วิธีการประมวลผลทางกล - การตัดลวด

I. การตัดลวดปล่อยไฟฟ้า

 

เครื่องตัดลวดปล่อยไฟฟ้า (Wire Electrical Discharge Machining ย่อมาจาก WEDM) อยู่ในหมวดหมู่ของการตัดเฉือนไฟฟ้า มันถูกค้นพบโดยนักวิจัยโซเวียต Lazarenkov และภรรยาของเขาในขณะที่ศึกษาปรากฏการณ์และสาเหตุของความเสียหายจากการกัดเซาะเพื่อเปลี่ยนหน้าสัมผัสที่เกิดจากการปล่อยประกายไฟ พวกเขาพบว่าอุณหภูมิสูงทันทีทันใดของประกายไฟสามารถละลายและออกซิไดซ์โลหะในท้องถิ่น ซึ่งนำไปสู่การกัดกร่อน สิ่งนี้นำไปสู่การสร้างและการประดิษฐ์เครื่องจักรแบบคายประจุไฟฟ้า เครื่องตัดลวดยังถูกประดิษฐ์ขึ้นในสหภาพโซเวียตในปี 1960 และจีนเป็นประเทศแรกที่ใช้เครื่องตัดลวดนี้เพื่อการผลิตภาคอุตสาหกรรม

 

 

 

II หลักการทางกายภาพ

 

ไอออนบวกและอิเล็กตรอนอิสระสะสมอยู่ในสนาม ก่อให้เกิดช่องทางนำไฟฟ้าที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างรวดเร็ว ในขั้นตอนนี้ กระแสจะไหลระหว่างแผ่นทั้งสอง ทำให้เกิดการชนกันนับครั้งไม่ถ้วนระหว่างอนุภาค ทำให้เกิดโซนพลาสมาที่ให้ความร้อนอย่างรวดเร็วถึง 8,000 ถึง 12,000 องศาเซลเซียส ส่งผลให้วัสดุบางส่วนบนพื้นผิวของตัวนำทั้งสองละลายในทันที ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากการระเหยของอิเล็กโทรดและของเหลวอิเล็กทริก ทำให้เกิดฟองขึ้น และความดันเพิ่มขึ้นตามรูปแบบปกติจนกระทั่งถึงระดับที่สูงมาก จากนั้นกระแสน้ำก็ถูกรบกวน และอุณหภูมิก็ลดลงกะทันหัน ส่งผลให้ฟองอากาศระเบิด แรงที่เกิดจากการระเบิดจะผลักวัสดุที่หลอมละลายออกเป็นหลุม วัสดุที่สึกกร่อนจะควบแน่นเป็นทรงกลมเล็กๆ ในของเหลวอิเล็กทริกและถูกกำจัดออกโดยของเหลว ด้วยการตรวจสอบและการจัดการที่ควบคุมด้วย NC กลไกเซอร์โวจึงดำเนินการปรากฏการณ์การปล่อยประจุอย่างสม่ำเสมอ

 

 

 

การจำแนกประเภทที่สาม

 

เครื่องตัดลวดปล่อยไฟฟ้าสามารถแบ่งตามความเร็วของสายไฟได้เป็นสามประเภท: การตัดเฉือนลวดปล่อยไฟฟ้าแบบลูกสูบความเร็วสูง (โดยทั่วไปเรียกว่า "การตัดลวดอย่างรวดเร็ว"), การตัดเฉือนลวดปล่อยไฟฟ้าทางเดียวความเร็วต่ำ (โดยทั่วไปเรียกว่า " การตัดลวดช้า") และการตัดเฉือนการปล่อยกระแสไฟฟ้าด้วยลวดหมุนเองในแนวตั้ง นอกจากนี้ยังสามารถแบ่งประเภทตามประเภทของโต๊ะทำงานเป็นประเภทตารางงานข้ามคอลัมน์เดียวและประเภทคอลัมน์คู่ (โดยทั่วไปเรียกว่า "ประเภทโครงสำหรับตั้งสิ่งของ")

 

