揭開(kāi)數(shù)控電火花加工技術(shù)的神秘面紗
電火花加工是特種加工的一種。早在前蘇聯(lián)，拉扎林科夫婦研究開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開(kāi)創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。
數(shù)控電火花加工機(jī)床市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，越來(lái)越多的廠家都在宣傳“鏡面電火花加工”、“高效率加工”、“專(zhuān)家系統(tǒng)”等高性能指標(biāo)。從表面上來(lái)看，似乎大多數(shù)控電火花加工機(jī)床的加工性能已經(jīng)同質(zhì)化，具有很高水平。而事實(shí)上，一些數(shù)控電火花加工機(jī)床用戶(hù)的使用效果并不理想，甚至有些用戶(hù)感覺(jué)上當(dāng)了。
造成這種情況的原因是：電火花加工行業(yè)通常是用一些技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量機(jī)床的加工性能，如最佳表面粗糙度、最大加工效率、最小電極損耗、是否具有專(zhuān)家系統(tǒng)等。正是由于這些技術(shù)指標(biāo)的局限性，一些廠商利用其進(jìn)行宣傳而誤導(dǎo)了用戶(hù)的真實(shí)需求。
本文從最佳表面粗糙度、最大加工效率、專(zhuān)家系統(tǒng)3個(gè)方面，談?wù)勥@幾個(gè)常用技術(shù)指標(biāo)與數(shù)控電火花加工機(jī)床真實(shí)加工性能的關(guān)系，希望對(duì)引導(dǎo)用戶(hù)的理性需求有所幫助。
1.數(shù)控電火花加工機(jī)床最佳表面粗糙度
當(dāng)前電加工機(jī)床行業(yè)出現(xiàn)了眾多的“數(shù)控鏡面電火花加工機(jī)床”,這些機(jī)床標(biāo)注的最佳表面粗糙度達(dá)Ra0.1μm。
眾所周知，表面粗糙度是電火花加工機(jī)床的一項(xiàng)主要工藝指標(biāo)。影響加工表面粗糙度的因素除機(jī)床加工性能外,加工面積、加工形狀、工件材料是3項(xiàng)最主要的因素。加工面積越大，加工形狀越復(fù)雜，深度越深，就越難達(dá)到精細(xì)的表面。對(duì)于工件材料而言，要進(jìn)行鏡面加工必須選用鏡面鋼，如：S136、SKD61等鋼材，有些材料是不能達(dá)到鏡面加工效果的，如：SKD11鋼材。
所謂的“最佳表面粗糙度Ra0.1μm”,通常是指用直徑10—20 mm的圓棒電極，在S136鏡面鋼料上加工一個(gè)淺表面，最終加工表面粗糙度Ra0.1μm。也就是說(shuō)，最佳表面粗糙度是在加工面積合適、形狀簡(jiǎn)單、使用鏡面鋼的特殊情況下完成的。一些廠家在這項(xiàng)測(cè)試中甚至是不計(jì)加工精度與加工效率的。而實(shí)際生產(chǎn)中的電火花加工需求與這種測(cè)試條件相比往往要復(fù)雜得多。一旦加工面積變大，形狀變得復(fù)雜，加工不出鏡面效果便是必然的事。這里提供一個(gè)數(shù)控鏡面電火花加工機(jī)床的測(cè)試基準(zhǔn)：使用粗、精二個(gè)電極，加工一個(gè)50 mm×50 mm×5 mm的方形型腔，底面與側(cè)面都要求達(dá)到均勻的鏡面效果，精度控制在0.01 mm內(nèi)，總加工時(shí)間不能超過(guò)15 h，這個(gè)加工測(cè)試綜合反映了機(jī)床的鏡面加工能力。如果機(jī)床的加工水準(zhǔn)接近這個(gè)測(cè)試基準(zhǔn),才可以說(shuō)能勝任實(shí)際的鏡面電火花加工需求。
