高速走丝（共3篇）
高速走丝 篇1
随着生产的发展和科学实验的需要,很多工业产品零件的形状越来越复杂,特殊要求也越来越多[1]。有些方面使用传统的加工方法很难达到目的,甚至根本无法实现。电火花线切割加工属于特种加工的一种,已广泛应用于各种难加工材料、刀具、模具、复杂表面和有特殊要求的零件的加工[2],如加工异形孔、窄缝、带锥度的零件[3],还具有加工上下异形零件的功能。由于上下异形零件形状多种多样,所以,目前我国高速走丝线切割机床中所配备的软件,主要是为用户提供一个加工上下异形零件的平台。在加工具体零件时需要操作者根据具体情况来编制加工程序。由于上下异形零件形状比较特殊,所以加工有一定难度。若编制加工程序时正确运用加工原理,就比较容易得到正确的加工轨迹,进而得到合格的零件形状。
1 上下异形零件的加工原理
所谓上下异形零件是指零件的上表面与下表面不是相似的图形,但上下表面之间择点平滑过渡。如图1和图2所示。
1.1曲面的形成
以图1为例,一条直线L,其上端点沿正六边形的周边、下端点沿圆形的圆周绕Z轴运动,形成零件的外形曲面。因此,上下异形面是由通过上下面上两个不同的二维导线上点的直母线束组成,由上下面的起点连接成的直母线出发,直到上下面的终点连接成的直母线结束,直母线所能倾斜的角度受机床结构限制[4]。
1.2 加工原理
图3为加工由六边形过渡到圆形曲面的1/6时的原理图,OO′为工件加工时的回转轴,AA′为电极丝的起始位置,BB′为加工过程中电极丝的某一位置,当工件在工作台的带动下绕OO′轴回转Δθ角度时,切割零件所使用的那段丝的下面一点始终在圆周上,如不采取其它措施,丝的上面一点将同样沿圆周运动,加工出的将是圆台。为了解决这一问题,电极丝必须同时在上导轮的带动下摆动Δφθ角度,从而保证丝的上面一点始终沿六边形的边运动,此时电极丝由任意位置BB′移动到CC′位置。
2 几种上下异形锥度加工方法的分析
目前,电火花线切割上下异形加工控制模型主要有以下几种。
2.1 原地踏步结合角度随动法
该方法是在高速走丝电火花线切割机上直接添加数控转台、摆台等附件。电极丝始终垂直于加工曲线的法线,锥度角保持不变,工件绕Z轴转动和绕X轴摆动的协调运动而加工出复杂的直纹曲面。这种方法可大大扩展国产高速走丝电火花线切割机的加工范围, 缺点是无法加工变锥度工件, 加工中易产生干涉现象[5] 。
2.2 4轴轨迹线性联动控制法
这种方法主要是沿用国外低速走丝电火花线切割4 轴联动坐标系统的方法[6],其控制框图见图4,该方法在国内外电火花线切割机床上得到广泛应用,技术较成熟。但线性化计算较复杂,尤其对圆弧线性化的计算,需要把一段圆弧分为很多直线段来表示和模拟,易失去圆弧特征而造成相当大的拟合误差,降低加工精度;同时也大大增加了加工程序的条数,影响加工效率。
2.3 双平面插补控制法
该方法是在4轴轨迹线性联动控制法的基础上对工件上下表面轨迹依图纸分别编程并独自插补计算,无需进行轨迹的线性化处理,在加工中直接引入行程协调函数,使上下对应段的切割按比例进给加工。采用这种加工编程原理来进行上下异形零件的加工,减少了曲线拟合误差,对零件加工精度的影响不大,在近年生产的线切割数控加工机床中应用广泛[7]。
3 加工程序编制要点及调整
以DK7725e高速走丝线切割机床为例进行说明,将电极丝调垂直,坯料安装到工作台上并固定好。使用CAXA软件对零件的上下面分别编程,编程时需指定上下异形面上的对应点。在此例中,上下面上各至少选择六个对应点,并在程序代码中做好相应的标记。然后使用软件的合成功能进行合成,合成时指定下圆面为XY面(编程面),上六边形面为UV面(参考面)。输入下导轮中心到工作台面的距离H1、工作台面到工件上表面的距离H2(即工件的厚度)、上导轮中心到下导轮中心之间的距离HGD,如图5所示。H1、HGD这两个参数在机床上测量得到,其中H1由厂家设计决定,一般不需要调整,HGD应在允许的情况下尽可能减小(通过调节上丝臂可以实现),这样可减小丝抖动的幅度,有利于提高表面质量和加工的稳定性。H2通过测量零件材料的厚度得到。加工前应进行空运行,检查加工轨迹,并依据表面质量要求选择合适的电参数,正确的加工轨迹如图6所示。
