Метод механічної обробки - різання дротом

I Електроерозійне різання дроту

 

Електроерозійний верстат для різання дроту (Wire Electrical Discharge Machining, скорочено WEDM) відноситься до категорії електромеханічної обробки. Це було відкрито радянськими дослідниками Лазаренковим і його дружиною під час вивчення явищ і причин ерозійного пошкодження контактів комутатора, спричиненого іскровими розрядами. Вони виявили, що миттєва висока температура іскри може розплавити та окислити місцевий метал, що призведе до корозії. Це призвело до створення та винаходу електроерозійної обробки. Машину для різання дроту також винайшли в Радянському Союзі в 1960 році, і Китай був першою країною, яка використовувала її для промислового виробництва.

 

 

 

II Фізичні основи

 

Вільні позитивні іони та електрони накопичуються в полі, швидко утворюючи іонізований провідний канал. На цьому етапі між двома пластинами протікає струм, спричиняючи незліченну кількість зіткнень між частинками, утворюючи плазмову зону, яка швидко нагрівається до 8000–12000 градусів Цельсія. Це спричиняє миттєве плавлення деякого матеріалу на поверхнях двох провідників. При цьому внаслідок випаровування електрода і діелектричної рідини утворюється міхур, тиск якого закономірно зростає, поки не досягне дуже високого рівня. Потім струм припиняється, і температура раптово падає, що призводить до вибуху бульбашки. Сила, що виникає під час імплозії, виштовхує розплавлений матеріал, утворюючи яму. Потім корозійний матеріал конденсується в маленькі кульки в діелектричній рідині та видаляється рідиною. Через NC-контрольований моніторинг і керування сервомеханізм рівномірно виконує феномен розряду.

 

 

 

III Класифікація

 

Верстати для електроерозійного різання дроту можна класифікувати відповідно до швидкості дроту на три типи: високошвидкісна електроемісійна обробка із зворотно-поступальним рухом дроту (зазвичай називається "швидке різання дроту"), низькошвидкісна одностороння електроемісійна обробка дроту (зазвичай називається " повільне різання дроту"), а також електроемісійна обробка вертикального самообертового дроту. Їх також можна класифікувати залежно від типу робочого столу на одноколонковий перехресний тип і двоколонковий тип (зазвичай званий «портальний тип»).

 

1. Поршнева дротяна електророзрядна машина

Швидкість дроту для поршневих дротяних електророзрядних машин встановлена ​​на рівні 6–12 м/с і є унікальним типом, розробленим у Китаї. У вересні 1970 року державний завод Changfeng Machinery General Factory Міністерства машинобудування успішно розробив «автоматичний верстат для різання дроту з цифровим керуванням», який був першим у своєму роді в Китаї. У 1972 році Міністерство машинобудівної промисловості провело технічну оцінку верстату для різання дроту з ЧПК CKX, який було визнано таким, що відповідає передовому вітчизняному рівню. У 1973 році почалося масове виробництво верстатів для різання дроту з ЧПК під позначенням CKX-1.

 

У вересні 1981 року було успішно розроблено верстат з ЧПК DK3220 із функцією конічного різання, причому найважливішою особливістю продукту була можливість різати під кутом 15-градус. Це ознаменувало серйозне технологічне вдосконалення верстатів для різання дроту. У міру того як технологія конічного різання поступово прогресувала, технологія змінної конусності та асиметричного різання верх-низ також досягла значного прогресу. Прорив у різанні більш товстих матеріалів значно покращив поперечну та поздовжню точність, товщина різання перевищує 1000 мм. Це зробило верстати для різання дроту зі зворотно-поступальним рухом все більш вигідними, одночасно задовольняючи потреби як внутрішніх, так і міжнародних клієнтів.

