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晓月666 发布于2006-6-22 23:12 6 次浏览 0 位用户参与讨论
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高速走丝电火花线切割加工中的断丝问题一直是一个最普遍的问题。它使加工停顿并不得不从头开始,浪费了大量时间,破坏了加工表面的完整性,增加了无人加工的困难。由于实践中断丝原因多种多样,异常复杂,本人有着近十年的工作经验,本文就我个人经验谈谈什么原因,要怎么去处理,文中肯定有一些尚未涉及到的地方,请各位同行高手多多指点,旨在完善这方面的内容并作补遗.
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断丝原因的分析及解决办法
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1 与电极丝相关的断丝
   
1)丝张力及走丝速度。对于高速走丝线切割加工,广泛采用ф006025mm的钼丝,因它耐损耗、抗拉强度高、丝质不易变脆且较少断丝。提高电极丝的张力可减少丝振的影响,从而提高精度和切割速度。丝张力的波动对加工稳定性影响很大。产生波动的原因是:贮丝筒上的电极丝正反运动时张力不一样;工作一段时间后电极丝又会伸长,致使张力下降(一般认为张力在1215N较合适人 张力下降的后果是丝振加剧,极易断丝。随着走丝速度的提高,在一定范围内,加工速度也会提高。同时走丝速度的提高有利于电极丝把工作液带人较大厚度的工件放电间隙中,有利于电蚀产物的排除和放电加工的稳定。但欲速则不达,走丝速度过高,电极丝抖动严重,反而破坏了加工的稳定性,这不仅使加工速度下降,而且加工精度和表面粗糙度都会变差,并易造成断丝。但走丝速度也不能过低,否则加工时由于损耗大,也易断丝,一般经验以小于10ms为宜。
  
2)电极丝的选择。电极丝的选择不外乎是电极丝的种类及直径。通常电火花线切割加工所用的电极丝材料应具有良好的导电性,电子溢出功应小,抗拉强度大,耐电腐蚀性能好.丝本身不得有弯折和打结现象。其材料通常有钼丝、钨丝、钨钼丝、黄铜丝、铜钨丝等。其中以钼丝和黄铜丝用得最多。采用钨丝加工,可获得较高的加工速度,但放电后丝变脆,易断丝,应用较少。故一般在走丝速度较慢、弱电规准时使用。钼丝熔点、抗拉强度低,但韧性好,在频繁的急冷急热的变化中,丝质不易变脆而断丝,因此,尽管有些性能不如钨丝好,但仍是目前使用最为广泛的一种电极丝。综上所述,电极丝的种类应根据加工情况而定。否则会常常引起断丝。对于高速走丝线切割加工,一般电极丝直径在ф0.06025mm之间,常用的在ф012018mm之间。需获得精细的形状和很小的圆角半径时,则选择ф004mm的电极丝。电极丝选择得当,会大大减少断丝的发生。
  
3)新钼丝及钼丝自断。新钼丝表面有一层黑色氧化物,加工时切割速度快,工件表面呈粗黑色,这时电源能量太大,易断丝。因此对于新钼丝,加工电流需适当减小,等电极丝基本发白后,即可恢复正常电参数。当机床较长时间未用,待使用时,发现钼丝已断。这是温差使材料热胀冷缩,加上钼丝本身的张 力作用而绷断。若机床停用,应将贮丝筒摇至末端 并松掉钼丝。
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2 与工件相关的断丝
  1)加工薄工件时的断丝。薄工件一般指其厚度在3mm以下。其断丝的主要原因是:线架上下导丝轮的开距是固定的,一般约70mm左右。当切割薄工件时,在高速走丝的情况下,电极丝失去了加工厚工件时产生的冷却液的阻尼作用,加上火花放电的影响银丝易抖动。解决的办法是,可调整加工电压至 50V左右;调整加工电流在 03A左右,调整脉宽,使之小于10μm;减小钢丝抖动,如贮丝筒是直流电机拖动的,可改变电枢电压,降低转速;如是交流电机拖动的,则在三相的任意二相中串接一只1015Ω7 5W的线绕电阻,降低相电压,使其换向过渡时间稍长,实现软换向,可有效减少抖动;在上下导轮之间采用辅料加厚的方法,加大厚度,增加阻尼,也可防止钼丝抖动。这种方法较简便,而且不需调整加工电参数。
   