4 失败原因分析及对策
4.1 常见失败现象
上下异形零件由于其形状比较特殊,加工起来比较困难,常见的加工失败有下列几种情况:① 零件的棱角不分明;② 虽有棱角但歪斜;③ 上或下表面被削掉了一部分,造成形状不完整;④ 编程正确但加工出的形状与设计的不同;⑤ 形状虽正确但尺寸不合格或表面质量差。
4.2 原因分析及对策
线切割加工过程中电极丝沿导轮做往复运动,工件在工作台带动下在XY面内转动。由加工原理和图5可知,在完成一个上下异形零件的加工过程中,工作台和电极丝在同一时间内各自完成自己的轨迹。加工的上下异形零件实际上是由工作台走过的轨迹和电极丝上面在U、V轴带动下走过的轨迹叠加而成。
在编制零件加工程序时,正确确定上下面上的对应点的位置和数量是加工成功的关键之一。选择对应点实际上可以认为由对应点将整个直纹曲面分解成几个直纹曲面,在加工时由计算机分别进行处理,如图6中的A、A′,B、B′,C、C′,D、D′,E、E′,F、F′。这些点将图1中的异形体分解成了如图3所示的六个直纹曲面,上下面上相应的对应点实际上是电极丝在上下面上应同时到达的点,这样才能加工出清晰的六条棱,对应点的位置和数量选择得不当就会出现前三种失败现象。
对应点位置的选择应根据零件的具体情况确定,一般情况下,多选在需要有棱角或最高处及拐点处,另外,轨迹的起点和终点也是重要的对应点。对于上下编程轨迹曲线基点数相同的情况,一般直接以基点为对应点,一一对应,如图7所示。对于上下编程轨迹曲线基点数不相同的情况,必须在几何元素上取点作为对应点,或根据零件的要求以几何元素上的指定点为对应点,如图1和图2所示。
对应点的数目主要依据以下原则确定:① 无论上下编程轨迹曲线的基点数是否相同,上下编程轨迹曲线的对应点数必须相同。② 若上下编程轨迹曲线的基点数不相同,则对应点数应取大于等于大的基点数。另外,在加工程序代码中,对应点处应依据机床软件规则添加标记,如果忘记打标记等于没加对应点。忘记打标记,对于上下编程轨迹曲线的基点数相同的情况没什么影响,但上下编程轨迹曲线的基点数不相同时,可能会得不到正确的加工轨迹。上下编程轨迹曲线的基点数不相同时,为了能增加对应点,曲线在相应的位置应打断,如图5所示,A′、B′、C′、D′、E′、F′点,它们将一个整圆分解成六个圆弧,这样在生成代码时,就会将原来的加工整圆的一条程序段分解成加工六个圆弧的六条程序段。
上下表面分别编程时,两表面的程序起点一定要一致。此外,H1、HGD、H2这三个参数对上下代码的合成非常重要,因为零件的形状是在合成过程中确定的。H1 、HGD、H2这三个参数若输入错误,即使加工程序编制正确也不能得到正确的零件形状。因此,H1 、HGD、H2应在机床和工件上准确测量,并正确输入。另外,在指定XY面(编程面)和UV面(参考面)时必须正确,指定颠倒同样得不到正确的轨迹。
另外,在正式加工之前最好先用同样的坯料试切一简单形状,比如矩形,目的是确定合适的电参数,准确测量放电间隙,正确输入偏移值,这样才能使零件的尺寸正确,表面质量好。
由于高速走丝线切割机床种类较多,它们的控制模型、机床结构不同,加工过程中所能实现的锥度不同,超过机床允许的锥度范围电极丝容易从导轮槽中跳出,或将电极丝绷断。 因此不同种类的机床加工上下异形零件的能力不同。
5 结论
在编制加工程序时应从零件的加工原理出发,依据零件的实际情况,正确确定上下面上的对应点的位置和数量,正确输入H1 、HGD、H2这三个参数,正确指定XY面(编程面)和UV面(参考面)是加工成功的关键,另外应注意上下异形面最大倾斜的角度不能超过机床允许的锥度范围。
线切割机床加工上下异形零件,是数控线切割加工中的高级操作技术,属于难点问题。但随着技术的进步,上下异形工件的加工将会得到更好的解决,而且还能加工出更多形状及表面复杂的三维零件来。
