提高模腔加工速度

HEATS

　　EDM工艺和技术的最新发展连同精度、自动化和微型模具制造技术的改进一道，可以给国内模具制造业带来意外的收获。

. d7 U' m* A" a: T 5 o( ?1 K- D, z" T

　　速度不是解决方案

9 S( @4 S% P* ]& [) c) ?( g

　　增大驱动速度是提高EDM开模速度的一个办法，用这个办法可以减少非生产性提升动作的时间，但是增大速度只能局

　　限于小电极和很深的模腔。另外，如果超过一定的速度，电极的磨损是相当可观的，而且轴速太高将在机械系统造成极大的应力，使机床付出更高的代价，并缩短工作寿命。因此，如果认为普遍提高加工速度只能通过加快提升动作来实现，那是错误的。加快轴对机械加工只是一种辅助作用，从一个侧面改进脉冲发生器、过程控制器、间隙宽度调整和机械系统之间的复杂关系。开模EDM加工需要智能冲洗。

* ^8 W2 q3 }. }7 r! {$ B/ [

　　潜力在于冲洗

% T5 A. H) |$ Y, W P. _# E; n4 W6 c2 }

　　你可以把EDM加工过程想象成在经过放电加工的材料和被蚀除的材料之间的一定间隙达到平衡。一旦这种平衡不存在，你就会徒劳地冲洗加工区域(给加工过程带来时间损失和附加不稳定性)，或者对无法充分地从这个间隙中排除出去的微粒进行若干次的“放电”。

　　在材料可以被抽离这个间隙之前，必须把它从工件上蚀除下来。那么如何才能达到较大的蚀除率呢？同一切优化问题一样，最大增益的潜力在于最小效率之处。一次放电在理论上的加工效率大约是25%。此外还有一些因素使这一效率进一步降低(例如过程控制问题、非理想的冲状况、间隙太小)。因此在实际上必须考虑到10%以下的效率。

6 y+ f$ e% R$ }/ c0 i

　　蚀除率和表面质量决定时间需要。

9 r' W ]3 Y9 P- f) z( S8 I7 G

　　在EDM情况下，我们的目标一方面总是优化放电加工的蚀除性能，另一方面是达到工件的表面质量要求。工件经过加工以后往往显示一定的最终粗糙度和形位精度。另外还需要两个条件(1)工件表面的热影响区尽可能小；(2)电极磨损尽可能小。这些边际条件对加工时间和工件生产成本起决定性的作用。实际上是采用一系列的工艺参数，因为从粗加工到最后精加工，脉冲能量逐渐减小，直到获得必要的工艺结果。“慢工出细活”的道理再一次适用。

　　物理过程说明一个解决方案

2 w$ L! `7 I" @$ G5 g % J0 p+ F7 j# b% Y# Q! A; E+ ]+ {

　　趋于理想状态的途径意味着按箭头方向移动特征曲线，其用意是加快EDM速度而保持相同的间隙宽度、粗糙度和电极磨损。遗憾的是，到目前为止，如果增大EDM脉冲的放电能量，只会增大粗糙度和间隙宽度，所以在粗加工过程获得的速度增益又被较长时间的精加工抵消了。只要重新回到EDM基础理论——导致火花形成和金属蚀除的物理过程，就能发现一个通向解决方案的途径。

% \) @7 Q, F. ]3 T4 A; l& H

　　在放电过程中，你可以识别三个接连发生的主要物理阶段：

. E: p: x3 D* V3 s

　　(1)建立；

% g5 E% ]9 R4 R8 m# j' O8 D" t , c9 j: K6 O9 \4 w* S

　　(2)放电；

" H: _) z" H: b1 ?# N1 F5 V ! ^ Z5 C& V8 a5 e( a9 x

　　(3)消失阶段；

　　第一个阶段逐渐形成放电通道。电流通过工作介质以后，几乎全部集中到放电通道的外表面上，而且阳极在电子轰击下局部汽化，电极磨损主要发生在这个阶段。

+ l. @: T, o2 j$ p7 E: V / M7 c" d8 r6 @6 ?- V

　　每个脉冲，不管是否彻底地促成金属蚀除，都会引起微观磨损。在放电阶段，所提供的电能主要引起工件上的材料被熔化或蒸发。消失阶段从切断电源开始，等离子通道崩溃，而局部蒸发和融化的材料被排出。

7 U1 u& M1 f# T; N3 d- w5 b5 {5 C5 o $ z7 F- |0 \+ j

　　何时中断脉冲

- P2 \/ |: y. `1 w ! j: h% K! V/ Q

　　在放电过程中，工件上形成火山口状的凹陷。有关放电的基础研究证明，工件上的凹陷从某个时刻停止增大，这是因为在供给能量和损失能量之间达到了平衡，而且在保持等离于的能量和损失到工件和电介质上的热量之间也达到了平衡。至于凹陷增长渐近线，可以根据火花电压和电流进行实时记录。

8 K2 M/ `' \4 v0 `9 c6 g% `9 N , s4 z1 g$ b. M, u

　　可是，凹陷增长渐近线为什么如此地重要呢?因为它表示中断脉冲的合适瞬间，只要凹陷的目标直径和必须的粗糙度达到了，就没有必要让脉冲继续延续，你可以立即开始另一个脉冲。脉冲达到这一状态的时间也不是恒定的，因为放电火花达到一定根径的速度取决于间隙的微观状况和火花放电区域的局部几何特征。单凭这第一个措施，就能优化单位时间的放电次数并增大蚀除速率。

　　何时增大电流

- _3 V3 n+ E1 M7 I/ o/ X

　　如果现在观察放电电荷的消失阶段，就能看到从工件上蚀除金属是由等离子通道崩溃而引起的。切断电源引发的电压突降使过热的金属材料汽化并喷出。等离子通道具有非常高的温度和压力，其崩溃梯度改变材料的蚀除速率。能量消失得越突然，“火山口”但是确实增加去除率，此外，的增大，加工所需要的脉冲数量减少。喷出的金属越多。为了增强这一效应，采用一个特殊诀窍：在中断脉冲之前，瞬间增大电流。增大脉冲电流的思想并非新创。创新之处在于控制增大电流的时间。脉冲电流增大与粗糙度、磨损或间隙宽度没有任何因果关系，随着单位脉冲去除率从而降低磨损。

　　工件金属蚀除率加倍

) Y9 r# _: V" n; y

　　新加工策略(渐近线探测、电流增大和脉冲中断)是一项专利申请的主题且适用于新的开模EDM系统。其结果与理论反射作用一致，特别是在保证合理冲洗条件的情况下(如工件经过预加工)，对于这样的加工任务来说，蚀除速率翻了一番。金属去除宰增加25~40%。

8 y5 m! J8 f, O6 j, D

　　脉冲发生器在性能上有了惊人的改进

* ~4 Y/ Z M0 u8 @. T * W& W' j2 l2 m9 z

　　创新的发生器使生产率增加近30%，不过，对于当今越来越多的经过HSM预铣削的模具来说，生产率可增加100%。这包括所有的采用铜和石墨电极的粗加工和精加工。利用合理的冲洗条件并对工件进行预铣削，其优点是特别显著的。这些令人信服的效果说明，提高EDM开模速度和效率是可能的，而且技术改进的潜力依然是相当可观的。

+ c" ~* g" S6 P1 ~" c6 W 3 b, S) @5 I S) [6 N& Y