電火花線切割加工技術(shù) - 副本 (2).doc

電火花線切割技術(shù) 正 文 一電火花線切割概述 電火花線切割加工(Wire Cut Electrical Discharge Machining，簡稱WCEDM)是在電火花加工基礎(chǔ)上于50年代末在前蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種新工藝，由于其加工過程是利用線狀電極靠火花放電對工件進(jìn)行切割，故稱電火花線切割。目前，國內(nèi)外的線切割機(jī)床已占電加工機(jī)床的60%以上。電火花加工典型零件 二電火花線切割加工原理 電火花線切割加工是在電火花加工基礎(chǔ)上用線狀電極(鉬絲或銅絲)靠火花放電對工件進(jìn)行切割，利用移動的細(xì)金屬絲( 銅絲或鉬絲) 作為工具電極( 接高頻脈沖電源負(fù)極， 對工件( 接高頻脈沖電源正極) 進(jìn)行脈沖火花放電。其加工原理示意圖如下圖所示： 電火花腐蝕主要原因：兩電極在絕緣液體中靠近時(shí)，由于兩電極的微觀表面是凹凸不平，其電場分布不均勻離得最近凸點(diǎn)處的電場度最高，極間介質(zhì)被擊穿，形成放電通道，電流迅速上升。在電場作用下，通道內(nèi)負(fù)電子高速奔向陽極，正離子奔向陰極形成火花放電，電子和離子在電場作用下高速運(yùn)動時(shí)相互碰撞，陽極和陰極表面分別受到電子流和離子流的轟擊，使電極間隙內(nèi)形成瞬時(shí)高溫?zé)嵩?，通道中心溫度達(dá)到10000度以上，以致局部金屬材料熔化和氣化。 三電火花線切割加工特點(diǎn) 1 用來加工一般切削方法難以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的工件，如沖摸、凹凸模及外形復(fù)雜的精密零件等。也可以加工錐面。但是不能加工盲孔； 2 .不像電火花成形加工那樣要制造特定形狀的工具電極，而是采用直徑不等的銅絲或鉬絲等作工具電極，因此切割用的刀具簡單，大大降低了生產(chǎn)準(zhǔn)備工時(shí)。 3.工具電極和工件之間不直接接觸，幾乎沒有切削力，所以加工的材料可以選用高硬度的材料（一般加工工件都可在淬火后進(jìn)行）； 4. 電極絲直徑較細(xì)(0.0250.3mm)，切縫很窄，這樣不僅有利于材料的利用，而且適合加工細(xì)小零件。 5. 電極絲在加工中是移動的，不斷更新(慢走絲)或反復(fù)使用(快走絲)，可以完全或短時(shí)間不考慮電極絲損耗對加工精度的影響。 6. 依靠計(jì)算機(jī)計(jì)算和控制電極絲軌跡和偏移軌跡，可方便地調(diào)整凸凹模具的配合間隙，并且依靠錐度切割功能可實(shí)現(xiàn)凸凹模一次加工成型。7.自動化程度高、操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動化；8.輪廓加工所需加工的余量少，能有效地節(jié)約貴重的材料。9.采用乳化液或去離水的工作液，不必?fù)?dān)心發(fā)生火災(zāi)，可以晝夜無人連續(xù)加工。10. 電火花線切割能切割加工傳統(tǒng)方法難于加工或無法加工的高硬度、高強(qiáng)度、高脆性、高忍性等導(dǎo)電材料及半導(dǎo)體材料。11.任何復(fù)雜開頭的零件，只要能編制加工程序就可以進(jìn)行加工，因而很適合小批零件和試制品的生產(chǎn)加工，加工周期短，應(yīng)用靈活。12.采用四軸聯(lián)動，可加工上，下面異形體，形狀扭曲曲面體，變錐度和球形等零件。 四、電極絲的參數(shù)選用 電極絲根據(jù)機(jī)床的種類不同所選用的電極絲的粗細(xì)也不一樣鉬絲進(jìn)刀的快慢直接和電流的大小有關(guān)，不能為獲得快的速度而使電流的值越大，這樣會燒掉電極絲；而電流越小，表面光滑度不好，所以線切割的參數(shù)還得根據(jù)具體的實(shí)際要求來選用。 五、電火花線切割加工的應(yīng)用 電火花線切割主要用于各種沖模、塑料模、粉末冶金模等二維及三維直紋面組成的模具及零件。也可切割各種樣板、磁鋼、硅鋼片、半導(dǎo)體材料或貴重金屬，還可進(jìn)行微細(xì)加工，異形槽和試件上標(biāo)準(zhǔn)缺陷的加工。廣泛用于電子儀器、精密機(jī)床、輕工、軍工等。