Метод на механична обработка - рязане на тел

I Електроразрядно рязане на проводници

 

Машината за електроразрядно рязане на тел (Wire Electrical Discharge Machining, съкратено WEDM) принадлежи към категорията на електрическата обработка. Открит е от съветските изследователи Лазаренков и съпругата му, докато изучават явленията и причините за ерозионно увреждане на превключвателните контакти, причинено от искрови разряди. Те откриха, че мигновената висока температура на искрата може да разтопи и окисли местния метал, което води до корозия. Това доведе до създаването и изобретяването на електроерозионна обработка. Машината за рязане на тел също е изобретена в Съветския съюз през 1960 г., а Китай е първата страна, която я използва за промишлено производство.

 

 

 

II Физически принципи

 

Свободните положителни йони и електрони се натрупват в полето, бързо образувайки йонизиран проводим канал. В този етап между двете плочи протича ток, причинявайки безброй сблъсъци между частици, образувайки плазмена зона, която бързо се нагрява до 8000 до 12000 градуса по Целзий. Това кара някои материали по повърхностите на двата проводника да се стопят моментално. В същото време, поради изпаряването на електрода и диелектричната течност, се образува мехур и налягането му се повишава по правилен модел, докато достигне много високо ниво. След това токът се прекъсва и температурата внезапно пада, което води до имплодиране на мехурчето. Силата, генерирана от имплозията, изхвърля разтопения материал, създавайки яма. След това корозиралият материал кондензира в малки сфери в диелектричната течност и се отстранява от течността. Чрез NC-контролиран мониторинг и управление, серво механизмът изпълнява равномерно разрядния феномен.

 

 

 

III Класификация

 

Машините за електроерозионно рязане на тел могат да бъдат класифицирани според скоростта на телта в три типа: високоскоростна бутална електроерозионна обработка с тел (обикновено наричана "бързо рязане на тел"), нискоскоростна еднопосочна електроерозионна обработка с тел (обикновено наричана " бавно рязане на тел") и вертикална електроерозионна обработка с въртяща се тел. Те също така могат да бъдат категоризирани въз основа на типа работна маса в тип маса с кръстосана маса с една колона и тип с двойна колона (обикновено наричан "тип портал").

 

1. Електроразрядна машина с бутален проводник

Скоростта на телта за бутални електроразрядни машини е зададена на 6–12 m/s и е уникален тип, разработен в Китай. През септември 1970 г. държавната фабрика Changfeng Machinery General Factory на Министерството на машиностроенето успешно разработи "цифрово контролирана автоматична машина за рязане на тел", която беше първата по рода си в Китай. През 1972 г. Министерството на машиностроителната промишленост провежда техническа оценка на машината за рязане на тел с ЦПУ CKX, за която се счита, че отговаря на местното високо ниво. През 1973 г. започва масовото производство на машината за рязане на тел с ЦПУ с обозначението CKX-1.

 

През септември 1981 г. CNC машината DK3220 с функция за рязане на конус беше успешно разработена, като най-значимата характеристика на продукта беше възможността за рязане на конус от 1.5-градус. Това бележи голямо технологично подобрение в машините за рязане на тел. Тъй като технологията за конусовидно рязане постепенно напредна, технологията за променлива конусност и асиметрично рязане отгоре-долу също отбеляза значителен напредък. Пробивите в рязането на по-дебели материали значително подобриха напречното сечение и надлъжната точност, с дебелина на рязане над 1000 mm. Това направи буталните машини за рязане на тел все по-изгодни, като същевременно отговарят както на вътрешните, така и на международните нужди на клиентите.

 

Броят на такива машини нараства бързо, от годишно производство от 2,000–3,000 единици до десетки хиляди единици годишно. Понастоящем има над 200000 бутални машини за рязане на тел в употреба в цялата страна, прилагани в различни среден и нисък клас производство на форми и обработка на специални части. Той се превърна в един от най-широко използваните видове машини в китайските CNC машини. Обаче буталните машини за рязане на тел не могат да осъществят постоянен контрол на напрежението върху електродната тел, което води до значителни вибрации на телта и чести счупвания по време на обработка. Тъй като електродната жица се използва повторно, тя причинява износване, което води до намалена точност на обработка и качество на повърхността.

 

2. Нискоскоростна еднопосочна електроразрядна машина

Нискоскоростните машини за рязане на тел използват медна тел като електрод на инструмента. Жицата обикновено се движи със скорост по-малка от 0,2 m/s в една посока. Прилага се импулсно напрежение от 60–300 V между медната жица и обработвания материал, като мед, стомана или свръхтвърди сплави, като се поддържа празнина от 5–50 µm, която се запълва с дейонизирана вода (близка до дестилирана вода) или друга изолационни среди. Това генерира искров разряд между електрода и детайла, причинявайки взаимна ерозия и корозия, създавайки безброй малки ями върху повърхността на детайла. Чрез NC-контролиран мониторинг и управление, серво механизмът изпълнява този феномен на разтоварване равномерно, позволявайки на детайла да отговаря на изискваните размери и точност на формата.

 

В момента точността може да достигне до 0.001 mm, а качеството на повърхността е близко до това на шлайфане. Електродната жица се изхвърля след разреждането и машината обикновено разполага с автоматично вдяване на телта и устройства за постоянно напрежение. Машината работи гладко, равномерно, с минимални вибрации, висока точност на обработка и добро качество на повърхността, но не е подходяща за обработка на дебели материали. Поради прецизната структура, високото техническо съдържание и високата цена, експлоатационните разходи на машината също са високи.

