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国际上主要电火花研究机构和技术中心

国际上主要电火花研究机构和技术中心
原文地址 http://www.bypaper.com/listart/123.html


有关电火花的广泛研究和活动
尽管电火花加工曾经被认为是非传统加工过程,但是电火花在世界范围内许多工业方面已经取代了钻孔、铣削、磨削和其它传统加工方法。尽管50年以前的早期它是“tapbusting”的方式,但是电火花已经发展成为最先进加工技术之一。现代电火花加工设备运用先进的计算机数字控制,可达六轴同时工作和不同的电源技术。这些能够作为一面镜子高精度完成加工。
来自世界顶尖研究所和研究中心主要的电火花建设者和研究者雇佣的许多专业工程师通过共同努力实现了电火花技术的巨大先进性。这篇报道为学者、研究所的发展、专职社会和世界范围内对电火花的先进性不断做出贡献的其它组织提供了研究纲要。
加工技术的转变
根据联邦实验协会调查,从政府、私人研究中心到工厂有许多带来技术转变的渠道。以下就是不同加工技术应用的抽样调查:
1.工业和实验室之间合作性研究项目。
2.车间、研究会和简报。
3.独家的/非独家的许可。
4.工厂为工作设备设立实验室进行赞助性研究。
5.咨询实验室人员。
6.实验室和工厂贸易为了相互的利益,职员交换任务。
7.在一家具体的公司里,实验室设备使用能力不可获知。
8.实验室参观、分享信息并讨论技术上的问题。
9.出版社和其他的印刷文献。
10.工业成员与那些和实验室相关的组织联合在一起。
如项目 9 和 10 所定义的,电火花技术转变(EDMTT)的目的之一是从有关电火花项目的研究中心提供技术或信息源,而且使这些可得信息有利于电火花过程的任何一个环节。由电火花转变技术出版的一个参考信息是电火花技术专栏系列,它包括由大学、电火花制造业者和其它世界各地技术研究中心提供的电火花技术报道。
国际的和国内电火花参考和讨论论坛
为讨论电火花研究和发展建立一个论坛,并且为基本指导课程和先进的电火花技术提供帮助,一些技术社团和其它组织已经建立了关于电火花的国际或国内参考。
日本
·日本电力切割工程师社会(JSEME)
尽管JSEME有四十年的历史,但在研究、发展和传播电火花以后,它在日本已经有了优越的组织和驱动力。日本所有主要的电火花建设者和大学的电火花研究员在电火花年度会议上将最近的电火花研究和发展,用技术报告呈现出来。在JSEME, “所有的日本会议”于1994年十月召开,呈现了三十五个新的电火花报告,包括三菱、Sodick、Makino、日立的最新研究和日本大学建立的首要研究中心。
日本电力切割工程师团体的杂志是官方出版社,它提供关于日本电火花工业最新的技术信息。
教授 Yasuo 的一个最近公告指出,Kimoto ,JSEME 的现在总统, 社会将会
调整为一个新的 “电力切割的国际杂志”(IJEM)。IJEM的目的是:1) 传播电力切割方法领域最新的科学和科技的新闻,2)交换电力切割用于实践中的经验,3)告知最近的状态和建议将来的发展方向。IJEM 社论董事会成员包括从三菱、 Sodick和日本首要研究中心的代表,也包括非日本人成员。
美国
·制造业工程师的社会 (SME)
SME 赞助一个年度电火花的临床讲义和一个基本课程。
·机械工程师的美国社会 (ASME)
·1985 年开始, ASME的生产工程学在年度冬季会上,把电火花作为一个主要的讨论项目,召开了一个关于非传统加工的会议。
·现代的机械工场/贾德纳管理