摘要：上下异形零件使用常规的加工方法很难达到目的,电火花线切割机床可以完成此类零件的加工,但属于加工难点问题。研究表明在编制加工程序时从上下异形零件的加工原理出发,依据零件的具体情况,正确确定上下面上的对应点的位置和数量,正确输入相关参数,正确指定编程面及参考面是加工成功的关键,并分析了常见加工失败的原因,提出了对策。另外指出不同种类的线切割机床加工上下异形零件的能力不同。
关键词：上下异形零件,对应点,加工轨迹,电火花线切割
参考文献
[1]刘晋春.特种加工技术.北京:机械工业出版社,2004
[2]邱建忠.CAXA线切割V2实例教程.北京:北京航空航天大学出版社,2002
[3]张学仁.数控电火花线切割加工技术.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000
[4]郭艳玲.用二维编程实现线切割机床三维型面加工.大连理工大学学报,2001;(5):325—329
[5]李天国,薛利生.线切割直角拖动锥度结构的变锥度控制.电加工,1998;(1):34—37
[6]赵永顺.数控线切割加工四轴联动轨迹合成研究.航空学报,1995;(6):736—739
[7]吕晓纲,金志强.线切割上下异形锥度曲面加工控制的研究.电加工,1998;(5):41—43
高速走丝 篇2
有关电火花线切割效率提高的研究永远是电加工行业永恒的课题,国外低速走丝电火花线切割(low speed wire-cut electrical discharge machining,LSWEDM)的最大切割效率在300mm2/min沉寂了一段时间后,近来有了新的突破。由于窄脉宽高峰值电流脉冲电源的开发,在与其他条件(各种控制方式、供液条件、复合电极丝等)配合下,可使最高切割效率达到350~500 mm2/min[1]。近年来高速走丝电火花线切割(high speed wire-cut electrical discharge machining,HSWEDM)随着“中走丝”机床(具有多次切割功能的HSWEDM)工艺的逐步推广及复合工作液的普遍使用,其最高稳定切割效率已从以往的100mm2/min左右跃居到目前的接近200mm2/min[2]。但达到这个切割效率后,似乎又停滞不前了。针对此本文进行了初步探讨。
1 高效切割机理分析
1.1 工作液
高效切割的前提是在不断丝的条件下,输入尽可能大的能量,并且维持两极之间处于正常的放电状态。复合工作液的使用之所以能大幅度提高HSWEDM的切割效率,其主要原因之一就是以往采用的乳化液洗涤性能较差,放电后乳化液组分中大量烧蚀的机油与蚀除的金属颗粒结合在极间会形成大量的黏性蚀除产物,堵塞在切缝内,阻挡了新工作液的进入,使得输入能量增加后,放电只能在缺乏极间工作液的黏性的且有松散导电能力的胶体介质中进行,极间放电后不能及时消电离和冷却,因此其放电的波形有较多是从短路直接进入放电状态的(图1)。放电能量增大后,极间冷却困难,电极丝极易烧断,工件表面也容易产生因烧伤而导致的黑白交叉条纹。平均加工电流一般需要控制在3A以内,由此导致HSWEDM实际的切割效率长期徘徊在40~80mm2/min之间[3],而复合工作液相对乳化液而言具有很好的洗涤能力,且放电后不易产生极间黏性蚀除产物,可以保持极间处于正常的冷却状态,因此其放电波形有较大比例体现出具有间隙放电特征的放电延时击穿(图2),其平均切割电流可以增加到6~7A。这样首先从能量的输入而言,可以使得切割效率提高一倍,并且由于极间冷却、消电离充分,放电能量的利用率大大提高;其次,复合工作液与乳化液相比具有较高的电导率,从而起到较好的电解整平及进一步提高脉冲效率的作用,增加能量的利用率并拓宽切缝;第三,复合工作液由于其电导率较乳化液有较大提高,使放电过程中用于击穿介质的能量消耗降低,从而有效提高了脉冲放电几率并降低了能量损失,提高了加工效率;第四,由于极间工作液充分,对放电通道的压缩明显,因此在放电过程中产生的爆炸压较大,蚀除产物的排出更加彻底。上述这些因素综合导致了使用复合工作液后,正常放电的比例大大提高,单位电流切割效率达到30mm2/(min·A),比乳化液的单位电流切割效率20mm2(min·A)提高了50%,因此选用正确的工作液以维持极间保持正常的冷却及消电离状态是大能量切割条件下提高切割效率的首要条件。
