电火花加工工艺先锋

电火花加工工艺先锋使用电火花加工（EDM）制造模具不再是新鲜事了。实际上，在 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 上加工凹模腔是EDM的最早应用之一。我们之所以提到“冲钻”机的时候就会想到那种用电极打入工件中并用精微高压放电来腐蚀模材的方法，这就是主要原因之一。RyerIndustries公司坐落在California的Temecula，公司使用了一个RamEDM单元来制造凹模，这种模具用于金属注射成型过程。但是作为Ryer公司的运营主管，TomShappie认为当Ryer公司使用EDM制模时，其实没有做任何特别的事情。他说，“我们与专业模具公司非常类似，利用EDM技术加工凹模腔。”但是，Ryer公司在模具制造方面的确有特别之处，它对EDM有全新的见解。这些模具在设计上不像典型的注射模具那样被用于生产塑料件。相反地，这些模具用于生产金属件，例如不锈钢和其他合金。实际上，Ryer公司创建的初衷是研究使用金属注射成型（MIM）的各种技术，并把它作为生产方式的一种可选择性技术。其中一些技术直接有益于EDM。例如，工厂可以利用MIM生产出适于模压的材料，这种材料具有优异的性能，可以用作EDM电极，并且可以使EDM更快、更有效率。Ryer公司在MIM中使用线切割。线切割为公司制造零件的低成本原型，并最终使用昂贵的永久模具制造这些零件。Ryer公司正在研制适于模压的材料，在这些材料中，有几种特殊等级的碳化钨只能用MIM工艺生产。这些碳化物比某种刀具元件的等级还高，其中有一些比传统生产的碳化物的寿命要长30倍。碳化物突出的耐磨特性使公司开始寻求方法来改进EDM设备中重要的易损件。在最近的项目中就涉及到线切割设备的零件。在Ryer公司，EDM与MIM相互促进。Ryer公司有赖于EDM的灵活性和实际能力。WireEDM和RAMEDM经常被结合在一起。如同烘制一块蛋糕烘制蛋糕时把几种成分混合在一起，把混合物放进锅中，然后把锅放进热烤炉。通过改变他们的成分或者比例，一名好厨师能烤出不同种类的蛋糕。MIM过程有一些相似。Ryer公司的董事长BobSanford解释道，MIM工艺始于精细的球状金属微粒。这些微粒是由各种热塑性的粘合剂混合并加工成粒状，称为原料。这种原料被注入成型机，就象塑料注射成型一样。在成型机器中，原料被加热到一定温度，这时粘合剂融化而金属粒子不能融化。在这种淤浆状态下，原料才能在压力下注入模具并且凝固。当粘合剂凝固时，已经成型的零件脱离模具，成为一个“新”零件。Sanford认为，连续的粘合剂分离过程除去了大部分的粘合剂，剩下的被称为“棕色”部分。下一步，棕色部分在一个温度控制炉膛内烧结，首先用低温去除残余粘合剂，然后用高温把金属粉末熔和在一起，使之形成密实的固体，与锻造的金属件相似。在烧结过程中，零件有相当大的收缩—可达25％，所以模具必定尺寸过大。然而，所有尺寸的收缩率都可预测，当浇铸、成型，粘合剂分离、烧结型面都已被设定时，整个过程就是连贯和可重复的。可保持严格的公差。烧结后的零件可以车削，电镀，抛光，磨光甚至可进行热处理。就象一名厨师能依照不同的烹饪法做巧克力、白蛋糕或者磅饼一样，工程师能根据不同的配方为MIM生产可模压材料。在某种情况下，把不同金属熔成粉末，工程师利用这些混合的粉末能够创造出一种合金，这种合金不同于或优于钢厂、铸造厂生产的合金。利用MIM方法可以生产出软磁材料、低合金钢、不锈钢以及其它金属的零件。同样值得一提的是，工程师利用这些材料可以生产出错综复杂的形状，接近成品形状，需要少许再加工或不必再加工。