高速走丝多次切割加工新工艺应用

高速走丝多次切割加工新工艺应用 文章来源：中国切割机网

　　　　　　
　　1多次切割技术分析目前国内的线切割加工仍然以高速走丝加工为主，模具工业和其他行业的迅速发展，对高速走丝线切割机床的各项工艺指标，如尺寸精度、形状精度、定位精度、表面粗糙度、加工表面、加工表层及物理性能等要求越来越高。通常的金属切削加工理论表明，欲达到一定的加工精度，都是粗加工之后，再做精加工才能实现。
　　高速走丝具有使放电通道快速转移，不易产生短路、拉弧等诸多优点。但同时高速走丝也带来一些不良效果，如加剧电极丝在切割间隙中的抖动（振动）现象，并且这种不良效果在多次切割时尤其显著。为此，通过变频调速走丝系统，用较低速走丝多次切割的加工方法进行多次试验，得到了较好的表面加工质量。根据加工实际对比结果来讨论有关快走丝线切割机床多次切割的有关技术问题。
　　线切割加工的间隙状态在加工中有着重要的作用，间隙中的一系列动态变化，如间隙介质击穿、通道扩展、能量分布、电蚀产物抛出、材料转移和介质消电离层等都与加工放电的时间特性有关。检测放电加工的电压、电流、波形就成为研究间隙状态的重要手段。为研究高速走丝电火花线切割加工机床1次切割加工放电的间隙状态，对其放电波形进行检测分析，并在此基础上改进机床总体性能，取得了满意的效果。但是，多次加工放电有其自身的特点，不能简单套用1次切割加工的结论。
　　1次切割为双边对称余量加工，在与进给相垂直的方向上，电极丝受力是对称的。多次切割为单边切割余量加工的总和，加工时，作用在电极丝上的放电力是不对称的，电极丝两侧的阻尼状况也不一样，从第2次切割开始，采用慢走丝加工，以便减少电极丝振动，同时也将导致放电通道转移减慢，对切割稳定性造成影响，切割余量依次减少。同时为获得良好的表面质量，采用小电流窄脉宽的能量脉冲加工，这点与1次切割采用45s以上脉冲宽大电流加工有所不同。
　　（1）采用滚动功能件提高加工精度。坐标工作台采用滚动功能件，导轨选用滚动直线导轨，具有承载能力大，动摩擦与静摩擦之差较小，有较高的灵敏度和高性能的平面直线运动的特点。在进行低速往复运动式微调时控制性能优越，移动轻便，没有爬行，该导轨组件在滚动时导向好，能自动定心，从而可以提高机械的跟随性和定位精度，能长期往复运动而保持高精度，且定位基准精度高，装配、拆卸调整极其方便等优点。
　　（2）滚珠丝杠提高加工精度。丝杠选用双插管式带预紧力的滚珠丝杠副。丝杠螺母带预紧力而消除反向间隙确保长期使用而保持高精度，机械重复定位精度达到2m.拖板结构为2层，即上拖板和中拖板，床身作为中拖板的安装基面，从而有充分的空间把拖板设计成箱体结构，使其有很高的刚性。同时工作台面开有若干条T型定位槽，提高了装夹工件的灵活性和使用性能。
　　另外，传动链采用一级齿轮减速机构，以减少传动误差。齿轮模数取1，工作台上采用花岗岩夹具，以利于保持精度及工件和工作台之间的绝缘。
　　（3）运丝机构提高加工精度。运丝机构变频调速411.6m/s，分4档，DK7725FZX机床在采用传统传动形式的基础上，对某些传动元件进行了改进，如同步齿型带传动代替减速齿轮传动，保证了电极丝排列整齐，收放有序，消除了联轴器间的抗曲应力，使丝筒转动灵巧，改善了传输运动的均匀性，减少了震动，降低了噪音。此外采用卧式双V型镶钢滚珠导轨代替铸件滑动导轨，丝筒直径又适当改小，使转动灵巧，克服了早期局部磨损，延长了维修保养周期，该机构将比传统机构寿命高。卷丝电机采用双速电机，高速用于切割，低速用于切割和上丝，省去了上丝电机。而从机械角度来说丝筒直径改小其转动惯量将减小，寿命延长。
　　丝架与音叉式结构相比做了较大的改进，固有频率大幅提高，振型有所变化，不易与外界震源产生共振。
　　（4）降低运丝速度提高加工精度。2次切割采用较低速走丝切割放电波形，不同的是间隙一旦击穿，则整个放电波形趋于稳定，不会产生微短路和微电弧，如所示。不存在从开路直接到短路，短路直接到开路的转换，单个脉冲不会产生多次击穿现象。产生这种现象的主要原因有2个：走丝速度慢，导致放电通道转移慢，工作液中微粒搭桥机会减少，所以击穿不仅与极间电压有关，而且与极间距离有关。在均匀电场中，击穿电压与极间距离有着线性的比例关系。小能量脉冲的脉宽窄，放电维持的时间短。每一个加工波脉冲的放电能量都基本一致，意味着每一个放点凹坑的大小，深浅基本一致，有利于表面粗糙度值的降低。
　　2次采用较低速走丝切割放电波形3波形检测和简要分析实验采用的测试系统。YH立式编程控制一体化线切割系统与双CPU结构为核心，采用霍尔电流传感器，经变换器转换成电压信号同放电加工的电压信号一起显示放电状态脉冲波形。
　　电火花线切割波形测试系统的组成试验表明，采用3次切割较为合适，每一次切割后，试件几何精度、表面变质层显微结构和表面粗糙
