
电火花加工(EDM)在金属加工中属于另类,通常在专业模具厂拥有十几台就足矣。最近听说南方有一个单位为制作LED(一种半导体固体发光器件,它是利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光,可直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光)所需塑封模、镜片注塑模、引线模架模,一次采购了数控电火花成形机(NCSEDM)、数控电火花线切割机(NCWEDM)和加工中心(MC)约150台之多,其中大多是高档EDM,尤其是SEDM居多。
高、精、尖模具的大批量生产的确是一件值得关注的产业新闻,这给我们传达了什么信息呢?
1. EDM在高精尖加工领域已从可以达到精度,上升到保证达到精度的境界
硬质合金引线框架级进模曾经有IC芯片的成功经验,但如此高要求的型腔模批量生产实属首例。例如:连续加工32个L ED塑封模的点浇口锥孔(φ 0.3±0.002 5)mm,孔距公差±0.002 5mm。L ED塑封模尺寸精度<0.002mm,表面粗糙度值R a=0.1μm,底角R <0.02mm,最关键的LED镜片注塑型腔尺寸仅为1.9mm×0.84mm×0.848 8mm,呈长圆球面, 一次加工1 2 个, 轮廓度0.01mm,表面粗糙度值R a=0.06μm。此类指标无疑都处于金属加工前沿水平,尤其是为LED服务,这是一种量大面广惠及千家万户的商品,需满足严格的性价比要求。所以,此项EDM加工工艺有很高的价值,它再一次提升了EDM在金属加工中的地位,说明EDM还是一种很有潜力的创新工艺,应该在我国科技研发立项中给予更多的关注。
2. 形成以EDM为核心的柔性生产体系
形成了以EDM为核心,与加工中心、电极和工件机下调整检测仪、电极和工件库组成生产线,并由丰富的工艺管理软件串联起来的柔性生产体系。
因为LED应用面很宽,品种非常多,这样复杂的高、精、尖项目,以往是靠一群精英技术攻关,慎之又慎才能有个眉目;如今这样庞大的机群,没有一种智能的体系运作,将是无法想象的。
3. EDM的自主和智能化有极大的提升
机床可以一次采购150台,但这庞大的操作人员队伍,很难保证质量的一致性和运行的节拍。所以,这批高档EDM一定是可以自主运行,其加工性能很大程度上是不受人为因素制约的。
4. 为发展LED模具,EDM技术更上一层楼
小能量脉冲电源的脉冲生成,微能量的传递,传递过程中不变形、不掺杂,能量和火花间隙的适应,使到达工件表面的脉冲能量高度一致,才能加工出均匀的放电坑;再小的能量伺服系统和适应控制系统都能使之稳定放电,保持精确的火花间隙;在如此狭窄的火花间隙内,丰富的抬刀功能都能完成匀屑、溶屑、排屑的任务,使镜面加工可靠实施,并有一定效率。
上述难题每一项都要做深入细致的研究,尤其要真正实施等能量放电更是难上加难。能量的传输中不可能没有寄生参数,电极间隙中的电容更是无法避免的,加工越精,间隙越小,电容值越大,储能及随后的释放能量很自然会产生二次放电,就会打出一批本不需要的大坑,破坏了表面质量。这与研磨工艺一样,各档研磨粉粒度要超高一致,只要混入少许粗粒子,就会拉坏表面,使之前功尽弃。
现在可以看到的是新型专用小巧简洁的微精脉冲电源尽可能安装在靠近加工区域,如SEDM安装在Z 轴滑枕前面,WEDM安装在工作台框架底部,浸在去离子水中,仅需要有一根短短的输出电缆,这样寄生参数减至最小。此外,尽可能控制空载脉冲,即没有不放电的脉冲输出,也就是火花间隙开路时就不发出脉冲,且在坐标轴空行程或抬刀中,代以一定伺服电压,并在脉冲停歇时对间隙实施短路,清除多余能量。同时,伺服系统性能提高,前瞻控制,智能化,加速度普遍从0.1g 提高到0.5g ,进给脉冲当量从1μm降到0.05μm,伺服电动机功率加大,丝杠加粗,这样才能有精细的微抬刀,从而抑制了集中放电,使两次高抬刀之间的间隙内有更多放电点,切屑在间隙内均匀化,从而避免局部的高浓度切屑影响放电稳定,表面粗糙、平面度差及微小的电极收缩量下都会有电极的摇动,这与一般研磨能产生网纹,以去除机加工刀痕一样,平动亦可使电极上的刀花不会复制到工件上。