电火花线切割在冲压模具市场的应用
2010-05-25 19:37:43 阅读15 评论0 字号：大中小
编者按：近年来，中国模具工业有了长足的进步。2005年模具产值为 610亿人民币，2006年约720亿，平均每年以20%～25%的速度增长。模具的技术水平同样有显著提高，一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品 的先进水平，而这些优质模具大多数为塑料模和冲压模。冲压模的加工离不开电火花线切割机床(wedm)。据统计，我国约有80%的wedm用于冲压模加 工。
中国冲压模具发展现状分析
标志着冲压模先进水平的是高精度、长寿命、多工位级进模，它具有结构复杂、制造难 度大、精度高、寿命长、生产效率高和低耗材耗能的特点，是我国重点发精密模具品种之一。有代表性的电机铁芯自动叠片硬质合金多工位级进模，精度达2m，步 距精度达3m，双回转精度1，拼块精度1m，表面粗糙度ra0.1～0.4m，寿命1亿次；美国奥伯格、日本黑田、法国宝捷时等电机铁芯双排自动叠片模， 精度为1m，步距精度2m，模具寿命2亿次。虽然精度已接近国外先进水平，但寿命有一定差距。
高水平的空调器翅片多工位级进模，精度 达2m，凸、凹模的工作面近千处，冲裁间隙为0.01mm的达300多处，一次冲出翅片数达36列，模具寿命2亿次以上；日本日高精机、美国oak、意大 利gbs公司制造的36～72列数翅片级进模，精度达2m，步距精度3m，寿命5亿次以上。同样，精度已接近国外先进水平，但模具寿命有较大差距。
体现高难度成形的彩管电子枪零件(g5)25工位硬质合金级进模，精度达2m，模具在高速冲床上应用，冲制0.245mm厚的无磁不锈钢，经各道工序 后，制品精度达±5m，模具寿命3千万次以上；日本东芝、日本日立等公司制造的彩管电子枪零件级进模，精度为2m，步距精度3m，模具寿命5千万次以上。 同样模具寿命有差距。
高性能的集成电路框架32工位级进模，精度达2m，在高速冲床上冲速达350～500次/分，寿命为3千万次以上；日本山田、美国奥伯格等公司制造的100条脚以上的集成电路框架模，精度达2m，步距精度3m，模具寿命1亿次。
还有如自主创新的手机连接器50工位级进模，精度达2μm，步距精度3μm，模具寿命2亿次；数码相机弹簧片18工位级进模、接插件46工位级进模等都达到了较高的水平。
我国的电火花线切割分为低速走丝电火花线切割机(lswedm)及高速走丝电火花线切割机(hswedm)两类。精密、高效、复杂、长寿命冲压模一般由 lswedm进行加工。模具行业专家罗百辉表示，具有代表性的我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的制造水平(精度、表面粗糙度等)已接近或达到国外先进 水平，而以上这些模具的型孔、定位孔等关键部位基本上都依靠精密wedm进行加工，说明我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的技术进步与wedm技术进步 密切相关。
电火花线切割在冲压模中的应用
总体来说，电火花线切割的技术含量在机床行业属高新技术产品，但从国内外发展情况来看，它本身的技术水平大致可分为：{dj0}、xx、中档三个层次。
◆{dj0}机
这种lswedm代表了当前{zg}水平，但基本上都是瑞士和日本的产品。这种机床的{zd0}切割速度为400～500mm2/min，{zg}加工精度可 达±1m，表面粗糙度ra为0.05m，加工表面无变质层，具有φ0.02mm的细丝切割功能，功能齐全，自动化程度高。例如：瑞士阿奇的 agiecutvertex系列机床，其加工工件的轮廓精度tkm(tkm＝±[{zd0}值-最小值]/2)为±1m，ra为0.05m，加工表面无变质层； 瑞士夏米尔的robofil2050tw、6050tw双丝切割机床，{zg}加工精度±1m，ra为0.05m，具有xx的加工表面质量；还有如日本三菱、 牧野、沙迪克生产的相关机床。
