特種加工論文院系：機(jī)電工程學(xué)院數(shù)控快走絲電火花線切割加工工藝分析摘要：電火花線切割加工是一種能加工復(fù)雜截面的技術(shù)，只有工藝合理，才能高效率地加工精密模具零件，文章主要敘述了電火花線切割加工的步驟和特點(diǎn)，最后重點(diǎn)提出在加工過程中遇到的常見問題的處理方法。關(guān)鍵詞：電火花線切割、加工原理、加工工藝、常見問題處理電火花線切割加工（WireCutEDM,簡(jiǎn)稱WEDM）是在電火花加工基礎(chǔ)上于2050年代末最早在前蘇聯(lián)發(fā)展起來的一中新的工藝方式，是用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割，故成為電火花線切割，有時(shí)簡(jiǎn)稱線切割。它在對(duì)一些難切削的材料、特殊及復(fù)雜形狀的零件的加工上較傳統(tǒng)的切削加工方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于模具、工具、航空航天等制造加工領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外的線切割機(jī)已占電加工機(jī)床的60%以上。一、線切割加工的原理電火花線切割加工的基本原理是利用工具電極（鉬絲）和工件兩極之間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電、切割成形。如圖為快走絲電火花線切割工藝及裝置的示意圖。利用細(xì)鉬絲(電鍍絲)作工具電極進(jìn)行切割，貯絲筒使鉬絲作正反向交替移動(dòng)，加工能源由脈沖電源供給。在電極絲和工件之間澆注工作液介質(zhì)，工作臺(tái)在水平面兩個(gè)坐標(biāo)方向各自按預(yù)定的控制程序，根據(jù)火花間隙狀態(tài)作伺服進(jìn)給移動(dòng)，從而合成各種曲線軌跡，把工件切割成形。二、電火花線切割加工的特點(diǎn)電火花線切割加工過程的工藝，與其它的特種加工方法比較，有共性也有自己的特性。1、工具電極為順電極走絲軸線方向移動(dòng)著的線狀電極。4、電參數(shù)的選擇：對(duì)加工質(zhì)量具有明顯影響的電參數(shù)主要包括脈沖電流、脈沖寬度、脈沖間隔、運(yùn)絲速度等，通常需要在保證表面質(zhì)量、尺寸精度的前提下，盡量提高加工效率。脈沖電源是影響加工表面質(zhì)量的重要因素。減小單個(gè)脈沖能量可以改善表面粗糙度。決定單個(gè)脈沖能量的因素主要是脈沖寬度和脈沖電流。因此采用小的脈沖寬度和脈沖電流可獲得良好的表面粗糙度。但是單個(gè)脈沖能量越小，切割速度越慢，如果脈沖電流太小，將不能產(chǎn)生放電火化，不能正常切割。一般來講，精加工時(shí)，脈沖寬度可在20μs內(nèi)選擇；中加工時(shí)，可在20μs～60μs內(nèi)選擇。脈沖間隔對(duì)切割速度影響較大，而對(duì)表面粗糙度影響較小。脈沖間隔越小，單位時(shí)間放電加工的次數(shù)越多，因而切割速度也越高。實(shí)際上，脈沖間隔不能太小，否則放電產(chǎn)物來不及被沖刷掉，放電間隙不能充分消電離，加工不穩(wěn)定，容易燒傷工件或斷絲。對(duì)于厚度較大的工件，應(yīng)適當(dāng)加大脈沖間隔，以充分消除放電產(chǎn)物，形成穩(wěn)定切割。一般脈沖間隔在10μs～250μs范圍內(nèi)基本上能適應(yīng)各種加工條件，進(jìn)行穩(wěn)定加工。5、其它非電參數(shù)的選擇：對(duì)于快走絲線切割，廣泛采用直徑為0.06～0.20mm的鉬絲，因它耐耗損、抗拉強(qiáng)度高、絲質(zhì)不易變脆且較少斷絲。提高電極絲的張力可減輕絲振的影響，從而提高精度和切割速度。采用恒張力裝置可以在一定程度上改善張力的波動(dòng)。