1989 年开始,现代机械工厂杂志和贾德纳管理服务赞助了最近的电火花会议和在美国的展览会。EDMTT 参加了所有的会议。
·国内研究标准和技术 (NIST)
在商业的美国部门之下组织在美国贸易技术管理组织下,NIST就“先进材料的加工”问题举行了会议,并列举了使用电火花的技术信息。
国际的
六十年代开始,“生产工程学研究的国际研究所”为“电加工座谈会”(ISEM)的国际代表团,即世界主要的电火花生产商和研究员进行了调整。生产工程学研究的国际研究所如CIRP一样正式地被大家接受,这代表了“国际学院培养的IEtude 科技生产机械学”。ISEM 已经是一个电火花、激光、ECM和其它高科技加工技术信息的交换论坛。ISEMXI将会在瑞士举行,它的主题范围包括电火花处理过程和物理学、电火花机械学、电火花科技、电火花控制和电火花应用。
EDM 研究和发展中心
虽然电火花只是全世界工业总的加工工具的一小部分,但全世界范围内的关于电火花研究和发展的实验室在近几年内飞速增长。很多技术中心在主要的电火花建设者的集资下或通过政府研究部门的集资,越来越多的电火花研究项目得到更深入和更好的组织。一些电火花制造商为资金有限的大学捐赠了机器,这为将来的工程师获得亲自参与、理解电火花过程的能力提供了帮助。
下列机构已经建立了电火花研究和发展项目。他们只代表了全世界致力于电火花科学技术先进性的实验室的和研究工程的一部分。除了为主要的电火花制造商设立的先进研究实验事工作之外,也为那些对电火花工业的将来发展有直接作用的研究所工作。
美国
·非传统的制造业研究中心,内布拉斯加-林肯大学
在教授 K. P. Rajurkar的指导下,美国建立了一个研究所,它是全世界电火花和其它高科技加工的学术研究和实验领导中心。先进制造过程的课程的教学覆盖了一系列主题,为深入研究电火花技术的学生提供了帮助。除电火花技术之外,大约覆盖了30个其他的先进制造业加工过程。下列各项课程在一定水平上为这些研究提供一个摘要:
课程名称: 先进的制造业加工(IE 970 )
描述: 先进的制造业加工为多种材料制造复杂的形状提供另一选择(或有时称为替代选择)。这课程能够处理从基本操作到将这些先进过程整合为一个复杂的制造系统。包括电火花加工(EDM)、电化学加工(ECM)、激光加工(LBM)、磨料喷射加工(AJM)、电化学电弧加工(ECAM)、电子束焊接等等,这个课程大约覆盖有三十一个非传统制造加工。在先进制造加工的文章中,覆盖了以下主题:
1.机械装置加工,靠模切和模拟
2.表面轮廓
3.工具设计,电脑辅助设计
4.加工工具相关的设计
5.适当的控制
6.专家系统,神经网络,模糊逻辑应用
7.CIM 环境整合
8.应用
9.环境的和安全问题
除了课程之外,也需要电火花沉淀和电火花线切割实验项目。
以下所列清单项目为内布拉斯加的大学非传统加工研究中心的过去和将来的电火花研究工作提供了一个纲要。
过去两年计划
·电火花运行时,电极的低温处理的效果
这个计划尝试研究电火花运行时,工具电极的低温处理效果。在俄亥俄州的公司,工件材料和电极的低温处理是由PRM碳化物完成的。在低温处理时候,材料在77K温度24小时冷却到周围环境的温度。已经完成了正确对待已处理的金属线和未处理的金属线的WEDM实验。实验时发现,低温处理金属线,使金属线破坏的危险性减小了30%。关于电火花沉淀和WEDM的实验性工作一直在继续。
·复晶体金刚石的电火花线切割(PCD)
已经实行的一项实验性研究决定了WED加工过程在运行时参数设置的效果。WEDM 运转在切削材料的不同层面时,在工作件中,像 PCD和WC这样的材料,是由实验和理论共同决定的。热应力的数学模型一直在继续,它理论上解释了基于Stefan数学问题的金刚石晶粒机械切削。