1.2 极间供液形式及放电间隙
由于复合工作液优异的冷却和洗涤性能改善了极间放电状态,一次切割效率获得成倍提高,最高可接近200mm2/min。但如果继续增大放电能量,切割效率不会继续提高,其问题实质仍是极间放电状况恶化的结果,而此时主要的问题是大能量切割时投入的放电能量在极间产生了巨大的热量使进入极间的介质瞬时产生气化、分解,如果极间工作液得不到及时补充将使后续放电在只有部分工作液或者无工作液的极间状态下进行,将使得放电状态严重恶化,致使切割效率无法进一步提高。为此在大能量切割时必须考虑变更原有传统的浇注式冷却方式。也就是说,采用HSWEDM大能量切割时,原来采用的工作液浇注冷却方式,即无压力的工作液仅仅依靠附着在电极丝上并随其高速带入极间的冷却方式已不再适用,必须采取高压强迫喷液的方式尽快补充极间汽化掉的工作液。由于复合工作液具有较强的洗涤性,加工中不易产生胶体物质,蚀除产物易于排出,极间切缝较为通畅,为其高压喷入提供了有利条件,因此采用复合工作液仍然是喷液方式的首选。为此需进行以下系统改进:首先,对原浇注式喷嘴进行改进,采用共轴式高压喷嘴,以减小喷液对电极丝的冲击;其次,为降低喷液对电极丝产生冲击引起的扰动,可以增加电极丝导丝器,以提高加工区电极丝的刚性。其喷嘴结构如图3所示。
图4为常压浇注(液体压力为0)状态下采集的放电波形图,图5为高压喷液(喷液压力为0.5MPa)状态下采集的放电波形图。从图4可以看出,采用常压浇注式的冷却方式,极间放电状态已经恶化,放电击穿延时波形较少,单个脉冲放电波形中常伴随较多的微短路现象,说明此时极间工作液的损失较多,极间排屑效果较差,同时极间较多的蚀除产物在钼丝的带动下彼此之间易发生短暂的接触,在两极间容易形成瞬时“搭桥”,从而导致微短路频发。即使是偶尔出现的空载状况,也由于极间工作介质的物理状态已由单一的液态转化为气液两相状态,电解电流大大降低。
相同条件下,图5表现出不同的放电状态。由于采用高压强迫喷液,强化了极间供液,使得极间能够获得充足的液体放电介质,因而处于正常的具有放电击穿延时的间隙状态,提高了脉冲的利用率。
以往对于放电间隙的宽窄通常认为HSWEDM单边放电间隙基本在0.01mm左右,该结论的得出主要是由于当时采用的工作介质是乳化液且平均切割电流在3A以下,因此也就可以得出:对于HSWEDM,极间的冷却主要是依靠附着在电极丝上的工作液带入切缝而进行的结论。但在使用复合工作液且在较高放电能量条件下所获得的放电间隙则完全不同。在本文实验条件下,使用复合工作液后,平均加工电流为3A时,实际单边放电间隙超过0.03mm(未考虑切割面的腰鼓形),且随着切割能量的增大以及工作介质洗涤能力的增强而增大。目前,在采用大脉冲峰值电流和适当的脉冲宽度时获得的单边放电间隙完全可以达到甚至超过0.05mm[4],从而为极间高压喷液的工作提供保障。
1.3 蚀除形式
采用大能量高效切割,由于单位脉冲放电能量大、蚀除速度快,极间蚀除产物在短时间内迅速增多且颗粒体积较大,引起极间工作液的介电强度下降,为此需要较长时间的消电离过程,这样必然会影响切割效率的提高,所以在大能量高效切割时,如何将电蚀产物及时、迅速地排出放电间隙非常重要。由两相流动力学理论可知[5],固体悬浮颗粒尺寸(体积)愈小,其惯性越小,流体越容易将其带走;反之,则难以被快速带走。另外,固相颗粒聚集程度越高,越难以被流体冲走,反之越分散,越易被流体冲走。故当放电加工时,极间蚀除产物颗粒越大,越难以排除,久之便容易产生集聚,使排屑难度加大,同时在两极间易形成“搭桥”,引起短路,造成加工不稳定。因此在电火花线切割中,蚀除颗粒尺寸(体积)越小、越分散,越有利于蚀除产物的排出和极间放电的稳定。
