Mètode de processament mecànic - tall de filferro

I Tall de filferro de descàrrega elèctrica

 

La màquina de tall de filferro de descàrrega elèctrica (Wire Electrical Discharge Machining, abreujat WEDM) pertany a la categoria de mecanitzat elèctric. Va ser descobert pels investigadors soviètics Lazarenkov i la seva dona mentre estudiaven els fenòmens i les causes del dany de l'erosió als contactes de commutació causats per les descàrregues d'espurna. Van trobar que l'alta temperatura instantània de l'espurna podria fondre i oxidar el metall local, provocant corrosió. Això va provocar la creació i la invenció del mecanitzat per descàrrega elèctrica. La màquina de tallar filferro també es va inventar a la Unió Soviètica l'any 1960, i la Xina va ser el primer país a utilitzar-la per a la producció industrial.

 

 

 

II Principis físics

 

Els ions i electrons positius lliures s'acumulen al camp, formant ràpidament un canal conductor ionitzat. En aquesta etapa, un corrent flueix entre les dues plaques, provocant innombrables col·lisions entre partícules, formant una zona de plasma que s'escalfa ràpidament entre 8000 i 12000 graus centígrads. Això fa que alguns materials de les superfícies dels dos conductors es fonguin a l'instant. Al mateix temps, a causa de la vaporització de l'elèctrode i del líquid dielèctric, es forma una bombolla i la seva pressió augmenta segons un patró regular fins a arribar a un nivell molt alt. Aleshores s'interromp el corrent i la temperatura baixa sobtadament, fent que la bombolla imploti. La força generada per la implosió expulsa el material fos, creant una fossa. A continuació, el material corroït es condensa en petites esferes en el líquid dielèctric i el líquid l'elimina. Mitjançant el control i la gestió controlats per NC, el servomecanisme executa el fenomen de descàrrega de manera uniforme.

 

 

 

III Classificació

 

Les màquines de tall de filferro de descàrrega elèctrica es poden classificar segons la velocitat del cable en tres tipus: mecanitzat de descàrrega elèctrica de cable alternatiu d'alta velocitat (comunament anomenat "tall ràpid de filferro"), mecanitzat de descàrrega elèctrica de cable unidireccional de baixa velocitat (comunament anomenat " tall lent de filferro"), i mecanitzat vertical de descàrrega elèctrica de filferro autogirant. També es poden classificar segons el tipus de taula de treball en tipus de taula de treball creuat d'una sola columna i tipus de doble columna (comunament anomenat "tipus pòrtic").

 

1. Màquina de descàrrega elèctrica amb fil alternatiu

La velocitat del cable per a màquines de descàrrega elèctrica amb fil alternatiu s'estableix entre 6 i 12 m/s i és un tipus únic desenvolupat a la Xina. El setembre de 1970, la fàbrica estatal Changfeng Machinery General Factory del Ministeri d'Indústria de Maquinària va desenvolupar amb èxit la "màquina de tall automàtica de filferro controlada digitalment", que va ser la primera d'aquest tipus a la Xina. El 1972, el Ministeri d'Indústria de Maquinària va realitzar una avaluació tècnica de la màquina de tall de filferro CNC CKX, que es va considerar que compleix el nivell avançat nacional. L'any 1973 es va iniciar la producció en massa de la màquina de tall de filferro CNC amb la designació CKX-1.

 

El setembre de 1981, la màquina CNC DK3220 amb funcionalitat de tall cònic es va desenvolupar amb èxit, i la característica més important del producte era la capacitat de tallar a una conicitat d'1,5-grau. Això va suposar una millora tecnològica important en les màquines de tall de filferro. A mesura que la tecnologia de tall cònic va avançar gradualment, la tecnologia de tall cònic variable i el tall asimètric superior-inferior també va experimentar un progrés significatiu. Els avenços en el tall de materials més gruixuts van millorar molt la precisió de la secció transversal i longitudinal, amb un gruix de tall superior als 1000 mm. Això ha fet que les màquines de tall de filferro alternatius siguin cada cop més avantatjoses alhora que satisfan les necessitats dels clients nacionals i internacionals.