这类机床{zd0}特点是不但加工精度高，而且表面无变质层，可以直接完成模具的精密加工，所加工的模具寿命已达到机械磨削水平。
◆xx机(标准机)
这类机床一般都具有自动穿丝功能，无电阻防电解电源，有的也有细丝(φ0.03mm)切割功能，{zd0}切割速度400～500mm2/min，加工精度一 般在±3m(精度定义不尽相同)，ra为0.2～0.3m，这类机床基本上也由瑞士和日本公司生产。例如：瑞士阿奇的agiecutexcellence 系列，其加工精度(tkm)±1.5m，ra为0.1m，具有较高的水平；又如：瑞士阿奇的agiecutprogress系列机床，{dy}次切割加工，其 切割速度为350～500mm2/min的情况下，ra可达0.8m，具有很大的实用价值，这在xx机中属佼佼者。具有xx机水平的机床还有瑞士夏米尔、 日本三菱、沙迪克、牧野生产的相关机床。
这类机床也广泛用于精密冲压模加工，但有的还需研、磨配合加工。
◆中档机(入门机)
瑞士、日本在中国的独资(合资)企业为了适应中国市场的需要，同时也生产一些中档机床。如：日本沙迪克特种(苏州)生产的有关型号机床；大连三菱fa系 列中有关型号的机床；瑞士夏米尔robofil380、390机床以及北京阿奇夏米尔生产的xenon机床等。这些机床一般在60～80万元/台(中档规 格)。台湾及台湾在大陆生产的企业一般也在生产中档水平的lswedm。
中档机床一般都具有无电阻、防电解电源、切割速度为300～400mm2/min，加工精度可达±5m，ra为0.4～0.5m。
应该指出，根据国外所提供的机床资料，各公司加工精度的评价方法不尽相同，用于评价加工精度的加工工件材料、形状、尺寸也不同，因此，关于{dj0}机、xx机、中档机的表述仅供参考。
由于lswedm精密加工技术与加工表面完整性技术的结合，使lswedm加工技术上了一个新台阶，并推动了精密、复杂、长寿命冲压模加工技术的进步， 使lswedm在精密冲压模加工中具有不可替代的作用。随着模具工业的迅速发展，lswedm的市场也在不断扩大，2003年lswedm国内年产量仅 800台，至2004年已达1800台，2005年达2400台，2006年初步统计约3500台，产值约25～30亿人民币。预计今后还有更大的发展空 间。
hswedm的技术进步
hswedm同样用于冲压模加工，但一般以中、低档模具为主。由于它的实用性、经济 性，所以在国内有较大的市场，目前年产量达3.5～4.0万台/年左右，产值约14亿人民模具制造企业基本上都装备了这类机床，有的多达15～20台，可 是这类机床加工精度较低(尺寸精度0.015mm)，加工表面质量较差，但近来hswedm技术水平有了较大的进步。
根据 lswedm多次切割实现精密加工的原理，开始对hswedm进行多次切割技术的研究，并有所突破。如上海大量、苏州新火花等一些企业开发生产了多次切割 hswedm新产品，提高了加工精度，改善了表面质量。实现多次切割加工技术，主要解决的问题是：加工过程中电极丝空间形位变化的控制，为此，采用高耐磨 性的导向装置、恒张力的控制机构以及采用走丝速度程控调节等措施，这是实现多次切割的基本条件；窄脉宽、高峰值电流的新型脉冲电源是提高多次切割工艺水平 的重要保证；又如：采用短程往复走丝、改变跟踪控制方法、进行系统工艺试验开发多次切割软件等；提高机床的运动精度对多次切割的hswedm显得更为重 要。
