高品质的汽车模具加工方案

草木残心

高品质的汽车模具加工方案
* t  Q3 f/ A9 U! @7 V1 n瑞士夏米尔
1 V" Q0 c! E; L0 b8 J在汽车模具的精细加工中，电加工机床理应是首选。作为世界电加工设备的顶级供应商，瑞士夏米尔以其对电火花加工机床的半个世纪的深刻理解和精心研究，能为高附加值的汽车模具加工提供高品质的解决方案！
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# k# S3 y4 H3 d; T" O精益求精的解决方案
当前对高档模具的要求是型面纹理清晰，即表面平整、粗糙度均匀、边角清晰、尺寸配合严格合缝。为达到上述要求，就需要透彻地研究电火花加工的机理：要保证所加工出的模具尺寸精、轮廓清，要求电加工设备的放电间隙一定要小，这就需要彻底解决小间隙下排屑困难、伺服性能要求高以及加工平稳性等问题；在加工复杂型腔时，在不同方向上的加工难度和加工面积相差很大。为了保证高效率下放电间隙的一致性，要求单位面积上的加工时间应该相等。这就需要采用平动技术来合理分配时间，以消化这一不均匀。
8 {% b- d- t3 l2 g5 b* J8 a( p- O1、小间隙放电的排屑问题
- z, t8 w% D; C6 \" }: v为解决在小间隙下集中放电的问题，夏米尔采用数字全闭环伺服系统对小间隙加工的稳定性进行可靠的控制,加上机床本身精良的机械设计和制造工艺,使机床在2ms内响应，随后在2~4ms内做出10mm的位移，而这正好是精加工中从首次放电到稳定工作所需要拉开的距离。由于电火花加工采取集中放电的方式蚀除金属，在首放电后，放电凹坑的翻边凸缘以及大量电蚀产物对间隙会有污染，导致第二次放电也在附近发生。这样就会在此局部产生一连串脉冲放电现象，直到此处变得相当凹陷。在精加工中由于采用小间隙放电，电蚀产物扩散慢，局部污染会比较严重，以致后续脉冲演变成电弧，使凹陷部更加粗糙。因此，夏米尔在机床中还使用了PILOT EXPERT III 专家系统，这一高档的人工智能装置能正确而迅速地检测每一次脉冲，对它们进行分类、统计和判断，并采用切断能量脉冲及改变脉冲参数的方法，有效地改善了集中放电区的污染状况，同时给伺服系统一个明确的微量回升信号。
+ o# d& b7 I) q3 j+ R数字全闭环伺服系统和PILOT EXPERT III 专家系统的作用叠加完全能有效地控制集中放电脉冲串的长度。脉冲串越早终止，所加工型面的平面度就越好，但同时也带来了效率偏低的问题。通常，脉冲串刚好在要起弧的当口终止，这时效率最高。当然这完全可以由操作者按工件图面的要求来设定。
在小间隙精加工中，还必须可靠地解决排屑问题。通常的做法是采用冲抽油冲刷排屑，以保证加工处于稳定状态，但不均匀的流场会造成不均匀的切屑堆积，对加工后的平面度影响很大，而且强烈的冲刷还会引起边角异常损耗。在这方面，夏米尔提出的解决办法是：在抬刀上下功夫。在精加工中抬刀的时间一般为0.2s左右，抬起高度大约有10倍的放电间隙，即将刀抬起0.4~0.6mm。
在如此短的时间内刀具行程如此之小，是很难达到高速的。同时由于间隙小，在抬起和恢复放电的瞬间还会形成相当大的液压力，一般在大约500cm2的精加工面积上就会产生3000N的反向压力。所以说出力不够根本就谈不上高速。为此夏米尔加粗了传动丝杠，采用更大的轴承，以承受较高的反向力。同时为了保证在小面积的窄糟粗加工中获得较高的抬刀速度，机床的最高速度被提高了2倍，接近3m/min，加速度达0.5g。例如，当电极截面尺寸为2mm×20mm、被加工的型腔深度为100mm时，采用石墨电极加工仅需5.5h，采用紫铜电极加工仅需8.5h。像这样将调速范围拉大几倍，对于对低速特性要求极高的电火花成形加工而言是很不容易的。
事实上，仅仅在伺服系统上动脑筋来压缩抬刀占用的无效时间是很有限的。夏米尔采取的另一个措施是在PILOT EXPERT III 的控制下，使抬刀参数的设置随加工深度不同而变化，即开始加工时可以不抬刀，或随机伺服抬刀。同时间隙检测的门槛也可以随深浅度而变，在加工面较浅、排屑通畅时就卡得松一点，以便让更多的脉冲放电。这两项措施在40mm以内的常见窄槽加工中效果很明显，效率可提高1~2倍。