2)加工厚工件时的断丝。厚工件一般指大于100mm的工件。切割厚工件时的断丝可能发生在刚进给一产生火花时或工件切割过程中以及工件切完时。断丝的主要原因是:切割起始的断丝。从工件外进给切割刚产生火花就断丝。这是因初始切割时,钼丝在工件之外,上下导丝轮开距大,由于钼丝没有阻尼而抖动,使钼丝和工件之间的间隙处于不佳状态,或过量的乳化液,造成绝缘电阻降低,灭弧性能不好,使放电间隙中包含了电弧放电而造成铜丝烧伤。在电火花加工中,电弧放电是造成负极腐蚀损坏的主要因素,再加上间隙不佳,易形成电弧放电。而只要电弧集中于某一段,就会引起断丝。并且,短路电流越大,电弧对钼丝的烧伤越严重,断丝的可能性就越大。切割过程中的断丝。当钼丝切人工件后,由于切缝窄,乳化液渗透困难,切缝中的电蚀物(碳黑与金属何不出来,使加工条件变坏,往往在切缝中二次。三次地放电加工,致使切缝变宽,和切割薄工件一样,间隙处于不佳状态,使脉冲形成电弧放电。如电弧放电集中于某一段,则很快会把钼丝烧断。切割快完时的断丝。在快切割完而尚差几毫米,甚至几十微米时断丝。产生这种断丝的原因除 上述原因外,还有工件的自重,工件材料的内应力导致的变形,造成夹丝拉断。解决的办法是,可自制简易的工装夹具,材料在加工前作必要的热处理。
3)工件中夹有不导电物质引起的断丝。外观看似正常的材料在正常切割时,突然发生短路现象,不管怎样排除都不能奏效。这种情况多为在锻打或熔炼的材料中夹有杂质,这些杂质不具有良好的导电性,致使加工中不断短路,最终勒断钢丝。解决的办法是,可编制一段每进00501mm便后退051mm的程序,在加工中反复使用,并加大冷却液流量,一般可冲刷掉杂质,恢复正常切割。
4)线切割加工的工件多数都是在平磨以后,按正常的工艺,平磨后应退磁。若工件未退磁,线切割加工中产生的电腐蚀颗粒易吸附在割缝中,特别是工件较厚时,不退磁易造成切割进给不均匀,表面粗糙度值增大造成短路、断丝。
5)线切割加工自动对中心时断丝。这是因为工艺孔壁有油污、毛刺或某些不导电的物质,当电极丝移动到孔壁时未火花放电,致使机床不能自动换向,工件将钼丝顶弯,最后勒断钢丝。因此加工前一定要将工艺孔清理干净。
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3 与脉冲电源相关的断丝
1)加工电流很大,火花放电异常,导致断丝。这种故障多数是脉冲电源的输出已变为直流输出所致。从脉冲电源的输出级向多谐振荡器逐级检查波形,更换损坏的元件,使输出为合乎要求的脉冲波形时才能投入使用。
2)输出电流超过限值断丝。在加工过程中火花放电突然变为蓝色的弧光放电,电流超过限值,将钼丝烧断。用示波器测输人端和振荡部分都无波形输出。可判断故障出在振荡部分。检查发现有三极管的。立功极间内部开路,中极间内部击穿,更换此管,高频电源恢复正常。另一种情况也是在加工过程中突然断丝,电流在限值以上。用示波器测量高频电源输出端,其波形幅值减小,并有负波,而脉冲宽度符合要求,测量推动级波形其频率、脉冲宽度及幅值均符合要求。判断故障在功放部分。检查功率管,测得其中一只管子的ce极间内部击穿,使末级电流直接加到钢丝与工件之间引起电弧烧断钼丝。换去该管,恢复正常。
3)钼丝上出现烧伤点发生断丝。一旦钼丝上出现疙瘩状的烧伤点,极易发生断丝现象。一般认为,这是粘附在电极丝上的加工屑(阳极物质)所为,该粘附物起到了使放电集中在电极丝上的作用,此时若冷却散热条件差,就很可能使该处的温度升高,这样一来在连续的放电中就可能继续有其他加工屑粘附在该点附近,如此造成一种恶性循环,最后导致该处发生烧伤现象。至于为何加工屑会粘附到电极丝上的问题,其主要原因与脉冲参数和放电间隙的冷却状况有关。解决的办法是,可提高脉冲电源的空载电压幅值,或采用双脉冲法门类似于通常所说的分组脉冲),这样可减少加工屑粘附到电极丝上的可能性;加大冷却液流量,改善冷却条件。
4)钼丝上出现烧蚀点发生断丝。在钢丝额中,每隔一段(约10mm左右)即有一个烧蚀点。轻微的像一个霉点,严重的可明显看到钼丝的烧蚀点。这是由于电极丝与工件间拉弧所造成的,因某种原因使工件上A点与钼丝上B点拉弧,电极丝在运动,AB二点间的拉弧越拉越长,A点又与最接近的B’点开始拉弧,如此周而复始,即形成有规律间隔的蚀点,使电极丝的强度大大下降。产生这种现象的原因主要是进给系统末级输出不平衡,调整进给系统,这种现象即可消除。
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4 与走丝装置及工作液相关的断丝
1)与走丝装置相关的断丝,其根本原因还是该装置精度变差,尤其是异轮的磨损,会增加钼丝的抖动,破坏火花放电的正常间隙,易造成大电流集中放电,从而增加断丝的机会。可从3个方面去检查导轮机构的精度:
导轮V形槽变宽。这会使电极丝在Y轴方向产生往复位移,表现在贮丝筒正反换向时出现不进给或跳进给的现象;
导轮V形槽的底径不圆。这是由于支撑导轮的轴承损坏,加工时钼丝没有进人导轮的V形槽或有污物将导轮卡死,钼丝拉出深槽所致,当用手摇动贮丝筒时会发现电极丝在X轴方向前后移位;
导电轴与导电轮接触不好引起断丝。加工中发现电流表指针左右摆动大,进给速度快慢不均匀,有时电流表指针退回到零,控制台进给速度很快,因没有放电,最后将钼丝拉断。这时要更换新的导电轮和导电轴。
2)对要求切割速度高或大厚度工件,其工作液的配比可适当淡一些约5%~8%的浓度,这样加工较稳定,不易断丝。
3)工作液脏污,时间用长后综合性能变差是引起断丝的重要原因。实践中,可这样来衡量工作液是否变差:当加工电流为2A左右,其切割速度为40mm2min左右,每天工作8 h,使用两天后效果最好,继续使用810天则易断丝,须更换新的工作液。
4)有研究认为,用高纯水配置的工作液加工时工作稳定,较少断丝。其原因是估计高纯水在离子交换提纯的过程中去除了某些有害于电蚀加工的离子,如钙离子、镁离子等,致使在加工过程中,虽有电蚀产物的介人,使工作液中混入了各种离子,但由于清除了有害离子而得以使加工稳定。
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5 与材料相关的断丝
1)一般认为未经过锻打、淬火、回火处理的金属易断丝。这是因钢材中碳化物分布不均匀,引起电加工性能不稳定造成电弧放电而断丝。钢材中所含碳化物颗粒大,并且聚集成团,而分布又不均匀。这样的材料加工中易开裂、变形夹牢钢丝,造成断丝。尤其是淬火件,淬火后,在无碳合金中约存在500800MP。的内应力,在高碳钢中则可有达1600MPa的内应力,若经过磨削加工,还可引起7080MP。的内应力,而放电加工会在其加工表面上形成白色的放电加工变质层,并产生约 800MPa的拉应力。淬火应力、磨削应力、放电加工应力交互迭加引起应力集中是导致淬火件在线切割加工中开裂而导致断丝的直接原因。因此,为减少因材料引起的断丝,应选择锻造性能好、淬透性好。热处理变形小的材料,促使钢材中所含碳化物分布均匀,从而使加工稳定性增强。如以线切割加工为主要工艺的冷冲模具;尽量选用 CrWMn Cr12MoGCr15等合金工具钢,并要正确选择热加工方法和严格执行热处理规范。
2)不合理的切割路线也是引起断丝的不可忽视的因素。

