Mekanisk bearbetningsmetod - Trådskärning

I Elektrisk urladdningstråd

 

Electrical Discharge Wire Cutting Machine (Wire Electrical Discharge Machining, förkortat WEDM) tillhör kategorin elektrisk bearbetning. Det upptäcktes av sovjetiska forskare Lazarenkov och hans fru när de studerade fenomenen och orsakerna till erosionsskador att byta kontakter orsakade av gnistorladdningar. De fann att den omedelbara höga temperaturen på gnistan kunde smälta och oxidera lokal metall, vilket leder till korrosion. Detta ledde till skapandet och uppfinningen av elektrisk urladdningsbearbetning. Trådskärningsmaskinen uppfanns också i Sovjetunionen 1960, och Kina var det första landet som använde den för industriell produktion.

 

 

 

II Fysiska principer

 

Fria positiva joner och elektroner ackumuleras i fältet och bildar snabbt en joniserad ledande kanal. I detta skede flyter en ström mellan de två plattorna, vilket orsakar otaliga kollisioner mellan partiklar och bildar en plasmazon som snabbt värms upp till 8000 till 12000 grader Celsius. Detta gör att en del material på de två ledarnas ytor smälter omedelbart. Samtidigt, på grund av förångningen av elektroden och den dielektriska vätskan, bildas en bubbla, och dess tryck stiger enligt ett regelbundet mönster tills det når en mycket hög nivå. Strömmen avbryts sedan och temperaturen sjunker plötsligt, vilket gör att bubblan imploderar. Kraften som genereras av implosionen driver ut det smälta materialet och skapar en grop. Det korroderade materialet kondenserar sedan till små sfärer i den dielektriska vätskan och avlägsnas av vätskan. Genom NC-styrd övervakning och hantering utför servomekanismen urladdningsfenomenet enhetligt.

 

 

 

III Klassificering

 

De elektriska urladdningstrådskärmaskinerna kan klassificeras enligt trådhastigheten i tre typer: höghastighetsbearbetning av fram- och återgående tråd elektrisk urladdningsbearbetning (vanligen kallad "snabb trådskärning"), låghastighetsbearbetning av envägs elektrisk urladdning av tråd (vanligen kallad " långsam trådskärning"), och vertikal självroterande tråd elektrisk urladdningsbearbetning. De kan också kategoriseras baserat på typen av arbetsbord i enkel-kolonn korsarbetsbordstyp och dubbelkolonntyp (vanligen kallad "portaltyp").

 

1. Elektrisk urladdningsmaskin för fram- och återgående tråd

Trådhastigheten för elektriska urladdningsmaskiner med fram- och återgående tråd är inställd på 6–12 m/s och är en unik typ utvecklad i Kina. I september 1970 utvecklade ministeriet för maskinindustris statsägda Changfeng Machinery General Factory framgångsrikt den "digitalt styrda automatiska trådklippningsmaskinen", som var den första i sitt slag i Kina. 1972 genomförde ministeriet för maskinindustri en teknisk bedömning av CKX CNC-trådskärmaskinen, som ansågs uppfylla den inhemska avancerade nivån. 1973 påbörjades massproduktion av CNC-trådskärmaskinen med beteckningen CKX-1.

 

I september 1981 utvecklades DK3220 CNC-maskinen med konisk skärfunktion framgångsrikt, med produktens viktigaste egenskap var förmågan att skära med en 1.5-grads kona. Detta markerade en stor teknisk förbättring av trådskärningsmaskiner. I takt med att konisk skärningsteknik gradvis utvecklades, såg teknologin för variabel konisk och asymmetrisk skärning av övre och undre också betydande framsteg. Genombrott i skärning av tjockare material förbättrade avsevärt tvärsnitts- och longitudinell noggrannhet, med en skärtjocklek som översteg 1000 mm. Detta har gjort fram- och återgående trådskärmaskiner alltmer fördelaktiga samtidigt som de tillgodoser både inhemska och internationella kunders behov.