多次切割提高了hswedm的加工工艺水平。例如：苏州新火花公司的多次切割hswedm，在三次切割后表面粗糙度 ra≤1.2μm时，平均加工速度≥50mm2/min，加工工件表面光泽，无切割条纹。机床的{zd0}切割速度190mm2/min，{zj0}表面粗糙度 ra0.8μm；上海大量tp系列的多次切割hswedm，在进行三次切割后ra≤1.0μm，加工精度(尺寸差)≤6.0μm。以该公司加工的八方工件 为例，说明多次切割技术在hswedm上的应用，使hswedm加工工艺水平有较大提升。
电火花线切割加工技术的展望
随着多工位级进模的不断发展，由单排级进模技术向双排多列级进模技术发展；而且多工位级进模的功能越来越复杂。以电机铁芯自动叠片多工位级进模为例，有 铁芯大规格自动叠片、铁芯双排扭槽叠片、多排直槽叠片、大回转叠片、双回转叠片等。因此，模具结构越来越复杂、制造难度越来越大、精密加工的要求越来越 高，为了满足模具发展的需要，推动了wedm向更高层次的发展，而代表wedm高层次发展方向的应属lswedm。在lswedm的加工过程中，为了减少 人的干预，保证达到预期的工艺指标，自动化、信息化是lswedm的发展方向。
在{dj0}机、xx机完善的专家系统及电极丝自动交换(多工位自动穿丝、双丝切割自动换丝)的基础上，进一步实现工件自动交换(awc)，以自动完成全部加工过程，减少人的干预，以达到预定的加工目标。
瑞士阿奇的agievisoncnc系统与机器人或装卸装置及与网络功能相配合，组成智能化的制造系统。例如，美国的chelar工模具公司的瑞士阿奇 evolution3lswedm，配用能安装10个工件托盘的sd10型机械手及prown&sharpecmm测量机后，实现全自动无人看管 运行，机床年运行工时已达6800h。
瑞士夏米尔公司千禧版的cnc系统是基于windowsnt操作系统，在 robofil240cc/440cc上控制内装的qcrw型机械手，具有能装卸重达100kg工件的托盘。此外，cnc系统具有接入局域网(lan)的 标准配置，机上还装有一个rj-45接口和以太网卡。
耐磨焊条在自动化、信息化方面，还有日本沙迪克公司cnc系统、日本三菱的64位cnc系统等，有了这些功能完备的系统，配以标准化机械接口，通过3r系统或erowa系统的机械手，可方便地实现工件(托盘)的自动交换。
中国冲压模具发展现状分析
标志着冲压模先进水平的是高精度、长寿命、多工位级进模，它具有结构复杂、制造难 度大、精度高、寿命长、生产效率高和低耗材耗能的特点，是我国重点发精密模具品种之一。有代表性的电机铁芯自动叠片硬质合金多工位级进模，精度达2m，步 距精度达3m，双回转精度1，拼块精度1m，表面粗糙度ra0.1～0.4m，寿命1亿次；美国奥伯格、日本黑田、法国宝捷时等电机铁芯双排自动叠片模， 精度为1m，步距精度2m，模具寿命2亿次。虽然精度已接近国外先进水平，但寿命有一定差距。
高水平的空调器翅片多工位级进模，精度 达2m，凸、凹模的工作面近千处，冲裁间隙为0.01mm的达300多处，一次冲出翅片数达36列，模具寿命2亿次以上；日本日高精机、美国oak、意大 利gbs公司制造的36～72列数翅片级进模，精度达2m，步距精度3m，寿命5亿次以上。同样，精度已接近国外先进水平，但模具寿命有较大差距。
体现高难度成形的彩管电子枪零件(g5)25工位硬质合金级进模，精度达2m，模具在高速冲床上应用，冲制0.245mm厚的无磁不锈钢，经各道工序 后，制品精度达±5m，模具寿命3千万次以上；日本东芝、日本日立等公司制造的彩管电子枪零件级进模，精度为2m，步距精度3m，模具寿命5千万次以上。 同样模具寿命有差距。
高性能的集成电路框架32工位级进模，精度达2m，在高速冲床上冲速达350～500次/分，寿命为3千万次以上；日本山田、美国奥伯格等公司制造的100条脚以上的集成电路框架模，精度达2m，步距精度3m，模具寿命1亿次。