1. เครื่องคายประจุไฟฟ้าแบบลวดลูกสูบ

ความเร็วของสายไฟสำหรับเครื่องคายประจุไฟฟ้าแบบใช้สายไฟแบบลูกสูบตั้งไว้ที่ 6–12 ม./วินาที และเป็นประเภทเฉพาะที่พัฒนาขึ้นในประเทศจีน ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2513 โรงงาน Changfeng Machinery General Factory ของรัฐกระทรวงอุตสาหกรรมเครื่องจักร ประสบความสำเร็จในการพัฒนา "เครื่องตัดลวดอัตโนมัติควบคุมด้วยระบบดิจิทัล" ซึ่งเป็นเครื่องแรกในจีน ในปี พ.ศ. 2515 กระทรวงอุตสาหกรรมเครื่องจักรได้ทำการประเมินทางเทคนิคของเครื่องตัดลวด CNC ของ CKX ซึ่งถือว่าผ่านเกณฑ์ขั้นสูงในประเทศ ในปี 1973 การผลิตจำนวนมากเริ่มขึ้นสำหรับเครื่องตัดลวด CNC ที่มีชื่อเรียกว่า CKX-1

 

ในเดือนกันยายน ปี 1981 เครื่องจักร CNC DK3220 ที่มีฟังก์ชันการตัดเทเปอร์ได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จ โดยคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของผลิตภัณฑ์คือความสามารถในการตัดที่เทเปอร์ 1.5- องศา นี่เป็นการปรับปรุงทางเทคโนโลยีที่สำคัญในเครื่องตัดลวด เนื่องจากเทคโนโลยีการตัดเทเปอร์ก้าวหน้าขึ้นเรื่อยๆ เทคโนโลยีสำหรับการตัดเทเปอร์แบบแปรผันและการตัดแบบอสมมาตรทั้งบนและล่างก็มีความก้าวหน้าอย่างมากเช่นกัน ความก้าวหน้าในการตัดวัสดุที่มีความหนาเพิ่มขึ้นอย่างมากทำให้มีความแม่นยำทั้งภาคตัดขวางและตามยาวมากขึ้น โดยมีความหนาในการตัดเกิน 1,000 มม. สิ่งนี้ทำให้เครื่องตัดลวดแบบลูกสูบมีความได้เปรียบมากขึ้น ในขณะเดียวกันก็ตอบสนองความต้องการของลูกค้าทั้งในประเทศและต่างประเทศ

 

จำนวนเครื่องจักรดังกล่าวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จากการผลิตต่อปีที่ 2,000–3,000 หน่วยไปจนถึงหมื่นเครื่องต่อปี ปัจจุบัน มีเครื่องตัดลวดแบบลูกสูบมากกว่า 200 เครื่อง000 ที่ใช้งานอยู่ทั่วประเทศ ซึ่งนำไปใช้ในการผลิตแม่พิมพ์ระดับกลางและต่ำและการแปรรูปชิ้นส่วนพิเศษต่างๆ ได้กลายเป็นหนึ่งในประเภทเครื่องจักรที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในเครื่องมือเครื่อง CNC ของจีน อย่างไรก็ตาม เครื่องตัดลวดแบบลูกสูบไม่สามารถใช้การควบคุมความตึงคงที่บนลวดอิเล็กโทรดได้ ส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนของสายไฟอย่างมากและการแตกหักบ่อยครั้งระหว่างการประมวลผล เนื่องจากลวดอิเล็กโทรดถูกนำมาใช้ซ้ำ ทำให้เกิดการสึกหรอ ส่งผลให้ความแม่นยำในการประมวลผลและคุณภาพพื้นผิวลดลง

 

