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中走丝

DF1A线切割编控系统是基于 Windows XP平台的线切割编控系统,是线切割领域内的CAD和CAM系统的有机结合。DF1A线切割编控系统是慢走丝线切。现东方数控基DF1A线切割编控系统开发用在中走丝编控系统。

首先,中走丝、慢走丝、快走丝都是指的电火花线切割机床。电火花线切割机(Wire cut Electrical Discharge Machining简称WEDM).

中走丝也是电火花线切割机床的一种,工作原理是利用连续移动的钼丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。其加工工件的质量介于之间所以叫做中走丝,准确的说:中走丝是快走丝的升级产品,可以理解为:能多次切割的快走丝,但它的加工切割速度并不比快走丝慢,反而要高于快走丝,只有在多次切割的过程中才降低切割速度已达到切割的效果,此时计算的是平均效率,并不是最高效率,而加工的质量也趋于慢走丝。走丝速度由系统自动控制,可以根据需要进行调节。

具备多次切割功能(和慢走丝线切割工作原理相同),在加工的时候,控制系统将根据编制程序自动调节加工参数(高频的脉宽、脉间、功率管数量及走丝速度),并且,在加工同时也可人为更改加工参数,进行适当调节。

中走丝在保留快速走丝线切割结构简单、造价低、工艺效果好、使用过程消耗少等特点的基础上,引用国际上精密模具加工设备的先进理念及慢走丝多次切割技术,并且对机床硬件进行升级,提升机床精度的同时也提高了机床的稳定性。该机比快走丝更人性化,便捷化,适用范围更广。所以中走丝给模具行业带来了一个革命,大大改善了原来快走丝加工质量差的弱点,同时很大程度上降低了模具制造的成本!中走丝--快走丝的价格,慢走丝的品质!

什么是中走丝线切割,中走丝电火花线切割机(Medium-speed Wire cut Electrical Discharge Machining简写MS-WEDM),属往复高速走丝电火花线切割机床范畴,是在高速往复走丝电火花线切割机上实现多次切割功能,被俗称为“中走丝线切割”。中走丝技术在这里指出,所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间,而是复合走丝线切割机床,即走丝原理是在粗加工时采用高速(8-12m/s)走丝,精加工时采用低速(1-3m/s)走丝,这样工作相对平稳、抖动小,并通过多次切割减少材料变形及钼丝损耗带来的误差,使加工质量也相对提高,加工质量可介于高速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说,用户所说的“中走丝”,实际上是往复走丝电火花线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术,并实现了无条纹切割和多次切割。中走丝技术在实践中得出,在多次切割中第一次切割任务主要是高速稳定切割,可选用高峰值电流,较长脉宽的规准进行大电流切割,以获得较高的切割速度。第二次切割的任务是精修,保证加工尺寸精度 。可选用中等规准,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm之间。 第三次、第四次或更多次切割(目前中走丝控制软件最多可以实现七次切割)的任务是抛磨修光 ,可用最小脉宽(目前最小可以分频到1μs)进行修光,而峰值电流随加工表面质量要求而异,走丝方式则像第二次切割那样采用低速走丝限速进给即可。中走丝技术在加工过程中,多次切割还需注意变形处理,因为工件在线切割加工时,随着原有内应力的作用及火花放电所产生的加工热应力的影响,将产生不定向、无规则的变形,使后面的切割吃刀量厚薄不均,影响了加工质量和加工精度。因此需根据不同材料预留不同加工余量,以使工件充分释放内应力及完全扭转变形,在后面多次切割中能够有足够余量进行精割加工,这样可使工件最后尺寸得到保证。

中国特有(除中国内地,没有任何国家和地区生产该类机床的厂家)的高速走丝电火花线切割机(WEDM-HS),由于结构简单、造价低、工艺效果好,加上使用过程消耗少,自上世纪六十年代末被研制成功之后就得到飞速发展,现已成为制造业中一种必不可少工艺装备。至2004年底,全国年产量已超过3万台,约占世界电火花线切割机总产量的70% 。中走丝技术在这里指出,但由于其加工质量问题未得到有效解决,而随着国外生产的低速走丝电火花线切割机(WEDM-LS)技术水平的不断提高,模具工业的发展,曾令中国人感到自豪的中国特有的WEDM-HS,如今却陷入难于发展的困境。已难于满足模具发展需要。

为了满足用户需要,我公司在保留快速走丝线切割机床结构简单、造价低、工艺效果好、使用过程消耗少等特点的基础上,引用国际上精密模具加工设备的先进理念及慢走丝多次切割技术,开发了能实现多次切割的智能化系统中速走丝电火花线切割机(WEDM-CS)。该机比快走丝更人性化,便捷化,适用范围更广。被越来越多的厂商所青睐。用户普遍反映这种线切割机的加工质量比较好。我公司生产的 “中速走丝”,不仅电极丝移动速度介于“高速”与“低速”之间,而且加工质量高于“高速走丝机”,并逼近低速走丝机。但由于中走丝是近几年才开始,所以很多对中走丝加工工艺还不熟悉。现结合多年的生产实践,针对中走丝切割机床编程与操作加工过程中所出现的问题及遇到的困难,总结了几点工艺处理方法和加工操作方案(仅供参考)