电火花加工蚀除产物颗粒的形状大小在很大程度上与电火花蚀除形式有关。蚀除形式主要有[6]:①气化、蒸发,金属直接由固液态转变为气态或如同水的沸腾那样被去除;②熔化,此时,金属先被熔化,然后在阴极或阳极表面被高压炸散成小液滴而被去除;③热震,由熔化和沸腾着的表面以小颗粒状脱落下来。一般这三种蚀除形式相互伴随,各方式所占比例取决于工件材料的性质、放电能量、脉冲频率、占空比、加工面积和其他机床参数。因此在工件材料一定的条件下,可以通过改变电参数来调节三种蚀除方式所占的比例,以期达到尽可能提高气化、蒸发方式的比例并降低熔化、热震方式比例的目的。气化、蒸发的方式蚀除的金属基本可以通过热蒸气的形式直接排出放电间隙或经冷却后转化为极微小颗粒,便于工作液将其带出放电间隙,以提高极间放电稳定性。显然,提高单脉冲放电能量密度有利于蚀除方式向气化、蒸发的方式转变,而提高峰值放电电流、缩短脉冲放电时间,可有效提高单脉冲放电能量密度。因此在大能量高效切割时,应选择大峰值放电电流,同时在保证较大的平均电流的基础上缩小脉宽。
图6所示为不同高低压复合脉冲电源放电形式下切割的工件微观表面。其中图6a所示为脉冲电源高压142V、低压42.5V情况下切割得到的工件微观表面形貌,图6b所示为脉冲电源高压85V、低压39V情况下切割得到的工件微观表面形貌。从图6a可以看出,切割工件表面较为光亮且基本没有凝固的金属液滴。分析认为,由于脉冲电源电压较高,单脉冲放电能量密度较大,致使切割加工中气化蚀除比例较高,气化后的蚀除产物容易排除,从而改善了极间洗涤、冷却状况,并使切割工件表面较为光亮。图6b的切割工件表面较为灰暗,其表面存在较多的毛刺和凝固的金属液滴,说明由于脉冲电源电压较低,单脉冲放电能量密度有所降低,加工中熔化蚀除比例较高,致使切割工件表面金属液滴残留增多,且由于熔化后的蚀除产物较难排除,极间的洗涤、冷却效果有所下降,切割表面相对较暗,在基本相同的平均切割电流条件下,两种切割状况平均切割效率相差5%~10%。
2 实验
根据上述分析的结论,在大能量切割条件下,通过对比常规浇注式和辅以高压同轴喷液冷却方式的HSWEDM切割工件表面形貌和切割效率,检验在极间大能量切割条件下,辅以高压喷液冷却方式对切割工艺性能具有较好的改善效果。实验现场照片如图7所示。
实验工件:淬火Cr12模具钢,厚度为26mm;工作液:佳润JR3A超浓缩乳化膏,与水按1∶40配比,考虑到冲液后会产生泡沫,适当加入消泡组分加以控制;电极丝:钼丝,0.18mm;运丝速度:10m/s;电极丝长度:100m;喷嘴与工件表面距离:0.5mm;高压水泵:Grundfos(格兰富)高压水泵,CRK2-110。加工参数:脉宽64μs,占空比1∶5,功率管7支,脉冲电源高压85V,低压39V。分别做了几组实验,为便于分析,取其中三组,结果如表1所示。切割完毕的常压浇注冷却(1号)与喷液冷却(4号、5号)工件表面如图8所示。
从实验结果可以看出,高压喷液冷却方式下的切割效率较常压浇注冷却方式下的切割效率有大幅提高,突破了平均切割效率长期处于200mm2/min以内的局面,并且在同样加工参数条件下,切割效率的增幅接近20%,此外,由图8可以看到,常压浇注冷却条件下切割表面带有大量的由于极间没有充足工作液冷却而导致的黑白交叉的烧伤纹,且由于极间得不到及时充分的冷却,电极丝烧断的几率大大增高,而高压喷液冷却条件下的切割表面基本没有烧伤纹,电极丝的使用寿命也大大提高。实验表明,辅以高压喷液的HSWEDM在大能量放电加工条件下可以进行高效切割。
3 结论
(1)正确选择工作液,以实现极间清洁的间隙状态及较宽的切缝是实现大能量放电切割的前提。
(2)采用同轴高压喷液方式,能及时补充因大能量放电加工而气化的极间工作液,使极间放电和冷却状况得到改善,并消除切割表面烧伤纹。
(3)在大能量高效切割时,应选择大峰值放电电流,同时在保证平均电流较大的基础上减小脉宽,以尽可能实现以气化为主的蚀除方式。
参考文献
[1]叶军.数控低速走丝电火花线切割加工技术及市场发展分析[J].电加工与模具,2005(增刊):13-16.