另外，也不能單憑鏡面加工測(cè)試來(lái)判定數(shù)控電火花加工機(jī)床的精加工性能。這里列舉一個(gè)應(yīng)用實(shí)例：使用邊長(zhǎng)20mm的方形電極進(jìn)行淺表面的鏡面加工測(cè)試，只要參數(shù)配置合理，大多數(shù)的數(shù)控電火花加工機(jī)床都能達(dá)到較好的鏡面加工效果，通常Ra<0.2 μm。可以發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中放電非常穩(wěn)定，氣泡連續(xù)均勻，加工出的鏡面表面均勻，具有光澤效果。事實(shí)上，達(dá)到這個(gè)加工指標(biāo)，并不能說(shuō)明數(shù)控電火花加工機(jī)床的精加工性能就已經(jīng)很好了。在這項(xiàng)加工測(cè)試中，如果要求加工Ra0.22μm(VDI07)或Ra0.4μm(VDI12)的亞光表面，就加工指標(biāo)而言，沒(méi)有加工經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)為表面粗糙度值大了，更容易加工了。實(shí)際上，這種亞光表面的電火花加工難度比鏡面加工更大。亞光表面的電火花加工通常使用負(fù)極性、小電流、小脈寬、大脈間、加電容的參數(shù)匹配，如果機(jī)床的精加工性能不穩(wěn)定，加工后的表面會(huì)有積碳、黑斑，表面效果很難達(dá)到均勻一致。因此，考查數(shù)控電火花加工機(jī)床能否實(shí)現(xiàn)均勻一致的亞光面加工，比進(jìn)行鏡面加工測(cè)試更能反映出脈沖電源的精加工性能。
事實(shí)上，很多用戶(hù)對(duì)電火花加工表面的要求不需要那么精細(xì)，通常為Ra0.8～2.5 μm。對(duì)于這些加工要求，似乎所有的電火花加工機(jī)床都能達(dá)到。這也是一種片面的認(rèn)識(shí)。我們可以從兩種不同的加工要求來(lái)進(jìn)行認(rèn)識(shí)：一種是加工要求的確不高，考慮到電火花精加工效率較低，在電火花加工完成后再使用拋光工序來(lái)改善加工表面，對(duì)于這類(lèi)加工，一般使用普通的數(shù)控電火花加工機(jī)床是能達(dá)到要求的;另一種是加工指定的火花紋面，加工要求較高。像有些外觀要求火花紋面的塑膠模具，表面要求是Ra1.6 μm(VDI24)的紋面，在微觀狀態(tài)下觀察加工表面顆粒形態(tài)均勻。高品質(zhì)的電火花加工表面在將局部放大100倍以上時(shí)，微觀狀態(tài)下的表面凹坑均勻一致，顆粒分明，沒(méi)有放電缺陷;而一些機(jī)床加工的表面雖然用粗糙度測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量是合格的，但檢查其微觀表面時(shí)卻能發(fā)現(xiàn)放電凹坑形態(tài)各異，顆粒有粗有細(xì)，并伴隨一些局部缺陷，這就不能滿(mǎn)足高要求的紋面加工。
綜上所述，數(shù)控電火花加工機(jī)床的最佳表面粗糙度指標(biāo)只是一個(gè)片面的參考指標(biāo)，要考查機(jī)床的表面加工性能，需要從機(jī)床能否實(shí)現(xiàn)實(shí)用的鏡面加工、能否實(shí)現(xiàn)均勻的亞光表面加工、能否實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的紋面加工3個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
2.電火花加工機(jī)床最大加工效率
進(jìn)行電火花加工時(shí)，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過(guò)間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí)，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。
不同的數(shù)控電火花加工機(jī)床標(biāo)注的最大加工效率不同，有些機(jī)床標(biāo)注的300mm3/min ，有些機(jī)床標(biāo)注的是500mm3/min。用戶(hù)往往會(huì)認(rèn)為標(biāo)注500mm3/min的機(jī)床加工速度更快。