值得注意的是,经过近几年的推广与普及,国内几乎所有生产高速走丝电火花线切割机床的厂家都在生产及销售中走丝,但最终表明不是所有的往复走丝电火花线切割机都能进行多次切割,或者说不是所有的往复走丝电火花线切割机采用多次切割技术后都能获得好的工艺效果。多次切割是一项综合性的技术,它涉及到机床的数控精度、脉冲电源、工艺数据库、走丝系统、工作液及大量的工艺问题,并不是简单地在高速走丝机上加上一套运丝变频调速系统即可实现的,只有那些制造精度高,并在诸方面创造了多次切割条件的往复走丝电火花线切割机才能进行多次切割和无条纹切割,并获得显著的工艺效果。中走丝技术中,因此我们的生产企业必须充分注意到这个问题,一定要按系统工程来做,真正把这一技术用好,把这一产品做好。如已有一些企业为进一步提高机床本体精度,X、Y坐标工作台采用了直流或交流伺服电机作驱动单元直接驱动滚珠丝杠,同时采用了带螺距补偿功能的全闭环控制,可以利用数控系统对机床的定位精度误差进行补偿和修正。在保证精度的前提下,减小因长期使用而导致的加工精度下降,延长机床的使用寿命。运丝系统方面采用特殊(大多数采用金刚石)电极丝保持器,保持电极丝的相对稳定,减小加工过程中电极丝的张力变化。冷却系统方面改变常用的粗放冷却方式,采取多级过滤并对介电常数等关键参数加以控制,确保精加工的顺利进行。控制软件方面提供开放的加工参数数据库,可以根据材料的质地、厚度、粗糙度等条件选择对应的加工参数。相信经过我们的努力,多次切割技术将会更加完善,往复走丝电火花线切割加工技术也将得到更好的应用和发展。

它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件, 例如模具的凸模、凹模。它是在电火花穿孔、成形加工的基础上发展起来的。它不仅使电火花加工的应用得到了发展,而且某些方面已取代了电火花穿孔、成形加工。线切割机床已占电火花机床的大半。

中走丝线切其工作原理: 绕在运丝筒上的电极丝沿运丝筒的回转方向以一定的速度移动,装在机床工作台上的工件由工作台按预定控制轨迹相对与电极丝做成型运动。脉冲电源的一极接工件,另一极接电极丝。在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且喷洒工作液,电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙,连续不断的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件。 中走丝技术在这里指出,“中走丝”电火花线切割机比快走丝电火花线切割虽加工质量有明显提高,但它仍然属于高速走丝电火花线切割机的范畴,切割精度和光洁度仍与低速走丝机存在较大差距,且精度和光洁度的保持性也需要进一步提高。“中走丝机”具有结构简单、造价低以及使用消耗少等特点,因此也有其生存的空间,执行的标准仍然是高速走丝机的相关标准,因此生产企业在对用户的宣传上要注意,一定要实事求是。

中走丝线切割加工能正常运行,中走丝技术指出必须具备下列条件:

1. 钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙,间隙的宽度由工作电压、加工量等加工条件而定。

2. 要求较高绝缘性是为了利于产生脉冲性的火花放电,液体介质还有排除间隙内电蚀产物和冷却电极作用。钼丝和工件被加工表面之间保持一定间隙,如果间隙过大,极间电压不能击穿极间介质,则不能产生电火花放电;如果间隙过小,则容易形成短路连接,也不能产生电火花放电。

3. 必须采用脉冲电源,即火花放电必须是脉冲性、间歇性,图1中ti为脉冲宽度、to为脉冲间隔、tp为脉冲周期。在脉冲间隔内,使间隙介质消除电离,使下一个脉冲能在两极间击穿放电。

中走丝线切割机床的工作环境的一些相关注意的事项

1.选择没有粉尘的场所,避免留众多的通道在线切割的旁边;

(1) 线切割放电机器之本身特性,其空气中有灰尘存在,将会使机器的丝杆受到严重磨损,从而影响使用寿命;

(2) 线切割放电机器属于计算机控制,计算机所使用的磁盘对空气中灰尘的要求相当严格的,当磁盘内有灰尘进入时,磁盘就会被损坏,同时也损坏硬盘;

(3) 线切割放电机本身发出大量热,所以电器柜内需要经常换气,若空气中灰尘太多,则会在换气过程中附积到各个电器组件上,造成电器组件散热不良,从而导致电路板被烧坏掉。因此,机台防尘网要经常清洁。

2.选择能承受机床重量的场所;

3.选择没有振动和冲击传入的场所,线切割放电机床是高精度加工设备,如果所放置的地方有振动和冲击,将会对机台造成严重的损伤,从而严重影响其加工精度,缩短其使用寿命,甚至导致机器报废。

4.满足线切割机床所要求的空间尺寸;

5.选择温度变化小的场所,避免阳光通过窗户和顶窗玻璃直射及靠近热流的地方

(1)高精密零件加工之产品需要在恒定的温度下进行,一般为室温20C;

(2)由于线切割放电机器本身工作时产生相当大的热量,如果温度变化太大则会对机器使用寿命造成严重影响。

6.选择屏蔽屋:因线切割放电加工过程属于电弧放电过程,在电弧放电过程中会产生强烈的电磁波,从而对人体健康造成伤害,同时会影响到周围的环境.