  16 其他
1)在拆丝时,往往用剪刀将贮丝筒上的旧丝剪断,形成很多短头,若不注意清理会混到电器部位中或夹在走丝装置中,引起短路,造成断丝。
2)加工完成后,应首先关掉加工电源,之后关掉工作液,让丝运转一段时间后再停机。若先关工作液,会造成空气中放电,形成烧丝;若先关走丝的话,因丝速太慢甚至停止运行,丝冷却不良,间歇中缺少工作液,也会造成烧丝。
3)某些时候需要手动切割时(指手摇十字滑板),应眼观电流表,不得超过正常切割时的变频速度,否则极易断丝。
4)实践中,有因污垢引起的断丝现象,这种现象往往在加工完工件后出现。检查时用万用表电阻挡测量出钢丝与机床外壳之间有30kΩ左右的电阻,且调换笔有充放电现象。进一步检查发现钼丝挡块螺钉与线架之间,断丝检测块与固定在线架上的螺钉之间有很多液渣污垢。拆下挡块和检测块后充放电现象消失,电阻值上升。这是因液渣污垢使钢丝与机床外壳之间形成一电阻电容,并联在功放管输出端上(因外壳与功放管射级等电位),而使输出波形底部变宽,直流成分增加。当工件快加工完时钼丝与工件间的间隙加大使采样电位升高进给速度加快,这就使钼丝在加工完时易断丝。清洗污垢后,机床恢复正常。