 

Кількість таких машин стрімко зростає, від річного виробництва 2,000–3,000 одиниць до десятків тисяч одиниць на рік. Наразі по всій країні використовується понад 200 000 верстатів для різання дроту із зворотно-поступальним рухом, які застосовуються у виробництві різноманітних прес-форм середнього та низького класу та обробки спеціальних деталей. Він став одним із найпоширеніших типів машин у китайських верстатах з ЧПК. Однак поршневі верстати для різання дроту не можуть забезпечити постійний контроль натягу електродного дроту, що призводить до значної вібрації дроту та частих поломок під час обробки. Оскільки електродний дріт використовується повторно, це спричиняє знос, що призводить до зниження точності обробки та якості поверхні.

 

2. Низькошвидкісна одностороння дротяна електророзрядна машина

Низькошвидкісні машини для різання дроту використовують мідний дріт як інструментальний електрод. Дріт зазвичай рухається зі швидкістю менше 0,2 м/с в одному напрямку. Між мідним дротом і оброблюваним матеріалом, таким як мідь, сталь або надтверді сплави, прикладається імпульсна напруга 60–300 В, зберігаючи зазор 5–50 мкм, який заповнюється деіонізованою водою (наближеною до дистильованої) або іншим ізоляційне середовище. Це створює іскровий розряд між електродом і деталлю, викликаючи взаємну ерозію та корозію, утворюючи незліченну кількість дрібних ямок на поверхні деталі. Завдяки моніторингу та управлінню з ЧПУ, сервомеханізм рівномірно виконує це явище розряду, дозволяючи заготовці відповідати необхідним розмірам і точності форми.

 

Наразі точність може досягати 0,001 мм, а якість поверхні близька до якості шліфування. Електродний дріт після розрядки викидається, і машина зазвичай має автоматичне заправлення дроту та пристрої постійного натягу. Машина працює плавно, рівномірно, з мінімальною вібрацією, високою точністю обробки та гарною якістю поверхні, але не підходить для обробки товстих матеріалів. Завдяки чіткій структурі, високому технічному вмісту та високій вартості експлуатаційна вартість машини також висока.

 

Ранні версії низькошвидкісних дротових електророзрядних машин виготовлялися виключно іноземними компаніями. Хоча розробка низькошвидкісної дротяної електророзрядної машини на Тайвані почалася пізніше, за останні роки вона досягла швидкого прогресу. Значним кроком стало спільне інвестування кількох виробників електричних машин за підтримки урядових відомств та Науково-дослідного інституту промислових технологій Тайваню. Після більш ніж десяти років зусиль були зроблені прориви в ключових технологіях, таких як системи управління та електропостачання. Низькошвидкісні верстати для різання дроту, виготовлені тайванськими підприємствами, зараз вважаються моделями середнього класу, з річним темпом зростання на 20%–30% за останні три роки. За оцінками, протягом наступних п’яти років річне виробництво низькошвидкісного верстату для різання дроту на Тайвані досягне 2{10}} одиниць, що становитиме понад 25% світового ринку.

 

Низькошвидкісні дротяні електророзрядні машини мають високий технічний зміст, хороші ринкові перспективи та пропонують високі прибутки, що робить їх «полем битви» або «стратегічною позицією» для виробників електротехнічного обладнання. Можна сказати, що той, хто опанує технологію низькошвидкісних дротових електророзрядних машин, отримає можливість для наступного етапу розвитку бізнесу. Щоб захопити китайський ринок, виробники електричних верстатів з Японії, Швейцарії та Тайваню створили заводи в материковому Китаї для виробництва цих машин. За підтримки спеціального фонду Міністерства науки і технологій китайські науковці інвестували значні ресурси в розробку низькошвидкісного різального верстата нового покоління. Було зроблено значні прориви, і продукти з незалежними правами інтелектуальної власності вже зайняли певну частку ринку, досягнувши рівня продуктивності машин середнього класу. Деякі вітчизняні компанії також сподіваються розробити технологію низькошвидкісного різання дроту через співпрацю з тайванськими компаніями.

