数控电火花线切割加工工艺研究

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数控电火花线切割加工工艺研究

长沙航空职业技术学院(410124) 王建平 宋乃坚

摘要 通过分析数控电火花线切割加工的原理,介绍了数控电火花线切割加工的特点及其应用,对数控电火花线切割加工工艺进行了研究和探讨,并对数控电火花线切割中常见的问题,提出了处理意见。

关键词 数控 线切割 工艺

ResearchontheProcessofWireCutEDMMachining

Abstract Inthispaper,thetheoryofNCWEDMmachiningisanalyzed,thecharacteristicsandapplications

ofNCWEDMmachiningareintroducedandthetechnologyofNCWEDMmachiningisdiscussedandstudied.Furthermore,somesolutionstosomefrequentproblemsintheprocessofNCWEDMmachiningweresugges ted.

Keywords NC,wirecutEDM,technology

中图分类号:TG484 文献标识码:A

数控电火花线切割加工(WireCutEDM,简称WEDM)是在电火花加工的基础上发展起来的一种新的工艺形式,其加工过程与传统的机械加工完全不同,加工时,用线状电极(铜丝或钼丝)靠火花放电对工件进行切割,故称为电火花线切割。其加工的基本原理是利用移动的细金属丝(铜丝或钼丝)作为工具电极(接高频脉冲电源负极),对工件(接高频脉冲电源正极)进行脉冲火花放电。加工时,工件与电极丝并不接触,而是保持一定的距离,在电极丝和工件之间施加脉冲电压,并置于乳化液或去离子水等工作液中,使其不断产生火花放电,放电产生的瞬时高温将工件表面材料熔化甚至汽化,逐步蚀除工件,通过连续不断的火花放电,就可以将工件材料按我们预想的要求予以蚀除,达到加工的目的。

切割机床已逐渐从单一的冲裁模具加工向各类模具及复杂精密模具和其他各类零件的加工方向转移。其应用越来越广泛。数控线切割加工具有电火花加工的共性,金属材料的硬度和韧性并不影响其加工,电火花线切割主要用来加工淬火钢和硬质合金;当前绝大多数电火花线切割机,都采用数字程序控制,其工艺特点如下:

1)用来加工一般切削方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件,如冲摸、凹凸模及外形复杂的精密零件等。

2)不像电火花成形加工那样要制造特定形状的工具电极,而是采用直径不等的铜丝或钼丝等作工具电极,因此切割用的刀具简单,大大降低了生产准备工时。

3)电极丝直径较细(0 025~0 3mm),切缝很窄,这样不仅有利于材料的利用,而且适合加工细小零件。

化应用水平,为双力集团的企业管理信息化建设打下了坚实的基础。

双力集团工艺解决方案在农业装备制造行业里具有相当的典型意义,为农用车、拖拉机、大型收获机械、钢结构等机加工、焊接、冷冲压、涂装等制造业的工艺应用提供了非常具有借鉴意义的解决方案。

1 数控电火花线切割加工的特点

随着数控电火花线切割机床的普及,电火花线

6 结语

经过3个月的合作开发,XTCAPP系统已于2003年6月在双力集团试运行,并于2003年8月通过双力集团局域网在全公司铺开。经1年多运行表明,XTCAPP系统运行稳定、可靠,解决了双力集团在工艺文档管理、工艺流程管理和工艺数据安全管理中的诸多问题。

通过XTCAPP系统的应用和实施,双力集团工艺设计过程中工艺人员的工作效率显著提高,促进了双力集团工艺的标准化建设工作,提高了双力集团工艺设计水平和质量,缩短了新产品开发周期;同时积累了大量的工艺基础数据,提高了企业信息

[参考文献]

[1]祁国宁,顾新建.计算机集成制造系统方法论.上海:上海科学技术出版社,1996.

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[3]余宜海,章易程,李蔚.基于零件 设备特征匹配的通用CAPP方法.CAD/CAM与制造业信息化,2005(4).