要:本文主要介绍了当前电火花成型加工、电火花线切割加工技术发展的现状。
关键词:电火花成型加工;电火花线切割加工

电加工技术现已广泛应用于各领域的产品制造中。21世纪现代工业产品迅猛增长,对加工速度、加工精度和微细化程度要求更高,以及加工周期短和成本降低,面对这种需求形势,进一步促进了电加工技术的发展。

电火花成型加工

1.1 脉冲电源
电火花加工的脉冲电源对加工速度、加工表面质量和电极损耗等工艺指标影响极大。当前针对各种加工对象开发出了不同功能的电源,如高效镜面加工、加工屑控制、加工硬质合金和钛合金及无阻抗等脉冲电源。
电火花精加工和镜面加工,加工速度很低,所以脉冲电源在市场上很有竞争力。如瑞士阿奇公司的HFS高速精加工电源,该电源无阻抗、脉冲宽度极窄(ns级),瞬时峰值电流达1000A,高效率、高加工速度,比通常电源提高一倍,加工表面粗糙度Ra0.2μm,超硬材料Ra0.18μm,电极损耗极低;日本沙迪克公司,除开发了无阻抗节能数控电源(LN1/LN10)外,还有超精加工SQ电源和加工硬质合金和钛合金的STP电源;日本三菱公司的PS电源,专门用于加工超均质亚光(无光泽)表面,该公司的FP击碎短路搭桥脉冲电源,精加工时间比常规电源缩短40%,节电50%;瑞士夏米尔公司的SPAC防短路积碳电源,专门用来粉碎短路搭桥,提高了精加工效率,减少电极损耗和加工表面烧伤。

1.2 智能化技术
电火花加工稳定性和加工效率以及电极损耗等,都依赖于电火花加工控制性能。因此对加工控制的研究一直是电加工领域中的热点,智能化技术在电火花加工中获得了成功应用,十多年来这一技术更成熟完善。智能化主要是指精确的检测技术、模糊控制技术与大量基础实验科学建库技术的有机结合,这种人工智能重点是建立一个完整的专家系统。所谓专家系统是指:面对加工要求,按应用细分类别,配以相应稳定、可靠的支撑软件,以及经过大量生产验证生成的工艺数据库和计算方法软件的一套完整系统。例如瑞士夏米尔公司的ROBOFORM35P电火花成型机床的专家系统,它把加工对象分成6类:标准加工、大面积浅型腔加工、深槽窄缝加工、镜面加工以及从尖角开始加工等,每一类有各自的规准组合和控制技术。如深槽窄缝加工,不但具有各种不同的规准组合,而且抬刀高度随加深度改变,通过防电弧检测实时跟踪,进行专家自动调整抬刀调整,以获得高的加工效率;日本沙迪克公司的NF神经元模糊控制电源,操作容量从原来几十个增加到300个;日本三菱公司FUZZYPro型模糊控制电源,在原专家系统的基础上增加了面积检测、反力检测和变速 摇动;瑞士阿奇公司的模糊逻辑与自适应(ACC/ACO)的混合控制系统(FUZZYRON),该系统避免了因模糊规则太长计算耗时的不足,提高了系统控制的清晰度。

