【李家同】為台灣加油打氣專欄(216)深孔放電加工

張貼者:2020年9月1日 上午12:50台灣精密工程學會

這次要介紹的是一種特殊的工法,這個工法專門用在加工需要非常細且深的孔穴,像這次口罩不織布製造設備的熔噴口,直徑只有0.15mm(1mm等於1千分之1),但深度卻超過直徑的10倍以上,也就是說,我們要有一種機械可以挖一個直徑只有0.15mm的洞。值得大家高興的是,台灣有一家公司可以設計並製造這種機械,而且行銷到全世界。

 

造成深孔是靠放電加工的,在這邊再次介紹放電加工的原理,請看圖一。

 

 

圖一

 

    假設我們要在工件上挖一個洞,而這個工件的強度非常大,但是洞又要小,這時候放電加工就有用了。我們先要設計一個電極,這個電極的形狀和我們所要挖的洞的形狀是有關的。然後我們設法將電壓加到這個電極上,這時就會使得電極和工件之中產生火花放電,火花放電可以使得工件的材料受到損壞,因此可以形成我們所要的洞,如圖二所示。請注意,我們必須要使用一種絕緣加工液,以保證電極不碰到工件。


圖二

 

    從圖二中,我們可以看出工件上有了一個洞,而這個洞的形狀是我們所要的。我們能夠得到這麼一個形狀複雜的洞,乃是因為電極的形狀是經過特別設計的。要注意的是,電極上一定會有殘渣,所以在加工的過程中,電極必須常常退出,然後將殘渣去掉。當然殘渣去掉是利用壓力到絕緣加工液上的。

 

而深孔放電,電極是使用細長的金屬管,這個金屬管是相當細的,直徑只有0.1mm,這個金屬管內部有一個內管,直徑是0.07mm。所以我們在挖深孔時所用的電極可以說是一條非常細的金屬線。這根金屬線的寬度和人的頭髮差不多,但是裡面是中空的。

 

工件和電極一般不泡在加工液中,而是靠金屬管中噴出絕緣液體,來達成絕緣層的效果。另一個從電極噴出絕緣液的考量是,當孔鑽得深時,液體很難經由工件和電極間的縫隙進入加工區域,當絕緣效果不足,則容易造成短路。為了增進加工效率,通常我們會讓電極旋轉,一是方便排渣,二是當電極直徑和長度相比太小時,容易造成晃動,利用高速旋轉可以減少這個效應。深孔放電加工的示意圖如圖三。

 

 

圖三

 

這家公司能做得比別人好,有下列幾個原因:

 

(1)放電加工必須注意工件的材料,加工時,電壓、脈衝的寬度、絕緣液體的種類等等,都是重要的參數。如果參數用的不對,不可能有好的效果。這家公司成立了二十多年,他們的工程師常常做研究,也很有經驗,因此建立了一個資料庫,可以正確地決定加工時的參數。

 

(2)他們機械的零組件當然是外購的,他們非常重視零組件的品質,不單對每一個零組件有測試的步驟,而且他們會將小的零組件組成一個較大的零組件以後,再測試這個較大零組件的功能。這樣的做法保證機械最後是會很穩定的。

 

(3)所有的組裝都是人工的,組裝是由非常有經驗的技術人員執行的,這些技術人員在公司中受到很高的尊敬,因為不同的技術人員組裝的結果是完全不一樣的。

 

(4)在放電加工的過程中,參數仍然要保持穩定,這是靠控制系統的。也就是說,這家公司的工程師發展了一套電子控制系統,這個系統會知道加工的情形,然後將這種狀況回饋給主機,主機會根據送回的資料確保電壓、脈衝寬度等等的穩定。

 

這家公司最大的特點是,只有一種產品,那就是深孔加工的機械。這種做法使得工程師非常有經驗,乃是採取了一種精益求精的文化,這使得他們的機械可以行銷到35個國家。這不是一件容易的事,舉例來說,對某一種工件,他們必須要用一種非常特別的絕緣液體,而因為用了這種液體,整個機械必須重新設計。

 

我們國家有這種公司是值得慶幸的,因為要有精密工業,就必須有這種公司。我們應該鼓勵而且支持這一類的公司。

 

當然,我們也應該知道放電加工時所用的細金屬線是從日本買來的。希望國人能夠完全自行開發製造這種細金屬線,不要忘記,這種細金屬線裡面是中空的。

Comments