[2]刘志东.基于复合工作液的电火花线切割加工技术研究[J].电加工与模具,2008(增刊):24-30.
[3]周大农.电火花线切割加工技术的现状和发展[J].机械工人,2006(6):17-19.
[4]刘志东.以复合工作液为放电介质的低速走丝电火花线切割可行性研究[J].航空精密制造技术,2007,43(4):39-42.
[5]方丁酉.两相流动力学[M].长沙:国防科学技术大学出版社,1988.
快走丝线切割电参数的研究 篇3
关键词：快走丝线切割,电参数,加工质量
1快走丝线切割加工原理
快走丝线切割加工是利用移动的金属丝作为加工电极, 在电极丝与工件之间产生脉冲火花放电的电腐蚀现象去除多余的金属, 以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的预定加工要求的一电火花加工方法。如图1所示。
快走丝线切割加工是利用放电进行加工, 电极丝接脉冲电源的负极, 工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时, 在电极丝及工件之间产生火花放电, 在放电中心的瞬时温度可高达10000℃以上, 高温使工件局部金属熔化, 甚至有少量气化, 高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化, 这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀, 并有爆炸的特性。靠这种热膨胀和局部爆炸, 抛出熔化和气化的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切削加工。
2快走丝线切割加工的特点
在快走丝线切割加工过程中, 工件材料表面因高温而融化, 然后急冷, 结果就生成了变质层, 变质层由熔融再凝固层、再淬火层及再回火层组成。由于腐蚀液几乎不能对熔融再凝固层腐蚀而且成白色, 该层与铸造组织类似, 且常常产生许多微观裂纹。这种微观裂纹是由于金属从熔化状态突然急冷凝固, 材料收缩而产生的拉伸热应力造成的。再凝固层的厚度, 因加工条件不同而异, 切割速度越快则越厚, 而且几乎不受切割加工前热处理状态的影响, 所以快走丝线切割加工的加工质量主要受到切割电参数的影响。
3快走丝线切割电参数的研究
快走丝线切割工艺参数的选择, 影响加工质量、切割速度和钼丝的损耗率等。合理使用数控快走丝线切割机床就必须对电参数理解和掌握。影响加工质量明显的电参数主要包括脉冲电流、脉冲宽度、脉冲间隔、走丝速度等, 在快走丝线切割加工中, 在保证表面质量、加工精度的前提下, 尽量提高切割加工效率。
3.1脉冲电流I
脉冲电源直接决定了切割的厚度和速度, 即切割能力, 同时脉冲电流影响加工表面质量。快走丝线切割加工表面由大量放电坑堆积而成, 放电坑的形状和尺寸决定了表面粗糙度的大小, 而放电坑的形成与脉冲电流直接相关。脉冲宽度的大小标志着单个脉冲能量的强弱, 因此脉冲电流对加工表面粗糙度的影响最显著。由于粗糙度值的大小取决于放电坑的大小, 所以在选择电参数时, 脉冲宽度是优先选择, 通过减少脉冲宽度来降低放电能量大小, 来降低表面粗糙度。