·铍铜合金的WEDM
这个计划的主要目的是发展一个在 WEDM 的时候,为不同硬度的铍铜合金选择最佳加工参数设置的而设立的数据库。这个计划由Charmilles Robofil 100机器引导。机器设定和切削特点之间的关系如同加工速度、表面粗糙度、切削余量一样,都是由实验决定的。机器参数设定需要知道周期、当前状态、脉动持续时间、功率、金属线速度、金属线拉力和金属材料。最佳化参数设定有两个目的,也就是取机制速度最大值和取表面光滑最大值。对于两者标准的输入参数数据库正在发展。
·使用分开电极放电方法排泄分布电火花沉淀的研究
这个计划的主要目的是研究加工参数(峰值电流和瞬时脉动)和火花特征的闪烁方法的影响,如加工间隙之间的闪烁效率和几何分布。峰值电流和瞬时脉动使加工间隙的环境改变导致闪烁效率和几何分布。一种火花探视系统的新方法用于获得火花数据。完整的工具被分为许多小部分去识别不同间隙不同领域的每一个电火花。火花探视科技方法在不同的加工环境下,还能够有效地用于发现加工的效率。
·电火花沉淀模的自适应控制系统
电火花沉淀过程的电弧损害减少了加工效率、降低了加工表面质量和提高了加工成本。这个项目的主要目的是为电火花提高加工过程的稳定性、避免电弧损害和增加加工效率,开发自适应的控制系统。在这个项目中,已经发明了数字化电火花间隙监测,用于精确地探测间隙所隔时间效率,包括间隙开始、常态火花、短暂的电弧、稳态电弧和短路。图1所示为监视器的线路线图。这个系统的独有特征是高频率(HF)的监测技术,它不仅监测当前的电弧损害,而且也监测瞬时电弧视为电弧损害的预测信号。HF探测是所有EDM电弧损害探测技术中最容易实现的方法。一个自适应的控制系统和电火花自动调节管理的参考模型已经建立了。这些自适应的控制系统经过电火花间隙监视器和时实控制伺服来监测间隙参数。拥有这些系统,在条件差的电火花加工环境下,生产率都能得到50%的提高。一个使用了PI自动调节方法的电火花自动调节监视器已经发展成为三菱 K35 ED 机器。这个系统能够根据电火花探测间隙参数自动地调节主轴周期缩进的周期时间。电弧损害能够完全地避免,而且与人工设置跳跃周期相比,生产率提高50%。
·先进电火花线切割控制系统
在 WEDM 加工过程中,金属线破坏减少加工效率。这个问题由沿着金属线的密度高功率所引起的,这被视为电火花频率和工件高度决定的电火花分布长度的比例。在大多数WEDM设备里,电火花频率不能时实监视、控制和最佳脉冲时间,从而不能根据制造者提供的数据库,决定给定高度工件的电火花频率。这个计划的主要目的是发展一个先进的WEDM监测和控制系统,它能够时实监测工件高度的变化和把电火花频率控制在一个最佳水平。最新发明的控制系统包括数字式电火花频率监视器和拥有电源和伺服系统控制的PC主控制器。PC时实监控电压、电火花频率和根据工件高度工作台自动进给。这个系统将工作台进给控制在最佳速率,并且根据工件高度时实调整脉冲将电火花频率控制在最佳水平。电火花频率总是根据安全性和高效率来进行调整,而且能够根据高度变化而变化,从而避免了金属线损害,维持了最佳切削速度。如图2所示为切削工件时,在这个系统的控制下,根据高度变化而时实记录的数据。高度识别误差为1mm,随高度变化的识别反应误差为1秒。拥有这个控制系统使数控编程的生产者和机器操作员的工作简化,在切削多种高度的工件时,机器操作员不需要将工件高度数据输入到机器中,而且也不必将电源设置命令输入数控程序中。
附属于先进材料的电火花磨削的内布拉斯加-林肯的大学的未来计划
