放電加工與線切割高精度化與微細化

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放電加工與線切割高精度化與微細化

On 四月 27, 2013, Posted by , in 技术创新, With No Comments

放電加工機為精密的工作母機,其涵蓋範圍包括精密機械加工與自動控制領域,包括電子、機械、材料、物理及控制等多方面技術,為技術及資本密集產業。

放電加工原理是利用電能轉換成工件熱能,使工件急速融熔的熱性加工方法,放電加工時電極與工件間的微細間隙中產生過渡電弧放電現象,進而對工件產生熱用,同時加工中液體由於受到放電壓力及熱作用產生氣化爆發現象。

精密機械加工與自動化

業界為使產品大量且快速生產必須仰賴模具之開發與製造,而模具材料特性及精密度要求較高,一般金屬切削工具機難以達成,需由放電加工機技術來克服。

隨著機械工業不斷發展,對於材料品質要求日益提高,選用機械元件設計的材料,大多會選用高強度、高硬度與高韌度等特性之材料,因此對於工件表面精度要求甚高。

高性能材料通常難以藉由傳統切削方式加工,由於放電加工法不必藉由機械力即可達成加工目的,不需承受機械切削力作用產生變形及精度不佳影響,且不因工件材料之高性能特性而有加工限制。並具有技術設備成本較低、尺寸精度容易控制優點,適合應用於微小精密零件與製作精微模具。

另外,線切割放電加工機,為少數能100%國產製造的工具機,包括機台設計、鑄件製造、零組件開發、控制器設計、放電電源系統開發、整機組裝等,皆可於台灣當地生產製造。

線切割放電加工機可廣泛應用於模具產業,台灣具有生產前置期快、對於精確度和複雜性高的模具已掌握純熟技術、採取在中國生產而設計和行銷在臺灣的運作模式,有效利用中國低工資率控制成本等優點,但是過度依賴中國大陸勞動力、缺乏技術人才、模具廠多屬小公司型態資金來源易受限制、且下游廠商將生產地點移至海外等較不利模具業發展。

台灣的模具工業,在全球的模具市場佔有率已逐年增加,外銷的產值已直逼先進國家,而一般在模具生產現場上最不可缺少的工作母機,可說是放電加工機。近年來由於放電加工機及加工參數逐進步,放電加工的技術更上一層樓,有些特別加工特性並不輸給切削加工技術,而硬質材料的加工方面,例如超硬合金、碳化鎢的加工,也可利用放電加工技術進行加工。

未來朝高精度化與微細化方向發展

放電加工機希望藉由高精度化或微細化開拓新應用領域、提高附加價值,藉此大幅提高產品獲利。線切割放電加工機對產品加工結果精度越高,機台附加價值就越高,台製線切割機的加工結果誤差約大於±5μm,單價約200萬新台幣;日系機種加工精密度約±3μm,機台單價可提升至500萬~700萬新台幣;最高等級的瑞士機種則可將加工誤差縮小至±2μm的範圍內,其單價售價高達1300萬新台幣。

由此可知若向上提昇產品精度,將大幅提高附加價值,帶來可觀的利潤,因此各國廠商皆以提高產品精度為最終目的。而提升精密因素包括:人員素質、工作母機精密等級、製作工法、環境控制等,不僅需要長時間累積經驗,還需要花費相當資源與資金,所以每個精度階層皆有極高的進入門檻,但如果可跨越精度門檻,提高研發機種的核心價值。

微細化方面,隨著3C產品體積大幅縮小,製造產品的模具也必須達到微細化方能滿足需求,線切割放電加工機的加工是利用放電過程產生高溫進行切削,故由放電間隙決定加工的切削量,而最小加工溝槽寬度則要加上線電極線徑。在微細化要求下,微模具特徵為加工溝槽極為細小,為達到縮小加工溝槽尺寸之目的,可由縮小放電間隙與縮小線電極直徑兩方面著手。

目前就放電間隙縮小的研究主要在降低放電能量,藉由放電能量的降低使得加工切削量下降而縮小放電間隙。當放電間隙縮小一定範圍後,此時線電極的線徑相較之下就成為溝槽寬度縮減的極限,因此採用微細線進行加工使其達到微細精密加工。

由於微細線本身的線徑小於頭髮,其最大允許應力將隨直徑平方成反比下降,使加工中容易發生斷線而造成加工中斷。除微細模具加工外,微細放電加工亦可用終端零件產品製作,例如紡織抽紗用之紡口,特別是異形紡口,該類產品無法使用傳統鑽孔方式進行加工,特別適用微細線切割放電加工。

A+工具機等級

台灣線切割機產業若期望提升競爭優勢,需要研發朝精密化與微細化技術,將現有技術向上提升至A+等級,包括機台結構精度、放電電源系統性能、精細線加工、控制器加工控制性能、環境變數影響控制、加工製造技術、自動穿線系統與整機量產製造技術等。若可提升線切割機性能達到A+工具機等級,可擴大產品應用領域與提升產品獲利率,進而帶動精密製造產業與國防產業。

数控电火花加工技术发展状况分析

目前,模具工业的迅速发展,推动了模具制造技术的进步。电火花加工作为模具制造技术的一个重要分支,被赋予越来越高的加工要求。同时在数控加工技术发展新形势的影响下,促使电火花加工技术朝着更深层次、更高水平的数控化方向快速发展。虽然模具高速加工技术的迅猛发展使电加工面临着严峻的挑战,目前放电加工技术部分工序已被高速加工中心代替,但电火花加工仍旧有广阔的前景。如在模具的复杂、精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角、冒孔、深度切削等加工领域仍被广泛应用。同时这项技术一直被改进和提升,使放电加工技术在模具工业中经久不衰。先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对数控电火花加工技术提出了更高要求,同时也为其提供了新的发展动力。

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