直度的有效技術,使厚件加工的精度得到顯著提高;為了進行小圓角、窄縫、窄槽及微細零件的微精加工,頂尖的數控低速走絲電火花線切割機床可以采用0.02~0.03 ㎜的電極絲進行切割。

 為了保證高精度的加工,機床的機械精度、脈沖電源精度、伺服控制精度(包括對機械運動、脈沖參數、走絲系統和工作液系統的控制)都已達到極高的水準。采用水溫冷卻裝置,使機床內部溫度與水溫相同,減小了機床的熱變形;采用閉環數字交(直)流伺服控制系統,確保優良的動態性能和高定位精度,加工精度可控制在若干微米以內,精密定位可實現0.1μm當量的控制;采用浸入式加工,降低工件熱變形;電機伺服,閉環電極絲張力控制;采用電壓調制對刀電源實現高精度對刀,對刀精度可達0.002 ㎜,不損傷工件,不論干濕。

 (2)表面質量日臻完善 

 先進的慢走絲加工機床采用平均電壓為零的無防電解脈沖電源,電解的破壞已降到最低程度。此外,由于脈沖電源的改進,普遍采用高峰值,窄脈寬(微秒級),材料大多數為氣相拋出,帶走了大量的熱,工件表面溫度就上不去,開裂的現象大為減少;不僅加工效率高,而且使表面質量大大提高。采用無電解電源進行電火花線切割加工,可使表面變質層控制在2μm以下。切割的硬質合金沖模刃口的耐磨性和磨削沒有什么不同,甚至優于機械磨削加工,越來越多的零件加工“以割代磨”。

 (3)加工效率提升

  由于納秒級大峰值電流脈沖電源技術及檢測、控制、抗干擾技術的發展,慢走絲加工機床的加工效率也在不斷提高,當前先進的慢走絲加工機床的最高加工效率可達500㎜2/min。較大厚度工件的加工效率有實際意義的技術提升,如切割300 ㎜厚的工件時,加工效率可達170㎜2/min。對于厚度變化工件的加工,通過自動檢測加工件的厚度,自動調整加工參數,防止斷絲,達到該狀態的最高加工效率。

 另外,先進慢走絲加工機床推出的快速自動穿絲技術,自動穿絲時間<15 s提高了加工操作的效率;推出的雙絲自動交換技術,能采用0.20~0.02 ㎜的電極絲自動進行雙絲切換加工。采用粗絲進行第一次切割,一般絲徑為0.25 ㎜,以提高加工效率,并可無芯切割;然后采用細絲進行修整,一般采用0.10 ㎜的細絲,切割出小圓角,并可提高精度,總體可節省30%~50%的切割時間。

 (4)自動化、智能化及信息化的發展

  加工過程中,為了減少人的干預,保證達到預期的工藝指標,慢走絲加工的自動化、智能化及信息化取得了相應的發展。

  慢走絲加工機床完備的工藝專家系統按加工要求給出成套參數。不僅包括常用電極絲牌號和相應的工件材料,還提供了如PCD、PCBN等特殊材料的加工參數,可依據上下噴嘴是否與工件接觸,距離多大,是在切風中精修,還是敞開面精修,精度、表面粗糙度和效率哪一項優先的加工策略來生成各自的規準;放電專家系統應付切割中的隨機因素,在切入、切出、截面變化、中心切割、接近邊緣切割、大截面高速切割等情況下,在加工過程中運用自適應控制策略及自動化控制功能,得到不斷絲穩定高效加工。

  自動無孔探測功能也很實用,自動跳步加工時,如果預孔被忘記打出或孔位偏移,機床就會自動移到下一個預孔上,這樣可防止在無人操作加工時停機,在穿好絲之后發生短路時,可自動搜尋消除短路的位置,提高了連續無人操作運轉的可靠性。

  機床的CNC系統配以標準化機械接口,組成智能化的制造系統,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,配以專家系統及電極絲自動交換技術,可以自動完成全部加工過程。

  2. 各檔次慢走絲加工機床的技術水平

  可將慢走絲加工機床分為頂級、高檔、中檔、入門四個檔次。生產慢走絲機床的典型廠家有瑞士GF加工方案(原阿奇夏米爾)、日本牧野、日本三菱、日本沙迪克、日本西部、日本法蘭克等。

  (1)頂級慢走絲加工機床

  這種慢走絲加工機床代表了目前的最高水平,主要由瑞士、日本制造。這類機床的加工精度能保證在±0.002 ㎜以內,最高加工效率可達400~500㎜2/min,表面粗糙度可達Ra0.05μm,具有完美的加工表面質量,表面幾乎無變質層,能使用Φ0.02 ㎜的電極絲進行微精加工,主機大都具有熱平衡系統,一些機床采用在油中進行切割加工。這類機床功能齊全,自動化程度高,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。

  (2)高檔慢走絲加工機床

  這類機床基本上由瑞士和日本公司生產,具有自動穿絲功能,無電阻防電解電源,整體熱恒定系統,能采用Φ0.07 ㎜的電極 絲進行切割,精度在±0.003 ㎜左右,最高加工效率能達300㎜2/min以上,表面粗糙度能達到Ra<0.2μm,具有適時檢測工件截面變化、實時優化放電功率功能。這類機床也廣泛用于精密沖壓模加工。

  (3)中檔慢走絲加工機床

  這檔機床一般由瑞士和日本公司在中國的制造工廠生產,一些臺灣機的技術水準也能達到這個檔次,其配置和性能滿足了國內大多數精密線切割加工的要求。一般都采用無電阻防電解電源,具有浸水式加工、錐度切割功能。實用的最高加工效率為150~200 ㎜2/min,最佳表面粗糙度達Ra<0.4μm,切割精度可達±0.005㎜,一般采用Φ0.1㎜及以上的電極絲進行切割,配備的防撞保護系統可避免由編程錯誤或誤操作引起的碰撞受損,配備或者可選配自動穿絲機構。

  (4)入門級慢走絲加工機床

  這檔機床一般是臺灣機床或者國內自主研發生產的機床,其配置和性能滿足國內普通模具與零件的加工要求。一般多使用切一修一,切一修二的工藝,能穩定達到表面光潔度在Ra0.8μm左右,加工精度在±0.008㎜,大多只能使用0.15mm及以上的電極絲進行切割,加工的表面微細組織、拐角與先進的機床有一定的差距。

  總的來說,慢走絲加工機床與快走絲加工機床相比,在加工效率、精度、表面質量等方面都具有非常明顯的優越性。雖然慢走絲加工機床的價格較貴,但隨著制造業的高速發展,它將會被越來越多地應用于各加工領域

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