線切割實踐教學(xué)中常見問題的處理

杜春平

(桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西桂林 541004)

線切割實踐教學(xué)中常見問題的處理

杜春平

(桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西桂林 541004)

中走絲線切割加工具有切割效率高、成本低、操作方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于模具制造和零件加工領(lǐng)域。以DK7732型中走絲線切割機床為依托，闡述其原理，指出教學(xué)中常見的問題及相應(yīng)的解決措施，對進(jìn)一步搞好電火花線切割實踐教學(xué)、促進(jìn)產(chǎn)學(xué)結(jié)合具有實際意義。

中走絲線切割加工;DK7732型;常見問題;解決措施

近年來，隨著模具行業(yè)的快速發(fā)展，電火花線切割加工技術(shù)越來越受到人們的重視。電火花線切割加工技術(shù)，簡稱線切割/WEDM，其加工過程是利用一根移動著的金屬絲 (鉬絲、鎢絲或銅絲等)作為工具電極，在金屬絲與工件間通以脈沖電流，使之產(chǎn)生脈沖放電來完成切割加工的。根據(jù)電極絲的運行速度不同，常將線切割機床分為快走絲、中走絲和慢走絲3種［1］?？熳呓z線切割機床 (WEDM-HS)電極絲一般以8～10 m/s的走絲速度作高速往復(fù)運動，電極絲可重復(fù)使用，加工速度較快，產(chǎn)品成本低。低走絲線切割機床 (WEDM-LS)電極絲一般以低于0.2 m/s的走絲速度作單向運動，電極絲放電后不再使用，加工精度高、產(chǎn)品質(zhì)量好。中走絲線切割機是我國獨創(chuàng)的電火花線切割加工模式，采用類似于單向走絲線切割加工的多次切割加工技術(shù)，兼顧產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本和加工效率，大大加強了往復(fù)走絲電火花線切割機床的競爭力。文中以蘇州三光科技股份有限公司研發(fā)的DK7732型中走絲線切割機為依托，針對其在實踐教學(xué)中產(chǎn)生的常見問題進(jìn)行分析，并找出相應(yīng)的解決措施。

1 電火花線切割機床工作原理

將工件2正確裝夾在工作臺1，電極絲5纏繞在運絲筒4上，并沿運絲筒的回轉(zhuǎn)方向以特定的速度移動，脈沖電源3正極接工件、負(fù)極接電極絲。編寫與切割工件相應(yīng)的數(shù)控程序，經(jīng)模擬校驗，即可切割加工。在控制系統(tǒng)作用下，工作臺帶著工件按預(yù)定控制軌跡作橫向和縱向移動，電極絲以一定的速度往返運動，在電極絲與工件之間加有足夠的、具有一定絕緣性的工作液。通過有效控制電極絲相對工件運動，當(dāng)電極絲與工件間的距離小到一定程度時 (大約為0.01 mm)，其間的介質(zhì)被電離擊穿出現(xiàn)脈沖放電，產(chǎn)生瞬時高溫 (可高達(dá)10 000℃左右)，使工件表面的金屬局部熔化乃至氣化，把熔化金屬材料拋出或被液體介質(zhì)沖走，從而切割成形。線切割機床常采用鉬絲或硬性黃銅絲作為電極絲，某校所配線切割機床主要是采用直徑為0.2 mm的鉬絲。

圖1 電火花線切割機床工作原理示意圖

2 常見問題分析及解決措施

2.1 工件的裝夾和切割路線的選擇

線切割加工是利用電蝕原理加工，電極絲與工件不直接接觸，兩者之間的作用力很小，所需夾緊力不大。初學(xué)者在裝夾過程中很不容易把握好這個度，以致夾緊力過大，使工件嚴(yán)重變形，或夾緊力過小，使工件移位或者傾斜，造成大量廢品。因此，在教學(xué)過程中，要對電加工與機加工進(jìn)行比較，并根據(jù)工件受力情況和毛坯形狀考慮裝夾方法和合理安排切割路線［3］。