 

Antalet sådana maskiner växer snabbt, från en årlig produktion på 2,000–3,000 enheter till tiotusentals enheter årligen. För närvarande finns det över 200,000 fram- och återgående trådskärningsmaskiner som används över hela landet, som används i olika mellan- och lågpristillverkning och bearbetning av specialdelar. Det har blivit en av de mest använda maskintyperna i Kinas CNC-verktygsmaskiner. Emellertid kan fram- och återgående trådskärmaskiner inte implementera konstant spänningskontroll på elektrodtråden, vilket resulterar i betydande trådvibrationer och frekventa brott under bearbetningen. Eftersom elektrodtråden återanvänds orsakar den slitage, vilket leder till minskad bearbetningsnoggrannhet och ytkvalitet.

 

2. Låghastighets envägs elektrisk urladdningsmaskin

Trådskärmaskiner med låg hastighet använder koppartråd som verktygselektrod. Tråden rör sig vanligtvis med en hastighet på mindre än 0,2 m/s i en riktning. En pulsspänning på 60–300V appliceras mellan koppartråden och det bearbetade materialet, såsom koppar, stål eller superhårda legeringar, och upprätthåller ett gap på 5–50 µm, som är fyllt med avjoniserat vatten (nära destillerat vatten) eller annat isolerande media. Detta genererar en gnisturladdning mellan elektroden och arbetsstycket, vilket orsakar ömsesidig erosion och korrosion, vilket skapar otaliga små gropar på arbetsstyckets yta. Genom NC-kontrollerad övervakning och hantering utför servomekanismen detta urladdningsfenomen enhetligt, vilket gör att arbetsstycket uppfyller de erforderliga dimensionerna och formnoggrannheten.

 

För närvarande kan noggrannheten nå upp till 0.001 mm, och ytkvaliteten är nära den för slipning. Elektrodtråden kasseras efter urladdning, och maskinen har vanligtvis automatisk trådgängning och konstantspänningsanordningar. Maskinen fungerar smidigt, jämnt, med minimala vibrationer, hög bearbetningsnoggrannhet och god ytkvalitet, men den är inte lämplig för bearbetning av tjocka material. På grund av dess exakta struktur, höga tekniska innehåll och höga kostnader är maskinens driftskostnad också hög.

 

Tidiga versioner av elektriska urladdningsmaskiner med låg hastighet tillverkades uteslutande av utländska företag. Även om utvecklingen av Taiwans elektriska urladdningsmaskiner med låg hastighet startade senare, har den gjort snabba framsteg de senaste åren. Ett viktigt steg var den gemensamma investeringen av flera tillverkare av elektriska bearbetningsmaskiner, med stöd av statliga myndigheter och Taiwans industritekniska forskningsinstitut. Efter mer än ett decennium av ansträngningar gjordes genombrott inom nyckelteknologier som styrsystem och strömförsörjning. Låghastighets klippmaskiner tillverkade av taiwanesiska företag anses nu vara mellanklassmodeller, med en årlig tillväxt på 20–30 % under de senaste tre åren. Det uppskattas att under de kommande fem åren kommer Taiwans årliga produktion av trådklippningsmaskiner med låg hastighet att nå 2,{10}} enheter, vilket motsvarar över 25 % av den globala marknaden.

 

Elektriska urladdningsmaskiner med låg hastighet har högt tekniskt innehåll, goda marknadsutsikter och erbjuder hög avkastning, vilket gör dem till en "stridsplats" eller "strategisk hög mark" för tillverkare av elektriska bearbetningar. Man kan säga att den som behärskar tekniken för elektriska urladdningsmaskiner med låg hastighet kommer att få en möjlighet till nästa fas av affärstillväxt. För att fånga den kinesiska marknaden har tillverkare av elektriska bearbetningsmaskiner från Japan, Schweiz och Taiwan etablerat fabriker på det kinesiska fastlandet för att tillverka dessa maskiner. Med stöd från ministeriet för vetenskap och tekniks särskilda fond har Kinas vetenskapliga forskare satsat avsevärda resurser på att utveckla nästa generations låghastighets trådklippningsmaskin. Stora genombrott har gjorts och produkter med oberoende immateriella rättigheter har redan tagit en viss marknadsandel och nått maskinprestandanivåer i mellanklassen. Vissa inhemska företag hoppas också kunna utveckla låghastighetsteknik för trådklippning genom samarbete med taiwanesiska företag.