2. เครื่องคายประจุไฟฟ้าแบบลวดทางเดียวความเร็วต่ำ

เครื่องตัดลวดความเร็วต่ำใช้ลวดทองแดงเป็นอิเล็กโทรดเครื่องมือ โดยทั่วไปแล้วลวดจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วน้อยกว่า 0.2 m/s ในทิศทางเดียว แรงดันไฟฟ้าพัลส์ที่ 60–300V ถูกใช้ระหว่างลวดทองแดงและวัสดุแปรรูป เช่น ทองแดง เหล็ก หรือโลหะผสมซุปเปอร์ฮาร์ด โดยคงช่องว่างไว้ที่ 5–50µm ซึ่งเต็มไปด้วยน้ำปราศจากไอออน (ใกล้กับน้ำกลั่น) หรืออื่นๆ สื่อฉนวน สิ่งนี้จะทำให้เกิดประกายไฟระหว่างอิเล็กโทรดและชิ้นงาน ทำให้เกิดการกัดเซาะและการกัดกร่อนซึ่งกันและกัน ทำให้เกิดหลุมเล็กๆ นับไม่ถ้วนบนพื้นผิวชิ้นงาน ด้วยการตรวจสอบและการจัดการที่ควบคุมโดย NC กลไกเซอร์โวดำเนินการปรากฏการณ์การปล่อยนี้อย่างสม่ำเสมอ ช่วยให้ชิ้นงานมีขนาดและรูปร่างที่แม่นยำตามที่ต้องการ

 

ปัจจุบันความแม่นยำสามารถเข้าถึงได้สูงสุด 0.001 มม. และคุณภาพพื้นผิวใกล้เคียงกับการเจียร ลวดอิเล็กโทรดจะถูกทิ้งหลังจากคายประจุ และโดยทั่วไปเครื่องจะมีเกลียวลวดอัตโนมัติและอุปกรณ์ปรับแรงตึงคงที่ เครื่องจักรทำงานได้อย่างราบรื่น สม่ำเสมอ โดยมีการสั่นสะเทือนน้อยที่สุด มีความแม่นยำในการประมวลผลสูง และมีคุณภาพพื้นผิวที่ดี แต่ไม่เหมาะสำหรับการแปรรูปวัสดุที่มีความหนา เนื่องจากโครงสร้างที่แม่นยำ เนื้อหาทางเทคนิคสูง และต้นทุนสูง ต้นทุนการดำเนินงานของเครื่องจึงสูงเช่นกัน

 

เครื่องจำหน่ายไฟฟ้าแบบใช้สายไฟความเร็วต่ำรุ่นแรกๆ ผลิตโดยบริษัทต่างประเทศแต่เพียงผู้เดียว แม้ว่าการพัฒนาเครื่องจำหน่ายไฟฟ้าแบบใช้สายไฟความเร็วต่ำของไต้หวันจะเริ่มในภายหลัง แต่ก็มีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความเคลื่อนไหวที่สำคัญคือการร่วมลงทุนของผู้ผลิตเครื่องจักรแปรรูปไฟฟ้าหลายราย โดยได้รับการสนับสนุนจากหน่วยงานภาครัฐและสถาบันวิจัยเทคโนโลยีอุตสาหกรรมของไต้หวัน หลังจากใช้ความพยายามมากว่าทศวรรษ ก็มีการพัฒนาเทคโนโลยีสำคัญๆ เช่น ระบบควบคุมและระบบจ่ายไฟ เครื่องตัดลวดความเร็วต่ำที่ผลิตโดยองค์กรของไต้หวันปัจจุบันถือเป็นรุ่นระดับกลาง โดยมีอัตราการเติบโต 20%–30% ต่อปีในช่วงสามปีที่ผ่านมา เป็นที่คาดกันว่าในอีกห้าปีข้างหน้า การผลิตเครื่องตัดลวดความเร็วต่ำของไต้หวันจะสูงถึง 2,000 หน่วยต่อปี ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 25% ของตลาดโลก

 