加工如圖2所示零件，學(xué)生常采用以下裝夾方式和安排切割路線。通過分析發(fā)現(xiàn)，圖2(a)所示路線a－b－c－d－e－a是比較合理的，工件在加工過程中一直保持良好的剛性，不會產(chǎn)生變形，而圖(b)、(c)、(d)則忽略了裝夾的穩(wěn)定性問題。

圖2 工件的裝夾和切割路線的選擇

其實，在實際生產(chǎn)中還需要考慮材料利用率和切割效率問題。以圖2所示零件為例，若按圖2(a)加工需要對零件的整個周界進(jìn)行切割，將會造成大量浪費，且切割效率低。為了解決這個問題，常將工件與毛坯共邊，但這涉及對切割工件進(jìn)行找正問題，因此在教學(xué)過程中要引入找正知識。

2.2 補償量和補償方向的確定

在實際的加工中，機床是通過控制電極絲的中心來加工的，而工件的尺寸是由電極絲的側(cè)邊切出的，導(dǎo)致切割后工件的尺寸與工件所要求的尺寸不一致。為此，編程時需要考慮尺寸補償問題，即尺寸大小和方向的補償。在模具中級工培訓(xùn)中發(fā)現(xiàn)，絕大部分同學(xué)在確定尺寸的補償值時一般不會出錯，但在補償方向選擇上容易出錯，導(dǎo)致加工的凸、凹模尺寸超差，無法裝配。偏移的方向視電極絲的運動方向而定，分左偏與右偏兩種，學(xué)生在操作中很容易出錯。大量實踐證明，在生成軌跡時通過預(yù)設(shè)大補償值，確定工件形狀和切割路線的相對位置，以判斷加工工件時電極絲的補償方向，退出重新生成加工軌跡即可。

2.3 斷絲

在線切割加工中，斷絲是一個棘手的問題。一旦出現(xiàn)斷絲，只能重新穿絲，并根據(jù)切割情況考慮是按原路徑加工還是反向加工，造成生產(chǎn)效率低，并容易在工件上產(chǎn)生接痕，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至造成工件報廢。造成斷絲的因素很多，需要根據(jù)鉬絲斷口形貌、工件質(zhì)量、機床狀態(tài)和工人操作水平等實際情況進(jìn)行綜合分析，找出問題，對癥處理。文中僅對裝絲工藝、電參數(shù)選擇等人為因素造成的斷絲進(jìn)行分析［4－5］。

(1)裝絲質(zhì)量差引起斷絲。在實踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)有以下幾種情況會導(dǎo)致裝絲質(zhì)量差:①很多初學(xué)者在裝絲時對電極絲的松緊度把握不當(dāng)，引起斷絲;②對運絲筒往復(fù)運動和正反轉(zhuǎn)之間的相互關(guān)系不清楚，導(dǎo)致電極絲扯斷;③運絲筒兩端處于換向開關(guān)以外的鉬絲預(yù)留量過少，換向時由于轉(zhuǎn)動慣性導(dǎo)致斷絲;④運絲筒上裝絲量少，換向開關(guān)中間的鉬絲因快速磨損會變得細(xì)小，使割縫減小，而運絲筒兩端鉬絲因沒有放電加工，大小不變，致使換向時兩端的鉬絲無法通過割縫而被拉斷。為減少上述斷絲現(xiàn)象的出現(xiàn)，教師在實訓(xùn)之前應(yīng)著重講解線切割機床結(jié)構(gòu)和加工原理，并通過以熟帶新的方式讓新入門的學(xué)生多看、多想、多總結(jié)，逐步上手。另外，在實踐中，作者還總結(jié)出良好的裝絲方法，進(jìn)一步減少了斷絲現(xiàn)象。其具體操作過程為:上絲前空轉(zhuǎn)運絲筒，觀察其運動規(guī)律，在距上絲架左邊緣10 mm附近開始上絲并使用緊絲輪緊絲，調(diào)節(jié)左、右撞塊，使鉬絲兩端余量2～3 mm(若加工高厚零件還可適當(dāng)加大)，使用一段時間后就將換向行程開關(guān)向里移動一點，讓換向位置避開電極絲直徑驟變處，并保證絲筒換向時能及時切斷高頻電源。