 

3. Vertikal självroterande tråd elektrisk urladdningsmaskin

Den vertikala självroterande elektriska trådurladdningsmaskinen (även känd som den horisontella självroterande trådskärningsmaskinen) skiljer sig från traditionell höghastighets- och låghastighets elektrisk urladdningsbearbetning på flera sätt. För det första är rörelsen av elektrodtråden i denna maskin inte bara en traditionell framåt-bakåtrörelse utan inkluderar även en rotationsrörelse. För det andra ligger trådhastigheten mellan den för höghastighets- och låghastighetsskärning, vid 1–2 m/s. På grund av elektrodtrådens rotationsrörelse under processen, skiljer sig den vertikalt roterande trådkapningsmaskinen från andra typer av trådkapningsmaskiner främst i sitt tråddrivningssystem. Den vertikalt roterande maskinens tråddrivningssystem består av två identiska strukturer i båda ändarna av maskinen, vilket möjliggör både höghastighetsrotation och låghastighetswirerörelse. Området mellan de två spindelhuvudena är den effektiva bearbetningszonen.

 

Bortsett från tråddrivningssystemet är maskinens övriga komponenter desamma som höghastighets trådkapningsmaskiner. Jämfört med låghastighets trådkapmaskiner har fram- och återgående höghastighets trådkapmaskiner fortfarande ett betydande gap i viktiga tekniska indikatorer som genomsnittlig produktivitet, skärnoggrannhet och ytjämnhet. För att komma till rätta med dessa luckor, i början av 2000-talet, introducerade flera inhemska tillverkare av höghastighetståg fram- och återgående trådskärningsmaskiner multiskärningstekniker för höghastighets trådmaskiner (vanligen kallade "medelhastighets trådkapning"). "Medelhastighetstrådskärning" syftar inte på trådhastigheter mellan höga och låga hastigheter utan till en komposittrådskärmaskin som använder höghastighetstrådskärning (8–12 m/s) för grovkapning och låghastighetstrådskärning (1–3 m/s) för precisionsskärning. Detta tillvägagångssätt stabiliserar driften, minskar vibrationer och minimerar fel orsakade av materialdeformation och tungstensslitage, vilket leder till förbättrad bearbetningskvalitet.

 

Sålunda är "medelhastighetstrådskärning" väsentligen en modifiering av elektriska urladdningsmaskiner för fram- och återgående trådar som innefattar några av de låghastighetstekniker för bearbetning av trådmaskiner, som uppnår remsfri skärning och multikapning. Under årens lopp har nästan alla tillverkare av höghastighetsskärmaskiner i Kina börjat producera och sälja medelhastighetsmaskiner. Det har emellertid blivit tydligt att inte alla fram- och återgående trådkapmaskiner kan utföra flera skär effektivt eller uppnå goda resultat med denna teknik. Multiskärning är en omfattande teknik som involverar maskinprecision, pulsströmförsörjning, processdatabaser, tråddrivningssystem, arbetsvätska och många andra processfrågor. Det handlar inte bara om att lägga till ett trådfrekvensstyrsystem till en höghastighets trådmaskin. Endast högprecisionsmaskiner som skapat de nödvändiga förutsättningarna för multiskärning kan uppnå multiskärning och bandfri skärning med betydande processeffekter.

 

Därför måste våra tillverkare ägna stor uppmärksamhet åt denna fråga och ta itu med det systematiskt, för att säkerställa att tekniken är väl implementerad och produkten är välgjord. Vissa företag har redan förbättrat maskinprecisionen genom att använda DC- eller AC-servomotorer för att driva kulskruvar på de rörliga delarna. Detta förbättrar precisionen avsevärt och många inhemska företag kan nu uppnå avsevärda förbättringar av kvaliteten på trådskärningsprocessen.

 

 

 

IV Slutsats

 

Bearbetning av elektrisk urladdning av tråd, en avgörande komponent i CNC-teknik, har spelat en viktig roll i modern tillverkning. Genom att förstå de olika typerna av trådkapningsmaskiner och de tekniska framstegen inom detta område kan vi bättre förutse och anpassa oss till de snabbt föränderliga behoven av precisionsbearbetning och sträva efter mer hållbara och effektiva lösningar. Denna forskning ger värdefulla insikter om det nuvarande landskapet och den framtida riktningen för trådskärningsteknik.