7.选择通风条件好,宽敞的厂房,以便操作者和机床能在最好的环境下工作。

线切割的其它注意事项:

1. 钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙,间隙的宽度由工作电压 、加工量等加工条件而定。

2. 要求较高绝缘性是为了利于产生脉冲性的火花放电,两极间电压不能击穿极间介质。

3. 必须采用脉冲电源,即火花放电必须是脉冲性、间歇性,上图中ti为脉冲宽度、to为脉冲间隔、tp为脉冲周期。在脉冲间隔 内,使间隙介质消除电离,使下一个脉冲能在两极间击穿放电。

中走丝线切割工作液的作用与注意事项:

电火花线切割稳定切割的前提首先必须保证在切割过程中不断丝。而断丝机率主要随着放电能量和切割厚度的增加而加大,即与电极丝在放电通道内所受到的离子轰击、冷却状态及停留时间密切相关。切割的效率和表面粗糙度也与极间冷却与消电离并恢复绝缘状态有关。当采用含有机械油5%左右的乳化液作为工作介质时,切割完毕后观察切割工件表面有两个现象:首先切割完毕的试件是粘附在基体上的,一般需要用力甚至敲击才可以使其与基体脱离;其次切割完毕的试件表面覆盖着胶粘的甚至是粉末状的蚀除产物,需用煤油才能清洗干净。这主要是伴随着放电通道内10000°C以上的高温,工作介质将分解生成大量的高分子化合物并与金属蚀除产物反应生成胶体状或颗粒状物质。这些物质将粘附在切缝内,并主要在切缝出口部位堆积,严重影响电蚀产物的排除,并使新鲜的工作介质进入切缝十分困难。由于两极间不能保证存在不断更新的工作介质,这样将直接影响正常放电的延续甚至是在混有大量胶体物质的间隙内进行的放电甚至产生电弧放电,从而使工件和电极丝表面得不到及时冷却,绝缘状态不正常,造成正常放电比例降低,切割速度降低,工件表面烧伤,换向条纹严重并使得加工质量恶化,同时损伤电极丝,严重时引起烧丝。因此选用乳化液作为工作介质对于极间通道内冷却状态的改善、消电离并恢复绝缘状态均有较大的影响,并且工件愈高,运丝速度愈慢,电极丝在加工区域停留时间将愈长,断丝的机率自然就会增加。而乳化液在放电通道内分解成胶体或颗粒状物质是一种必然的现象,所以使用乳化液作为工作介质必然大大限制切割工艺指标的提高。极间冷却状态的恶化其最直接的结果将导致WEDM-HS必须以十分保守的放电能量换取不断丝的加工情况。

纯净水基工作液的优缺点:

中走丝线切割机床由于纯水基工作液导电率较高,所以在切割过程中具有较强的电解作用,虽然切割出的工件表面十分均匀,但工件表面因为电解作用将导致色泽较暗,这种现象在多次切割时体现的更加明显;

1.纯水基工作液因为没有油性成分,所以一旦挥发后其切割的蚀除产物就粘接在工作台上和导轮周围,清理困难,严重时甚至会将导轮抱死,一旦运丝后电极丝与导轮将产生滑动摩擦导致导轮精度丧失而报废;

2.水基工作液因为具有较强的碱性,长期使用会使得机床油漆面起泡和褪色;

3.水基工作液必须严格控制稀释比例,否则极易锈蚀机床和工件;

4.水基工作液挥发性较强,同时由于组分的问题,一般在切割过程中都会散发出一些异味。

市面上有线切割专用乳化液、固体乳化皂、复合工作液等,选择好的工作液对加工的质量起到相当大的做用。

中走丝线切割机床组成

1.机床主体:床身、丝架、走丝机构、XY数控工作台

2.工作液系统

3. 高频电源:产生高频矩形脉冲,脉冲信号的幅值、脉冲宽度可以根据不同工作状况调节。

4. 数控和伺服系统

1.广泛应用于加工各种冲模。

2.可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件

3.加工样板和成型刀具。

4.加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模

5.加工硬质材料、切割薄片,切割贵重金属材料。

6.加工凸轮,特殊的齿轮。

7.适合于小批量、多品种零件的加工,减少模具制作费用,缩短生产周期.

8. 可用于加工材料试验样件、各种型孔、等复杂形状零件及高硬材料的零件.

9. 可进行微细结构、异形槽和标准缺陷的加工.

10.试制新产品时,可在坯料上直接割出零件.

11.加工薄件时可多片叠在一起加工.

中走丝线切割开环控制(Open -loop control system )指调节系统不接受反馈的控制,只控制输出,不计后果的控制。又称为无反馈控制系统。在数控机床中由步进电动机和步进电动机驱动线路组成。数控装置根据输入指令,经过运算发出脉冲指令给步进电动机驱动线路,从而驱动工作台移动一定距离。这种伺服系统比较简单,工作稳定,容易掌握使用,但精度和速度的提高受到限制。所以一般仅用于可以不考虑外界影响,或惯性小,或精度要求不高的一些经济型数控机床。

中走丝线切割闭环控制(closed-loop control system)则是由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统,又称反馈控制系统。在数控机床中由伺服电动机、比较线路、伺服放大线路、速度检测器和安装在工作台上的位置检测器组成。这种系统对工作台实际位移量进行自动检测并与指令值进行比较,用差值进行控制。这种系统定位精度高,但系统复杂,调试和维修困难,价格较贵,主要用于高精度和大型数控机床。

