Metoda mehanske obdelave - rezanje žice

I Rezanje žice z električnim praznjenjem

 

Električni stroj za rezanje žice (Wire Electrical Discharge Machining, skrajšano WEDM) spada v kategorijo električnih strojev. Odkrila sta ga sovjetska raziskovalca Lazarenkov in njegova žena med preučevanjem pojavov in vzrokov erozijskih poškodb stikalnih stikov, ki jih povzročajo iskre. Ugotovili so, da bi lahko trenutna visoka temperatura iskre stopila in oksidirala lokalno kovino, kar bi povzročilo korozijo. To je vodilo do nastanka in izuma strojne obdelave z električnim praznjenjem. Stroj za rezanje žice so leta 1960 izumili tudi v Sovjetski zvezi, Kitajska pa je bila prva država, ki ga je uporabila za industrijsko proizvodnjo.

 

 

 

II Fizikalna načela

 

Prosti pozitivni ioni in elektroni se kopičijo v polju in hitro tvorijo ioniziran prevodni kanal. V tej fazi med obema ploščama teče tok, ki povzroči nešteto trkov med delci in tvori plazemsko območje, ki se hitro segreje na 8000 do 12000 stopinj Celzija. To povzroči, da se nekaj materiala na površinah obeh prevodnikov takoj stopi. Hkrati se zaradi izhlapevanja elektrode in dielektrične tekočine oblikuje mehurček, njegov tlak pa narašča po pravilnem vzorcu, dokler ne doseže zelo visoke ravni. Tok se nato prekine in temperatura nenadoma pade, kar povzroči implozijo mehurčka. Sila, ki nastane pri imploziji, izžene staljeni material in ustvari jamo. Razjedeni material se nato v dielektrični tekočini kondenzira v majhne kroglice, ki jih tekočina odstrani. Preko NC-kontroliranega nadzora in upravljanja servo mehanizem enakomerno izvaja pojav praznjenja.

 

 

 

III Razvrstitev

 

Stroje za rezanje žice z električnim praznjenjem je mogoče razvrstiti glede na hitrost žice v tri vrste: visokohitrostna izmenična obdelava žice z električnim praznjenjem (običajno imenovana "hitro rezanje žice"), enosmerna obdelava žice z nizko hitrostjo z električnim praznjenjem (običajno imenovana " počasno rezanje z žico"), in navpična obdelava z električno razelektritvijo s samorotacijsko žico. Lahko jih tudi kategoriziramo glede na vrsto delovne mize v tip križne delovne mize z enim stolpcem in tip z dvema stolpcema (običajno imenovan "vrsta portala").

 

1. Batni žični električni stroj za praznjenje

Hitrost žice za batne stroje za električno praznjenje z žico je nastavljena na 6–12 m/s in je edinstven tip, razvit na Kitajskem. Septembra 1970 je državna tovarna Changfeng Machinery General Factory ministrstva za strojno industrijo uspešno razvila "digitalno krmiljen avtomatski stroj za rezanje žice", ki je bil prvi te vrste na Kitajskem. Leta 1972 je Ministrstvo za strojno industrijo izvedlo tehnično oceno stroja za rezanje žice CKX CNC, za katerega se je štelo, da dosega domačo napredno raven. Leta 1973 se je začela množična proizvodnja CNC stroja za rezanje žice z oznako CKX-1.

 

Septembra 1981 je bil uspešno razvit CNC-stroj DK3220 s funkcijo stožčastega rezanja, pri čemer je bila najpomembnejša značilnost izdelka zmožnost rezanja pod 15-stopinjskim stožcem. To je pomenilo veliko tehnološko izboljšavo strojev za rezanje žice. Ko je tehnologija stožčastega rezanja postopoma napredovala, je tudi tehnologija za spremenljivo stožčastost in asimetrično rezanje zgoraj-spodnje doživela pomemben napredek. Preboj pri rezanju debelejših materialov je močno izboljšal prečno in vzdolžno natančnost, pri čemer je debelina reza presegla 1000 mm. Zaradi tega so izmenični stroji za rezanje žice vedno bolj ugodni, hkrati pa izpolnjujejo domače in mednarodne potrebe strank.

