我国电加工技术及装备发展与展望(上)

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我国电加工技术及装备发展与展望(上)

On 十月 30, 2014, Posted by , in 行业信息, With No Comments

   我国电加工技术及装备发展与展望(上)

来源:《金属加工(冷加工)

苏州电加工机床研》究所有限  作者: 叶军

2014-05-04

目前我国电加工机床拥有量约50万台,成为世界之最。近年来,我国每年进口电加工机床在2 000台左右,进口额约3亿美元,已经成为世界最大的电加工机床消费市场。

电加工机床生产大国瑞士原有2家,现并为1家(瑞士阿奇夏米尔公司),年销售量为2 500~3 000台,销售额约有人民币30亿元;另一个电加工机床生产大国日本也只有4~5家公司,年销售量为6 000~6 500台,销售额约合人民币40亿元。我国的电加工企业数量远远超过其他国家,经过几十年的发展,目前已有约170家生产企业,每年生产3~5万台电加工机床,为航空航天、军工、模具等行业提供了大量装备,推动了这些产业的发展,也确立了我国在国际电加工领域的地位。但我国内资电加工企业仍然是多而不强,销售额超1亿元的企业只有2~3家。我国电加工机床生产企业的效益和综合实力相对差距很大。

一、我国电加工机床产品结构调整取得的主要突破

  1. 高端电加工机床在与跨国企业(集团)的竞争中艰难前行:

高端电加工机床面对的是跨国电加工企业性能品质优良的产品,近期有关内资企业在国家数控机床重大专项成果的支撑下,在与跨国企业(集团)的竞争中艰难前行,有喜有忧。内资企业生产的高端数控电火花成形机床近期在性能质量上有明显提高,3轴以上数控电火花成形机床达到了中端机的水平,有的逼近国际先进水平,打破了国外产品一统天下的局面,市场份额在不断提升。

用户对内资企业生产的该类机床认可度在提升,相关产品在精密模具、航空航天、军工等领域得到了更广泛的应用。

内资企业生产的单向走丝电火花线切割机床,自2008年金融危机以来市场份额在不断下降,这类机床的市场竞争力还明显不足,亟待进一步提升。有的产品能做了“形似”,是第一步,但要做到“神似”,则还有更艰难、更长的路要走。

高端的多轴数控微小孔电火花加工机床,由于技术提升较快,内资企业生产的产品占据了90%以上的市场份额。为航空航天领域研制的7轴数控电火花高速小孔加工机床基本满足了用户的要求,但在某些性能上与国际先进水平相比还存在差距,应加速提升。

多轴数控的微孔加工机床,内资企业的产品不仅能满足国Ⅲ排放标准的汽车发动机喷油嘴精密喷油孔的加工要求,而且开发的具有倒锥孔加工功能的产品也得到了应用,加工化纤喷丝板精密微孔的机床性能也有明显提升,更好地满足了用户新型产品的加工要求。

  1. 多次切割技术推动往复走丝电火花线切割机床由低端向中端发展:

量大面广的往复走丝电火花线切割机床属低端电加工机床,近几年开发的多次切割加工技术,使该类产品加工精度、表面质量及相关性能有明显提高,获得了突破性的进展,推动了该类机床由低端产品向中端产品的发展。但在加工精度稳定性(保持性)、可靠性方面还有待进一步提高。

  1. 细分市场专用数控电加工机床的开发形成了产品结构调整的亮点:

随着我国国民经济及先进制造业的高速发展, 在航空航天、军工、能源、汽车、钢铁、IT和医疗器械等领域中新产品、新工艺和新材料不断涌现,遇到大量用传统机械加工或常规通用电加工设备无法解决的加工难题, 为电加工技术及装备的发展提供了极好的发展机遇。近年来,国内电加工企业和研究院所积极为这些重点领域制造业排忧解难,研制了一大批各种各样的具有专项技术的专用电加工设备,如数控高效放电铣削加工机床、多轴数控微小孔加工机床、蜂窝环数控电火花磨削专用设备、数控高效钛合金电火花加工专用设备、超硬材料电火花工具磨床、高效特种钢阳极机械切割设备、特殊材料复杂型面电解加工机床和轮胎模花纹块5轴数控电火花加工机床等。这些产品不仅有力地支撑了我国相关制造业的快速发展,特别是为我国航空航天、军工领域新机种、新武器的研制和神州飞船的上天发挥了重要作用,而且促进了有关企业避开竞争、差异发展,开启了电加工产品结构调整的亮点。

  • 我国电加工技术取得了长足的进步 

1.自动穿丝、精密、高效数控单向走丝电火花线切割机床:

通过重大专项及863计划相关课题的实施, 该产品的最大切割速度达到350 mm2/min,切割精度≤±0.002 mm,最佳表面粗糙度值Ra≤0.2 μm,这3项指标与以往的产品相比有明显提高。另外,还新增了直径0.05 mm细丝切割功能、自动穿丝功能,A(B)轴的三维切割功能,完善提升了工艺专家系统及专用数控系统,明显缩小了与国际先进水平的差距。

  1. 五轴联动精密、数控电火花成形机床:

重大专项及863计划相关课题开发的产品最大生产率为50 A时400 mm3/min、100 A时1 125 mm3/min,加工钛合金为829 mm3/min,最小电极损耗≤0.1%,最佳表面粗糙度值Ra=0.1~0.2 μm,加工钛合金的最佳表面粗糙度值Ra=0.166 μm,机床备有智能工艺数据库,具有X、Y、Z、A(B)、C五轴联动功能。

所开发的带冠整体涡轮盘扭曲叶形五轴联动电火花成形加工CAD/CAM软件系统及工艺技术,可进行对高温耐热合金、钛合金材料的带冠扭曲叶形火箭发动机涡轮盘加工,打破了西方国家对我国国防工业高端电加工机床的封锁。以上这些技术的突破,使五轴联动、精密、数控电火花成形机床达到或接近国际先进水平。

3. 全浸泡式精密电加工机床专用密封精密数控回转工作台:

课题根据电加工机床的特殊要求, 在重大专项相关课题的支撑下,开发了两种规格的浸泡式、全密封精密数控转台,可以在油水工作液中使用,具有良好的馈电和伺服性能。小规格的产品采用了先进的直驱电动机技术;产品采用全闭环控制。重复分度精度≤5″,分度精度≤15″。可用于电火花成形机床、电火花线切割机床和电火花微小孔机床等各类电加工机床,能扩展机床的加工功能,提升机床档次。

4. 多次切割往复走丝电火花线切割机床技术进步:

近期,电加工行业针对往复走丝电火花线切割机床精度不高、加工表面质量较差(有切割条纹)等问题,对该类机床的主机精度、电极丝张力控制、数字化脉冲电源、工作液系统、专用数控系统等进行了综合技术提升, 采用粗、中、精多次切割技术, 使切割精度从0.03 mm提高到0.01 mm,表面粗糙度值由原来的Ra=2.5 μm提高到了Ra=0.8 μm,消除了表面条纹,加工效率也有明显提高,使这类量大面广的电加工机床取得了重大的技术进步,推动了该类产品从低端向中端的发展。但这类机床的精度稳定性和可靠性技术将是今后需要研究的重要课题。

  1. 细分市场的产品开发取得的技术进步:

细分市场的产品开发是转方式、调结构的重要方面,电加工高档专用数控机床在细分市场中发挥着重要作用。近年根据用户的需求开发了不少专用机床,全部是创新产品,有些填补了国内空白,有些在国际上也没有,是我国自主原创产品,在航空航天、军工、汽车、  能源、冶金和模具工业中发挥着重要作用。下面列举几个典型成果。

 

( 1)高效、数控和放电铣加工技术及设备(863计划项目)。该技术及产品属我国自主原创,拥有多项发明专利。其采用简单铜管为电极,以类似数控铣的方式对难加工材料的复杂型面进行高效率、低成本去余量加工。在加工中需对电极损耗进行在线检测和补偿,以达到一定的加工精度。该机床具有六轴数控五轴联动功能,最大加工效率达3 000 mm3/min,表面粗糙度值Ra≤2.5 μm,主要应用于航空航天、军工等领域高温耐热合金材料的整体叶盘扭曲叶形、发动机机匣复杂型面的高效放电铣加工。已在西安航空发动机有限公司、沈阳黎明航空发动机有限公司和成都发动机股份有限公司等企业成功应用。

其加工难加工材料零件,不仅加工效率高,而且加工成本很低,是采用加工中心加工的几十分之一。

( 2 ) 精密微孔数控电火花加工工艺及设备( 8 6 3 计划项目)。该设备的微孔加工精度可达±0.002 mm,深径比≥30∶1,最佳表面粗糙度值Ra≤0.4 μm,加工喷油嘴孔的流量散差≤3%。4~6轴数控机床已应用于航空航天、军工、汽车和内燃机等行业的喷油嘴、喷油环和喷片的喷孔等精密微孔加工, 以及发动机叶片的气膜孔加工,也可用于化纤喷丝板精密喷丝孔加工。为了满足汽车发动机国Ⅳ排放标准的要求,还开发了6轴数控电火花倒锥微孔加工设备,替代了进口产品。

(3)特种材料复杂型面电解加工技术及设备(863计划项目)。该机床可进行7轴分组联动加工,属于复杂型面的电解展成加工技术,最大加工效率为4 000 mm3/min,用于航空航天的高温合金、钛合金等材料的整体叶盘、叶片的精密加工,其加工精度为±0.025 mm,型面表面粗糙度值R a≤0.63 μm,该加工技术和设备达到或接近国际先进水平。

(4)蜂窝环数控电火花磨床。该机床主要用于飞机、燃气轮机蜂窝环的磨削加工。蜂窝环是金属片压制的蜂窝状结构, 直径一般为200~1 000 mm,在航空发动机中起到关键的密封作用。由于金属片很薄,不能承受机械切削或磨削加工,因此只能采用电加工无切削力的特点进行加工。

( 5)超硬材料电火花工具磨床。机床配备7个传动轴,具备3轴数控3轴联动功能,可满足多刃超硬刀具电火花加工的各项要求,可实现表面粗糙度值Ra<0.2 μm的PCD、PCBN刀具刃磨加工。(未完待续)

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