先进材料的机械磨削,包括可导电的陶器、烧结碳化物和多晶体金刚石(PCD),由于它们的高硬度和高韧性 ,机械效率非常低。电火花加工提供了一个有效的加工先进材料的方法。然而,由于电火花加工而造成的表面重铸层和微裂痕,表面质量非常低。这个计划的目的是发展电火花磨削加工(EDG),配有机械研磨作用的设备提高放电环境和切除加工先进材料时的损毁层。如图3所示的加工过程。这个加工方法是使用焊有金刚石的金属磨轮作为电极。在加工时,磨轮电极高速旋转,电火花在工件与电极之间间隙释放,加工间隙由电火花伺服系统控制。初步的实验研究表明研磨作用不仅能够提高电火花的表面质量,而且能够通过有效地切除腐蚀层和微粒子和提供高速的常态放电比例与更好的加工稳定性来提高放电间隙的条件。
·先进的时实电火花沉淀的监测和控制系统
因为石墨电极具有比较高的机械效率和容易制造,所以它在美国的电火花沉淀操作中应用比较广泛。在有石墨电极的电火花中,电弧损害经常发生,而且很难避免。这个计划的主要目的是电火花沉淀在使用石墨电极时,发展一个先进的监测和控制系统。在这个计划中,可获得先进的和商业化的数字式电火花监视器,它将被发展成为监测间隙状态间的时间比。神经网络技术将会用来分析由电火花监测系统得来的间隙电压、当前信号和间隙状态的数据。神经网络和模糊逻辑的识别系统在石墨电极的电火花加工过程中,将会发展成能够预测电弧损害的系统。先进的控制系统将会发展为时实控制放电电源、电极工具的自动转换和伺服系统。
·先进材料的电火花电源
当使用电火花加工耐高温材料时,包括钨碳化物、导电陶器、PCD和PCB等材料,放电波形很大程度地影响加工运转过程。大多数通过商业可获得的电火花电源仅仅提供方形放电电流脉冲。但是,使用方形放电脉冲,高温能量不能够高度集中,因此,许多先进材料包括钨碳化物和导电陶器的材料切除率非常低。这个计划被建议发展成为一个电火花脉冲触发器,提供特殊的放电波形以适合先进材料的加工。所建议的脉冲电源标准将会发展成为比商业上的电火花电源拥有更广的峰值电流和电压变化范围,提供 RC脉冲控制的晶体管和多水平波形。计算机能够对放电波形编程和选择不同的脉冲参数。不同材料和加工设备有最佳的波形,将通过热模型的理论研究和对先进材料电火花过程的分析决定波形。
·加州/戴维斯大学
一些电火花研究领域中,包括(但是不仅仅是)先进的电火花控制系统,目的在于增加生产,减少操作注意事项和WEDM上的金属线破坏的研究。
·德克萨斯A&M大学
电火花的难点在于对加工材料的研究,如钨碳化物/钴合成、钛合金和其它陶器合成材料。
·田纳西州科技大学
电火花加工的陶瓷材料。
日本
·工业科学研究所,东京大学
在教授T. Masuzawa的指导下,这个研究所被誉为日本领导级电火花研究所。它们的研究涵盖了所有的电火花领域,包括:高的表面质量、微加工的金属线电极放电磨削(WEDG)、摩尔电火花、电火花闪烁的研究、微孔电火花和其它范围的电火花研究。
工业科学研究所、日本科技研究所和Toyama大学联合在一起研究和发展直接的或粘有金刚石的金属磨的电火花加工。这种方法生产与普通的磨轮方法相比,有较高效率的磨削和较低的磨削力。
最近工业科学研究所出版的研究有一篇报导,是关于微孔电火花电极使用压电平移装置的发展。他们也发展了3轴数控微电火花,它能够生产出表面精度高达0.1毫秒。
另外的最近报告报道了在加工不同种类型的碳钢时,铜电极金属线的比例研究。据了解电极金属线比例很大程度上不仅受结构的影响,而且也受包围电极的碳层质量的影响。如果有电极表面产生足够厚度的碳层,较低金属线比例就能很容易实现。
·科技大学Nagaoka