 

Število takih strojev hitro narašča, od letne proizvodnje 2,000–3,000 enot do več deset tisoč enot letno. Trenutno je po vsej državi v uporabi več kot 200000 izmeničnih strojev za rezanje žice, ki se uporabljajo v različnih srednjih in nižjih izdelavah kalupov in obdelavi posebnih delov. Postal je eden najpogosteje uporabljenih tipov strojev v kitajskih obdelovalnih strojih CNC. Vendar pa batni stroji za rezanje žice ne morejo izvajati stalne kontrole napetosti na elektrodni žici, kar povzroči znatne vibracije žice in pogoste zlome med obdelavo. Ker se žica elektrode ponovno uporabi, povzroča obrabo, kar vodi do zmanjšane natančnosti obdelave in kakovosti površine.

 

2. Enosmerni žični stroj za električno praznjenje z nizko hitrostjo

Nizkohitrostni stroji za rezanje žice uporabljajo bakreno žico kot elektrodo orodja. Žica se običajno premika s hitrostjo, manjšo od 0,2 m/s v eno smer. Impulzna napetost 60–300 V se uporablja med bakreno žico in obdelanim materialom, kot so baker, jeklo ali supertrde zlitine, pri čemer se ohranja reža 5–50 µm, ki je napolnjena z deionizirano vodo (podobno destilirani vodi) ali drugim izolacijski medij. To povzroči razelektritev iskre med elektrodo in obdelovancem, kar povzroči medsebojno erozijo in korozijo, kar ustvarja nešteto majhnih jam na površini obdelovanca. Preko NC-kontroliranega nadzora in upravljanja servo mehanizem enakomerno izvaja ta pojav praznjenja, kar omogoča, da obdelovanec doseže zahtevane dimenzije in natančnost oblike.

 

Trenutno lahko natančnost doseže do 0,001 mm, kakovost površine pa je blizu kakovosti brušenja. Žica elektrode se po praznjenju zavrže, stroj pa je običajno opremljen z avtomatskim navojem žice in napravami za stalno napetost. Stroj deluje gladko, enakomerno, z minimalnimi tresljaji, visoko natančnostjo obdelave in dobro kakovostjo površine, vendar ni primeren za obdelavo debelih materialov. Zaradi natančne zgradbe, visoke tehnične vsebine in visokih stroškov so tudi obratovalni stroški stroja visoki.

 

Zgodnje različice nizkohitrostnih žičnih električnih strojev so izdelovala izključno tuja podjetja. Čeprav se je razvoj tajvanskega stroja za električno praznjenje z nizko hitrostjo začel pozneje, je v zadnjih letih hitro napredoval. Pomembna poteza je bila skupna naložba več proizvajalcev električnih obdelovalnih strojev, ki so jo podprli vladni oddelki in Tajvanski raziskovalni inštitut za industrijsko tehnologijo. Po več kot desetletju prizadevanj so bili doseženi preboji v ključnih tehnologijah, kot so nadzorni sistemi in napajanje. Nizkohitrostni stroji za rezanje žice, ki jih izdelujejo tajvanska podjetja, zdaj veljajo za modele srednjega razreda, z 20-30-odstotno letno stopnjo rasti v zadnjih treh letih. Ocenjuje se, da bo v naslednjih petih letih letna proizvodnja tajvanskih nizkohitrostnih strojev za rezanje žice dosegla 2 000 enot, kar bo predstavljalo več kot 25 % svetovnega trga.

 

Nizkohitrostni stroji z električnim praznjenjem z žično razelektritvijo imajo visoko tehnično vsebino, dobre tržne obete in ponujajo visoke donose, zaradi česar so "bojišče" ali "strateška točka" za proizvajalce električnih strojev. Lahko rečemo, da bo tisti, ki obvlada tehnologijo nizkohitrostnih žičnih električnih praznjencev, dobil priložnost za naslednjo fazo poslovne rasti. Da bi zavzeli kitajski trg, so proizvajalci električnih obdelovalnih strojev iz Japonske, Švice in Tajvana postavili tovarne v celinski Kitajski za proizvodnjo teh strojev. S podporo posebnega sklada Ministrstva za znanost in tehnologijo so kitajski znanstveni raziskovalci vložili znatna sredstva v razvoj nizkohitrostnega stroja za rezanje žice naslednje generacije. Opravljeni so bili veliki preboji in izdelki z neodvisnimi pravicami intelektualne lastnine so že zasedli določen tržni delež in dosegli ravni zmogljivosti strojev srednjega razreda. Nekatera domača podjetja prav tako upajo, da bodo s sodelovanjem s tajvanskimi podjetji razvila tehnologijo rezanja žice pri nizkih hitrostih.