nextpage引进EDM金属浇铸模具与塑料注射模具有差异。Shappie说，关键差别之一在于金属浇铸模具的浇口和浇道。这些关键处一定要设计成适合熔化后的原料的流动，它与熔化的塑料的流动是不同的。金属注模过程包括在一个特殊的熔炉内熔结铸件。然而，模具的实际构造与典型模具是一致的。通过使用拉杆和滑块，金属浇铸模具可以制造出带有交叉孔，底部掏槽以及其它特殊特征的复杂形状。最初，Ryer公司依靠其它模具厂提供金属浇铸模具的元件。但是随着公司业务的增长，模具量增加，公司加强了厂内模具生产能力。在2002年5月，公司获得第一个EDM设备，从CharmillesTechnologies(林肯郡，伊利诺伊)购来的一台Ram机和一台Wire机。Ram（或者“冲钻”单元）是Roboform35P，一台中型CNC设备，是最新一代的Ram机之一。Wire单元是Robofil240，也是最新的中型设备之一，以浸入式切割以及其它先进方式为特色。Ryer公司生产两种模具。一种是为客户浇铸“绿色”零件而设计的模具。另一种包括制造简单形状的模具，可以加工成用于测试的原型。快速原型Ryer公司的特色之一是生产硬质合金成型模和冲孔模。产品包括用于紧固件行业冷镦、热镦设备的成型模具，以及高精度冲头、远程冲模。MIM工艺在制造硬质合金模具的过程中具有几个优势。其一，Ryer公司已经开发出硬质合金原料，可以生产出具有优异耐磨性能的工件。配方拥有专利权，然而，Sanford把如此优异的工作特性归功于从原料中获取的金属微粒的良好混合。另一优势在于模具制件，当其完全烧结时，很少需要再加工来完成。而其中一些制件用传统的碳化物毛坯很难或者根本不可能加工。快速原型使客户可以测试并比较不同等级的碳化钨，或者与传统的碳化钨相比较。这些试验不仅证明了这种模具材料比其他碳化物或者HSS优良，而且也优化选择了MIM加工后的碳化物等级。试验也确定了在烧结过程中的收缩率。了解这个收缩率可以使设计者在设计永久铸模过程中给出合适的尺寸补偿。用永久模具生产这些原型太昂贵、费时，所以Ryer公司用金属注射成型模具加工这些原型。一台冲模可以用于生产许多不同原料配方的毛坯。这些毛坯与那些由永久生产型模具生产出来的毛坯具有等同的材料特性。生产制造毛坯的模具和构造相当简单。但是，RamEDM和WireEDM设备都用来将毛坯加工成一定形状以匹配成品零件。Ryer公司为紧固件行业开发了硬质合金，这种硬质合金加工起来极其困难，即使对于以加工硬材料而著称的EDM来说也是一个挑战。用EDM加工硬质合金之所以很难，是因为在这个加工过程中会滤去表面的钴粘合剂，使其易损并产生微裂纹。工厂的Robofil240线切割机在生产用于测试的原型件的过程中起到了关键作用。因此，Ryer公司依赖于硬度金属工具，这种工具是Roboform35P的电源的一部分。这个附加功能是专为EDM加工硬金属（例如硬质合金）而设计的。本质上，电源的特殊线路使它能够监控并且将火花参数调整到高速。近距离火花的理想控制防止了碳化物表面完整性的降级，而且不会延长“燃烧”时间，电极也不会过度损耗，但导致几何形状准确度降低。生产工具用于生产的那种永久模具与制造毛坯的模具相比，具有更复杂的几何形状和更严格的公差。Ryer公司最近制造了这样一个模具，多腔复合模具，它可以制造同一组件的两个不同部分。第一部分是以三个滑动拉杆为特征的Y形阀，需WireEDM设备进行加工。另一部分是一个用来配合滑块端面的通风箱。这个滑块的几何形状是由RamEDM设备加工而成，这台RamEDM设备配备了CNC铣床生产的电极。nextpage公司的模具加工车间配备良好以利于加工电极，也有利于工程师评估出生产成品的最佳方法。