低速走絲線切割工藝研究

1、1 1、引言、引言 評價低速走絲線切割機床性能的優(yōu)劣，主要就是看它的三大加工指標：加工精度、加工效率及加工表面粗糙度。 機床的機械精度、脈沖電源的性能以及與之配套的加工工藝對低速走絲線切割機床的加工效果影響重大。三大加工指標每提高一步，都需跨過一道道較高的技術(shù)門檻。 影響線切割加工效果的因數(shù)很多，且相互之間互有關(guān)聯(lián)，諸如機床的機械精度、高頻脈沖電源性能和參數(shù)、電極絲材料、運絲速度、電極絲張力、工作液流量、壓力、電導(dǎo)率以及環(huán)境溫度和工作液溫度等都對加工結(jié)果產(chǎn)生重大影響。下面以我公司生產(chǎn)的低速走絲線切割機床為例，探討在機床的機械精度得到保證的前提下，影響低速走絲線切割機加工效果諸因數(shù)之間的相互關(guān)系

2、。 2 2、高頻脈沖電源參數(shù)對加工效率及表、高頻脈沖電源參數(shù)對加工效率及表面粗糙度的影響面粗糙度的影響2.1 2.1 脈沖寬度對加工效率及表面粗糙脈沖寬度對加工效率及表面粗糙度的影響度的影響 市場上大多數(shù)低速走絲線切割機床的脈沖電源電源主回路結(jié)構(gòu)都是采用無限流電阻模式，放電回路的電感L對電流的上升率起主要作用， 若放電回路的電阻忽略不計，放電回路的電流表達式可表示為：I(t)=1/L*Vdt=t*V/L；脈沖電流峰值Ip=Ton*V/L，即脈沖電流峰值主要取決于脈沖寬度Ton、供電電壓V及回路電感L的參數(shù)，其中回路電感L的參數(shù)是一個常量，供電電壓V一旦設(shè)定，也是一個常量，因而脈沖電流峰值隨脈沖

3、寬度成正比變化。脈寬Ton越大，加工電流越大，加工效率也越高。當然，Ton的增大是有限制的，當電流增大產(chǎn)生的瞬間熱量超過電極絲的承受能力時，就會產(chǎn)生斷絲。 與成形加工類似，Ton越大，加工表面粗糙度亦越大，但變化關(guān)系并非線性，Ton較小時，加工表面粗糙度對此敏感度較大，當Ton大到一定量時，加工表面粗糙度漸趨穩(wěn)定。 圖2.1脈沖寬度對加工效率的影響 圖2.2脈沖寬度對加工電流的影響 圖2.3脈沖寬度對加工表面粗糙度的影響 2.2 2.2 脈沖停歇對加工穩(wěn)定性及加工效脈沖停歇對加工穩(wěn)定性及加工效率的影響率的影響 同樣與成形加工類似，脈沖停歇Toff越小，放電頻率越高，平均放電電流越大，加工效率就

4、越高，但如果脈沖停歇Toff太小，放電間隙恢復(fù)時間太短，放電期間產(chǎn)生的熱量得不到充分的冷卻，將會增大斷絲概率。 脈沖寬度Ton時間一般是幾十納秒幾百納秒，脈沖停歇Toff時間則是幾秒幾十秒，脈沖占空比達十倍以上，脈沖停歇Toff的少量變化將會引起平均加工電流較大幅度的變化，對加工效率隨之產(chǎn)生較大的影響。因此，在加工過程中脈沖停歇Toff可在一個較小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 圖2.4脈沖停歇對加工效率的影響 圖2.5脈沖停歇對加工電流的影響 圖2.5脈沖停歇對加工電流的影響 2.3 2.3 供電電壓對加工效率及加工表面供電電壓對加工效率及加工表面粗糙度的影響粗糙度的影響 脈沖電流峰值Ip與供電電壓V之間的

5、關(guān)系為Ip=Ton*V/L，當Ton參數(shù)不變，僅改變供電電壓V的大小，即可改變脈沖電流峰值Ip的幅度，從而影響到加工效率及加工表面粗糙度。 因此在加工過程中供電電壓必需恒定，確保加工效率和加工過程的穩(wěn)定。此外，在精加工時，要降低加工表面粗糙度，除了減小脈沖寬度Ton以外，還可降低供電電壓V，以達到所需的加工表面粗糙度。 圖2.6供電電壓對加工效率的影響 圖2.7供電電壓對加工電流的影響 3、工作液壓力、電導(dǎo)率及溫度的變化對加、工作液壓力、電導(dǎo)率及溫度的變化對加工的影響工的影響 3.1工作液壓力對加工的影響工作液壓力對加工的影響 當電極絲與工件之間的液體介質(zhì)被擊穿后，形成瞬間火花脈沖放電，在火花