中走丝线切割半闭环伺服系统的工作原理和闭环伺服系统相似,只是位置检测器不是安装在工作台上,而是安装在伺服电动机的轴上。这种伺服系统所能达以的精度、速度和动太特性优于开环伺服系统,其复杂性和成本低于闭环伺系统,主要用于大多数中小型数控机床。

第一次切割任务是高速稳定切割

⑴脉冲参数:选用高峰值电流,较长脉宽的规准进行大电流切割,以获得较高的切割速度。

⑵电极丝中心轨迹的补偿量小:

f = 1/2φd +δ+ △ + S式中,f为补偿量(mm);δ为第一次切割时的放电间隙(mm);φd为电极丝直径(mm);△为留给第二次切割的加工余量(mm); S为精修余量(mm)。在高峰值电流粗规准切割时,单边放电间隙大约为 0.02mm;精修余量甚微,一般只有0.003mm。而加工余量△则取决于第一次切割后的加工表面粗糙度及机床精度,大约在0.03~0.04mm范围内。这样,第一次切割的补偿量应在0.05~0.06mm之间,选大了会影响第二次切割的速度,选小了又难于消除第一次切割的痕迹。

⑶走丝方式:采用高速走丝,走丝速度为8~12m/s,达到最大加工效率。

第二次切割的任务是精修,保证加工尺寸精度

⑴脉冲参数:选用中等规准,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm之间。

⑵补偿量f:由于第二次切割是精修,此时放电间隙较小,δ不到0.01mm,而第三次切割所需的加工 质量甚微,只有几微米,二者加起来约为0.01mm。所以,第二次切割的补偿量f约为1/2d+0.01mm即可。

⑶走丝方式:为了达到精修的目的,通常采用低速走丝方式,走丝速度为1~3m/s,并对跟踪进给速度限止在一定范围内,以消除往返切割条纹,并获得所需的加工尺寸精度。

第三次切割的任务是抛磨修光

⑴脉冲参数:用最小脉宽进行修光,而峰值电流随加工表面质量要求而异。

⑵补偿量f:理论上是电极丝的半径加上0.003mm的放电间隙,实际上精修过程是一种电火花磨削,加工量甚微,不会改变工件的尺寸大小。所以,仅用电极的半径作补偿量也能获得理想效果。

⑶走丝方式:像第二次切割那样采用低速走丝限速进给即可

加工中工件余留部位的处理

中走丝线切割多次切割加工中工件余留部位的处理

中走丝技术在调查中,得出随着世界范围内模具工业新技术、新材料和新工艺的发展,为了增强模具的耐磨性,人们广泛使用各种高强度、高硬度和高韧性的模具材料,这对提高模具的使用寿命极为有利,但它给电火花线切割工件余留部位加工后所带来的技术处理造成不便。来处理工件余留部位的加工问题,这样才能保证工件余留部位的表面质量和表面精度。特别是在塑料模、精密多工位级进模的生产加工过程中,能保证得到良好的尺寸精度,直接影响模具的装配精度、零件的精度以及模具的使用寿命等。由于加工工件精度要求高,因此在加工过程中若有一点疏忽,就会造成工件报废,同时也会给模具的制造成本和加工周期带来负面影响。对于高硬度、高精度和高复杂度、且加工表面为非平面的小工件来说,采用多次切割加工的方法处理工件余留部位的切割任务显得更为重要。

凸模加工工艺

凸模在模具中起着很重要的作用,它的设计形状、尺寸精度及材料硬度都直接影响模具的冲裁质量、使用寿命及冲压件的精度。在实际生产加工中,由于工件毛坯内部的残留应力变形及放电产生的热应力变形,故应首先加工好穿丝孔进行封闭式切割,尽可能避免开放式切割而发生变形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能进行封闭形式切割,对于方形毛坯件,在编程时应注意选择好切割路线(或切割方向)。切割路线应有利于保证工件在加工过程中始终与夹具(装夹支撑架)保持在同一坐标系,避开应力变形的影响。夹具固定在左端,从葫芦形凸模左侧,按逆时针方向进行切割,整个毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小,毛坯右侧与夹具逐渐脱离,无法抵抗内部残留应力而发生变形,工件也随之变形。若按顺时针方向切割,工件留在毛坯的左侧,靠近夹持部位,大部分切割过程都使工件与夹具保持在同一坐标系中,刚性较好,避免了应力变形。一般情况下,合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端,即将暂停点(支撑部分)留在靠近毛坯夹持端的部位。  中走丝线切割机床适合加工各种复杂形状的冲模及单件齿轮、花键、尖角窄缝类零件 ,具有速度快、周期短等优点,应用非常普及。高速走丝的线切割机床的电极丝主要是采用钼丝,电极丝运动速度快通常为8~12米/秒,而且是双向往返循环运行,在加工过程 中很容易发生断丝。如果在切割工件过程中多次断丝,不仅会造成一定的经济损失,而且会带来重新绕丝的麻烦;不仅耽误时间,而且会在工件上产生断丝痕迹,影响加工质 量,严重的会造成工件报废。