 

El nombre d'aquestes màquines està creixent ràpidament, des d'una producció anual de 2,000–3,000 unitats a desenes de milers d'unitats anuals. Actualment, hi ha més de 200000 màquines de tall de filferro alternatius en ús a tot el país, aplicades a la fabricació de motlles de gamma mitjana i baixa i al processament de peces especials. S'ha convertit en un dels tipus de màquines més utilitzats a les màquines eina CNC de la Xina. No obstant això, les màquines de tall de filferro alternatius no poden implementar un control constant de la tensió del cable de l'elèctrode, donant lloc a una vibració significativa del cable i trencaments freqüents durant el processament. Atès que el cable de l'elèctrode es reutilitza, provoca desgast, la qual cosa comporta una reducció de la precisió del processament i la qualitat de la superfície.

 

2. Màquina de descàrrega elèctrica de cable unidireccional de baixa velocitat

Les màquines de tall de filferro de baixa velocitat utilitzen filferro de coure com a elèctrode d'eina. El cable normalment es mou a una velocitat inferior a 0,2 m/s en una direcció. S'aplica una tensió de pols de 60 a 300 V entre el cable de coure i el material processat, com ara coure, acer o aliatges superdurs, mantenint un espai de 5 a 50 µm, que s'omple amb aigua desionitzada (prop de l'aigua destil·lada) o altres mitjans aïllants. Això genera una descàrrega d'espurna entre l'elèctrode i la peça de treball, provocant l'erosió i la corrosió mútues, creant innombrables petites fosses a la superfície de la peça. Mitjançant la supervisió i la gestió controlades per NC, el servomecanisme executa aquest fenomen de descàrrega de manera uniforme, permetent que la peça compleixi les dimensions i la precisió de forma requerides.

 

Actualment, la precisió pot arribar fins a 0,001 mm i la qualitat de la superfície és propera a la de la mòlta. El cable de l'elèctrode es descarta després de la descàrrega, i la màquina normalment compta amb dispositius de fil de fil automàtic i tensió constant. La màquina funciona sense problemes, uniformement, amb una vibració mínima, alta precisió de processament i bona qualitat de superfície, però no és adequada per processar materials gruixuts. A causa de la seva estructura precisa, alt contingut tècnic i alt cost, el cost operatiu de la màquina també és elevat.

 

Les primeres versions de màquines de descàrrega elèctrica de filferro de baixa velocitat eren fabricades exclusivament per empreses estrangeres. Tot i que el desenvolupament de la màquina de descàrrega elèctrica de cable de baixa velocitat de Taiwan va començar més tard, ha avançat ràpidament en els darrers anys. Un moviment significatiu va ser la inversió conjunta de diversos fabricants de màquines de processament elèctric, amb el suport dels departaments governamentals i l'Institut de Recerca de Tecnologia Industrial de Taiwan. Després de més d'una dècada d'esforços, es van fer avenços en tecnologies clau com els sistemes de control i la font d'alimentació. Les màquines de tall de filferro de baixa velocitat fabricades per empreses taiwaneses es consideren ara models de gamma mitjana, amb una taxa de creixement anual del 20% al 30% durant els últims tres anys. S'estima que durant els propers cinc anys, la producció anual de màquines de tall de filferro de baixa velocitat de Taiwan arribarà a les 2,000 unitats, que representen més del 25% del mercat mundial.

 

Les màquines de descàrrega elèctrica de filferro de baixa velocitat tenen un alt contingut tècnic, bones perspectives de mercat i ofereixen alts rendiments, cosa que les converteix en un "camp de batalla" o "terra estratègica" per als fabricants de mecanitzat elèctric. Es pot dir que qui domina la tecnologia de les màquines de descàrrega elèctrica de cable de baixa velocitat tindrà una oportunitat per a la següent fase de creixement empresarial. Per capturar el mercat xinès, els fabricants de màquines de mecanitzat elèctriques del Japó, Suïssa i Taiwan han establert fàbriques a la Xina continental per produir aquestes màquines. Amb el suport del fons especial del Ministeri de Ciència i Tecnologia, els investigadors científics de la Xina han invertit recursos considerables en el desenvolupament de la màquina de tall de filferro de baixa velocitat de nova generació. S'han fet grans avenços i els productes amb drets de propietat intel·lectual independents ja han ocupat una certa quota de mercat, arribant a nivells de rendiment de màquines de gamma mitjana. Algunes empreses nacionals també esperen desenvolupar tecnologia de tall de filferro a baixa velocitat mitjançant la cooperació amb empreses taiwaneses.