6、通道中瞬間產(chǎn)生高熱，使工件表層的金屬局部熔化甚至氣化，如果放電產(chǎn)生的高熱不能得到及時冷卻，將會導(dǎo)致頻繁地斷絲，而微小的蝕除顆粒如果不能被及時排除，會影響更進一步的放電，也會引起燒弧而斷絲，加工精度亦大受影響。 因此，加工間隙中的高壓水流的沖刷冷卻作用相當重要。加工電流越大，水壓要求越高，最高水壓可達1.5Mpa/CM2。但水壓過高將會對電極絲的滯后影響較大，導(dǎo)致拐角處塌角嚴重，小圓弧加工精度變差，在加工過程中必須保持適當?shù)乃畨?，既要兼顧加工精度，又要保證穩(wěn)定加工不斷絲。 在高速加工過程中，因加工縫隙的上下二端沖液條件較好，電蝕產(chǎn)物會被高壓水沖至加工縫隙中部交匯，再向加工路徑的后方流出，因而加工

7、面的中部因電蝕產(chǎn)物造成的二次放電幾率增多，造成中凹現(xiàn)象，最大可以單邊凹入0.01以上，適當增大水壓可以減緩，但不能根除，對于要求較高的加工，應(yīng)采用多次切割技術(shù)。 此外，導(dǎo)向器噴嘴端面與工件表面之間的縫隙對加工間隙中的水壓及加工精度影響較大，如果縫隙過大，散失的水量多，噴入加工間隙的水流將大大減少，如果縫隙過小，雖然會使噴入加工間隙的水流將大大增多，但導(dǎo)向器的噴嘴端面與工件表面之間接近封閉的狀態(tài)，使二者之間排斥壓力大幅增大，導(dǎo)致導(dǎo)向器側(cè)向位移，影響加工精度，應(yīng)調(diào)節(jié)至適當位置。 3.2 3.2 電導(dǎo)率對加工的影響電導(dǎo)率對加工的影響 經(jīng)試驗，工作液的電導(dǎo)率在10 /.100/.之間變化，對粗加工的加

8、工效率影響不大，但對精加工的影響較大，特別是多次切割時，加工能量很小，供電電壓較低，當電導(dǎo)率較大時，因工作液電阻較低，加工間隙不易產(chǎn)生擊穿放電，切割偏移量難以控制。 一般應(yīng)采用較低的電導(dǎo)率，以提高工作液電阻，加工間隙容易產(chǎn)生火花放電，加工穩(wěn)定、易于控制，加工表面綜合質(zhì)量較高。因此，需配置電導(dǎo)率控制器，自動控制工作液的離子交換，使工作液電導(dǎo)率控制在適當范圍，保證了加工工藝的一致性。 3.33.3溫度變化對加工的影響溫度變化對加工的影響 眾所周知，溫度的變化對加工精度影響很大，如果設(shè)計不合理，線架與工作臺絲杠的溫度系數(shù)相差很大，加工過程中如果溫差變化較大，加工起始處與結(jié)束處的尺寸精度就會就會有較大

9、的差異。 此外，即使上述問題通過合理設(shè)計機床結(jié)構(gòu)得到緩解，但在加工過程中因放電產(chǎn)生的大量熱量會使工作液溫度不斷升高，造成水溫與機床環(huán)境溫差不斷拉大，勢必造成工件與數(shù)控工作臺溫漂的差異，導(dǎo)致加工精度的降低。因此，對加工精度要求較高的應(yīng)用，應(yīng)將機床安放于恒溫環(huán)境。另外，需配置冷水機，自動控制水溫與環(huán)境溫度的一致性，可提高加工精度保持性。 4 4、運絲速度、張力、電極絲直徑對加、運絲速度、張力、電極絲直徑對加工的影響工的影響4.14.1運絲速度對加工的影響運絲速度對加工的影響 在加工過程中為了節(jié)約加工成本，往往需要盡可能地降低運絲速度，但是如果運絲速度太低，在整個放電通路上電極絲的損耗速度大于新絲的

10、補入速度，會造成上端加工縫隙大，下端加工縫隙小，使加工精度變差。 加工電流越大，這種差異就越大，加工精度也越差，而且電極絲在放電通路上滯留的時間越長，電極絲的損耗越大，單位長度上承受的熱量也越大，越容易造成斷絲，因此需根據(jù)加工電流的大小，選擇合適的運絲速度。 4.24.2張力大小對加工的影響張力大小對加工的影響 增大張力可以減緩水壓和放電時的爆炸力對電極絲的滯后作用，提高加工精度，應(yīng)盡可能提高張力。但是受電極絲承受能力的限制，需根據(jù)電極絲的直徑以及放電電流的大小選擇合適的張力。 4.34.3電極絲直徑對加工的影響電極絲直徑對加工的影響 對電極絲直徑的選取應(yīng)有一個綜合的考慮，細絲運行成本低，加工