责任编辑 王亚昆

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4)电极丝在加工中是移动的,不断更新(慢走丝)或反复使用(快走丝),可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。

5)依靠计算机计算和控制电极丝轨迹和偏移轨迹,可方便地调整凸凹模具的配合间隙,并且依靠锥度切割功能可实现凸凹模一次加工成型。

3 2 切割路线的选择

线切割加工工艺中,切割起始点和切割路线的安排是否合理,将影响工件变形的大小,从而影响工件的加工精度。起割点应取在图形的拐角处,或取在容易将凸尖修去的部位。切割路线主要以防止或减少工件变形为原则,一般应考虑使靠近装夹这一边的图形最后切割为宜。图1所示的由外向内顺序的切割路线,通常在加工凸模时采用。其中图1a所示的切割路线是错误的,因为当切割完第一边,继续加工时,由于原来主要连接的部位被割离,余下材料与夹持部分的连接较少,工件刚度大大降低,容易产生变形而影响加工精度。如按图1b所示的切割路线加工,则可减少由于工件材料割离后残余应力重新分布而引起的变形。所以,一般情况下,最好将工件与夹持部分分割的线段安排在切割路线的末端。对于精度要求较高的零件,最好采用图1c所示的方案,电极丝不是由坯件外部切入,而是将切割起点取在坯件预制的穿丝孔中,该方案可使工件的变形达到最小。切割孔类零件时,为了减小变形还可以采用二次切割法:第一次粗加工型孔,各边留余量0 1~0 5mm,第二次切割为精加工,这样可以达到较

好的效果。

2 数控电火花线切割加工的应用

2 1 模具加工

绝大多数冲裁模具都采用电火花切割加工制造,因为只需计算一次,变换程序后就可以加工凸模、凸模固定板、凹模卸料板等,模具配合间隙、加工

精度一般都能达到要求。此外还可加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等带锥度的模具。2 2 新产品试件的加工

新产品试制时,用线切割在板料上直接割出零件。例如切割特殊微电机硅钢片定、转子的铁心,由于不需另行制造模具,可大大缩短制造周期,降低成本。2 3 难加工零件的加工

精密型孔、凸轮、样板、成形刀具及精密狭槽等微型零件的加工中,利用机械切削加工很困难,而采用线切割加工则比较合适。2 4 贵重金属的下料

由于线切割加工用的电极丝尺寸比切削刀具尺寸小(最细的电极丝尺寸为0 02mm),用它切割贵重金属,可节约很多切缝消耗材料。

3 数控电火花线切割的加工工艺

利用数控电火花线切割机床进行加工时,经常会遇到如何选择合适的工艺参数的问题,解决加工速度与光洁度的矛盾;加工速度的提高与减少电极丝损耗的矛盾以及如何避免和减少断丝。要正确解决这些问题,必须首先解决电火花线切割的工艺问题。

3 1 工件材料的选择

线切割加工一般是大面积去除金属或切断加工,如果工件材料选择不当,热处理不合适,会使材料内部产生较大的内应力,在加工过程中导致剩余内应力释放,从而破坏零件的加工精度,严重时甚至会在加工过程中使材料出现裂纹。因此,对要进行线切割加工的工件,应选择锻造性能好、淬透性好、内部组织均匀、热处理变形小的材料,并采用合适的热处理方法,以达到加工后变形小、精度高的目的。工件的材料应尽量选用Cr12,Cr12MoV,CrWMn等。图2 切入位置的选择图1 切割起点与切割路线的安排

3 3 穿丝孔和电极丝切入位置的选择

穿丝孔是电极丝相对工件运动的起点,同时也是程序执行的起点,一般选在工件上的基准点处。为缩短开始切割时的切入长度,穿丝孔也可选在距离型孔边缘2~5mm处,如图2a所示。加工凸模时,为减小变形,电极丝切割时的运动轨迹与边缘的距离应大于5mm,如图2b

所示。

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3 4 电参数的选择

1)脉冲宽度ti 通常ti加大时加工速度提高而表面粗糙度变差。一般ti=2~60 s,当ti>40 s后,加工速度提高不多,但电极丝损耗增大。在分组脉冲及光整加工时,ti可小至0 5 s以下,能改善表面粗糙度至Ra<1 25 m。

2)脉冲间隔to to减小时平均电流增大,切割速度正比加快,但to不能过小,以免引起电弧和断丝。一般取to=(4~8)ti。但在刚切入,或大厚度工件加工时,应取较大的to值。