采用苏州长风机床DK7732-E快走丝快走丝线切割机床, 钼丝的直径为ф0.18mm, 加工材料为45号钢, 乳化液作为加工介质。在加工中选择不同脉宽及电流幅值, 结果在脉宽相同的情况下, 电流幅值越大, 表面粗糙度越大;而在电流幅值相同时, 表面粗糙度随脉宽的增加逐渐增大。因为脉冲宽度与放电能量成正比, 脉冲宽度越大, 每一周期放电时间所占比例就大, 切割效率就高, 此时加工稳定, 但放电间隙大, 工件表面粗糙度就差;然而, 脉冲宽度小, 加工表面质量高, 但切割效率低, 加工稳定性差;而在一定的放电时间内, 电流幅值的提高也将使脉冲能量增大, 但这将导致放电坑直径和深度的增加, 从而使表面粗糙度增大。可见, 随着单个脉冲能量的增大, 每次放电的去除量相应增加, 加工速度虽然可以得到提高, 但是表面粗糙度将随之恶化。因此, 对于线切割精加工而言, 采用小的脉冲宽度和脉冲电流可获得良好的表面粗糙度。但是, 采用过小的脉冲宽度, 切割速度会因放电能量小而越慢;脉冲电流太小, 将不能产生放电火花, 无法正常切割。一般来说, 精加工时, 脉冲宽度可在20~30μs选择;粗加工时, 可以在30~80μs内选择。加工电流达到短路电流 (人为短路) 的70%~75%为最佳。
3.2脉冲间隔 (t0)
脉冲间隔对切割速度影响较大, 同时影响了切削效率, 脉冲间隔越小, 单位时间放电加工的次数越多, 因而切割速度也越高。同时, 电参数选择不合适也是引起断丝的一个重要原因。因此根据工件厚度选择合理的电参数, 将脉冲间隔拉开些, 有利于熔化金属微粒的排出, 更有利于消电离, 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。根据工件厚度选择合适的脉冲间隔:脉冲间隔不能太小, 否则容易产生短路, 也不利于冷却和电蚀物的排出;脉冲间隔过大, 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, 适当加大脉冲间隔, 以充分消除放电产物, 形成稳定切割。要增强排屑效果, 提高切割的稳定性, 一般脉冲间隔在15~250μs范围内基本能适应各种加工条件。
3.3切割速度 (V)
走丝速度对切割速度具有一定影响, 随着走丝速度的提高, 切割速度将明显增加。但是, 走丝速度越快引起电极丝较大的振动而使工件表面质量恶化。因此, 在保证加工质量的前提下, 选择一个合适加工速度的确定合理走丝速度, 一般走丝速度在2~15m/s。最佳切割速度范围可参照设备说明选择或试验确定, 由于材料的厚薄度, 材质不同, 熔点高低, 热导率大小以及熔化后的表面张力等因素, 切割速度也相应的变化。
3.4加工电压U
一般认为电源正常输出电压即为切割电压。线切割机通常有较高的空载电压和工作电压, 当电流一定时, 电压的提高意味着切割能力的提高, 但是易造成电极丝振动, 工件表面粗糙度变差, 加工精度有所降低。一般选择原则如下:高度在50mm以下的工件, 加工电压选择在70V;高度在50~150mm的工件, 加工电压选择在90V;高度在150mm以上的工件, 加工电压选择在110V。根据经验, 采用苏州长风机床有限责任公司生产的DK7732-E快走丝快走丝线切割机床, 切割厚度小于35mm的普通钢件时, 当电压表指针在75V左右、电流表指针在 (2.0±0.5) A时, 选定的电参数比较合理, 获得的加工质量较高。良好的加工质量与工件材料、切割形状、电参数、工作液等具有密切的关系, 在实际的生产中需要结合各种因素, 不断调整电参数才能满足各项加工要求。
4结论
在快走丝线切割加工中, 电参数的选择至关重要, 它们直接影响加工质量和加工效率的高低, 在切割加工中它们又相互影响, 所以在操作快走丝机床选择电参数时, 必须根据工件材料、电极丝直径、加工质量、加工表面粗糙度和加工效率的要求等条件来选择相应的电参数, 从而获得满意的加工结果。
参考文献
[1]赵万生.特种加工技术[M].北京:高等教育出版社, 2003.
[2]陈洪涛.数控加工工艺与编程[M].北京:高等教育出版社, 2006.