当EDM新技术给模具工业注入新活力

EDM新技术给模具工业注入新活力

本文首先纵论当今中国模具巿场竞争和EDM设备选用的是是非非，然後阐述2003年EDM技术的若干新突破，重点介绍瑞士阿奇公司的Hyperspark脉冲电源。

漫话中国模具市场的竞争和EDM设备的选用

这几年模具工业发展很快，香港、台湾省和日本的模具厂纷纷登陆，中国东南一带模具城遍地都是，你只要拿图纸来，心中有个底价，那怕是很低很低，也不会让你空手而归，总会有接单子的，因为低价有低价的做法，这就是说中低档模具的市场已相当成熟了。但是那些重要前方产业，如汽车、摩托车、、电脑中的中高档模具，大多数还是进口来的，国内的模具车间不过做点修修补补的工作。那些完成了原始积累的模具企业，是在做些技术改造，翻新设备，但步子迈得不大，眼睛也就盯着一些数控入门机。国营大厂就看领导人的眼光和魄力了，可是大多数为了减少风险，也是图省劲，原来用那家的设备就买那家，或者兄弟单位人家用什麽他们就买什麽。项目上有多少钱就花多少，认为只要够用就行了。如此发展的结果中低档市场是做大了，而利润丰厚的中高档市场我们进不去。我们要成为世界工厂可不是仅仅靠廉价劳动力，做大就未必没有风险，中低档市场也会饱和，这几年的价格战打下来，有不少企业就维持不下去。出路就是一条，要做强，再大的风险也要奔高附加值的中高档模具市场，我们是落後，但只要用好後发优势，看清楚世界模具市场的发展趋势，就直奔今日热点的工艺和设备而去，利用好国内经济大发展的形势，上档次，创利润新高，企业进入良性循环，才有希望逐步缩短和先进国家模具工业的差距。目前的低水平价格战造成混乱局面，模具行业日子不好过，模具设备供应商同样难熬，因为市场普遍需要的是普通的标准型机，在拼价格，那些国外厂商就看他海外生产搞得好不好，而不是看设备的技术含量高不高，为了维持各自的市场份额，一场混战使EDM技术层面上概念愈来愈模糊。当然一些有档次的厂商加紧推出其新技术，想把水澄清，并积极推荐高档模具的加然后测出力的巨细工工艺，引导用户向上看，把注意力投向高档标准型机，这当然是供应商能跳出恶性价格战的唯一通道。这又何尝不是我们模具厂要走的路。在面对市场、供应商和用户实际上是同一战壕的战友。

EDM是个复杂的综合体，多参变数，它可以善变而适应市场上日新月异的要求，无论是移植各种先进技术，如信息技术，直线电机高速驱动技术，还是从机理研究出发，在脉冲电源的能量控制和间隙状态的人工智能调整技术方面都在使EDM的性能不断改进，用户只要想得到的，EDM大概都能做到。但高度综合，用户对参数的选配就很难掌握，只能走傻瓜机的路子。参数都由数控软件—专家系统给出，操作者只要按工作图要求下指令好了，过去用户大多想向供应商要线路图纸，为了好自行修理，那时技术讲座上亦好问“实质”问题，想自行攒机，现在再不会有这等事，即使专业维修队伍也只是照本宣科，对其中之机理不甚了了。由於用户进一步脱离对参数的选择权，当供应商炒作时用户已失去正确判断能力，使用户选购时理性成份下降，或者是感到情况如此复杂，在一片茫然中无奈地接受“都差不多”的结论。有些用户轻信了那些宣传和诺言。在安装运行中，操作者首先感到不对，但生怕老板说他技术不精炒鱿鱼不敢说。到老板感到不出活是真有问题时，又怕影响企业声誉，订单跑掉，所以还在向同行吹嘘此设备如何之好，这样非要到这一片都上当才真相大白。此时该供应商已打了一个时间差足足捞了一笔了。当然品牌机的厂商不会这样做，相反要下大力气把新技术说清楚，会举办很多讲座，把新技术和应用挂钩，通过帮助客户提升机械性能用户最熟悉的加工实例把道理讲清楚。现在各品牌机之间的水平相差的确不是很大，而是各具特色。往往是看哪些性能对您更合拍。但即使是一点点也不要放过，说实在的，用户自己在市场上的竞争能力也不一定有绝对优势，也许这一点点就可以使天平倾斜，把所希望的合同拿到手。所以在选购设备时决不能毛估估，差不多，一定要把握EDM技术的最新动向，抓住市场热点，以追求最大的效益。

2003年EDM技术的若干新突破

在2003年EDM技术有什麽突破，这就首先要提到瑞士阿奇公司的Hyperspark。

在高速铣风行世界的今天，SEDM(电火花成形加工)并不见衰败，而日益扮演重要角色。但对SEDM的效率提高更为迫切。似乎人们想到的第一个措施就是提高SEDM坐标轴的速度，这样用来抬刀的非加工时间可以减少，然而，由於提高速度而带来的好处仅限於小截面电极，特别是深型腔。此外，超过一定的速度加工就会不稳定，电极损耗明显增加，效率反而下降，这是因为要保证足够高的稳定放电，间隙中一定的污染是必须的，而不是愈乾净愈好。太乾净，伺服系统必须进给到使电极和工件非常接近，否则无法击穿放电，在点火後要非常快的脱离，以免撞到工件表面，这就容易引起振荡。伺服轴的高速和高加速度会在机构内产生很高的动载荷，影响机床的使用寿命，其实传统的提高SEDM效率的手段是脉冲电源和适应控制，後者即人工智能冲洗等专家系统。阿奇公司的Hyperspark就是一种新的脉冲电源。