最近一些研究工作(也和丰田技术学院连同日立生产公司一起研究)有一项关于绝缘体陶瓷的电火花模型的有趣报道。除了有限的电火花方法外,通常只有具有导电性能的陶瓷材料才能用电火花加工。因此,研究者正在研究最近已经发明的使用标准电火花加工的深孔加工和绝缘陶瓷的切削加工方法。
·日本技术研究所
加工中心调查电火花沉淀运行的可能性以减少制造压铸模所需的加工时间。
·大阪县工业科技研究所
?最近大部分工作包括表面整体性研究,它帮助电火花表面实现高性能、抗腐蚀和抗磨损。早期的工作包括变压器联结线路的发展,用来稳住WEDM的电解效果。
·应用力学的研究所,Kyushu 大学
陶瓷材料的加工和陶瓷金属合金的发展,使用电火花增加黏结强度,减少残留应力。
·丰田技术学院
通过日本电火花制造业者的联合努力,他们过去的研究在电火花的电介流体中使用硅粉、铝粉和石墨粉,增强电火花表面光滑度,使其像一面镜子一样光洁,这是最早的彻底研究。通过悬浮粉末释放电流的分散,他们早期的研究使加工表面精度达到0.8微米甚至更高,但加工时间明显下降。现在一些电火花制造业者在电火花沉淀和线切割中提供一个粉状混合物电介体系统。
最近丰田技术学院的大部分工作包括微孔电火花、碳在电火花电极上沉淀的研究、绝缘陶瓷的电火花加工和电极磨损研究。
·Toyama县大学
最近出版的研究中含一个报告,它是关于WEDM的金属线弯曲和它如何影响加工精度的研究。金属线变化是用光学纤维来测量,正在研究一项电火花脉冲对金属线的力学作用的调查。
Toyama大学通过和三菱电力的联合努力,最近完成了另一项计划,它尝试对电火花线切割温度分布的测量。尽管WEDM由于加工过程中的金属线破坏,最大切削速度受到限制,然而知道金属线的真实温度对于WEDM加工速度的发展是很重要的。金属线温度分布是通过WEDM释放的电流和电压测量的。资讯科技发现释放浓度仅仅发生在金属线被破坏之前,因此释放浓度可以作为金属线破裂的主要原因。结果也表明平均的金属线温度在100℃左右。
·冈山大学
最近的旋转圆板电极研究为MRR提高深槽加工能力。钛、英高镍和铜合金材料等的其它研究。
·Yamagata 大学
有关氧化物-超导体的陶瓷的电火花研究。
欧洲
·技术转变公司(英国伯明罕)
TransTec把车辆作为大学和其它工业制造业研究所来研究、发展和销售先进技术。科学和商业计划已经在TransTec与伯明罕、爱丁堡和诺丁汉之间建立。
TransTec的研究和发展集中在下列三个有名的产品种类和控制技术领域内:
1.电火花加工
2.电化学加工
3.电火花质地
产品含:
柔性加工单元拥有多轴电火花、电火花质地加工、电火花无线电电波频率自适应控制、电火花数控自适应控制、Ram-type电火花和自适应控制系统的数控电火花钻孔加工。
·Leuven天主教大学 (比利时)
这所大学进行电火花研究已经有20多年了,它于1973年由Van Dick开始电火花的基础数学分析。
CUL研究员和Charmilles技术合作,于70年代开始一直延续到现在。
CUL过去的研究包含:
·金属线和电火花沉淀加工/脉动分析
·电火花线切割的最优化自适应控制即时实自适应控制策略,在不破坏金属线的情况下,发展成为最佳切削速度。
·WEDM几何精度方面的研究
·WEDM 金属线破坏方面的研究
·通过Charmilles 技术(瑞士)的支持,他们也发展了一个广大电火花最优化策略,时实识别从表面粗糙加工到光滑的加工步骤,它对电火花加工时的精密度和表面粗糙度是否一直处于最可能的MRR状态进行监控。
·人工智能化应用
CUL最近的大多数电火花研究工作包括:
·电火花的计算机辅助加工计划和制造
