在眾多精密加工技術中,慢走絲加工憑借卓越的加工精度,在高附加值零件加工領域扮演著重要角色。近年來,它的發展已達到何種程度?或許你對它尚知有限,讓我們一同探尋當下最牛的慢走絲加工水準!
01
慢走絲加工技術的水準
1)加工精度
當下最先進的慢走絲加工已經達到了令人驚嘆的精度水準。具體來說,一些頂尖的慢走絲加工設備已經能夠實現納米級別的加工精度。
這意味著慢走絲加工可以在納米尺度范圍內控制工件的加工質量,使得表面粗糙度、形狀和尺寸誤差都能夠被降低到極小的程度。這對于需要極高精度零件的領域至關重要,比如微電子制造、光學設備制造以及醫療器械生產等。
為了保證超高精度的加工,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。采用機床熱平衡控制系統,使機床內部溫度平衡,盡可能消除機床的熱變形;采用閉環控制系統,確保高精度的動態性能和定位精度。
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。
當前領先的慢走絲加工精度指標:尺寸精度可控制在1μm以內;真圓度小于0.8μm;精密定位可實現納米級當量的控制,在100mm范圍內的步距精度可達±0.5μm,即使在500mm大模板的全行程范圍加工,也能實現±1μm的步距精度;引線框切割輪廓形狀精度可達±0.5μm;可以加工出0.02mm的微小內角。
2)表面質量
在過去,微米級別的表面粗糙度已經被視為相當高水準的加工成果。然而,隨著技術的不斷發展,當下最先進的慢走絲加工技術已經實現了亞納米級別的表面質量水準,表面粗糙度指標可達Ra0.05μm以內,為高精度應用提供了強大的支持。
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0.5μm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
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500mm2/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300mm厚的工件時,加工效率可達170mm2/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<15s提高了加工操作的效率;推出的雙絲自動交換技術,能采用0.20~0.02mm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0.25mm,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0.10mm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
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,是在切縫中精修,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。
02
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。生產慢走絲機床的國外典型廠家有瑞士GF加工方案(原阿奇夏米爾)、日本西部、日本三菱、日本牧野、日本沙迪克、日本法那科等。國內典型廠家有慶鴻、徠通、精呈、美溪、三光、安德等。
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±0.001mm以內,最高加工效率可達500mm2/min,表面粗糙度可達Ra0.05μm以內,具有完美的加工表面質量,表面幾乎無變質層,能使用Φ0.02mm的電極絲進行微精加工,主機具有熱平衡系統,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Φ0.07mm的電極絲進行切割,加工精度在±0.002mm以內,最高加工效率能達300mm2/min以上,表面粗糙度能達到Ra<0.1μm,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 mm2/min,最佳表面粗糙度達Ra<0.25μm,切割精度在±0.003mm左右,一般采用Φ0.1mm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,能穩定實現表面粗糙度Ra0.5μm左右,加工精度在±0.005㎜左右,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。
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