从脉冲电源着手提高加工速度，通常是加大脉冲电流，若损耗不变，则表面粗糙度加大，有更宽的放电间隙，这样粗加工所节省的时间被更长的精加工抵消了。而且今後SEDM的主要应用场合在中小复杂型腔，大电流根用不上。理论上说在低损耗、加工表面粗糙度和放电间隙不变的前题下提高加工速度，只能是多通道放电，一个脉冲产生两个凹坑。但这在机理层面上是否定的，EDM只能单通道放电，一个瞬间只能有一个放电柱，形成一个凹坑。可是能不能形成两个紧靠?放电，也是一个脉冲打两个坑的同样效果呢？答案是肯定的，这就是阿奇公司的Hyperspark。

Hyperspark脉冲电源是将一个长脉冲放电形成要求尺寸的放电凹坑後，突加一个大电流，冲断放电通道，在这过程中通道内压力骤降，凹坑内过热的材料蒸发和飞溅，形成第一次材料从工件上抛出。同时放电通道转移开始形成第二个放电凹坑和第二次材料抛出。这样就是一个脉冲形成连续的两次放电。突加脉冲电流的想法并不新，而创新之处是如何正确找到突加电流中断第一次放电的时间，它取决当测力计显示接近额定载额的20%时於间隙的微观状态和放电区域局部的几何形状下放电形成要求的凹坑尺寸的速度，凭借此次检测，从而得到最佳放电频率。这样脉冲电流的增加，并不影响表面粗糙度、电极损耗和加工间隙，但加工效率是提高了。

从电流波形来看，第一波电流小一点，时间长一点，这样两次打出凹坑尺寸一致。第二次放电没有击穿过程，没有出现瞬间的空载波，也就没有电子轰击阳极(工具电极)，虽然第二波电流大一点，时间短一点，通常损耗会大一点，但两因素叠加扯平，电极损耗没有变化。

Hyperspark脉冲电源从理论上说，在排屑条件好，型腔经过预铣，加工馀量均匀的情况下，加工速度可以提高一倍，而对如下实例，增产的幅度为25～40%。

例一，燕尾形薄板电极(15×1mm)加工深度20mm，不带Hyperspark的电火花成机加工用时70min，用上Hyperspark仅需50min，也即速度提高40%。表面粗糙度，放电间隙和电极损耗都一样。()采用抬刀排屑，长度损耗仅0.2mm);

例二，直径20mm的球面电极，加工深度20mm，最终表面粗糙度要求Ra1.6μm，采用Hyperspark後速度提高25%;

例三，EDM3石墨薄片电极20×1mm，斜度1°，加上深度40mm，最终表面粗糙度Ra1.6μm，并要求均匀一致。不使用Hyperspark微机控制液压万能实验机依然采取液 压油作为动力源需230min，使用Hyperspark仅170min，速度提高了36%，采用抬刀排屑，电极长度损耗0.3mm，表面质量极好。

上述三个加工实例都是常见的型腔，面积不大，效果明显。可见Hyperspark脉冲电源研发的方向和SEDM市场热点完全合拍，非常适合加工中小型复杂型腔。还值得一提的是其PLS(自学系统)功能，它可连续记忆和分析平动加工在各个方向上的工作状况，对於出现问题(间隙污染，起弧)的地方把位置和间隙状况记下来，当下次要过此处前采取必要的调整措施(改变电参数和伺服参数)，逐步将故障排除。这是第一次将智能技术引进平动加工中。

总之，SEDM最新的发展是精密机床、精密伺服和精密的脉冲电源，是全方位的提高性能。既可以把伺服轴的加速度和速度调上去，以适应窄槽深腔的高抬刀要求，也可以调下来适应大面积小间隙精加工，特别是对於有广阔天地的微细型腔，故在低电压小电流加工中微调的性能大有改善。

和SEDM相比，WEDM在提高加工速度方面的研发是早了一步，继2002年夏米尔公司的C.C.脉冲电源将最高切割速度推上400mm2/min後，各大品牌商几乎全跟上了，按照各自的标准，有的达到了500mm2/min或更高。但夏米尔公司最近公开了它的脉冲电源波形，C.C.脉冲电源高速切割之谜终於揭开了。

C.C.脉冲电源和常规电源不一样，是正反向放电，平均电压当然为零，没有电解作用，和过去的AE电源(无电解电源)比，反向不但有电压而且还放电，效率肯定上去了。EDM业内人士都清楚，窄脉宽精加工时工件接负极，虽然损耗稍大但放电稳定，故在交换极性的放电中放电一定稳定，有利於效率的提高，损耗稍大可以用走丝速度稍慢来弥补。

上述Hyperspark和C.C.脉冲电源的研发，都是在EDM机理层面上取得突破，它使EDM性能的提升都有了质的飞跃。只要我们抓住机会，EDM新技术将会给模具工业注入新的活力。