电火花加工机床在模具工业的发展

高艳玲

目前，电火花线切割加工的精度已达到2微米，最佳加工表面粗糙度可低於RA0.3微米，这对诸如IC引线框架模等精密模具的加工具有十分重要的意义。由於大锥度（已可达到±30度－40度有的甚至能作90度的切割）和大厚度（已有可切割1米厚度的机床）方面的技术进展，以及自动穿丝、自动定位等技术的进步，电火花切割加工在塑料和铝型材料挤出模及冲压模制造中充分发挥了它的优势。精密电火花线切割加工和研磨、抛光相结合的加工方式，在模具加工中正在不断发展。由於镜面电火花加工技术的发展，精密电火花成形机床在精密型腔模具加工方面，起着越来越重要的作用。有的电火花成形机的加工表面粗糙度可达RA0.1微米。电加工虽然已受到高速铣削的严重挑战，但它仍旧有广泛的前景。例如在模具的深窄小型腔、窄缝、沟糟、拐角、冒孔等加工方面，具有其他加工方法难以替代的作用。“电火花铣削加工”、“混粉加工”、“模糊控制”、“微细电火花加工”等技术的发展和直线电机及专家系统的应用，也使电火花加工机床继续保持良好的发展。数控高速电火花小孔加工机性能的不断提高使它的用途越来越广。
现在，电火花加工技术与模具制造已密不可分。一方面是电火花加工技术的发展，为模具工业的发展创造良好的条件，另一方面是模具工业的发展，向电火花加工提出了越来越高的要求，促使电火花加工技术的发展。两者相辅相成，相互促进，共同发展。近年来，中国模具行业每年新增加的电加工机床都在1万台以上，它们在模具工业中发挥着极其重要的作用。在现在的模具生产中，大约三分之一的加工工作是由电火花加工机床完成的。由此可见它们在模具工业中的重要作用。
日益加剧的市场竞争要求模具制造周期越来越短，工业产品零件大型化和精度的不断提高要求模具日趋大型化和精密化。电火花加工技术亦要跟上这些要求。因此，快速、大型、精密、大厚度切割等都是电火花加工机床今后的发展方向。当然，不断提高电火花加工机床的可靠性、继续降低电极损耗、进一步简化操作、提高自动化程度及降低机床成本，仍旧是电火花加工机床的发展方向。高速铣削技术的发展促使电加工机床能加工更复杂、更精密及微细的型面和关键零件。
高速走丝线切割机床是中国独创的机床。它自60年代以来经过30多年的不断发展和完善，现已成为模具加工不可缺少的装备，也是中国模具生产企业中装备数量最多的电火花加工机床。目前它的切割速度有的已超过250MM2／MIN，加工精度达到±0.01MM，工件表面粗糙度为RA1.25微米，因而可以在较低的价位上满足一般模具加工的需要。但随着模具制造的要求越来越高和面对低速走丝线切割机床的高性能，它就面临相当严峻的形势。今后高速走丝切割机床的发展策略应该是扬长避短，以发展中低档机床为主，使机床向适当的加工精度、良好的加工稳定性和容易操作及优良的性能价格比的方向发展。为此，高速走丝线切割机床应在基於PC的开放式数控系统方面、数字自适应脉冲电源、加工参数的优化及自动选取、人工智能技术的运用、机床整体结构的改进、螺距误差与间隙补偿技术的运用、多次切割工艺的应用进行研究，以及计算机软件的不断改进来提高机床的整体加工性能。
目前低速走丝电火花线切割机床和电火花成形机床的进口量很大，特别是数控电火花加工机床，中国机床市场占有率较低。对比国内外产品，中国设备与国外先进设备之间确实存在较大差距。根据中国模具工业发展情况和国内外主要电加工机床生产企业状况，展望未来，首要将发展重点放在中低档普及型数控电加工机床上。这一方面是因为大量的个体经营及股份制模具生产企业正大量需要，另一方面，这是中国电加工机床生产企业力所能及并占有一定优势。为了保证机床的稳定可靠，一些关键部件和元器件可采用高质量的国外产品。为了提高数控电火花加工机床的工艺水平，今后在脉冲电源（例如节能型无电阻电源、毫微秒级高峰值电流电源、微细加工电源、新型等能量脉冲电源、超精加工电源、专用辅助电源等）及电源波形检测、处理、控制技术等方面，在包括稳定性技术、适应控制技术、能量控制技术、各类加工工艺技术、检测技术等综合技术的专家系统方面，在刚度、热平衡、主轴头等的设计、个性化、集成化及造型和外观设计方面，在工作液的改进及其环保处理方面，在走丝系统和穿丝技术的改进方面等，都应加强研究和开发，以求不断进步。
% B  @1 j" O  g细微电火花加工和电火花高速精微小孔加工机床以其独特的优越性而呈现广阔的应用前景，在今后的模具加工中的作用将逐渐增大。微进给机构和电火花微细加工伺服系统及微型传感器的研制、细小电极的制作、微小型电火花加工状态检测等，都是发展细微电火花加工的关键。中国生产的D703型数控高速电火花小孔加工机床的工艺指标已达到国际先进水平，加工的小孔深径比已超过1000：1，可加工不钢、硬质合金、铜、铝等各种导电难加工材料，可从斜面和曲面穿入，直接使用自来水工作液等特点，最高加工速度可达60MM／MIN。DS703、SP200、SD1等高速电火花小孔加工机床也都具有良好的加工性能，很具发展前景。
* x) e# r6 c# w) c1 n1 G' r2 R模具技术的发展使型面更加复杂，微细型腔更多，而且随着对模具寿命要求的不断提高，模具材料随之更硬。对此，电火花加工机床有其独特的优越性。
随着环保要求的提高和绿色制造战略的提出，绿色电火花加工的概念已被提上议事日程，并且已被提到电火花加工的可持续战略的高度。绿色电火花加工主要包括高效节能脉冲电源、提高脉冲电源的电磁兼容性和“三废”处理及防火防爆等内容。展望未来，中国在绿色电火花加工方面必须有突破，才能使电火花加工机床获得可持续发展并适应加入WTO后的新形势。
综上所述，电火花加工机床不但在过去和现在在模具工业中的应用十分广泛，而且今后也必将发挥其重要作用。
8 l% l  k/ F  F  _" h文章关键词： 电火花、材料、模具、切割机