เครื่องจักรจำหน่ายไฟฟ้าแบบใช้สายไฟความเร็วต่ำมีเนื้อหาด้านเทคนิคสูง มีโอกาสทางการตลาดที่ดี และให้ผลตอบแทนสูง ทำให้เป็น "สมรภูมิ" หรือ "จุดยืนเชิงกลยุทธ์" สำหรับผู้ผลิตเครื่องจักรไฟฟ้า อาจกล่าวได้ว่าใครก็ตามที่เชี่ยวชาญในเทคโนโลยีเครื่องคายประจุไฟฟ้าแบบใช้สายไฟความเร็วต่ำจะได้รับโอกาสในการเติบโตทางธุรกิจในระยะต่อไป เพื่อจับตลาดจีน ผู้ผลิตเครื่องจักรไฟฟ้าจากญี่ปุ่น สวิตเซอร์แลนด์ และไต้หวันได้จัดตั้งโรงงานในจีนแผ่นดินใหญ่เพื่อผลิตเครื่องจักรเหล่านี้ ด้วยการสนับสนุนจากกองทุนพิเศษของกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี นักวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของจีนได้ลงทุนทรัพยากรจำนวนมากในการพัฒนาเครื่องตัดลวดความเร็วต่ำรุ่นต่อไป มีความก้าวหน้าครั้งสำคัญเกิดขึ้น และผลิตภัณฑ์ที่มีสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาอิสระได้ครอบครองส่วนแบ่งการตลาดในระดับหนึ่งแล้ว ซึ่งไปถึงระดับประสิทธิภาพของเครื่องจักรระดับกลาง บริษัทในประเทศบางแห่งยังหวังที่จะพัฒนาเทคโนโลยีการตัดลวดความเร็วต่ำผ่านความร่วมมือกับบริษัทในไต้หวัน

 

3. เครื่องคายประจุไฟฟ้าด้วยลวดหมุนตัวเองในแนวตั้ง

เครื่องคายประจุไฟฟ้าด้วยลวดหมุนตัวเองในแนวตั้ง (หรือที่เรียกว่าเครื่องตัดลวดหมุนเองในแนวนอน) แตกต่างจากการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้าด้วยลวดความเร็วสูงและความเร็วต่ำแบบดั้งเดิมในหลายวิธี ประการแรก การเคลื่อนที่ของลวดอิเล็กโทรดในเครื่องนี้ไม่เพียงแต่เป็นการเคลื่อนไปข้างหน้า-ถอยหลังแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเคลื่อนที่แบบหมุนด้วย ประการที่สอง ความเร็วของสายไฟอยู่ระหว่างความเร็วของการตัดลวดความเร็วสูงและความเร็วต่ำ ที่ 1–2 เมตร/วินาที เนื่องจากการเคลื่อนที่แบบหมุนของลวดอิเล็กโทรดในระหว่างกระบวนการ เครื่องตัดลวดแบบหมุนแนวตั้งจึงแตกต่างจากเครื่องตัดลวดประเภทอื่นๆ ในระบบขับเคลื่อนลวดเป็นหลัก ระบบขับเคลื่อนด้วยลวดของเครื่องจักรหมุนแนวตั้งประกอบด้วยโครงสร้างที่เหมือนกันสองโครงสร้างที่ปลายทั้งสองด้านของเครื่องจักร ทำให้เกิดทั้งการหมุนด้วยความเร็วสูงและการเคลื่อนของลวดด้วยความเร็วต่ำ พื้นที่ระหว่างหัวสปินเดิลทั้งสองคือโซนการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพ

 

นอกจากระบบขับเคลื่อนสายไฟแล้ว ส่วนประกอบอื่นๆ ของเครื่องยังเหมือนกับเครื่องตัดลวดความเร็วสูงอีกด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องตัดลวดความเร็วต่ำ เครื่องตัดลวดความเร็วสูงแบบลูกสูบยังคงมีช่องว่างที่สำคัญในตัวบ่งชี้ทางเทคนิคที่สำคัญ เช่น ผลผลิตโดยเฉลี่ย ความแม่นยำในการตัด และความหยาบของพื้นผิว เพื่อแก้ไขช่องว่างเหล่านี้ ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ผู้ผลิตเครื่องตัดลวดแบบลูกสูบความเร็วสูงในประเทศหลายรายได้แนะนำเทคนิคการตัดแบบหลายชั้นสำหรับเครื่องตัดลวดความเร็วสูง (โดยทั่วไปเรียกว่า "เครื่องตัดลวดความเร็วปานกลาง") "การตัดลวดความเร็วปานกลาง" ไม่ได้หมายถึงความเร็วของสายไฟระหว่างความเร็วสูงและต่ำ แต่หมายถึงเครื่องตัดลวดแบบคอมโพสิตที่ใช้การตัดลวดความเร็วสูง (8–12 ม./วินาที) สำหรับการตัดหยาบและการตัดลวดความเร็วต่ำ (1–3 ม./วินาที) สำหรับการตัดที่แม่นยำ วิธีการนี้ทำให้การทำงานมีเสถียรภาพ ลดการสั่นสะเทือน และลดข้อผิดพลาดที่เกิดจากการเสียรูปของวัสดุและการสึกหรอของลวดทังสเตน ซึ่งนำไปสู่คุณภาพการประมวลผลที่ดีขึ้น