　　多次切割加工往复运动轨迹，。先预定工件一段暂不切割，作为工件的支撑，电极丝在设定的起切点和返回点之间往复切割，每次都按设定的偏移量偏移，达到加工所要求的尺寸，然后将芯部固定，再用多次切割法将其切割下来。
　　2次采用较低速走丝切割放电波形由可见，第3次切割加工中放电波比例下降，短路波、空载波比例相应增加，因此，脉冲利用率低。只是由于电解作用，空载波不完全空载，而是以电解波的形式出现，具有一定的蚀除能力。放电脉冲的另一个特点是放电时电压、电流上升时间过长，缓慢上升，在第1、2次切割是必要的，这样可以减少电极丝的损耗。而精加工要求采用电压、电流上升率很陡的脉冲波，可减少间隙击穿的分散性，提高能量的均匀一致性。在快走丝机上实施慢走丝多次切割加工要求少有2档电源，80、100V分别供粗加工和精加工使用。因此可以认为第4次切割加工主要是依靠电解作用，将前几次凸凹坑的凸出部分削去，从而降低工件表面粗糙度值。只有电解波是由于乳化液的电导率过高，过强的电解作用使正负极间产生过大的漏电流而所选用的又是小能量脉冲，这样的外在条件不足以击穿间隙产生放电波形。
　　3次采用较低速走丝切割放电波形4多次和单次切割加工精度的对比实验为了进行多次和单次切割加工精度对比，选用大小2种机床，加工时每次切割的偏移量可通过YH线切割控制系统任意设定，DK7725FZX高速走丝线切割机在进行第2、3次切割时可适当降低走丝速度12档。
　　加工工件的形状是正八棱柱，用千分尺测量4个对边的尺寸，并取这4个尺寸的大相互差值进行比较。对于厚度60mm的八棱柱，测量上、下两部分尺寸分别比较。
　　工件材料为铝板，加工厚度为18mm，切割速度为45mm
　　/min，铝板1次加工时的脉冲波形（内部残留应力很少）。Cr12淬火模具钢（按模具钢热处理规范淬火范围，具有相当大的内应力），不锈钢和普通碳钢气割料头（热轧板内部有较大的残留应力），这样可以比较材料应力状态不同与加工精度的关系。实验结果如、2所示。
　　工件材料为铝板加工时的脉冲波形
　　加工淬火模具钢等内部有一定残留应力的材料，可以明显比1次切割方法提高尺寸精度。
　　工件材料为Cr12淬火钢2次加工的脉冲波形5多次切割的实施方法多次切割控制电极丝运动轨迹的方法有2种：往复切割法和重复切割法。
　　（1）往复切割与重复切割操作方法。往复切割是在加工一件凸模或凹模时，先设定工件某一段暂不切割，作为支撑臂，然后让电极丝在设定的起切点和返回点之间往复切割，每切1次都可按设定的偏移量进行偏移，一直达到加工要求的尺寸。
　　重复切割是在电极丝上由起点加工到终点后剪断电极丝，返回起点后穿丝，再以适当的偏移量重复原切割轨迹。每次切割偏移量可以按需要设定，如果切割凹模，可以将1次切割形成的芯子取出后不剪断丝连续进行重复切割。对于快走丝线切割机床，只要有间隙自动补偿功能，也可以用已按名义尺寸编制好的4B加工程序来进行重复切割加工。
　　（2）单边切割与缝中切割加工过程中的优点和缺点。加工凹模时，如果是在第1次切割后把型芯切透并取出，再进行多次重复切割加工就是单边切割，此时电极丝单边与工件靠近并放电，而另一边没有限制。优点是这种方法加工速度较快，简便快捷易实现多次切割加工。缺点是工作液供应状况不好或电极丝有明显抖动，将会使加工精度受到不良影响。
　　缝中切割加工，所进行的多次切割加工都是采用往复式缝中多次切割方法获得的，结果都比单次切割的精度和表面粗糙度有明显改善。优点是因为切缝本身的存在，对限制电极丝振动有利，能改善加工尺寸精度和表面粗糙度。缺点是尽管在缝中切割，电极丝还要和切缝中油污、炭黑及电蚀粒子发生2次电蚀作用。而降低一点加工速度，从精度和表面粗糙度方面综合考虑还是很有必要的。因此在快速走丝线切割机床进行多次切割加工时，应当尽可能采用缝中切割法。
　　（3）多次切割的进给量分配。多次切割的进给量大小由相邻2次切割时所用偏移量之差来决定，进给量过大会降低加工速度，过小又可能无法修去变形量，因此，多次切割的总进给量应当略大于变形量。
　　多次切割的进给量确定之后，根据编程名义尺寸与加工目标尺寸之间差别以及放电间隙和电极丝半径大小，即可推算出每次切割时的电极丝运动轨迹的偏移量。
　　6多次切割加工注意的问题（1）电参数的选择和走丝速度的控制。高速走丝线切割机床要发挥多次切割技术的优势，必须根据切割次数变化相应地改变脉冲放电的参数。
　　第1次切割加工主要追求加工速度，要求表面粗糙度为Ra=5m左右即可，选用较宽脉冲（T
　　为4896s），较大电流以获得较高的加工速度（如
　　/min）。但加工速度不能太快，否则因过快加工时工件拐角部分有较大的塌角，以致后面的精修加工无法将其修正到合乎精度要求。可选用运丝速度为1011.8m/s进行第1次切割加工。
　　第2次进行切割加工时一般有0.030.05mm的余量，由于材料由应力释放而变形，在切割路径上各处的实际加

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