还有如自主创新的手机连接器50工位级进模，精度达2μm，步距精度3μm，模具寿命2亿次；数码相机弹簧片18工位级进模、接插件46工位级进模等都达到了较高的水平。
我国的电火花线切割分为低速走丝电火花线切割机(lswedm)及高速走丝电火花线切割机(hswedm)两类。精密、高效、复杂、长寿命冲压模一般由 lswedm进行加工。模具行业专家罗百辉表示，具有代表性的我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的制造水平(精度、表面粗糙度等)已接近或达到国外先进 水平，而以上这些模具的型孔、定位孔等关键部位基本上都依靠精密wedm进行加工，说明我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的技术进步与wedm技术进步 密切相关。
电火花线切割在冲压模中的应用
总体来说，电火花线切割的技术含量在机床行业属高新技术产品，但从国内外发展情况来看，它本身的技术水平大致可分为：{dj0}、xx、中档三个层次。
◆{dj0}机
这种lswedm代表了当前{zg}水平，但基本上都是瑞士和日本的产品。这种机床的{zd0}切割速度为400～500mm2/min，{zg}加工精度可 达±1m，表面粗糙度ra为0.05m，加工表面无变质层，具有φ0.02mm的细丝切割功能，功能齐全，自动化程度高。例如：瑞士阿奇的 agiecutvertex系列机床，其加工工件的轮廓精度tkm(tkm＝±[{zd0}值-最小值]/2)为±1m，ra为0.05m，加工表面无变质层； 瑞士夏米尔的robofil2050tw、6050tw双丝切割机床，{zg}加工精度±1m，ra为0.05m，具有xx的加工表面质量；还有如日本三菱、 牧野、沙迪克生产的相关机床。
这类机床{zd0}特点是不但加工精度高，而且表面无变质层，可以直接完成模具的精密加工，所加工的模具寿命已达到机械磨削水平。
◆xx机(标准机)
这类机床一般都具有自动穿丝功能，无电阻防电解电源，有的也有细丝(φ0.03mm)切割功能，{zd0}切割速度400～500mm2/min，加工精度一 般在±3m(精度定义不尽相同)，ra为0.2～0.3m，这类机床基本上也由瑞士和日本公司生产。例如：瑞士阿奇的agiecutexcellence 系列，其加工精度(tkm)±1.5m，ra为0.1m，具有较高的水平；又如：瑞士阿奇的agiecutprogress系列机床，{dy}次切割加工，其 切割速度为350～500mm2/min的情况下，ra可达0.8m，具有很大的实用价值，这在xx机中属佼佼者。具有xx机水平的机床还有瑞士夏米尔、 日本三菱、沙迪克、牧野生产的相关机床。
这类机床也广泛用于精密冲压模加工，但有的还需研、磨配合加工。
◆中档机(入门机)
瑞士、日本在中国的独资(合资)企业为了适应中国市场的需要，同时也生产一些中档机床。如：日本沙迪克特种(苏州)生产的有关型号机床；大连三菱fa系 列中有关型号的机床；瑞士夏米尔robofil380、390机床以及北京阿奇夏米尔生产的xenon机床等。这些机床一般在60～80万元/台(中档规 格)。台湾及台湾在大陆生产的企业一般也在生产中档水平的lswedm。
中档机床一般都具有无电阻、防电解电源、切割速度为300～400mm2/min，加工精度可达±5m，ra为0.4～0.5m。
应该指出，根据国外所提供的机床资料，各公司加工精度的评价方法不尽相同，用于评价加工精度的加工工件材料、形状、尺寸也不同，因此，关于{dj0}机、xx机、中档机的表述仅供参考。
由于lswedm精密加工技术与加工表面完整性技术的结合，使lswedm加工技术上了一个新台阶，并推动了精密、复杂、长寿命冲压模加工技术的进步， 使lswedm在精密冲压模加工中具有不可替代的作用。随着模具工业的迅速发展，lswedm的市场也在不断扩大，2003年lswedm国内年产量仅 800台，至2004年已达1800台，2005年达2400台，2006年初步统计约3500台，产值约25～30亿人民币。预计今后还有更大的发展空 间。