事實(shí)上，最大加工效率主要與機(jī)床的最大加工電流有關(guān)，機(jī)床的加工電流越大，最大加工效率就越高。在最大加工效率的加工情況下，反映的是粗加工效率，加工后的表面很粗糙。而實(shí)際加工中，很少需要用到這種大電流加工。因此可以說(shuō)這種所謂的最大加工效率對(duì)于評(píng)價(jià)數(shù)控電火花加工機(jī)床的加工效率意義不大。
通常來(lái)講，數(shù)控電火花加工機(jī)床的粗加工效率相差都不大，加工效率的差異主要體現(xiàn)在精加工。精加工需要使用多段加工條件，其加工效率與加工條件、加工余量、工藝等眾多復(fù)雜因素相關(guān)。各種不同的加工類(lèi)型，其效率會(huì)有較大差異，所以很難用具體的指標(biāo)對(duì)精加工效率做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。
我們通常用多個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例去作對(duì)比，也就是在同等的加工條件下，加工要求相同，最終對(duì)比加工的總時(shí)間。值得一提的是，這種比較只有在客觀的情況下，使用數(shù)控電火花加工機(jī)床本身的工藝方法與電參數(shù)進(jìn)行加工，不能有人為的干預(yù)，這樣才能反映機(jī)床加工效率的差異。因?yàn)榧庸ば逝c人為調(diào)整有很大的關(guān)系，如加工一個(gè)型腔，使用機(jī)床默認(rèn)的程序進(jìn)行加工需用時(shí)20 h，而通過(guò)調(diào)整程序能將加工時(shí)間控制到8 h，這是很常見(jiàn)的。但越是高端的機(jī)床，這種可調(diào)整的空間就越小，其加工的適應(yīng)性就更強(qiáng)。對(duì)復(fù)雜多變的加工類(lèi)型，其整體的加工效率就會(huì)體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)?！白畲蠹庸ば省边@個(gè)指標(biāo)只能用于評(píng)價(jià)機(jī)床的最大粗加工效率。實(shí)際生產(chǎn)中，加工效率的高低往往取決于機(jī)床的精加工效率，精加工效率可通過(guò)客觀的應(yīng)用對(duì)比來(lái)評(píng)測(cè)。
3.數(shù)控機(jī)床專(zhuān)家系統(tǒng)
目前數(shù)控電火花加工機(jī)床的智能化程度有了很大的提高。很多廠商都宣傳機(jī)床配有“專(zhuān)家系統(tǒng)”，只需輸入加工面積，選擇電極材料、工件材料及加工要求，機(jī)床即可自動(dòng)產(chǎn)生程序與放電參數(shù)，在無(wú)需經(jīng)驗(yàn)的情況下實(shí)現(xiàn)優(yōu)化加工。
這樣一來(lái)，很多用戶(hù)都認(rèn)為操作數(shù)控電火花加工機(jī)床是很簡(jiǎn)單的事情。正是基于這樣的認(rèn)識(shí)，一些企業(yè)的操作人員完全依賴(lài)這些所謂的“專(zhuān)家系統(tǒng)”，導(dǎo)致電火花加工效率極其低下，加工不能滿(mǎn)足要求。
其實(shí)，電火花加工的類(lèi)型很復(fù)雜：加工面積不一樣，小到尖點(diǎn)，大到大面積;深度不一樣，有淺表面，有深型腔;形狀不一樣，有尖點(diǎn)、窄縫、通孔、盲孔，有簡(jiǎn)單的方、圓形狀，也有形狀復(fù)雜的型腔;加工表面要求不一樣，從粗到細(xì)有不同的VDI級(jí)別;電極材料不一樣，有紫銅、石墨、硬質(zhì)合金等;工件材料不一樣，有鋼、硬質(zhì)合金、鋁、銅、鈦合金等;加工要求不一樣，有追求加工效率的，有追求低損耗的，有追求表面效果的……。這些眾多的不一樣，在加工過(guò)程中需使用不同類(lèi)型的放電參數(shù)，并要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。