对于线切割工件余留部位切割的多次加工,首先必须解决被加工工件的导电问题,因为在高精度线切割加工中,线电极的行走路线可能需要沿加工轨迹往复行走多次,才能保证被加工工件具有较高表面粗糙度和表面精度,这时线切割加工是靠工件余留部位起到导电作用以保障电加工正常进行。但在进行工件余留部位的切割加工时,若第一次切割即切下工件余留部位,将会导致被切割部分与母体分离,以致导电回路中断,无法进行继续加工,所以从线切割加工的条件性和延续性考虑,必须使工件余留部位即便在多次切割的情况下也能保持与母体之间正常导电的要求。

为了实现上述目的,操作工人力图营造人为环境和条件来满足导电要求,即当工作人员在操作电火花线切割机遇到切割工件余留部位时,可采用在被切割部分和母体之间粘铜片和在切割间隙中塞铜片的处理方法来造成人为的定位条件和导电条件,使是火花加工得以继续进行,其具体做法与技巧如下:

(1)在被切割部分与母体材料之间粘贴连接铜片。其目的是使工件余留部分在切割时与母体材料相连固定,保证线切割有良好的定位条件,从而保障工件有优异的加工质量,这可依照以下步骤进行:

①首先根据加工工件的大小把薄铜片(厚度根据线电极情况和加工部位形状而定)剪成长条形,然后折叠,井保证折叠部分一长一短。

②然后把铜片折叠的弯曲部分用小手锤锤平,并用什锦锉修理成楔形;

③再把经以上处理的铜片塞到线电极加工所形成的缝隙里,同时在工件该部分的表面滴上502胶水(即环氧树脂瞬时快干胶)。

由于切割时,电火花线切割机冲水使工件所受压力较大,若单纯用铜片塞紧来保证导电和固定,容易产生以下问题:(a)铜片塞得太松,担心固定不可靠、导电不稳定;(b)铜片塞得太紧,又担心损伤工件表面、破坏形位公差,所以采用502胶水来保证被切割部分与母体材料固定;

④在将铜片塞进加工部位时,应注意是:用502胶水粘贴连接铜片时应远离工件余留部件处,以免502胶水渗到,造成绝缘。此外粘贴连接铜片的位置应考虑对称分布,且应保证同时塞紧,避免工件发生偏移,以致影响工件加工质量。保证被切割工件余留部位形状的正确性和精度的可靠性。

(2)在被切割部分与母体材料之间填充导电铜片。把经折叠、剪齐、锤平和修锉的薄铜片填充在线电极加工形成的缝隙里,并使铜片和缝隙壁紧密贴合。填充此铜片的目的是为了导电,因为前面粘贴连接铜片时用了502胶水,而502胶水是不导电的。为了实现导电要求,故采用填充导电铜片的方法,填充导电铜片时同样应注意铜片的对称布置以及铜片应同时加紧,并且不能塞得过紧以免划伤工件的表面。不管是粘贴连接铜片还是填充导电铜缝隙的形状。都应该把小铜片制成圆弧形,而且还应该用金相砂布打磨被锤过的铜片表面,以保证铜片表面光滑以避免划伤工件已加工过的表面。

在采用电火花线切割机加工高硬度、高精度和高复杂度的小型工件时,按照上述方法和步骤进行线切割加工中工件余留部位的精密切割,是一种行之有效的方法,它所提出的步骤和技巧,经济简便、实用可行,从而为改善和提高精密线切割加工的质量和效率探索出新的途径。

线切割加工屑粘附在钼丝上的解决方法

当电火花线切割机床加工中遇到工件放电后的加工屑粘附在钼丝上,解决加工屑粘附到钼丝上的问题,可从改善间隙冷却条件和放电柱对放电点施加的压力来着手,可采取以下措施:


  
工作液的选择及防护

常采用DX-1乳化液的水溶液作为线切割加工工作液,常规比例是1:10(乳化液1份,水10份),而加工防锈铝合金时宜彩用3:8的比例。为了保持工作液的清洁,使其正常有效地工作,并延长工作液的使用期,可将一块5mm厚的海绵(其大小根据工件而定),置于工作台面两夹具之间。这样可避免残屑流入水箱,保持工作液的畅通,减少电极丝上加工屑的粘附。另在上线架后端槽中加一块海绵,高速往返的电极丝经海绵摩擦,可去掉一部分粘附的氧化物,同时减少钼丝抖动,更好地保证放电通道的畅通,确保脉冲电源效率的正常发挥,同时也减少对馈电块的磨损。对海绵垫要进行定期的清洗或更换,电极丝、馈电块和导轮也要定期用煤油或汽油在空运行时进行清洗,清洗时将回水管拿出水箱,避免残屑流入工作液中。

检查工作液的流量

电火花线切割机床加工时,工作液的上下喷水量应均匀,以便及时把蚀除物排除。加工前首先打开油泵电机,检查上下喷嘴是否堵塞、工作液是否充分畅通。如工作液不畅通就要检查原因,如出水管、上下喷嘴旋转方向等,直到水流正常为止。

改进馈电块

为了延长馈电块的寿命、降低成本、提高生产率,可对馈电块进行改进。馈电块是在导电块上焊一块厚3mm、¢15mm的硬质合金块。

馈电块一般是固定的或不可调的。实践中,对馈电块进行了改进。采取的主要措施有:

①变固定的馈电块成活动的馈电块:适当减小硬质合金的公差尺寸,使导电块与硬质合金的双边间隙为0.10~0.20mm(间隙配合),将硬质合金块置于铜套里面,按要求的配合尺寸不需焊接,变固定的馈电块成活动的馈电块,持续切割50~70h,将硬质合金旋转一个方向后继续使用;

②适当增加硬质合金的厚度:硬质合金¢15mm的大小是不变的(成形),但可将厚度增加0.2mm。既可使电极丝与馈电块接触良好,又不会使馈电块失去弹性,还可减少馈电块上下的跳动距离,使馈电块的磨损减小。

实际加工表明,改进后的馈电块可持续切割防锈铝合金3个月,寿命提高8~10倍,降低了加工成本,提高了经济效益。

(4)优化电火花线切割机床加工参数

提高脉冲电源的空载电压幅值,减少加工屑粘附到钼丝上的可能性;选择适当的脉冲方式、功放管数量及进给速度。如电规准选择不当、跟踪不良,轻者将影响加工质量,重者将造成短路、断丝。

1,钼丝钼丝的松紧程度

如果钼丝安装太松,则钼丝抖动厉害 ,不仅会造成断丝,而且由于钼丝的抖动直接影响工件表面粗糙度。但钼丝也不能安装 得太紧,太紧内应力增大,也会造成断丝,因此钼丝在切割过程中,其松紧程度要适当 ,新安装的钼丝,要先紧丝再加工,紧丝时用力不要太大。钼丝在加工一段时间后,由 于自身的拉伸而变松。当伸长量较大时,会加剧钼丝振动或出现钼丝在贮丝筒上重叠。 使走丝不稳而引起断丝。应经常检查钼丝的松紧程度,如果存在松弛现象,要及时拉紧 。

钼丝安装。钼丝要按规定的走向绕在贮丝筒上,同时固定两端。绕丝时,一般贮丝 筒两端各留10mm,中间绕满不重叠,宽度不少于贮丝筒长度的一半,以免电机换向频繁 而使机件加速损坏,也防止钼丝频繁参与切割而断丝。

机床上钼丝引出处有挡丝棒,挡丝棒是由两根红宝石制成的导向立柱,挡丝棒不像 导轮那样作滚动运动,他们直接与钼丝接触,作滑动摩擦。因此磨损很快,使用不久柱 体与钼丝接触的地方就会形成深沟,必须及时检查并进行翻转和更换,否则会出现叠丝 断丝。

2,运丝机构

中走丝线切割机的运丝机构主要是由贮丝筒、线架和导轮组成。当运丝机构的精度下降时 (主要是传动轴承),会引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动。贮丝筒的径向跳动会使电 极丝的张力减小,造成丝松,严重时会使钼丝从导轮槽中脱出拉断。贮丝筒的轴向窜动 会使排丝不匀,产生叠丝现象。贮丝筒的轴和轴承等零件常因磨损而产生间隙,也容易 引起丝抖动而断丝,因此必须及时更换磨损的轴和轴承等零件。贮丝筒换向时,如没有 切断高频电源,会导致钼丝在短时间内温度过高而烧断钼丝,因此必须检查贮丝筒后端 的行程开关是否失灵。要保持贮丝筒、导轮转动灵活,否则在往返运动时会引起运丝系 统振动而断丝。绕丝后空载走丝检验钼丝是否抖动,若发生抖动要分析原因。贮丝筒后 端的限位挡块必须调整好,避免贮丝筒冲出限位行程而断丝。挡丝装置中挡块与快速运 动的钼丝接触、摩擦,易产生沟槽并造成夹丝拉断,因此也需及时更换。导轮轴承的磨 损将直接影响导丝精度,此外,当导轮的v型槽、宝石限位块、导电块磨损后产生的沟槽 ,也会使电极丝的摩擦力过大,易将钼丝拉断。这种现象一般发生在机床使用时间较长 、加工工件较厚、运丝机构不易清理的情况下。因此在机床使用中应定期检查运丝机构 的精度,及时更换易磨损件。

3,工件

工件材料:对不经锻打、不淬火材料,在线切割加工前最好采用低温回火消除内应 力,因为如果工件的内应力没有得到消除,在切割时,有的工件会开裂,把钼丝碰断; 有的会使间隙变形,把钼丝夹断或弹断。如淬火后t8钢在线切割加工中及易引起断丝尽 量少用。切割厚铝材料时,由于排屑困难,导电块磨损较大,注意及时更换。

工件装夹:虽然线切割加工过程中工件受力极小,但仍需牢固夹紧工件,防止加工 过程中因工件位置变动造成断丝。同时要避免由于工件的自重和工件材料的弹性变形造 成的断丝。在加工厚重工件时,可在加工快要结束时,用磁铁吸住将要下落的工件,或 者人工保护下落的工件,使其平行缓慢下落从而防止断丝。 4电参数电参数选择不当也 是引起断丝的一个重要原因,所以要根据工件厚度选择合理的电参数,将脉冲间隔拉开 一些,有利于熔化金属微粒的排出,同时峰值电流和空载电压不宜过高,否则使单个脉 冲能量变大,切割速度加快,容易产生集中放电和拉弧,引起断丝。一般空载电压为 100v左右。在电火花加工中,电弧放电是造成负极腐蚀损坏的主要因素,再加上间隙不 合适,容易使某一脉冲形成电弧放电,只要电弧放电集中于某一段,就会引起断丝。