2、复杂型腔的加工
对于复杂型腔的加工，采用平动技术来合理分配时间是夏米尔的强项。夏米尔采用的ORB平动软件具有如下特点：
; A& V0 w  J* j4 S● 指令电极沿着要求的型面轮廓走，同时精修周边和底面，这对控制尺寸极为有利。
● 电极可在型面方向伺服和抬刀，使得对型腔每个局部的精修与常规的主轴直上直下的放电相比没有什么区别，加工稳定可靠。
● 按1~2r/min的速度对周边轮流放电，一层层地切削，不在一处停留过久，保证排屑通畅。
● 各向型面的实时加工余量与平动速度挂钩，使型腔长边修整的时间比短边显著增加，从而补偿了加工余量的不均匀。
" P: }# p0 \% R0 g; b0 \! t在模具加工中，还会遇到微量型腔的加工问题。微量型腔对中国用户而言可能比较陌生，但其附加值极高。其特点是尺寸小、加工余量少、电极制造困难，故要求在机床加工中，尽可能减少损耗、提高成功率。为此夏米尔开发了一整套特殊工艺，将间隙检测、加工参数设定和伺服灵敏调节统一整合，实施精量控制。在多微细型腔加工中，夏米尔的电加工机床已达到加工时间的一致性不超过5%、电极数量减少30%的成绩。
3、消除表面微裂纹
2 \. D( o9 s2 v/ [: G% Q: n当前公认的高附加值的冲模是长寿命的硬质合金精密冲模。在冲模的加工过程中，水剂工作液的电解破坏作用是影响冲模质量的主要因素，其主要表现是：在开口表面粘接剂溶解，或表面产生微观裂纹。一般情况下，表面微观裂纹不仅会在电加工中产生，即使在磨削加工中，如果操作不当也会产生。这主要是由于局部过热，用工作液冲刷时又引起局部骤冷，致使表面开裂。实际上在采用平均电压为零的交流脉冲电源以及用高电阻去离子水作为工作液后，电解的破坏作用已降低到最低程度。夏米尔公司在这方面的贡献是解决了表面微观裂纹的问题，技术措施是：
● 采用高峰值、窄脉冲使工件材料以气相抛出。由于气化热大大高于融化热，可带走大部分热量，使工件表面热不起来。
● 逐个进行有效的脉冲检测。由于PILOT-EXPERT专家系统能很好地控制集中放电的能量，从而在防止断丝的同时也解决了局部过热的问题。因此，夏米尔机床能保证精加工后的模具表面变质层厚度在1mm以内没有微观裂纹，拥有与精心磨削同样的完美刃口。
7 B5 m0 [) {1 {/ v) }电火花线切割加工中心
大家都知道，加工中心有自动换刀的功能，如没有此项功能则只能叫数控铣。夏米尔公司推出的ROBOFIL2030SI-TW / 4030SI-TW精密数控线切割机床能够在45s内实现φ0.25mm和φ 0.1mm / φ 0.07mm电极丝之间的交换，故我们称之为电火花线切割加工中心。
* e, `) r8 X$ V7 b6 v该机床两种电极丝完全处在各自最佳的工况下待命，交换迅速可靠，可保证机床不间断地运作。在清角或窄缝加工中，一般先用φ0.25mm的电极丝粗加工两次，再换上φ0.1mm 的细丝进行精加工。在无芯加工的场合下，可选用粗丝来完成型孔的电火花铣削，以去除绝大部分余量，这样既快又可节省昂贵的细丝。同样的，也可以用细丝加工完微型腔后，用粗丝来加工导丝孔或销孔。
% M# m! u. c# ~- F; S7 ^6 y这种双丝系统结构非常简洁，与原来走丝系统比，走丝路程并没有变化，只是外加了一个粗电极丝库，并在每根传动轴上装了两个导丝轮，采用拉键和刹车的办法来选择需要哪一套走丝系统工作。两个可摆动的导丝管通向一套V型金刚石导向器，该导向器一面磨损后，可转一个角度重复使用。
9 y, |9 x0 k+ P, A0 R/ M5 U( tTW系统并不限制机床的应用范围，该机床只要换上相应附件，同样可以用φ0.03mm的电极丝进行微细加工，亦可在锥度专家系统的控制下完成±30°的大锥度精密切割。
如果车间里有30%的模具需要被加工出小内角和窄缝，选择TW系列双丝切换线切割机床，只要增加10%的投资，就可以得到40%的回报。
2 @; G/ w' v; ]: r; Z7 P将产品性能和服务质量推向极致是瑞士夏米尔追求的方向。作为一级方程式赛车(F1)零部件加工所用电加工机床的指定合作伙伴，瑞士夏米尔的形象经常与F1赛车相伴一起!