先進(jìn)的數(shù)控電火花加工機(jī)床，針對(duì)上述不同的加工類(lèi)型制定了上萬(wàn)條加工參數(shù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的沉淀形成了一個(gè)完善、實(shí)用的加工參數(shù)庫(kù)，且在加工過(guò)程中，機(jī)床系統(tǒng)能自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化加工，這樣的機(jī)床才稱(chēng)得上具有“專(zhuān)家系統(tǒng)”，才能滿(mǎn)足使用全自動(dòng)化數(shù)控電火花加工的運(yùn)行要求，才能極大地降低機(jī)床對(duì)操作人員的技能要求。
一些普通的數(shù)控電火花加工機(jī)床只有幾十條簡(jiǎn)單的加工參數(shù)，只是在系統(tǒng)界面中設(shè)計(jì)了能搜索這些加工條件的一款工具，其中有些選項(xiàng)只是形式，這樣的工具是不能被稱(chēng)為“專(zhuān)家系統(tǒng)”的。這些數(shù)控電火花加工機(jī)床要求操作者必須具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，能根據(jù)加工要求靈活配置電參數(shù)，其操作方式與傳統(tǒng)機(jī)床沒(méi)有多大差異。
評(píng)價(jià)數(shù)控電火花加工機(jī)床的“專(zhuān)家系統(tǒng)”，要從工藝參數(shù)是否完善、工藝參數(shù)能否滿(mǎn)足生產(chǎn)加工要求、適應(yīng)性是否強(qiáng)等方面來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
4.結(jié)束語(yǔ)
以上針對(duì)數(shù)控電火花加工機(jī)床的幾個(gè)常見(jiàn)指標(biāo)進(jìn)行了分析，指出了其片面性。建議電火花加工機(jī)床用戶(hù)應(yīng)根據(jù)具體要求，理性地選擇合適的數(shù)控電火花加工機(jī)床，不要被一些表面的宣傳指標(biāo)與應(yīng)用案例所蒙蔽。
附錄：火花機(jī)選型指標(biāo)解讀
購(gòu)買(mǎi)數(shù)控電火花加工機(jī)床必須要知道哪些選擇？
1、看電火花機(jī)品牌
品牌也可以代表質(zhì)量，因此買(mǎi)火花機(jī)也得看品牌。
在同一檔次品牌的電火花成型機(jī)價(jià)格相差不大，每個(gè)品牌的電火花機(jī)都有各自的特點(diǎn)。
鼎億電火花機(jī)是廣東火花機(jī)中不錯(cuò)的品牌！
2、看電火花機(jī)制造工廠的歷史
電火花機(jī)制造工廠的生產(chǎn)歷史長(zhǎng)短，可以從一個(gè)方面說(shuō)明其產(chǎn)品的成熟度。
一個(gè)底蘊(yùn)深厚電火花機(jī)制造工廠對(duì)于一臺(tái)電火花機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)工藝等多方面都會(huì)有更優(yōu)秀的表現(xiàn)，因此產(chǎn)品品質(zhì)也更有保障。
鼎億電火花機(jī)二十年專(zhuān)業(yè)制造能力！
3、看加工產(chǎn)品的要求
電火花機(jī)性能四大要素：表面光潔度、電極損耗、加工速度、加工精度。
依據(jù)所要加工產(chǎn)品的要求，參照以上四大要素選用擇合適的電火花機(jī)。
4、看加工產(chǎn)品的大小
依據(jù)所要加工產(chǎn)品的大小選擇不同行程大小的電火花機(jī)。
5、看加工工藝
電火花機(jī)加工工藝的不同選用也不同。
可在ZNC火花機(jī)、PNC火花機(jī)、CNC火花機(jī)等不同類(lèi)型中做選用。
6、看售后服務(wù)能力
依據(jù)電火花機(jī)制造工廠對(duì)售后服務(wù)重視程度及能力，選用售后服務(wù)有保障的電火花機(jī)
來(lái)源：《談對(duì)數(shù)控電火花加工機(jī)床的理性需求》
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