 

ดังนั้น "การตัดลวดความเร็วปานกลาง" จึงเป็นการปรับเปลี่ยนเครื่องคายประจุไฟฟ้าด้วยลวดแบบลูกสูบที่รวมเอาเทคนิคการประมวลผลด้วยเครื่องลวดความเร็วต่ำบางส่วน ทำให้ได้การตัดแบบไร้แถบและการตัดหลายจุด ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ผู้ผลิตเครื่องตัดลวดความเร็วสูงเกือบทั้งหมดในจีนได้เริ่มผลิตและจำหน่ายเครื่องจักรความเร็วปานกลาง อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าเครื่องตัดลวดแบบลูกสูบบางรุ่นไม่สามารถตัดหลายครั้งได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือให้ผลลัพธ์ที่ดีโดยใช้เทคนิคนี้ การตัดหลายจุดเป็นเทคโนโลยีที่ครอบคลุมที่เกี่ยวข้องกับความแม่นยำของเครื่องจักร ระบบจ่ายพลังงานแบบพัลส์ ฐานข้อมูลกระบวนการ ระบบขับเคลื่อนด้วยสายไฟ น้ำมันทำงาน และปัญหาอื่นๆ ในกระบวนการอื่นๆ อีกมากมาย ไม่ใช่แค่การเพิ่มระบบควบคุมความถี่ของสายไฟให้กับเครื่องผลิตสายไฟความเร็วสูงเท่านั้น เฉพาะเครื่องจักรที่มีความแม่นยำสูงซึ่งสร้างเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการตัดหลายจุดเท่านั้นที่สามารถตัดหลายจุดและตัดแบบไม่มีแถบได้โดยมีผลกระทบต่อกระบวนการอย่างมาก

 

ดังนั้นผู้ผลิตของเราจึงต้องใส่ใจกับปัญหานี้อย่างใกล้ชิดและดำเนินการอย่างเป็นระบบ เพื่อให้มั่นใจว่าเทคโนโลยีได้รับการนำไปใช้อย่างดีและเป็นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตออกมาอย่างดี บริษัทบางแห่งได้ปรับปรุงความแม่นยำของเครื่องจักรแล้วโดยใช้เซอร์โวมอเตอร์ DC หรือ AC เพื่อขับเคลื่อนบอลสกรูบนชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงความแม่นยำได้อย่างมาก และปัจจุบันบริษัทในประเทศจำนวนมากสามารถบรรลุการปรับปรุงคุณภาพกระบวนการตัดลวดได้อย่างมาก

 

 

 

บทสรุปที่สี่

 

การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้าแบบใช้สายไฟซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของเทคโนโลยี CNC มีบทบาทสำคัญในการผลิตสมัยใหม่ ด้วยการทำความเข้าใจเครื่องตัดลวดประเภทต่างๆ และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในสาขานี้ เราจะคาดการณ์และปรับให้เข้ากับความต้องการที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของการตัดเฉือนที่แม่นยำได้ดีขึ้น และมุ่งมั่นเพื่อโซลูชันที่ยั่งยืนและมีประสิทธิภาพมากขึ้น งานวิจัยนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าเกี่ยวกับภูมิทัศน์ในปัจจุบันและทิศทางในอนาคตของเทคโนโลยีการตัดลวด