3)开路电压ui 该值会引起放电峰值电流和电加工间隙的改变。ui提高,加工间隙增大,排屑容易,提高了切割速度和加工的稳定性,但容易造成电极丝振动,通常ui的提高还会使电极丝的损耗加大,所以一般ui=60~150V。

4)放电峰值电流ie 该参数是决定单脉冲能量的主要因素之一。ie增大时,切割速度提高,表面粗糙度增大,电极丝损耗比加大甚至断丝。一般对于快走丝线切割机床ie取15~40A,平均电流小于5A。慢走丝线切割机床ie约为100~500A,最大时可达1000A。

5)极性 线切割加工因脉宽较窄,所以都用正极性加工,也就是工件接电源的正极,否则,切割速度变低而电极丝损耗增大。

6)变频、进给速度 预置进给速度的调节对切割速度、加工精度和表面质量的影响很大。因此预置进给速度应紧密跟随工件的蚀除速度,以保持加工间隙恒定在最佳值上,这样可以使有效放电状态的比例大,而开路和短路的比例小,使切割速度达到给定加工条件下的最大值,相应的加工精度和表面质量也好。如果预置进给速度调得太快,超过工件可能的蚀除速度,会出现频繁的短路现象,切割速度反而降低,表面粗糙度也差,工件上下端面切缝呈焦黄色,甚至断丝。反之,如果预置进给速度调得太慢,大大落后工件可能的蚀除速度,极间将偏于开路,有时会时而开路时而短路,上下端面切缝呈焦黄色。这2种情况都影响工艺指标,因此,必须按电压表、电流表调节进给旋纽,使表针稳定不动,此时,进给速度均匀、平稳,是线切割加工速度和表面粗糙度均好的状态。3 5 其它非电参数的选择3 5 1 电极丝的选择

电极丝应具有良好的导电性和抗电蚀性,抗拉强度高、材质均匀、高熔点、低电阻率。常用电极丝材料有金属钼丝、钨丝、黄铜丝和包芯丝等,非金属材料有石墨等。3 5 2 电极丝张力的选择

电极丝的张力越大切割速度越高,表面质量越

好。但电极丝的张力过大会引起断丝。一般电极丝的张力取8N左右为宜,某些慢走丝线切割机床专用电极丝的张力可达到15~20N。3 5 3 走丝速度的选择

电极丝的走丝速度影响到电极丝在加工区的逗留时间和承受的放电次数。一般应使走丝速度尽量快些,有利于冷却、排屑和减少电极损耗,提高加工精度(尤其是厚工件)。但走丝速度过高,将使电极丝的振动加大、精度降低、表面粗糙度变差,且容易断丝。所以,走丝速度应根据工件厚度和切割速度选择,慢走丝线切割机床的走丝速度常在3~12m/min之间选择,快走丝线切割机床的走丝速度应以小于10m/s为宜。3 5 4 工作液的选择

工作液对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有较大影响,加工时必须正确选择。常用的工作液主要有乳化液和去离子水。慢速走丝线切割加工,目前普遍使用去离子水。为了提高切割速度,在加工时还要加进有利于提高切割速度的导电液,以增加工作液的电阻率。加工淬火钢,使电阻率在2 104 /cm左右;加工硬质合金电阻率在30 104 /cm左右。对于快速走丝线切割加工,目前最常用的是乳化液。

4 数控电火花线切割中常见问题的处理

在数控电火花线切割中,常出现电极丝短路、断丝的现象,一般应做如下处理:短路可能是因为进给速度太快、脉冲电源参数选择不当等原因造成。应降低进给速度,增大峰值电流,加大加工能量,同时加大电极丝的张力,减少工作液的电阻率;发生断丝的原因可能是脉冲电源参数选择不当、工作液浓度不合适、工件变形、进给速度不合适、运丝系统不正常等原因造成。应首先检查电极丝断丝的位置并判断断丝原因,可通过减小峰值电流,降低空载电压和进给速度,减少电极丝的张力或增大冷却喷嘴的工作液流量等方法解决。

[参考文献]

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