11、工件的最小凹角半徑相對較小，但因其強度有限，張力不能調(diào)得太大，因而加工中電極絲的滯后相對較大，影響加工精度，加之細絲對電流密度的承受能力相對較弱，最大加工效率受到一定限制； 較粗的電極絲可承受較大的張力和電流密度，因而可得到更高的加工精度和加工效率，但最小凹角半徑相對較大，且電極絲材料消耗亦大幅增多，增加運行成本。因此電極絲直徑的選取應(yīng)對加工精度、加工效率、工件最小凹角的要求以及加工成本有一個綜合的考慮后做出抉擇。 4.4 4.4 電極絲振動對加工的影響電極絲振動對加工的影響 如果電極絲本身在絲筒上排列不均、電極絲本身扭曲、放絲輪阻尼調(diào)節(jié)過松或過緊、運絲路經(jīng)上的各過渡輪跳動過大、導(dǎo)向器堵塞或損

12、傷以及張力控制或運絲速度穩(wěn)定性差等都會造成電極絲在運行時的振動。 電極絲的振動危害很大，必然會引起加工過程穩(wěn)定性下降，造成電流忽大忽小，極易引起斷絲、加工表面線痕過多及加工精度變差。必需認真分析造成電極絲振動的具體原因加以解決。 5 5、影響加工精度的主要原因、影響加工精度的主要原因5.1 5.1 塌角的形成及拐角控制策略塌角的形成及拐角控制策略 加工精度受到諸多因素的影響，除機床的機械精度和運絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性外，加工間隙中放電時的爆炸力和高壓水在加工縫隙中向加工路徑后方的壓差推力對電極絲的滯后影響較大。如圖5.1所示，加工電流越大，加工間隙中放電時的爆炸力就越強，對電極絲的反向推力亦越大；水壓

13、越高，加工縫隙中向加工路徑后方的壓差推力也越大。 圖5.1 電極絲的受力情況 這種滯后作用最明顯地體現(xiàn)在切割小圓弧時實際圓弧直徑偏小、加工拐角處出現(xiàn)塌角，影響到加工質(zhì)量和精度。上述二個引起電極絲滯后的原因又與各種工藝參數(shù)有著千絲萬縷的聯(lián)系，比如，增大張力，可減緩電極絲的滯后，但又受到電極絲的承受能力和大電流密度對電極絲損耗及熱軟化作用而強度降低的限制； 減小電流，可降低放電時的爆炸力，但會大幅降低加工效率；降低水壓，可減小加工縫隙中向加工路徑后方的壓差推力，但對加工縫隙中的沖刷和冷卻作用隨之減弱，亦會影響到電流密度的提高從而影響到加工效率。 圖5.2 塌角的形成 因此，在小圓弧加工和拐角加工處

14、，需要考慮拐角控制策略，在保證不會斷絲的前提下，綜合考慮上述諸因數(shù)之間的關(guān)系，合理控制各個加工參數(shù)，減緩電極絲的滯后影響，提高小圓弧和拐角的加工質(zhì)量。具體措施有： 、 在拐角處對加工電流進行控制； 、 同時對工作液壓力進行控制； 、 對電極絲張力進行同步控制； 、 對加工速度進行同步控制； 、 盡量減小上下導(dǎo)向器之間的距離通過合理的拐角控制處理，可大大提高小圓弧和拐角的加工質(zhì)量。此外，對較高要求的精度和表面質(zhì)量，應(yīng)采用多次切割技術(shù)。5.2 5.2 凹凸量異常原因及改善措施凹凸量異常原因及改善措施 如圖5.3所示，粗加工過程中，在上下二端高壓水的沖液下，電蝕產(chǎn)物會被高壓水沖至加工縫隙中部交匯，再

15、向加工路徑的后方流出，因而加工面的中部因電蝕產(chǎn)物造成的二次放電幾率增多，造成中凹現(xiàn)象。 圖5.3二次放電及放電爆炸力的影響 多次切割的精修過程中，因是單面放電，二次放電的幾率較少，但放電時的爆炸力對電極絲的單側(cè)作用力會使電極絲在左右方向產(chǎn)生側(cè)向振動，引起加工表面凹凸量異常，如圖5.4所示。 上述現(xiàn)象可通過多次切割和調(diào)節(jié)加工能量與加工速度的匹配得到改善。 a. 中部凸出中部凸出 若加工能量弱于加工速度，即加工速度過快，可產(chǎn)生如圖5.2-（b）所示的中部凸出。 b. 中部凹入中部凹入 若加工能量強于加工速度，即加工速度過慢，會產(chǎn)生如圖5.2-（c）所示的中部凹入。 c. 大小頭大小頭 若運絲速度過低，會因電極絲的消耗形成上小下大；或因某個