電極絲的直徑?jīng)Q定了切縫寬度和允許的峰值電流，最高切割速度一般都是用較粗的絲實(shí)現(xiàn)的。隨著走絲速度的提高，在一定范圍內(nèi)，加工速度也在提高。提高走絲速度有利于電極絲把工作液帶入較厚的工件放電間隙中，有利于電蝕物的排除和放電加工的穩(wěn)定。但走絲速度過高，將加大機(jī)械振動(dòng)、降低精度和切割速度，表面粗糙度也惡化，并容易造成斷絲，所以一般以小于10m/s為宜。五、常見問題的處理數(shù)控電火花線切割加工中，電極絲的損耗或斷絲嚴(yán)重影響其連續(xù)自動(dòng)操作的進(jìn)行。尤其是在高速走絲的線切割機(jī)床，它的電極絲主要是采用鉬絲，電極絲運(yùn)動(dòng)速度快，通常為8～1０m/s，而且是雙向往返循環(huán)運(yùn)行。在加工過程中隨著電極絲損耗的增加，切縫越來越窄，不僅會(huì)使加工面的尺寸誤差增大，而且很容易發(fā)生斷絲。如果在切割工件過程中多次斷絲，不僅會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)帶來重新繞絲的麻煩；不僅耽誤時(shí)間，而且會(huì)在工件上產(chǎn)生斷絲痕跡，影響精度和加工表面的質(zhì)量，嚴(yán)重的會(huì)造成工件報(bào)廢。造成電極絲折斷的原因包括：電極絲損耗過度；運(yùn)絲絲杠螺母副間隙太大；工件端面切割條件惡劣；工作液選用不當(dāng)或者太臟；選擇脈沖電流、脈沖寬度過大；電極絲老化，抗拉力不夠；導(dǎo)輪或?qū)л嗇S承磨損；進(jìn)給速度過大；工件變形導(dǎo)致切縫變窄等。因此，為了防止出現(xiàn)斷絲故障，需要選擇合適的電參數(shù)、定期更換工作液、定期更換導(dǎo)輪、定期更換電極絲、穩(wěn)定裝夾工件并選擇合理的切割路線等。電極絲的損耗：線切割加工中，在工件材料被蝕除、切割成型的同時(shí)，電極絲也會(huì)被放電腐蝕，即電極絲發(fā)生損耗。電極絲使用的時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，絲徑變細(xì)且布滿顯微放電凹坑、抗拉強(qiáng)度下降，最終發(fā)生斷裂。一般來說，為避免損耗過度導(dǎo)致斷裂，在測(cè)量絲徑比新絲減少0.03～O.05mm時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換新絲。鉬絲的松緊程度：如果鉬絲安裝太松，則鉬絲抖動(dòng)厲害，不僅會(huì)造成斷絲，而且由于鉬絲的抖動(dòng)直接影響工件表面粗糙度。但鉬絲也不能安裝得太緊，太緊內(nèi)應(yīng)力增大，也會(huì)造成斷絲，因此鉬絲在切割過程中，其松緊程度要適當(dāng)，新安裝的鉬絲，要先緊絲再加工，緊絲時(shí)用力不要太大。鉬絲在加工一段時(shí)間后，由于自身的拉伸而變松。當(dāng)伸長(zhǎng)量較大時(shí)，會(huì)加劇鉬絲振動(dòng)或出現(xiàn)鉬絲在貯絲筒上重疊。使走絲不穩(wěn)而引起斷絲。應(yīng)經(jīng)常檢查鉬絲的松緊程度，如果存在松弛現(xiàn)象，要及時(shí)拉緊。鉬絲安裝：鉬絲要按規(guī)定的走向繞在貯絲筒上，同時(shí)固定兩端。繞絲時(shí)，一般貯絲筒兩端各留10mm，中間繞滿不重疊，寬度不少于貯絲筒長(zhǎng)度的一半，以免電機(jī)換向頻繁而使機(jī)件加速損壞，也防止鉬絲頻繁參與切割而斷絲。機(jī)床上鉬絲引出處有擋絲棒，擋絲棒是由兩根紅寶石制成的導(dǎo)向立柱，擋絲棒不像導(dǎo)輪那樣作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，它們直接與鉬絲接觸，作滑動(dòng)摩擦。