hswedm的技术进步
hswedm同样用于冲压模加工，但一般以中、低档模具为主。由于它的实用性、经济 性，所以在国内有较大的市场，目前年产量达3.5～4.0万台/年左右，产值约14亿人民模具制造企业基本上都装备了这类机床，有的多达15～20台，可 是这类机床加工精度较低(尺寸精度0.015mm)，加工表面质量较差，但近来hswedm技术水平有了较大的进步。
根据 lswedm多次切割实现精密加工的原理，开始对hswedm进行多次切割技术的研究，并有所突破。如上海大量、苏州新火花等一些企业开发生产了多次切割 hswedm新产品，提高了加工精度，改善了表面质量。实现多次切割加工技术，主要解决的问题是：加工过程中电极丝空间形位变化的控制，为此，采用高耐磨 性的导向装置、恒张力的控制机构以及采用走丝速度程控调节等措施，这是实现多次切割的基本条件；窄脉宽、高峰值电流的新型脉冲电源是提高多次切割工艺水平 的重要保证；又如：采用短程往复走丝、改变跟踪控制方法、进行系统工艺试验开发多次切割软件等；提高机床的运动精度对多次切割的hswedm显得更为重 要。
多次切割提高了hswedm的加工工艺水平。例如：苏州新火花公司的多次切割hswedm，在三次切割后表面粗糙度 ra≤1.2μm时，平均加工速度≥50mm2/min，加工工件表面光泽，无切割条纹。机床的{zd0}切割速度190mm2/min，{zj0}表面粗糙度 ra0.8μm；上海大量tp系列的多次切割hswedm，在进行三次切割后ra≤1.0μm，加工精度(尺寸差)≤6.0μm。以该公司加工的八方工件 为例，说明多次切割技术在hswedm上的应用，使hswedm加工工艺水平有较大提升。
电火花线切割加工技术的展望
随着多工位级进模的不断发展，由单排级进模技术向双排多列级进模技术发展；而且多工位级进模的功能越来越复杂。以电机铁芯自动叠片多工位级进模为例，有 铁芯大规格自动叠片、铁芯双排扭槽叠片、多排直槽叠片、大回转叠片、双回转叠片等。因此，模具结构越来越复杂、制造难度越来越大、精密加工的要求越来越 高，为了满足模具发展的需要，推动了wedm向更高层次的发展，而代表wedm高层次发展方向的应属lswedm。在lswedm的加工过程中，为了减少 人的干预，保证达到预期的工艺指标，自动化、信息化是lswedm的发展方向。
在{dj0}机、xx机完善的专家系统及电极丝自动交换(多工位自动穿丝、双丝切割自动换丝)的基础上，进一步实现工件自动交换(awc)，以自动完成全部加工过程，减少人的干预，以达到预定的加工目标。
瑞士阿奇的agievisoncnc系统与机器人或装卸装置及与网络功能相配合，组成智能化的制造系统。例如，美国的chelar工模具公司的瑞士阿奇 evolution3lswedm，配用能安装10个工件托盘的sd10型机械手及prown&sharpecmm测量机后，实现全自动无人看管 运行，机床年运行工时已达6800h。
瑞士夏米尔公司千禧版的cnc系统是基于windowsnt操作系统，在 robofil240cc/440cc上控制内装的qcrw型机械手，具有能装卸重达100kg工件的托盘。此外，cnc系统具有接入局域网(lan)的 标准配置，机上还装有一个rj-45接口和以太网卡。
耐磨焊条在自动化、信息化方面，还有日本沙迪克公司cnc系统、日本三菱的64位cnc系统等，有了这些功能完备的系统，配以标准化机械接口，通过3r系统或erowa系统的机械手，可方便地实现工件(托盘)的自动交换。
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