冲压模与电火花线切割加工技术

    近年来，我国模具工业有了长足的进步。 2005 年模具产值为 610 亿人民币， 2006 年约 720 亿，平均每年以 20% ～ 25% 的速度增长。模具的技术水平同样有显著提高，一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平，而这些优质模具大多数为塑料模和冲压模。冲压模的加工离不开电火花线切割机床（ WEDM ）。据统计，我国约有 80% 的 WEDM 用于冲压模加工。

我国先进水平的冲压模现状

标志着冲压模先进水平的是高精度、长寿命、多工位级进模，它具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长、生产效率高和低耗材耗能的特点，是我国重点发展的精密模具品种之一。

有代表性的电机铁芯自动叠片硬质合金多工位级进模，精度达 2 m ，步距精度达 3 m ，双回转精度 1 ，拼块精度 1 m ，表面粗糙度 Ra0.1 ～ 0.4 m ，寿命 1 亿次；美国奥伯格、日本黑田、法国宝捷时等电机铁芯双排自动叠片模，精度为 1 m ，步距精度 2 m ，模具寿命 2 亿次。虽然精度已接近国外先进水平，但寿命有一定差距。

高水平的空调器翅片多工位级进模，精度达 2 m ，凸、凹模的工作面近千处，冲裁间隙为 0.01mm 的达 300 多处，一次冲出翅片数达 36 列，模具寿命 2 亿次以上；日本日高精机、美国 OAK 、意大利 GBS 公司制造的 36 ～ 72 列数翅片级进模，精度达 2 m ，步距精度 3 m ，寿命 5 亿次以上。同样，精度已接近国外先进水平，但模具寿命有较大差距。

体现高难度成形的彩管电子枪零件（ G5 ） 25 工位硬质合金级进模，精度达 2 m ，模具在高速冲床上应用，冲制 0.245mm 厚的无磁不锈钢，经各道工序后，制品精度达± 5 m ，模具寿命 3 千万次以上；日本东芝、日本日立等公司制造的彩管电子枪零件级进模，精度为 2 m ，步距精度 3 m ，模具寿命 5 千万次以上。同样模具寿命有差距。

高性能的集成电路框架 32 工位级进模，精度达 2 m ，在高速冲床上冲速达 350 ～ 500 次 / 分，寿命为 3 千万次以上；日本山田、美国奥伯格等公司制造的 100 条脚以上的集成电路框架模，精度达 2 m ，步距精度 3 m ，模具寿命 1 亿次。

还有如自主创新的手机连接器 50 工位级进模，精度达 2 μ m ，步距精度 3 μ m ，模具寿命 2 亿次；数码相机弹簧片 18 工位级进模、接插件 46 工位级进模等都达到了较高的水平。

综上可以看出，具有代表性的我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的制造水平（精度、表面粗糙度等）已接近或达到国外先进水平，而以上这些模具的型孔、定位孔等关键部位基本上都依靠精密 WEDM 进行加工，说明我国精密、复杂、高效、长寿命冲压模的技术进步与 WEDM 技术进步密切相关。

我国的 WEDM 分为低速走丝电火花线切割机（ LSWEDM ）及高速走丝电火花线切割机（ HSWEDM ）两类。精密、高效、复杂、长寿命冲压模一般由 LSWEDM 进行加工。

LSWEDM 国内外现状及其在冲压模中的应用

总体来说， LSWEDM 的技术含量在机床行业属高新技术产品，但从国内外发展情况来看，它本身的技术水平大致可分为：顶级、高档、中档三个层次。

◆ 顶级机

这种 LSWEDM 代表了当前最高水平，但基本上都是瑞士和日本的产品。这种机床的最大切割速度为 400 ～ 500mm2/min ，最高加工精度可达± 1 m ，表面粗糙度 Ra 为 0.05 m ，加工表面无变质层，具有φ 0.02mm 的细丝切割功能，功能齐全，自动化程度高。例如：瑞士阿奇的 AGIE CUT VERTEX 系列机床，其加工工件的轮廓精度 Tkm(Tkm ＝± [ 最大值－最小值 ]/2) 为± 1 m ， Ra 为 0.05 m ，加工表面无变质层；瑞士夏米尔的 ROBOFIL2050TW 、 6050TW 双丝切割机床，最高加工精度± 1 m ， Ra 为 0.05 m ，具有完美的加工表面质量；还有如日本三菱、牧野、沙迪克生产的相关机床。

这类机床最大特点是不但加工精度高，而且表面无变质层，可以直接完成模具的精密加工，所加工的模具寿命已达到机械磨削水平。

◆ 高档机（标准机）

这类机床一般都具有自动穿丝功能，无电阻防电解电源，有的也有细丝（φ 0.03mm ）切割功能，最大切割速度 400 ～ 500mm2/min ，加工精度一般在± 3 m （精度定义不尽相同）， Ra 为 0.2 ～ 0.3 m ，这类机床基本上也由瑞士和日本公司生产。例如：瑞士阿奇的 AGIE CUT EXCELLENCE 系列，其加工精度（ Tkm) ± 1.5 m ， Ra 为 0.1 m ，具有较高的水平；又如：瑞士阿奇的 AGIE CUT PROGRESS 系列机床，第一次切割加工，其切割速度为 350 ～ 500mm2/min 的情况下， Ra 可达 0.8 m ，具有很大的实用价值，这在高档机中属佼佼者。具有高档机水平的机床还有瑞士夏米尔、日本三菱、沙迪克、牧野生产的相关机床。