 

3. Вертикальна самообертова дротяна електророзрядна машина

Вертикальний самообертовий електророзрядний верстат (також відомий як горизонтальний самообертовий верстат для різання дроту) відрізняється від традиційної високошвидкісної та низькошвидкісної електроерозійної обробки кількома параметрами. По-перше, рух електродного дроту в цій машині є не тільки традиційним рухом вперед-назад, але також включає обертальний рух. По-друге, швидкість дроту знаходиться між швидкістю високошвидкісного та низькошвидкісного різання дроту, 1–2 м/с. Завдяки обертальному руху електродного дроту під час процесу вертикально-обертова машина для різання дроту відрізняється від інших типів верстатів для різання дроту насамперед системою приводу дроту. Система приводу дроту вертикальної обертової машини складається з двох ідентичних структур на обох кінцях машини, що реалізують як високошвидкісне обертання, так і низьку швидкість руху дроту. Зона між двома шпиндельними головками є ефективною зоною обробки.

 

Окрім системи приводу дроту, інші компоненти машини такі ж, як і у високошвидкісних машин для різання дроту. Порівняно з низькошвидкісними верстатами для різання дроту поршневі високошвидкісні верстати все ще мають значний розрив за основними технічними показниками, такими як середня продуктивність, точність різання та шорсткість поверхні. Щоб усунути ці прогалини, на початку 2000-х кілька вітчизняних виробників високошвидкісних верстатів для різання дроту із зворотно-поступальним рухом запровадили техніку багаторазового різання для високошвидкісних верстатів для різання дроту (зазвичай їх називають «середньошвидкісним різанням дроту»). «Середньошвидкісне різання дроту» не стосується швидкості дроту між високою та низькою швидкостями, а стосується композитного різального верстата, який використовує високошвидкісне різання дроту (8–12 м/с) для грубого різання та низькошвидкісного різання дроту. (1–3 м/с) для точного різання. Цей підхід стабілізує роботу, зменшує вібрацію та мінімізує помилки, спричинені деформацією матеріалу та зносом вольфрамового дроту, що призводить до покращення якості обробки.

 

Таким чином, «середньошвидкісне різання дроту» по суті є модифікацією поршневих дротяних електророзрядних машин, яка включає в себе деякі з низькошвидкісних методів обробки дроту, досягаючи різання без смуги та багаторазового різання. Протягом багатьох років майже всі виробники високошвидкісних машин для різання дроту в Китаї почали виробляти та продавати середньошвидкісні машини. Однак стало зрозуміло, що не всі верстати для різання дроту зі зворотно-поступальним рухом можуть ефективно виконувати кілька розрізів або досягати хороших результатів за допомогою цієї техніки. Мультирізання — це комплексна технологія, що включає точність машини, імпульсне живлення, бази даних процесів, системи приводу дроту, робочу рідину та багато інших питань процесу. Йдеться не просто про додавання системи керування частотою дроту до високошвидкісної дротяної машини. Тільки високоточні верстати, які створили необхідні умови для багаторізання, можуть досягти багаторізання та різання без смуг із значними ефектами процесу.

 

Тому наші виробники повинні приділяти цьому питанню пильну увагу і підходити до нього системно, стежачи за тим, щоб технологія була якісно реалізована, а продукт був якісно виготовлений. Деякі компанії вже покращили точність машин, використовуючи серводвигуни постійного або змінного струму для приводу кулькових гвинтів на рухомих частинах. Це значно підвищує точність, і багато вітчизняних компаній тепер можуть досягти суттєвого покращення якості процесу різання дроту.

 

 

 

IV Висновок

 

Дротова електроерозійна обробка, важливий компонент технології ЧПК, відіграє важливу роль у сучасному виробництві. Розуміючи різні типи верстатів для різання дроту та технологічний прогрес у цій галузі, ми можемо краще передбачити та адаптуватися до швидкозмінних потреб точної обробки та прагнути до більш стійких та ефективних рішень. Це дослідження дає цінну інформацію про поточний ландшафт і майбутній напрямок технології різання дроту.