如果选中EDM，他们会设计出生产所需的电极。根据形状，数量和其他因素，将利用CNC铣削或者EDM线切割的方法加工电极，有时两种方法相结合使用。Ryer公司利用滑板生产线将CNC铣床和Roboform35P结合起来。当线在切割电极时，车间用定制的工件夹紧系统和接地钢坯来维持精确度。重点是电极的制造，因为高质量的电极能够生产出高质量的零件。改进RamEDM在经济方面，因为金属注射成型的模具生产成本是与MIM过程相关的一个主要因素，所以Ryer公司常常寻求模具构建操作中更高的效率，尤其是在那些包含EDM的操作中。目前正在开发的最有前途的项目之一是基于MIM加工过程本身的一种新的电极材料。正如Sanford所说，因为Ryer公司“了解钨”，公司开发钨合金作为EDM电极是一件很自然的事。铜钨，被用作电极材料已经几十年了，显而易见，这是钨用作电极的开始。传统上，铜钨是通过在炉膛里将纯铜渗入一种纯钨而成。令人遗憾的是，由此制成的材料不是完全一致的。铜无法总是均匀地分散遍布在钨中，所以无法断言它是否能作电极使用，因为电火花放电情况会随表面的铜含量的不同而变化。同时铜钨也比其他电极材料难加工。MIM加工过程针对这两个难点提出了解决方案。因为MIM原料可以完全混合为一种粒子混合物，它们在粘合剂分离之后产生高度统一和同质的颗粒结构，铜和钨均匀分布。这种统一性促进了EDM设备的稳定性。同样，由于材料可以成型为复杂形状，所以可以减少相当多的铣削、车削或磨削。而且，材料一致的传导性有助于进行EDM线切割。目前，Ryer公司正在测试铜钨原料的各种配方。Sanford认为MIM生产的铜钨电极将展现出更快的材料切削性能并且要求更低的功率设定。优点包括减少了EDM加工时间以及具有更好的表面光洁度，同时保持几何形状的高精确度，这个精确度与钨基电极的低磨损相关。Ryer公司的Roboform35P设备配以特别装备,可以用EDM加工碳化物那样的硬金属。改进线切割对EDM的兴趣和在耐磨工具材料方面的专长，使Ryer公司将关注点转移到线切割机的易损件的发展上，这并不令人惊奇。例如，Ryer公司与CharmillesTechnologies公司合作开发高低电连接器的注射模具，材料是Ryer公司的碳化钨。通过接触点，连接器可以将电能传送到EDM设备的线上。作为开发项目的主要方，Ryer公司也正尝试加工原型连接器。Ryer公司使用它的Robofil240线切割机将连接器从MIM加工后的碳化钨毛坯中切削出来。Ryer公司内部已经确定这些用黄铜线来切割加工所得到的连接器，寿命更长。一旦确认碳化钨的最佳等级，Ryer公司将制造多腔生产型模具以大批量生产改进后的连接器，这将能够用于新的和现有的Charmilles线切割机。在加工后，线的表面在EDM加工过程中经历了加热、化学和物理变化，EDM设备的线不能再利用，所以必须进行处理。大多数线切割设备装有剪钳，能够剪短失去效能的线，存放在大容量箱中。虽然剪线不是精密的操作，但是剪钳的可靠性是不能被忽视的，它是全自动化工作过程的另一个方面。使用过的EDM线往往是会变硬变脆，因此剪钳将会磨损，需要替换。由于相同原因，金属注射成型碳化钨非常适于连接器，也非常适于剪钳。EDM的繁荣从20世纪80年代后期的发展开始，MIM加工过程变得越来越重要，因为它比传统制造过程更为节约。Sanford认为，越来越多的设计工程师认识到它的潜能，比如降低研制时间，减少步骤且能获得优良的工件特性，这种发展会继续延续下去。“我们正在拓展它的使用范围，通过开发新原料和利用MIM开拓出更多的方法来加工更大、更长和更耐磨的零件。”他说，“我们期望我们对EDM设备附加能力的需求与新MIM的应用能够同时增长。”