1.3 网络技术
网络技术在国外一些电火花加工机床上也属于常规功能了。如瑞士阿基公司的AGIEVISION机床,可以通过网络遥控完成除开机以外的所有功能,还包括网上数据交换,CAD/CAM文件传递、培训、咨询、维修和保养服务等。日本沙迪克公司的LNIW系列数控电源的电火花加工机床,也可通过网络进行服务、数据交换、加工状态监视等,同时用户可随时得到该公司的软件升级,以及最新加工参数组合和加工条件自动设定功能等。

1.4 混粉工作液
混粉电火花加工已取得成功应用,对提高加工速度和表面质量有明显效果,在大面积精加工可以减少抛光时或者无需抛光,对于难以抛光的深槽、型腔、窄缝和复杂型腔加工等,更具优越性。在高速铣削后留一定的余量(如0.05~0.10mm),再进行混粉精加工,与抛光相比经济有利,节省工时。镜面加工表面耐磨性提高,也可通过混粉(铝、硅、石墨、钨粉等)进行加工表面的改性处理,提高加工表面的性能。
为满足不同的工艺要求,采用不同混粉配比,加工后再抛光约为0.5~2.0 g/L,无需抛光约20~30 g/L。以前混粉加工采用两套工作液箱,最近日本新推出超细混粉m级)工作液,粗、精加工共用一套工作液系统。日本沙迪克公司的WH1TE3
混粉工作液,是一种高速加工的添加剂,从粗加工到精加工覆盖全过程,与传统的工作液相比,大幅度缩短了加工时间和获得良好表面。日本牧野公司的μSC添加剂也是一种超细粉工件液,加工表面Rmax达1.5μm,它有两种:μSC Type1用在塑料模具加工;μSC Type2用于大型机床和大电流的加工。

1.5 主轴高速性能
主轴的高速性能对加工型腔、深槽、窄缝影响极大,主轴采用高速抬刀时,对加工速度和加工稳定性明显提高。日本沙迪克公司采用直线电机驱动控制,最高移动速度达36m/min,分辨率为0.1μm,加工深槽窄缝效果显著;日本三菱公司,主轴抬刀速度可达3m/min,并采用模糊控制技术决定最合适的抬刀速度、抬刀高度、抬刀轨迹等,以达到最佳排屑效果;瑞士夏米尔公司主轴抬刀速度达3m/min,使加工效率提高30%~50%;日本牧野电火花成型机的高速抬刀,在小型机床是10m/min,大型机床是2m/min。
当电极质量和加工面积变化时高速抬刀的惯性和液压反力等对机床刚性影响很大,所以日本沙迪克公司的大型机床仍采用传统的主轴,并在主轴上再安装一个直线电机的小主轴,专门用来加工大型腔内的深槽窄缝等。

1.6 绝缘陶瓷电火花加工
日本长冈科技大学福泽康教授和东京大学毛利尚武教授在用电火花加工金属和绝缘陶瓷的结合面时,金属被蚀除的同时绝缘陶瓷也被加工蚀除,从而发明了绝缘陶瓷辅助电极的电火花加工法。这种方法是利用电极和辅助导电电极金属板或金属栅板之间电火花放电,使煤油工作液电产生的热分解出的碳微粒沉积在绝缘陶瓷表面上形成导电膜,使绝缘陶瓷的加工表面具有导电性,实现对陶瓷材料的电火花放电加工。利用这种方法在绝缘陶瓷ZrO3上进行了电火花加工螺纹孔,并加工出Φ0.3μm小孔100个。


