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將EDM技術應用於微型模具製造
日期: 2009-04-09
 
      今天,為了在全球市場中保持競爭優勢,許多美國模具製造商正在利用不同的EDM加工能力,使它們在微型模具製造業中能夠發揮更大的作用。由於其所生產的零件具有複雜和精密的特點,因此那些願意採用必要技術可靠地生產微型模具的廠家為這個市場打開了大門,並為這個正在發展中的市場提供了服務。
 
      許多廠家認為,微型模具的生產只不過是簡單地採用一種很小的電極來生產元件。但事實上,還有一個更精確的定義,就是其使用的電極應小於0.1in×0.1in(1in=25.4mm),並且應包含一些細節,例如模具上的一些文字說明,很細的加強筋等。此外,在納米技術中不斷增加的投資也促進了微型模具技術的開發,以生產出各個領域中所需要的元件。
 
測量時的挑戰
 
      在處理這麼微小的零件時,生產微型模具的車間必須有能力精確地測量這些微小零件,以保證製造出正確的模腔。首先,該零件應該可以從機床上卸下來,然後送到CMM座標測量機上進行測量。但是,如果一個微型模具不能燒蝕加工到正確的深度,那麼要以切削加工代替它加工到足夠的精度是極其困難的。即使偏差量僅有0.0001in,也會使這個微型模具受到很大的影響,引起模具損壞,導致零件報廢。
 
      比較可靠的方法是使用卡盤。如果將零件安裝在託盤上,然後再放置在機床的卡盤內夾緊。那麼,測量時零件可以從卡盤上卸下,然後再重新準確的夾持到機床原來的位置上進行二次燒蝕加工。今天的高精度卡盤可以保證這個系統順利完成加工任務,但費用較高。
 
      在不增加卡盤系統投資的情況下,為了能夠精確、可靠地測量零件,可以選用一台裝有內置測量探針的EDM加工機床,這種探針對零件尺寸和切削深度的測量精度均可達到0.000 001in,而且不需要將零件從機床上卸下來進行測量。
 
保持琠w溫度
 
      微型模具製造過程中極高精度的要求,使得某些因素變得比它們在正常EDM環境下更為重要。特別是溫度,它對於能否生產出可靠的零件起著至關重要的作用。即使是機床或生產環境所產生的微小溫度變化,也足以影響機床的鑄鐵床身和所生產零件的精度,導致零件報廢。
 
      許多微型模具製造商為瞭解溫度變化的問題,設計並建造了現代化的全氣候控制工作區域。這是一個理想的解決方案,一個全氣候控制室不會暴露于陽光之下,室內溫度保持在±1 F範圍內。
 
      機床設計的發展進步使得加工車間內的機床可以獲得較高水準的熱穩定性。現在已經開發了一種在微型模具生產中使用的機床雙重熱穩定性系統。這個系統可以監控電介質溫度,然後通過電介質冷卻空氣,從而使機床保持琠w的溫度。電介質本身也通過工作臺迴圈運轉,防止在電介質注入時發生熱衝擊現象。這種系統有助於微型模具製造商生產出更加可靠的產品。
 
電極方面的考慮
 
      除了溫度和外界環境對機床的影響之外,微型模具製造商還必須考慮熱量會對電極性能產生怎樣的影響。在傳統工藝中,美國的EDM機床都採用石墨電極。但實踐證明,這類電極並不適合於微型模具的製造,因為這種加工工藝會很快造成複雜細節處的磨損。正因為這個原因,必須採用純銅電極,但這又會導致另一個挑戰。
 
      石墨電極幾乎不會因受熱而膨脹,但純銅電極卻不是這樣。因為考慮到這個問題,所以需要使用多種電極。微型模具製造商可以使用不同的電極,分別用於粗加工、精加工和超精加工,以避免在電極的某點上聚積熱量,導致電極在加工零件時超過公差範圍。
 
      在微型模具的生產過程中,材料的熱特性並不是選擇電極所要考慮的惟一問題。微型模具製造中的費用遠遠高於標準EDM加工所需的費用。它們的生產,要求機床具有比傳統銑床更高的主軸轉速、精度和可靠性。如果電極不是依靠外協生產的話,那麼這應該是加工車間需要考慮的一個重要問題,考慮是否需要加入到微型模具製造之中。
 
避免錯誤的技術投資
 
      在考慮微型模具生產時,許多製造商最初可能考慮的是購置一台帶有添加劑的EDM加工機床。從表面上看,這好像是一個明智的選擇,因為這種新技術既可以降低電極的磨損,又可以提高切削速度和表面品質。但是,微型模具的微小細節一般比混合添加劑的粒度還小。這就意味著要生產更精密的圓角或半徑是不可能的。儘管這種技術可以為某些模具製造領域帶來很多利益,但是對微型模具製造來說,則可能是一個錯誤的選擇。
 
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