这类机床也广泛用于精密冲压模加工，但有的还需研、磨配合加工。

◆ 中档机（入门机）

瑞士、日本在中国的独资（合资）企业为了适应中国市场的需要，同时也生产一些中档机床。如：日本沙迪克特种（苏州）生产的有关型号机床；大连三菱 FA 系列中有关型号的机床；瑞士夏米尔 ROBOFIL380 、 390 机床以及北京阿奇夏米尔生产的 XENON 机床等。这些机床一般在 60 ～ 80 万元 / 台（中档规格）。台湾及台湾在大陆生产的企业一般也在生产中档水平的 LSWEDM 。

中档机床一般都具有无电阻、防电解电源、切割速度为 300 ～ 400mm2/min ，加工精度可达± 5 m ， Ra 为 0.4 ～ 0.5 m 。
应该指出，根据国外所提供的机床资料，各公司加工精度的评价方法不尽相同，用于评价加工精度的加工工件材料、形状、尺寸也不同，因此，关于顶级机、高档机、中档机的表述仅供参考。

由于 LSWEDM 精密加工技术与加工表面完整性技术的结合，使 LSWEDM 加工技术上了一个新台阶，并推动了精密、复杂、长寿命冲压模加工技术的进步，使 LSWEDM 在精密冲压模加工中具有不可替代的作用。随着模具工业的迅速发展， LSWEDM 的市场也在不断扩大， 2003 年 LSWEDM 国内年产量仅 800 台，至 2004 年已达 1800 台， 2005 年达 2400 台， 2006 年初步统计约 3500 台，产值约 25 ～ 30 亿人民币。预计今后还有更大的发展空间。

HSWEDM 的技术进步

HSWEDM 同样用于冲压模加工，但一般以中、低档模具为主。由于它的实用性、经济性，所以在国内有较大的市场，目前年产量达 3.5 ～ 4.0 万台 / 年左右，产值约 14 亿人民币。模具制造企业基本上都装备了这类机床，有的多达 15 ～ 20 台，可是这类机床加工精度较低（尺寸精度 0.015mm ），加工表面质量较差，但近来 HSWEDM 技术水平有了较大的进步。

根据 LSWEDM 多次切割实现精密加工的原理，开始对 HSWEDM 进行多次切割技术的研究，并有所突破。如上海大量、苏州新火花等一些企业开发生产了多次切割 HSWEDM 新产品，提高了加工精度，改善了表面质量。实现多次切割加工技术，主要解决的问题是：加工过程中电极丝空间形位变化的控制，为此，采用高耐磨性的导向装置、恒张力的控制机构以及采用走丝速度程控调节等措施，这是实现多次切割的基本条件；窄脉宽、高峰值电流的新型脉冲电源是提高多次切割工艺水平的重要保证；又如：采用短程往复走丝、改变跟踪控制方法、进行系统工艺试验开发多次切割软件等；提高机床的运动精度对多次切割的 HSWEDM 显得更为重要。

多次切割提高了 HSWEDM 的加工工艺水平。例如：苏州新火花公司的多次切割 HSWEDM ，在三次切割后表面粗糙度 Ra ≤ 1.2 μ m 时，平均加工速度≥ 50mm2/min ，加工工件表面光泽，无切割条纹。机床的最大切割速度 190mm2/min ，最佳表面粗糙度 Ra0.8 μ m ；上海大量 TP 系列的多次切割 HSWEDM ，在进行三次切割后 Ra ≤ 1.0 μ m ，加工精度（尺寸差）≤ 6.0 μ m 。以该公司加工的八方工件为例（表 1 ），说明多次切割技术在 HSWEDM 上的应用，使 HSWEDM 加工工艺水平有较大提升。

WEDM 模具加工技术的展望

随着多工位级进模的不断发展，由单排级进模技术向双排多列级进模技术发展；而且多工位级进模的功能越来越复杂。以电机铁芯自动叠片多工位级进模为例，有铁芯大规格自动叠片、铁芯双排扭槽叠片、多排直槽叠片、大回转叠片、双回转叠片等。因此，模具结构越来越复杂、制造难度越来越大、精密加工的要求越来越高，为了满足模具发展的需要，推动了 WEDM 向更高层次的发展，而代表 WEDM 高层次发展方向的应属 LSWEDM 。在 LSWEDM 的加工过程中，为了减少人的干预，保证达到预期的工艺指标，自动化、信息化是 LSWEDM 的发展方向。

在顶级机、高档机完善的专家系统及电极丝自动交换（多工位自动穿丝、双丝切割自动换丝）的基础上，进一步实现工件自动交换（ AWC ），以自动完成全部加工过程，减少人的干预，以达到预定的加工目标。

瑞士阿奇的 AGIE VISON CNC 系统与机器人或装卸装置及与网络功能相配合，组成智能化的制造系统。例如，美国的 Chelar 工模具公司的瑞士阿奇 EVOLUTION 3 LSWEDM ，配用能安装 10 个工件托盘的 SD10 型机械手及 PROWN&SHARPE CMM 测量机后，实现全自动无人看管运行，机床年运行工时已达 6800h 。

瑞士夏米尔公司千禧版的 CNC 系统是基于 WINDOWS NT 操作系统，在 ROBOFIL240CC/440CC 上控制内装的 QCRW 型机械手，具有能装卸重达 100kg 工件的托盘。此外， CNC 系统具有接入局域网（ LAN ）的标准配置，机上还装有一个 RJ-45 接口和以太网卡。