电火花线切割加工

2.1 加工指标
据介绍目前低速走丝线切割加工,最高加工速度已达到325~350mm2/min,加工精度达±μm,加工表面粗糙度Rmax0.3μm。三菱电机公司称,在加工速度325mm2/min时能稳定加工;国内低速走丝线切割机床加工速度与国外相比还有差距,如苏州沙迪克三光公司的DK7632机床和北京阿奇夏米尔公司WEI机床,其加速度在150~210mm2/min。

2.2 脉冲电源
低速走丝线切割在去离子水中加工,加工件易氧化锈蚀、产生变质层和显微裂纹等,降低了加工表面的硬度和使用寿命。为此各公司推出了不同形式的无电解脉冲电源,该电源为交变的电压波形,消除了阳极氧化作用,提高了加工表面质量,变质层极浅,无显微裂纹,加工表面粗糙度Rmax1μm,模具使用寿命提高1.5~3倍。
日本沙迪克公司的线切割机超高频精加工电源(SUPPER PIKAW),其超短脉冲的峰值电流达几百安培,加工表面粗糙度Ra0.04μm。

2.3 双走丝系统机床
为解决低速走丝线切割高速和高精度加工的矛盾,瑞士夏米尔公司推出ROBOFIL2030SI-IW型自动切换双走丝系统的线切割机床,粗加工用Φ0.25mm粗丝和高峰值电流进行高速切割;精加工用Φ0.1mm细丝,用精规准进行高精度和低粗糙切割,两套走丝系统各自独立,粗加工完成后,自动断丝(烧断),换精加工系统再穿丝,整个过程45秒完成,使用一个导向器,据介绍加工效率提高200%,穿丝时间节省30%,能切割R0.06mm小拐角零件。
北京电加工研究所迪蒙机电新技术公司也推出了KM25型双走丝系统机床,粗加工用钼丝进行快走丝往复加工,精加工采用铜丝在慢走丝系统进行单向慢走丝加工,能多次切割,加工精度0.01mm,粗糙度Ra1.6μm。虽然双走丝线切割机结构较复杂,机床投资增加5~10%,但效果明显,可以很快得以回报。

2.4 自动穿丝
目前低速走丝线切割机床上,自动穿丝的成功率几乎达到100%,一般都采用把电极丝前端拉细、变尖、变硬和加入高压水柱等措施。Φ0.03mm的铜丝,穿丝孔为Φ0.05mm也能穿丝,例如:日本沙迪克公司AQ系列机床的高速自动穿丝装置,一个循环穿丝时 间为13秒,成功率100%,并有穿丝张力传感器,检测穿丝完成避免多走丝;日本三菱电机公司的自动穿丝装置,穿丝时间为10秒,能断点再穿丝,能进行Φ0.03mm穿丝。

2.5 直线电机驱动
沙迪克公司最早在电火花成型机床上采用了直线电机驱动,在2001年第七届北京国际机床展上,推出了AQ55OL型直线电机驱动的低速走丝线切割机床。由于直线电机驱动与主轴为同一个零件,无丝杠联接,无返向间隙,移动准确,实现了高响应和高跟踪,以及高精度位置控置,防止了断丝,能保持最佳放电状态的稳定加工,提高了放电效率和加工精度,并克服了线切割加工中的表面条纹。

2.6 自控系统
国外低速走丝线切割机床的自动控制功能强、控制内容丰富、输入参数越来越简捷,都有专家系统(智能控制或模糊控制)。它包含对加工条件自动选择和编程,自动找垂直、自动穿丝,在切割中断丝再处理,切割异常时加工参数和加工条件再修改等等,操作者仅输入工件材料、切割厚度、加工形状尺寸、粗糙度等,自动生成加工规准和工艺,自动完成加工,有的也可以采用图形扫描输入。例如夏米尔和阿奇公司的穿丝导套,在铜丝直径改变时不更换,能自动打开调整,穿丝后自动找正垂直度和加工件的中心。在切割时能跟踪检测,消除切割拐角处电极丝滞后和弯曲,保证了切割的高质量和效率,一般采用调整电极丝张力和改变切割轨迹等措施;三菱电机公司线切割机床,在切割厚度(切入、切出、台阶等)改变时,能自动调整参数,提高了切割效率,其拐角切割控制(CM),采用了轨迹和能量控制相结合的方法。
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