研究计划的目的是使CAD/CAM和电火花加工成为一个整体。整体包括特征模型单元的发展、CAPP(计算机辅助过程规划)单元的发展、CAM-EDM单元(计算机辅助制造业)和数控传递过程。在这项研究工作中,已经定义了新的特点去完全或部分地描述电火花加工工件。
·电火花加工热效应的金属结构学调查
此研究是为了更好地理解HAZ的金属结构和微结构特征,从而提高加工表面质量。这个研究有两个主要的应用领域:
1.暴露在外的工具的冲击、弯曲和拉力。当前的研究尝试发展新的电火花电源,并定义最佳加工和触发设置,以便于完全去除电火花加工过程中的白色层。
在 EDM 程序的时候。
2.暴露在外的工具的磨料磨损和化学磨损。当前的研究尝试利用白层的优点(硬度、耐化学腐蚀)当作一层保护膜。这个研究需要Agie 和 Charmilles 技术的合作。
·加工刀具和生产工程学研究所与生产技术Fraunhofer研究所(德国)
·电火花加工的电抛光铸模和压铸模。
·水库电介质锻造模的研究。
·电火花加工后的陶瓷性能。
·半导体材料的电火花加工。
·超级先进的电火花加工和提高工具生产的涂料科技。
·电火花线切割抛光。
·Linkoping大学(瑞典)
为了监视电火花加工过程中的放电位置,发明了一个系统广泛地分析电火花加工过程。这个方法的使用是基于火花释放的能量转化为工件中的超声波脉冲这样一个猜想。
·Dundee大学(Dundee,苏格兰)
早期在高频率AC源的使用上,和三菱电力公司的共同合作(日本名古屋)实现WEDM的亚微米表面光洁度。
·布加勒斯特工艺学院(罗马尼亚)
为了实现较高性能的电火花加工,研究通过冷却含氟利昂和氮的电极来改变电极材料的性能。
·技术学会 (布达佩斯,匈牙利)
电火花加工沉淀的计算机辅助规划。
·中央机械工程学会(保加利亚)
WEDM自适应控制系统的研究。
其它电火花加工研究中心
·实验性研究加工刀具研究所工(俄国莫斯科)
电火花加工伺服系统控制的研究和电极轨道运动金属切除率效果的研究。
·印度统计学会 (印度班加罗尔)
通过Taguchi原则统计分析的WEDM最佳化加工。
·电加工技术研究所(中国北京)
WEDM多种研究和电火花加工过程中物理特性的调查。陶瓷、PCD、碳化硅综合使用超声波和高频率电火花实施轮磨和抛光。
·Iskra设计和技术办公室(Ufa,俄国)
电火花加工方法的柔性制造系统的发展。
·新加坡国内大学(新加坡)
刀具钢电火花表面探测的研究。
·深圳大学(中国深圳)
与上海交通大学(中国上海)一起,为提高WEDM的加工稳定性和加工效率共同研究模糊控制系统。
·苏州电火花加工刀具管理研究所(中国苏州)
电火花加工形成黏结金刚石的磨轮。
·国防科技大学(长沙,中国)
关于电火花加工的模糊认识和模糊控制系统的研究和发展。
·哈尔滨科技大学(中国哈尔滨)
WEDM自适应控制技术上的研究。
南京航空航天大学(原文中没有,我添加的)
结论
这些所列举大学的研究计划只是全世界电火花加工技术研究结果的一小部分。美国正在进行的电火花研究工作的数量被认为在其它国家之后,如果工业和政府为研究和其它计划提供资金加入更多先进技术的积极兴趣,那么美国将会扩张研究数量。
通过全世界的大学和研究所的电火花制造业者和研究者先进的研究和发展集体的共同努力,电火花加工将会朝更高水平的机器运转和能力方面继续发展。这些一直持续的计划将会产生更高机械性能、更高精密度和更高表面光洁度的电火花加工技术,为全世界加工刀具工业提供与其它加工方法无法相比的独一无二的加工。
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