根据工件厚度选择合适的放电间隙:放电间隙不能太小,否则容易产生短路,也不 利于冷却和电蚀物的排出;放电间隙过大,将影响表面粗糙度及加工速度。当切割厚度 较大的工件时,应尽量选用大脉宽电流,同时放电间隙也要大一点,长而增强排屑效果 ,提高切割的稳定性。

线切割作为我国独创的一种电火花线切割加工模式,应用极为广泛。电火花线切割加工的优点在于可以加工淬火类等热处理后的零件、异型零件,切除废料少等。工具电极通常为直径0.10~0.18mm的钼丝,加工过程中极易断丝,不但耽误生产时间、增加生产成本,而且降低了零件的加工质量。原因分析如下:


  

跟工件有关的断丝

(1)工件经热处理后工件内部存在内应力,在切割过程中造成内应力释放,夹住钥丝而造成断丝。如果在工件热处理前加工穿丝孔,从工件内侧进行切割可以避免内应力造成断丝。

(2)切割工件后,由于废料自重较大,在掉落瞬间夹住钥丝造成断丝。在切割快完成时,可以用磁铁同时吸住废料和工件,或用夹具(如压板)夹住,等待加工完成后再取下废料。

(3)铸造类零件在铸造过程中可能造成的砂眼、气孔,工件内部有不导电的杂质,在切割过程中可能会拉断丝。对于此类零件,条件许可情况下可以采用探测工具探测零件内部材质是否均匀,对于不具备条件的应该随时监测切割过程中机床仪表,对于电压或者电流突变情况应该及时处理。

(4)工件切入点处或者穿丝孔在热处理后可能会有不导电的氧化物等杂质造成无法切割,造成断丝。对此可以用锉刀或者砂轮打磨工件切入点,去除不导电物质,露出导电部分再切割。

(5)工件表面覆盖层(如塑料薄膜,油漆等)不导电造成的断丝。工件接脉冲电源正极,钥丝接脉冲电源负极,如果工件由于覆盖层跟脉冲电源正极接触不良,则无法放电加工,可能会拉断钼丝,因此必须保证工件和脉冲电源正极可靠连接,必要时首先去除掉工件表面覆盖层。

跟工作液有关的断丝

(1)工作液的浓度不合理造成断丝。工作液浓度要合理,首先要选择质量好的工作液,水质要好,然后根据零件不同的加工工艺指标要求进行工作液配制,配比一般为5%~20%。通常电火花线切割机床每天工作8h,连续使用8~10天后就需要更换新的工作液,否则容易断丝。对于大厚度或要求切割速度高的工件可以将工作液浓度降低5%~8%左右,这样加工稳定;而对于加工质量要求高的工件,工作液配比可以提高到10%~20%。

(2)工作液冲刷不足造成的断丝。工作液的作用之一是冲刷切缝,冷却钥丝和工件,排除蚀除物。工作液喷出时如果冲击力过大可能会造成钥丝偏移,放电不均匀;冲击力过小时则工作液喷出不足,无法冲入切缝中,无法放电,造成放电条件恶劣,无法排出蚀除物造成断丝。因此要定时检查喷嘴和回流通道是否有堵塞,工作液喷出速度要合理,对于大厚度零件可以开大工作液喷出速度,使得工作液能充分进入切缝进行冷却和排屑。

(3)工作液不够或者堵塞造成无切削液加工,钥丝很快会烧断。因此,机床工作过程中要不定时检查工作液是否足够,循环通道是否畅通。

跟走丝机构有关的断丝

(1)跟导电块有关的断丝。导电块通常是压住或者抬起钥丝一点,由于钼丝运行长时间接触导电块,导电块会有沟痕,沟痕过大会夹断铝丝,因此应该定期将导电块旋转一定的角度,或者直接更换导电块。

(2)跟导轮有关的断丝。钼丝通过导轮导向,因此导轮的精度影响钼丝运行,其中支撑导轮的轴承影响导轮的轴向和径向跳动,进而影响到钥丝放电加工时的稳定性,因此,应该严格按照机床保养说明定期喷注润滑脂或者更换轴承,乃至直接更换导轮组件。

(3)张紧机构造成的断丝。如果张丝的时候重锤过重,在张丝过程中也可能会造成断丝,或者钼丝超过弹性变形的限度,铝丝在运转过程中由于频繁换向以及频繁的放电以及冷却,很快也会断丝。因此,张丝的时候应该选择合理的重锤个数进行张紧。

(4)储丝筒造成的断丝。储丝筒的径向跳动会造成钼丝切割过程中张力突变,会拉断钼丝轴向跳动还会造成叠丝,更容易造成断丝。因此应该定期检测储丝筒精度并调整。

(5)钼丝在储丝筒上缠绕不合理造成的断丝。钼丝在储丝筒两端应该预留5~10mm宽度的钼丝,否则钼丝在换向时张紧力不均匀容易挣断钼丝,如果钥丝在储丝筒上有叠丝也会造成断丝,因此应该在张丝时候调整钼丝在储丝筒上排列合理。