 

3. Màquina de descàrrega elèctrica de filferro autogirant vertical

La màquina de descàrrega elèctrica de filferro autogirant vertical (també coneguda com a màquina de tall de filferro autogirant horitzontal) difereix del mecanitzat tradicional de descàrrega elèctrica de filferro d'alta i baixa velocitat de diverses maneres. En primer lloc, el moviment del cable de l'elèctrode en aquesta màquina no només és un moviment tradicional cap endavant, sinó que també inclou un moviment de rotació. En segon lloc, la velocitat del cable es troba entre la del tall de filferro d'alta velocitat i de baixa velocitat, a 1-2 m/s. A causa del moviment de rotació del filferro de l'elèctrode durant el procés, la màquina de tall de filferro rotativa vertical es diferencia d'altres tipus de màquines de tall de filferro principalment pel seu sistema de conducció de filferro. El sistema de conducció de filferro de la màquina giratòria vertical consta de dues estructures idèntiques als dos extrems de la màquina, realitzant tant una rotació d'alta velocitat com un moviment de filferro a baixa velocitat. L'àrea entre els dos capçals del cargol és la zona de processament efectiva.

 

A part del sistema de conducció de filferro, els altres components de la màquina són els mateixos que les màquines de tall de filferro d'alta velocitat. En comparació amb les màquines de tall de filferro de baixa velocitat, les màquines de tall de filferro d'alta velocitat alternatius encara tenen un buit important en els indicadors tècnics clau com ara la productivitat mitjana, la precisió de tall i la rugositat superficial. Per abordar aquestes llacunes, a principis dels anys 2000, diversos fabricants nacionals de màquines de tall de filferro alternatius d'alta velocitat van introduir tècniques de tall múltiple per a màquines de filferro d'alta velocitat (comunament anomenades "tall de filferro de velocitat mitjana"). "Tall de filferro a velocitat mitjana" no es refereix a velocitats de filferro entre velocitats altes i baixes, sinó a una màquina de tall de filferro composta que utilitza un tall de filferro d'alta velocitat (8-12 m/s) per tall en brut i tall de filferro a baixa velocitat. (1–3 m/s) per a un tall de precisió. Aquest enfocament estabilitza les operacions, redueix la vibració i minimitza els errors causats per la deformació del material i el desgast del fil de tungstè, donant lloc a una millor qualitat de processament.

 

Així, el "tall de filferro de velocitat mitjana" és essencialment una modificació de les màquines de descàrrega elèctrica de filferro alternatiu que incorpora algunes de les tècniques de processament de màquines de filferro de baixa velocitat, aconseguint un tall sense tires i un tall múltiple. Al llarg dels anys, gairebé tots els fabricants de màquines de tall de filferro d'alta velocitat a la Xina han començat a produir i vendre màquines de velocitat mitjana. Tanmateix, ha quedat clar que no totes les màquines de tall de filferro alternatius poden realitzar múltiples talls de manera eficaç o aconseguir bons resultats amb aquesta tècnica. El tall múltiple és una tecnologia integral que inclou precisió de la màquina, font d'alimentació de polsos, bases de dades de processos, sistemes de conducció de cables, fluid de treball i molts altres problemes de procés. No es tracta simplement d'afegir un sistema de control de freqüència de cable a una màquina de filferro d'alta velocitat. Només les màquines d'alta precisió que han creat les condicions necessàries per al tall múltiple poden aconseguir un tall múltiple i sense tires amb efectes de procés significatius.

 

Per tant, els nostres fabricants han de prestar molta atenció a aquest tema i abordar-lo de manera sistemàtica, assegurant-se que la tecnologia està ben implementada i el producte està ben fet. Algunes empreses ja han millorat la precisió de la màquina mitjançant l'ús de servomotors de corrent continu o de CA per accionar cargols de boles a les peces mòbils. Això millora significativament la precisió i moltes empreses nacionals ara poden aconseguir millores substancials en la qualitat del procés de tall de filferro.

 

 

 

IV Conclusió

 

El mecanitzat de descàrrega elèctrica de filferro, un component crucial de la tecnologia CNC, ha jugat un paper important en la fabricació moderna. En comprendre els diferents tipus de màquines de tall de filferro i els avenços tecnològics en aquest camp, podem predir millor i adaptar-nos a les necessitats en ràpida evolució del mecanitzat de precisió i lluitar per solucions més sostenibles i eficients. Aquesta investigació proporciona informació valuosa sobre el panorama actual i la direcció futura de la tecnologia de tall de filferro.