（1）平面形狀的金屬模加工：沖模、粉末冶金模、拉拔模、擠壓模的加工（2）立體形狀的金屬模加工：沖模用凹模的退刀槽加工、塑料用金屬壓模、塑料模分離面加工（3）電火花成形加工：用電極制作形狀復(fù)雜的微細(xì)電極的加工、一般穿孔用電極的加工、帶錐度型模電極的加工（4）試制品及零件加工：試制零件的直接加工、批量小品種多的零件加工、特殊材料的零件加工、材料試件的加工（5）輪廓量規(guī)的加工：各種卡板量具的加工，凸輪及模板的加工，成形車的成形加工（6）微細(xì)加工：化纖噴嘴加工、異形槽和窄槽加工、標(biāo)準(zhǔn)缺陷加工 六線切割中常見問題與處理措施 在數(shù)控電火花線切割中，常出現(xiàn)電極絲短路、斷絲的現(xiàn)象，一般應(yīng)做如下處理：短路可能是因?yàn)檫M(jìn)給速度太快、脈沖電源參數(shù)選擇不當(dāng)?shù)仍蛟斐伞?1.應(yīng)降低進(jìn)給速度，增大峰值電流，加大加工能量，同時(shí)加大電極絲的張力，減少工作液的電阻率；發(fā)生斷絲的原因可能是脈沖電源參數(shù)選擇不當(dāng)、工作液濃度不合適、工件變形、進(jìn)給速度不合適、運(yùn)絲系統(tǒng)不正常等原因造成。 2.應(yīng)首先檢查電極絲斷絲的位置并判斷斷絲原因，可通過減小峰值電流，降低空載電壓和進(jìn)給速度，減少電極絲的張力或增大冷卻噴嘴的工作液流量等方法解決 七電火花線切割機(jī)床組成和分類 1.組成1-儲絲筒；2-走絲溜板；3-絲架；4-上工作臺；5-下工坐臺；6-床身；7-脈沖電源及微機(jī)控制柜 2.分類 （1）按走絲速度分 有高速走絲和低速走絲兩種。高速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-HS）的電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動，一般走絲速度為6-11m/s，這是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種，也是我國獨(dú)創(chuàng)的電火花線切割加工模式；低速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-LS）的電極絲作低速單向運(yùn)動，一般走絲速度低于2.5m/s，這是國外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。 （2）按控制方式分 由靠模仿形控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制以及微機(jī)控制等，前兩種方法現(xiàn)已很少采用。（3）按脈沖電源形式分 有RC電源、晶體管電源、分組脈沖電源以及自適應(yīng)控制電源等，RC電源現(xiàn)已基本不用。（4）按加工特點(diǎn)分 有大、中、小型，以及普通直壁切割型與錐度切割型等。 8 電火花線切割加工技術(shù)的現(xiàn)狀 目前，電火花線切割機(jī)的切割速度已由過去的2040mm2/min普遍提高到100mm2/min以上，有的可達(dá)到260mm2/min，機(jī)床的加工精度為0.01mm，工件的表面粗糙度為Ra1.252.5m,因而可滿足一般模具加工和其他復(fù)雜零件制造的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對各類產(chǎn)品的制造要求越來越高，對線切割加工技術(shù)也提出了更高的要求。國外(歐美、日本等)研究發(fā)展的數(shù)控低速走絲電火花線切割機(jī)為適應(yīng)對制造加工技術(shù)的要求，采用閉環(huán)數(shù)字交(直)流伺服控制系統(tǒng)，確保優(yōu)良的動態(tài)性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以內(nèi)。同時(shí)機(jī)床具有數(shù)字自適應(yīng)控制電源、自動穿絲、自動卸除廢料、短路自動回退等自動化技術(shù)，此外對電極絲張力和工作液壓力也可進(jìn)行控制。由于使用了新技術(shù)并注重計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的更新和發(fā)展，低速走絲線切割機(jī)的工藝指標(biāo)已達(dá)到了相當(dāng)高的水平。即使對形狀復(fù)雜零件的加工，最高切割速度也可超過300mm2/min；尺寸精度可達(dá)到25m；表面粗糙度可達(dá)到Ra0.10.2m(多次切割)。機(jī)床的自動化程度高，加工穩(wěn)定性好，已向無人化加工發(fā)展。