第四代制造金刚石拉丝模具设备 　 迄今为止，用来制造电线电缆的金刚石拉丝模具及其设备，已经经历了四代的变革。 第一代为机械研磨式，采用机械研磨的方式制造和维修金刚石拉丝模具，此方式的效率极低，磨出的模具孔型差，目前已很少采用。 第二代为电子管磁致伸缩式，将电子管放大器提供的电信号，通过磁致伸缩式换能器转换成机械能，用来研磨金刚石模具。此类机型的缺点是磁致伸缩式换能器的转换效率太低，且需要外接循环冷却水对其冷却。设备故障率高，目前使用的厂家不多。 第三代为晶体管压电式，将晶体管电源提供的电信号通过压电陶瓷换能器转换成机械振动，它的优点是压电陶瓷转换效率高，且不需要外加冷却系统。设备体积减少，到目前为止此种机型应用最多，逐步取代老式机械研磨机和电子管磁致伸缩式研磨机，成为拉丝模具制造设备的主流。其缺点包括∶晶体管电路谐波失真大，换能器易产生横振，用此类机型制造天然金刚石微小孔径模具时，金刚石容易破碎和断裂，成品率低。大功率输出时，晶体管易损坏，无法用来制造超大孔径聚晶金刚石拉丝模具。 第四代为精密集成化压电式超声波电火花复合加工技术和设备，由北京市电加工研究所研制和开发。此类机型采用大功率顶级音响集成电路，配以微精电火花电源通过压电陶瓷式钛合金换能器的转换，对金刚石拉丝模具进行超声波、电火花复合加工。它的特点是作为提供超声信号的高保真音响放大器芯片，内部电路功能强大，包含自动增益控制电路（AGC）、温度过热保护电路、负载短路保护电路，具有总谐波失真小、低噪声的优点。钛合金换能器阻抗低、Q值高、内部损耗小、机械强度高、寿命长、性能稳定、转换效率更高。极品音响电路和压电陶瓷式钛合金换能器的结合，产生非常纯正的超声波，绝无杂波与横振。用它加工的金刚石拉丝模具孔型好，表面光洁度高。加工大孔径聚晶金刚石模具时，若配以复合电火花，加工效率倍增。 第四代精密集成化压电式超声波加工机的研制 第四代精密集成化压电式超声波加工机是北京市电加工研究所於1991年底最先研制成功，并很快应用於金刚石拉丝模具制造领域。第一批机器的型号为BDC-50A，研制的目的是为了提高制造天然金刚石微小孔径模具的精度，使基圆度和孔型精度达亚微米级，表面粗糙度达到镜面水平。该技术取得了两项国家专利∶超声波精密研孔机（专利号∶ZL92204278.0）和超声波加工机（专利号∶ZL93205879.5）。 1995年改进机型BDC-50D作为《大颗粒人造单晶金刚石特种精密加工技术》的一部分，即《柔性超声抛光技术和设备的研制和应用》，获得北京市科学进步一等奖。BDC-50系列集成化压电式超声波研磨机已经广泛应用於拉丝模具制造和维修领域，受到用户的一致好评。 第四代系列集成化压电式超声波电火花复合加工机工作原理 图1中，由输出电路采样的反馈信号经频率调节电路选频后送入反　信号处理电路，经处理后送至数字调谐电路，以确定所需超声波的大小，输入到功率放大器放大，由输出电路匹配给超声波换能器，由超声换能器将电能转换成研磨所需的机械振动，一般情况下为每秒2-3万次不等。加工大孔径聚晶金刚石模具时，在模具的整形阶段，可用超声波复合电火花加工，这种复合加工方式可将加工效率成倍提高，当模具在抛光时，关闭电火花，进行超声加工。 第四代机型与第三代机型的比较 图2为晶体管压电式超声波加工机工作状态下，加在压电陶瓷换能器的电压信号。可以看出波形有明显失真，除基波成分外还有其他高次谐波成分，这就是换能器产生横振的原因。 图3 为集成化压电式超声波加工机工作状态下，加在压电陶瓷换能器的电压信号。通过图3与图2电压波形的比较，从图3可看到电压波形是单一频率的正弦波，没有谐波失真，所以换能器产生的超声波非常纯正，没有横振。 小功率型第四代精密集成压电式超声波加工机BDC-50F BDC-50F精密集成压电式超声波加工机是BDC-50系列的最新改进机型，该机主要加工孔径在Φ2.0mm以下的各种类型金刚石拉丝模具。它的柔性加工特性适合加工天然金刚石和大颗粒人造单晶金刚石微小孔径拉丝模具，另具有以下特性∶ - 超声波电源采用顶级音响集成电路，具有自动增益控制、温度过热保护、负载短路保护、信号躁声控制功能，其总谐波失真小于0.01%； - 超声换能器采用增强型压电陶瓷结合钛合金变幅杆，且换能器系统全部封闭，内装冷却液，外壳采用散热结构，不用另加散热风扇，保证超声频率的稳定输出； - 超声波输出大小采用数字电位器调节，性能可靠，使用寿命长，并具有断电记忆功能，操作十分方便； - 采用薄膜轻触开关面板，外观精美，性能稳定，操作方便； - 采用四位可预置数字式倒计时显示计数器，定时精度高； - 磁悬浮式工作台的压力柔和，无机械共振，加工极小孔径的模具也不会断针； - 机械结构设计精密，工作台端跳，径跳小于0.005mm，旋转、摇摆平稳，灵活； - 主要技术指标∶超声波输出功率0-50W，超声波中心频率30.0KHz，频率跟踪范围28.0KHz-32.0KHz，加工表面粗糙度Ra<0.01钛，定时范围1秒- 1小时。 大功率第四代精密集成压电式超声波电火花复合加工机BDDC-250F 近年来，有些国家已能生产直径大於50mm的聚晶金刚石胚料，对加工孔径大於10mm的拉丝模具需求越来越大。BDDC-250F系列集成化压电式超声波电火花复合加工机采用超大功率顶级音响集成电路，并配以微精电火花电源通过压电式钛合金换能器的高效率转换，对金刚石拉丝模具进行超声波电火花复合加工，使加工效率大大提高，达到晶体管电源无法达到的效能。以该机为用户加工定径Φ25mm的聚晶金刚石拉丝模具，受到一致好评。 BDDC-250F集成化压电式超声波电火花复合加工机的主要技术性能指标如下∶ 超声波输出功率∶0-300W 超声波中心频率∶20.0KHz 频率跟　范围∶18.5KHz-21.5KHz 加工材料∶聚晶金刚石及硬质合金 加工孔径∶1.0mm-25.0mm 加工表面粗糙度∶Ra<0.01微米 工具头长度∶75-160mm 定时范围∶1秒-59分59秒 工作台端跳∶<0.01mm 工作台径跳∶<0.01mm 北京市电加工研究所 刘伟志 刘岩波

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