 

3. Navpični samorotacijski žični stroj za električno praznjenje

Navpični samorotacijski žični elektroerozijski stroj (znan tudi kot horizontalni samorotacijski stroj za rezanje žice) se razlikuje od tradicionalne visokohitrostne in nizkohitrostne žične električne razelektritve na več načinov. Prvič, gibanje elektrodne žice v tem stroju ni samo tradicionalno gibanje naprej-nazaj, ampak vključuje tudi rotacijsko gibanje. Drugič, hitrost žice je med hitrostjo rezanja žice z visoko in nizko hitrostjo, 1–2 m/s. Zaradi rotacijskega gibanja elektrodne žice med postopkom se vertikalno rotacijski stroj za rezanje žice razlikuje od ostalih vrst strojev za rezanje žice predvsem po sistemu pogona žice. Sistem za poganjanje žice navpičnega vrtljivega stroja je sestavljen iz dveh enakih struktur na obeh koncih stroja, ki omogočata vrtenje z visoko hitrostjo in gibanje žice z nizko hitrostjo. Območje med obema glavama vretena je območje učinkovite obdelave.

 

Razen sistema za poganjanje žice so druge komponente stroja enake kot pri visokohitrostnih strojih za rezanje žice. V primerjavi z nizkohitrostnimi stroji za rezanje žice imajo batni visokohitrostni stroji za rezanje žice še vedno veliko vrzel v ključnih tehničnih indikatorjih, kot so povprečna produktivnost, natančnost rezanja in hrapavost površine. Da bi odpravili te vrzeli, je v zgodnjih 2000-ih več domačih proizvajalcev visokohitrostnih izmeničnih strojev za rezanje žice uvedlo tehnike večkratnega rezanja za visokohitrostne žične stroje (običajno imenovane "srednjehitrostno rezanje žice"). "Srednjehitrostno rezanje žice" se ne nanaša na hitrosti žice med visokimi in nizkimi hitrostmi, ampak na kompozitni stroj za rezanje žice, ki uporablja visokohitrostno rezanje žice (8–12 m/s) za grobo rezanje in nizkohitrostno rezanje žice. (1–3 m/s) za natančno rezanje. Ta pristop stabilizira delovanje, zmanjša vibracije in minimizira napake, ki jih povzročata deformacija materiala in obraba volframove žice, kar vodi k izboljšani kakovosti obdelave.

 

Tako je "srednjehitrostno rezanje z žico" v bistvu modifikacija izmeničnih žičnih električnih strojev, ki vključujejo nekatere tehnike obdelave žičnih strojev z nizko hitrostjo, s čimer se doseže rezanje brez trakov in večkratno rezanje. Z leti so skoraj vsi proizvajalci hitrih strojev za rezanje žice na Kitajskem začeli proizvajati in prodajati srednje hitre stroje. Vendar je postalo jasno, da vsi izmenični stroji za rezanje žice ne morejo učinkovito izvajati več rezov ali doseči dobrih rezultatov s to tehniko. Multi-cutting je obsežna tehnologija, ki vključuje strojno natančnost, impulzno napajanje, podatkovne baze procesov, sisteme za poganjanje žice, delovno tekočino in mnoga druga procesna vprašanja. Ne gre le za dodajanje krmilnega sistema žične frekvence visokohitrostnemu žičnemu stroju. Samo visoko natančni stroji, ki so ustvarili potrebne pogoje za večdelno rezanje, lahko dosežejo večkratno rezanje in rezanje brez trakov s pomembnimi procesnimi učinki.

 

Zato morajo naši proizvajalci temu vprašanju posvetiti veliko pozornosti in se ga lotiti sistematično ter zagotoviti, da je tehnologija dobro implementirana in izdelek dobro izdelan. Nekatera podjetja so že izboljšala natančnost strojev z uporabo servo motorjev z enosmernim ali izmeničnim tokom za pogon krogličnih vijakov na gibljive dele. To bistveno izboljša natančnost in mnoga domača podjetja lahko zdaj dosežejo bistvene izboljšave v kakovosti postopka rezanja žice.

 

 

 

IV Sklep

 

Žična elektroerozijska obdelava, ključna komponenta CNC tehnologije, je igrala pomembno vlogo v sodobni proizvodnji. Z razumevanjem različnih vrst strojev za rezanje žice in tehnološkega napredka na tem področju lahko bolje predvidimo in se prilagodimo hitro razvijajočim se potrebam natančne strojne obdelave ter si prizadevamo za bolj trajnostne in učinkovite rešitve. Ta raziskava zagotavlja dragocen vpogled v trenutno pokrajino in prihodnjo usmeritev tehnologije rezanja žice.