電火花線切割機(jī)由于受到電極絲損耗、機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)與精度、進(jìn)給系統(tǒng)的開環(huán)控制、加工中工作液導(dǎo)電率的變化、加工環(huán)境的溫度變化及本身加工的特點(diǎn)(如運(yùn)絲速度快、振源比較多、導(dǎo)輪磨損大)等因素影響，機(jī)床的加工精度有限。以目前機(jī)床的現(xiàn)狀，要在較短的時(shí)間內(nèi)與低速走絲線切割機(jī)在加工精度方面進(jìn)行競爭，困難是相當(dāng)大的，而且研究開發(fā)的代價(jià)也會很高，機(jī)床的制造成本將大幅度提高，從現(xiàn)實(shí)和市場的角度來考慮都是不太適宜的。因此，電火花線切割機(jī)的發(fā)展策略是揚(yáng)長避短，以發(fā)展中低檔機(jī)床為主，使機(jī)床向適當(dāng)加工精度、良好的加工穩(wěn)定性和容易操作的方向發(fā)展，來滿足不斷發(fā)展的生產(chǎn)需要。目前市場上高速走絲線切割機(jī)最大的優(yōu)勢在于擁有良好的性能價(jià)格比，機(jī)床的進(jìn)一步發(fā)展必須以此為基本出發(fā)點(diǎn)，不能過分強(qiáng)調(diào)機(jī)床加工精度，而忽視機(jī)床性能價(jià)格比的因素。如違背這一原則，機(jī)床制造商和用戶都難以接受。為在較短的時(shí)間內(nèi)，使電火花線切割機(jī)的加工性能有較大的提高。電火花線切割機(jī)要進(jìn)一步發(fā)展，必須擺脫單板機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，采用新的數(shù)控系統(tǒng)。目前國內(nèi)已有基于PC的高速走絲線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，但其主要功能是加工軌跡編程，機(jī)床加工控制功能還很不完善，沒有充分利用PC的資源。在運(yùn)用新技術(shù)、新工藝的同時(shí)，還必須重視對電火花線切割加工工藝規(guī)律進(jìn)行深入細(xì)致的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)研究，這也是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。 結(jié)論 目前國內(nèi)已開始進(jìn)行人工智能技術(shù)在電火花線切割加工中的研究，然而研究的深度和廣度還很不夠。還有許多方面有待進(jìn)一步研究：高速走絲線切割機(jī)的伺服進(jìn)給變頻調(diào)節(jié)一直依靠操作人員，因此操作人員的工作強(qiáng)度大，機(jī)床性能的發(fā)揮受到限制。模糊控制技術(shù)是人工智能技術(shù)中的一個(gè)重要方面，它能模仿熟練工人對機(jī)床進(jìn)行控制，已在電火花成形機(jī)上成功地應(yīng)用，在電火花線切割加工中具有良好的應(yīng)用前景?？偨Y(jié)多年來高速走絲線切割加工工藝研究成果，建立相應(yīng)的知識庫和專家系統(tǒng)，降低機(jī)床的操作難度是十分必要的。在加工參數(shù)自適應(yīng)等方面能有所作為。日本沙迪克公司推出了NF(神經(jīng)模糊)數(shù)控電源，它不必輸入復(fù)雜的NC代碼能自動選擇加工參數(shù)，并可根據(jù)加工狀態(tài)自動進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電加工機(jī)床成為一般操作人員也能使用好的機(jī)床，解決了電火花加工過程中工藝參數(shù)設(shè)置長期以來取決于操作人員水平的問題。將最新發(fā)展的人工智能技術(shù)引入到高速走絲線切割機(jī)中，研制高速走絲線切割機(jī)的智能化控制部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這與當(dāng)前國家優(yōu)先發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)是一致的，具有重要的實(shí)際意義。 參考文獻(xiàn)：1沈其文等編著.機(jī)械制造工業(yè)禁忌手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.2 范文有;高速走絲線切割機(jī)斷絲原因的分析及對策J;電加工與模具;2002年04期3 孫利生,黃因慧,余承業(yè);電火花加工中電