(2)電參數(shù)選擇不合理引起斷絲。初學(xué)者缺乏電參數(shù)對工件厚度、加工精度的影響這方面的實踐經(jīng)驗，盲目調(diào)節(jié)各項參數(shù)，容易斷絲。一般情況下，加工電流、脈沖寬度、進(jìn)給速度、變頻跟蹤調(diào)節(jié)不當(dāng)都是造成斷絲的重要原因。以加工大厚度工件為例，電參數(shù)的選擇如下:加工電流控制在2.5～3 A，脈沖寬度選64μs，絲速為4m/s，進(jìn)給速度調(diào)至3～5m/s，間隔比選6μs，分組脈沖和分組間隔比設(shè)置為0即可。

(3)切割路徑選擇不當(dāng)，造成斷絲。如圖2所示的4種切割路線中，圖 (b)、(c)、(d)3種路線沒有考慮到工件在切割過程中容易變形將鉬絲夾斷。另外，在加工結(jié)束時，工件掉落也會打斷鉬絲，故可采用吸鐵石、支撐塊等方法來保證工件的平衡，待加工完成之后再取下工件。

2.4 工件質(zhì)量差

線切割產(chǎn)品質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著其能否在制造業(yè)中占有一席之地。線切割產(chǎn)品的質(zhì)量主要受機械系統(tǒng)、工件、工作液、電極絲、電參數(shù)、工藝流程及操作員水平等多方面的因素影響［6］。文中僅舉例加以說明。按圖2(b)所示安排切割路徑，在加工中工件內(nèi)部應(yīng)力將不平衡，會造成工件變形，致使加工后的零件一邊細(xì)致、一邊粗糙，產(chǎn)生不合格零件。另外，在線切割培訓(xùn)中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生不清楚如何選擇切入點，使加工后的產(chǎn)品表面留有接痕。切入點是電極絲開始切割成品零件的第一點，應(yīng)盡可能選在切割表面的拐角處，如直線與直線的交點或直線與圓弧的交點或切點。如果沒有這些點，則選擇精度要求不高且便于鉗工修整的位置切入［7－8］。因此，為了獲得良好制件，綜合考慮切入點和切割路徑對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，按圖2(a)進(jìn)行加工是最為合理的。

3 結(jié)束語

線切割加工是現(xiàn)代模具加工中不可缺少的加工方法，但其產(chǎn)品質(zhì)量還跟不上模具行業(yè)的發(fā)展步伐。因此，在實際切割中，要熟悉機床結(jié)構(gòu)、原理，對常見問題加以分析總結(jié)，優(yōu)化加工參數(shù)和工藝流程，不斷提高線切割產(chǎn)品質(zhì)量，擴大其應(yīng)用前景。

［1］朱宏安.我國電火花線切割的發(fā)展趨勢［J］.科技資訊，2010(17):139.

［2］王玉玲.淺談電火花線切割加工［J］.機械工程與自動化，2009(3):174－175.

［3］李鈞.高速走絲線切割實習(xí)教學(xué)中的常見問題［J］.職業(yè)與教育，2010(9):62 －63.

［4］寧傳華，黃躍.線切割加工中斷絲的原因分析與預(yù)防［J］.南方農(nóng)機，2011(5):38 －39.

［5］王文武.快走絲線切割機床高頻電源故障及斷絲原因探析［J］.機電技術(shù)，2011(10):95－96.

［6］王欣.線切割加工零件常見質(zhì)量問題的分析與解決方案［J］.機械工程與自動化，2012(3):186 －187.

［7］謝冬和.DK7732型電火花線切割機加工技術(shù)的改進(jìn)［J］.模具工業(yè)，2011(9):72 －75.

［8］任成高，申曉龍，龍華.線切割加工模具表面粗糙度的研究與應(yīng)用［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011(5):163－165.

TG661

B

1001－3881(2014)10－209－2

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.065

2012－09－12

2014年度廣西高等教育教學(xué)改革工程立項項目 (2014JGB271);2013年度廣西高等教育教學(xué)改革工程立項項目(2013JGB282)

杜春平 (1975—)，男，碩士，高級實驗師，研究方向為材料加工工程。E－mail:ilxdu@126.com。