唇齿相依的两种加工工艺方法 ——电火花成形

北京市电加工研究所  杨大勇  伏金娟

当我们走进CIMT2011第十二届中国国际机床展览会的大门时,从满目视野的高速铣削加工(High Speed Milling,简称HSM)和相比为数不多的电火花成形加工(sinking electro-discharge machining,简称SEDM)来看,好像已经争论了10来年的问题似乎已经有了结论,电火花成形加工机床仅作为不可缺少的工艺手段去解决深窄槽、型腔的清棱清角,也就是模具制造行业中的配角而已,但走进展台进行深入了解后发现,现实竞大相径庭,一扫往日的颓势,电火花成形加工技术已完成了战略转移。

1.电火花成形加工机床在中小型模具,尤其是小型高档模具的加工领域呈现很大的优势。其机电产品的功能集成及相应的小型化,使模具在1mm3内包容了复杂的多个型腔,加上为提高模具寿命其材料的高硬度化,此时,加工中心的高效率长项发挥不出来,相反由于需要去除的材料少,电火花成形加工相对低的材料去除效率、有一定损耗等已不成主要问题。型腔越小越复杂它的优势越明显。尤其在当前形势下,模具厂求生存努力挖潜,例如手机(许多展商都展出了直接用SEDM加工的样品)和数码相机模具制作周期中抛光约占1/4,争取免抛光和少抛光是重要的出路,铣刀无可避免留下的刀花和刀痕成了抛光的大问题,甚至在小型腔中根本无法抛光。这一切电火花成形加工以当前的性能水平,无需大的花销就可以稳定的达到。当然,这并不是说加工中心对小型复杂型腔绝对做不了,而是在加工工时和刀具费用等方面已经不合算了。就是在中大型模具上,除了窄深槽和清角的工作外,如电视、音响设备的音窗,汽车和进风格栅,以及落差大的型腔,如汽车发动机箱压铸模型芯,需要超长的铣刀加工,此时由于刀具刚度不足,表面质量无法保证,这种情况下只能采用电火花成形加工。可以说在小型腔加工上电火花成形加工已成为主角,这部分市场现在发展很快,足以使电火花成形加工站稳脚跟,而在中大型型腔加工上至少也是最佳配角。实际上电火花成形加工和高速铣削加工中心,已不是游戏的双方,而是优势互补,进入双赢的局面。为此,电火花成形加工近年来技术上有了长足的进步,并在此基础上推出一系列新机型。例如:GF AGIE-CHARMILLES公司的Fo350µ机床,直接标榜为制作1mm3容积的小型腔专用,与之相当是MITSUBISHI ELECTRIC公司的EA8PVM Advance小型高速高精度机床,保证精度±0.003mm,MAKINO公司的EDACI机床,它可以实现与磨削表面的接刀痕在±1µm以内,北京市电加工研究所的A30精密数控电火花成形机床可直接实现较大面积的镜面加工。令人印象深刻的样件是接插件模具的0.2mm宽0.3mm深的微细槽,其底角可以稳定达到0.01mm,甚至更小仅0.005mm。

2.电火花成形加工与高速铣削加工是唇齿相依的两种加工工艺方法。当我们还在争论高速铣削加工大发展下电火花成形加工的生存问题时,国外的情况已经发生了变化。高速铣削加工非但没有取代电火花成形加工,而是高速铣削加工将电火花成形加工推向精加工的新高度,也因为高速铣削加工在电极制造和型腔预铣上提供了很大的方便,使电火花成形加工功能的利用更合理更有效,正因为高速铣削加工和电火花成形加工之间工艺上的联结是如此的紧密,市场上,高速铣削加工和电火花成形加工机床捆绑销售已成为大趋势。凡同时可提供两种产品的厂商大行其道,市场份额越来越大。很久没有露面的大、中型电火花成形加工机床又精彩亮相,最为耀眼的当属±0.003~±0.001mm的超精电火花成形加工机床。采用高速铣削加工作型腔精确预加工和石墨电极的高精度制造,用电火花成形加工作为精加工最终工序已成为高质量模具的常规流程。甚至一个型腔的型面分别由高速铣削加工和电火花成形加工,两者衔接处接刀差可控制在±0.001mm以内。当然电火花成形加工发展的主要方向是高端、精密、微细、特殊材料加工等,特别是在超硬和高耐热材料加工领域内,为减少昂贵的刀具消耗,电火花成形加工的优势是非常明显的。总之,高速铣削加工效率高,工艺相对简单,更合适加工凸模,而在型腔,尤其是深窄槽、微细型面、硬韧材料、无刀痕加工中效率较低、成本较高,用户颇难接受,这正式电火花成形加工的用武之地。电火花成形加工最主要是相对效率低,工艺复杂。所以要求今天的电火花成形加工精度要高,微细加工能力强,如果余量留得合理(如单边0.05~0.1mm),相对效率就不低,形状逼真度就好。再者,高速铣削加工使用的刀具很大一部分是超硬材料(聚晶金刚石、立方氮化硼、金属陶瓷等),超硬材料刀具的加工离不开电火花加工。两种加工工艺方法真正是互补极强的一对,两者结合的范例以手机模具最为典型,因为此模具为抢占市场,交货期很紧,而且质量很苛刻,通常会使用HSM为主,但最终还需十多个电极SEDM的进一步加工。即使最有名的三星公司,把SEDM的应用一再压缩,至少也要用三个电极,其中还用上了混粉电火花镜面加工工艺。再有,长路径窄槽的零件的加工,比如,医用化石模具采用硬韧材料,其上面布满槽宽2mm、深2mm的连续曲线槽,整个路径长度上千毫米,如采用电火花成形加工成本相对低廉。这标志着以成本最优为导向的理性选择技术工艺路径,是技术发展成熟的表现。国外许多公司两种加工机床同步发展也间接证明了电火花成形机床良好的应用前景。

3.电火花成形加工在加工高硬度、高强度、高熔点、高韧性、高脆性材料等各类特殊材料的加工中不断取得新的进展,比如,钛合金、高温耐热合金、高温铸造合金、硬质合金、硼化镐、硼化铪、聚金金刚石等,这些材料具有硬、脆、粘等特性,有些材料目前高速铣削还不能加工,有些材料即使能加工但刀具消耗很大,而采用电火花成形加工就能解决上述材料的加工问题。


2018年12月8日 18:40
浏览量:0
研究所四代领导核心
研究所四代领导核心
国家科技重大专项、国家863计划重点项目科技
国家科技重大专项、国家863计划重点项目科技

+more

合作交流

+more

产品系列

您现在的位置:

网站首页    加工服务    技术文章    唇齿相依的两种加工工艺方法 ——电火花成形