因此磨損很快，使用不久柱體與鉬絲接觸的地方就會(huì)形成深溝，必須及時(shí)檢查并進(jìn)行翻轉(zhuǎn)和更換，否則會(huì)出現(xiàn)疊絲斷絲。運(yùn)絲機(jī)構(gòu)：線切割機(jī)的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)主要是由貯絲筒、線架和導(dǎo)輪組成。當(dāng)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的精度下降時(shí)（主要是傳動(dòng)軸承），會(huì)引起貯絲筒的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)。貯絲筒的徑向跳動(dòng)會(huì)使電極絲的張力減小，造成絲松，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鉬絲從導(dǎo)輪槽中脫出拉斷。貯絲筒的軸向竄動(dòng)會(huì)使排絲不勻，產(chǎn)生疊絲現(xiàn)象。貯絲筒的軸和軸承等零件常因磨損而產(chǎn)生間隙，也容易引起絲抖動(dòng)而斷絲，因此必須及時(shí)更換磨損的軸和軸承等零件。貯絲筒換向時(shí)，如沒有切斷高頻電源，會(huì)導(dǎo)致鉬絲在短時(shí)間內(nèi)溫度過高而燒斷鉬絲，因此必須檢查貯絲筒后端的行程開關(guān)是否失靈。要保持貯絲筒、導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，否則在往返運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起運(yùn)絲系統(tǒng)振動(dòng)而斷絲。繞絲后空載走絲檢驗(yàn)鉬絲是否抖動(dòng)。貯絲筒后端的限位擋塊必須調(diào)整好，避免貯絲筒沖出限位行程而斷絲。擋絲裝置中擋塊與快速運(yùn)動(dòng)的鉬絲接觸、摩擦，易產(chǎn)生溝槽并造成夾絲拉斷，因此也需及時(shí)更換。導(dǎo)輪軸承的磨損將直接影響導(dǎo)絲精度，此外，當(dāng)導(dǎo)輪的V型槽、寶石限位塊、導(dǎo)電塊磨損后產(chǎn)生的溝槽，也會(huì)使電極絲的摩擦力過大，易將鉬絲拉斷。這種現(xiàn)象一般發(fā)生在機(jī)床使用時(shí)間較長(zhǎng)、加工工件較厚、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)不易清理的情況下。因此在機(jī)床使用中應(yīng)定期檢查運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的精度，及時(shí)更換易磨損件。工件裝夾：雖然線切割加工過程中工件受力極小，但仍需牢固夾緊工件，防止加工過程中因工件位置變動(dòng)造成斷絲。同時(shí)要避免由于工件的自重和工件材料的彈性變形造成的斷絲。在加工厚重工件時(shí)，可在加工快要結(jié)束時(shí)，用磁鐵吸住將要下落的工件，或者人工保護(hù)下落的工件，使其平行緩慢下落從而防止斷絲。結(jié)論本文對(duì)快走絲電火花線切割加工的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用、工藝等做了詳細(xì)的介紹，并結(jié)合電極絲的損耗及斷裂等常見的問題作出分析，對(duì)電火花線切割加工工藝的理解有一定的幫助。參考文獻(xiàn)[1]劉晉春、趙家齊、趙萬生.特種加工（第4版），機(jī)械工業(yè)出版社，2007年1月。[2]單巖、夏天.數(shù)控線切割加工，北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2004。