 

Ранните версии на нискоскоростни електроразрядни машини с тел са произведени изключително от чуждестранни компании. Въпреки че разработката на нискоскоростната електроразрядна машина с тел в Тайван започна по-късно, тя постигна бърз напредък през последните години. Значителен ход беше съвместната инвестиция от няколко производители на машини за електрическа обработка, подкрепени от правителствени отдели и Института за индустриални технологии на Тайван. След повече от десетилетие усилия бяха направени пробиви в ключови технологии като системи за управление и захранване. Нискоскоростните машини за рязане на тел, произведени от тайвански предприятия, сега се считат за модели от среден клас, с 20%–30% годишен темп на растеж през последните три години. Изчислено е, че през следващите пет години годишното производство на нискоскоростни машини за рязане на тел в Тайван ще достигне 2 000 единици, което представлява над 25% от световния пазар.

 

Нискоскоростните електроразрядни машини с тел имат високо техническо съдържание, добри пазарни перспективи и предлагат висока възвръщаемост, което ги прави „бойно поле“ или „стратегическо място“ за производителите на електрически машини. Може да се каже, че всеки, който овладее технологията на нискоскоростни електроразрядни машини, ще получи възможност за следващата фаза на растеж на бизнеса. За да завладеят китайския пазар, производителите на електрически машинни машини от Япония, Швейцария и Тайван създадоха фабрики в континентален Китай за производство на тези машини. С подкрепата на специалния фонд на Министерството на науката и технологиите китайските научни изследователи са инвестирали значителни ресурси в разработването на нискоскоростна машина за рязане на тел от следващо поколение. Направени са големи пробиви и продуктите с независими права върху интелектуалната собственост вече са заели определен пазарен дял, достигайки нива на производителност на машини от среден клас. Някои местни компании също се надяват да разработят нискоскоростна технология за рязане на тел чрез сътрудничество с тайвански компании.

 

3. Вертикална самовъртяща се тел електроразрядна машина

Вертикалната самовъртяща се електроразрядна машина с тел (известна също като хоризонтална самовъртяща се машина за рязане на тел) се различава от традиционната високоскоростна и нискоскоростна електроерозионна обработка с тел по няколко начина. Първо, движението на електродния проводник в тази машина е не само традиционно движение напред-назад, но включва и въртеливо движение. Второ, скоростта на телта е между тази при високоскоростно и нискоскоростно рязане на тел, 1–2 m/s. Поради въртеливото движение на електродната тел по време на процеса, вертикално въртящата се машина за рязане на тел се различава от другите видове машини за рязане на тел предимно по своята система за задвижване на тел. Системата за задвижване на телта на вертикално въртящата се машина се състои от две идентични структури в двата края на машината, реализиращи както високоскоростно въртене, така и нискоскоростно движение на телта. Областта между двете шпинделни глави е ефективната зона за обработка.

 

Освен системата за задвижване на тел, другите компоненти на машината са същите като при високоскоростните машини за рязане на тел. В сравнение с нискоскоростните машини за рязане на тел, буталните високоскоростни машини за рязане на тел все още имат значителна разлика в ключови технически показатели като средна производителност, точност на рязане и грапавост на повърхността. За да се справят с тези пропуски, в началото на 2000-те няколко местни производители на високоскоростни бутални машини за рязане на тел въведоха техники за многократно рязане за високоскоростни машини с тел (обикновено наричани „средноскоростно рязане на тел“). „Средноскоростно рязане на тел“ не се отнася до скорости на тел между високи и ниски скорости, а до композитна машина за рязане на тел, която използва високоскоростно рязане на тел (8–12 m/s) за грубо рязане и нискоскоростно рязане на тел (1–3 m/s) за прецизно рязане. Този подход стабилизира операциите, намалява вибрациите и свежда до минимум грешките, причинени от деформация на материала и износване на волфрамова тел, което води до подобрено качество на обработка.

 

По този начин, "средноскоростно рязане на тел" е по същество модификация на бутални машини за електроразряд с тел, която включва някои от техниките за обработка на нискоскоростна тел, постигайки рязане без ленти и многократно рязане. През годините почти всички производители на високоскоростни машини за рязане на тел в Китай започнаха да произвеждат и продават средноскоростни машини. Въпреки това стана ясно, че не всички бутални машини за рязане на тел могат да извършват многобройни разрези ефективно или да постигнат добри резултати, използвайки тази техника. Мултиреженето е цялостна технология, включваща прецизност на машината, импулсно захранване, бази данни за процеси, системи за задвижване на проводници, работна течност и много други проблеми на процеса. Не става въпрос просто за добавяне на система за контрол на честотата на проводника към високоскоростна машина с проводник. Само високопрецизни машини, които са създали необходимите условия за многократно рязане, могат да постигнат многократно рязане и рязане без ленти със значителни ефекти на процеса.

 

Ето защо нашите производители трябва да обърнат голямо внимание на този проблем и да подходят систематично, като гарантират, че технологията е добре внедрена и продуктът е добре направен. Някои компании вече са подобрили прецизността на машината чрез използване на DC или AC серво мотори за задвижване на сферични винтове върху движещите се части. Това значително подобрява прецизността и много местни компании вече са в състояние да постигнат значителни подобрения в качеството на процеса на рязане на тел.

 

 

 

IV Заключение

 

Електроразрядната обработка с тел, основен компонент на CNC технологията, изигра важна роля в съвременното производство. Като разбираме различните видове машини за рязане на тел и технологичния напредък в тази област, можем по-добре да предвидим и да се адаптираме към бързо развиващите се нужди от прецизна обработка и да се стремим към по-устойчиви и ефективни решения. Това изследване предоставя ценна представа за сегашния пейзаж и бъдещата посока на технологията за рязане на тел.