(6)储丝筒运转电机的换向机构失灵造成的断丝。储丝筒运转电机的换向通过手动调整压板调节储丝筒的轴向行程,开关压板压下行程开关后电机应该换向,如果开关压板没有固定好或者没有压下行程开关,或者行程开关失灵,从而会造成储丝筒超程拉断钼丝。因此,机床运行前应该保证行程开关和开关压板可靠工作。

(7)钼丝没有放置在导轮的槽中造成的断丝。上钼丝时如果钼丝没有放置在正常的走丝路径上,如导轮槽外等,开机即会拉断丝,后果很严重。所以穿好钼丝后一定检查一遍走丝路径,看钼丝是否在正常的走丝路径上。

(8)钼丝热胀冷缩造成断丝。工件加工完毕后,如果钼丝停靠在储丝筒的中间段,若钼丝张得过紧则在冷却后可能会挣断钼丝。因此,钼丝应该停靠在储丝筒的一端,如果不加工零件还应该松开丝头一端。

跟编程有关的断丝

(1)工件加工编程路径不合理造成断丝。选择了容易造成工件切割过程中变形的走丝路径,工件变形时夹断钼丝,而且切割出来的凸模尺寸精度低。应选择整个加工过程中,尽量保持工件变形最小的走丝路径,而且切割出来的凸模尺寸精度高。

(2)二次切割造成的断丝。如果切割过程中断丝,机床会有回退功能,重新上新钼丝后沿着原切割路径从头开始切割,则由于第一次切缝后的缝隙,再次切割放电会不均匀,铝丝损耗会比较严重。曾经切割一个大厚度零件,一晚上连续断丝七次,每次总是不等切割到第一次的断丝点就再次断丝,细心查找原因发现,断丝点都是烧断的。通过更改切割路径,使钼丝反向走丝切割,顺利加工出零件,没有再断丝。

跟钼丝有关的断丝

(1)钼丝质量差造成的断丝。钼丝质量不好可能会造成断丝,应该选择质量好的钼丝。

(2)钼丝损耗造成的断丝。正常情况下钼丝每切割l0000mm2直径损耗大概为0.001~0.02mm,因此钼丝损耗过多且寿命到期后,尤其是将要再次长时间一次性切割一个零件,为了避免切割中可能会断丝,也为了保证加工质量,应该及时更换新钼丝。

(3)钼丝张紧力不合适造成的断丝。走丝路径长短以及合理与否对张力影响很大,而且新上钼丝应该首先调整张力均匀,如果钼丝张紧太紧,容易拉断丝;如果铝丝张紧太松,则钥丝伸长后容易短路回退,如果跳出导轮也容易拉断钼丝。因此,钼丝张紧力要定期调整到合适大小。

(4)废除的断丝头造成的断丝。钼丝固定端剪断的钼丝如果混入线路中或者在丝桶上面叠丝也会造成断丝,因此剪掉的钼丝应该专门放入一个容器中,避免引起断丝。

(5)铝丝打折或者叠丝造成断丝钼丝不耐弯曲,因此钼丝打折或者在储丝桶上叠丝都很容易造成断丝,对此在上丝或者调整钼丝张力的时候一定注意。

跟切割工艺参数有关的断丝

(1)工艺参数设置不合理造成的断丝。工艺参数选择不合理会对钼丝损耗有很大的影响,过大的损耗会加快断丝。工艺参数的选取应该根据具体的零件而选择,如零件的材质、零件厚度、零件的精度要求等进行选取。参数选取一般由操作人员凭经验选取,也可以凭借一些智能技术,如神经网络中的BP算法等进行优化选取切割工艺参数。

(2)对于大厚度零件,通常排屑困难,工作液很难进入到切缝中去,因此进给速度不能太快,否则容易出现短路或者拉弧现象,从而很快烧断钼丝。所以要选择大的脉宽等,让工作液充分冲刷切缝中的蚀除物,否则加工不稳定,烧断钼丝,但是过大的工作电流也很容易烧断钼丝。

(3)对于薄壁类零件,如果进给速度过快,也容易造成频繁短路,钼丝也很容易烧断或拉断。因此,切割工艺参数选择不能过大。

综上所述,造成断丝的原因是多方面的,工件材料的不同、工作液的性能优劣、电极丝的磨损、电极丝的张紧力、机床的导丝结构以及切割工艺参数的合理性等都与稳定线切割加工过程,提高线切割加工质量和延长电极丝的使用寿命有关。只有找到具体断丝的原因,才能有效地提高加工效率、预防断丝。

中走丝机床是我国独创的电加工机床,在模具制造及零件加工领域内有广泛的应用,在中低档市场中占有相当的分量。中走丝机床如何发展是电加工行业十分关心的课题。我们必须吸取国外的成功经验,扬长避短,直接应用当今计算机技术的最新成果,尽快研制功能强大的基于PC的数控系统,从硬件上为中走丝机床的发展打下良好的基础;同时注意人工智能技术与高速走丝线切割机的结合,运用计算机软件技术来提高机床的性能。此外,加强机床本体的研究和开展多次切割工艺技术的应用,使机床的整体加工水平有一个较大的提高,不断增强高速走丝线切割机在市场上的竞争能力。在运用新技术、新工艺的同时,还必须重视对电火花线切割加工工艺规律进行深入细致的基础理论和实验研究,这也是一个非常重要的环节


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