中走絲電火花線切割一次切割參數(shù)的研究

賈志新 鄭永波 高堅(jiān)強(qiáng)

(①北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 100083；②蘇州新火花機(jī)床有限公司，江蘇 蘇州 215128)

中走絲電火花線切割一次切割參數(shù)的研究

賈志新①鄭永波①高堅(jiān)強(qiáng)②

(①北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 100083；②蘇州新火花機(jī)床有限公司，江蘇 蘇州 215128)

進(jìn)行了中走絲電火花一次切割各因素對(duì)切割速度及表面粗糙度影響的研究，主要針對(duì)脈寬、占空比、短路峰值電流、走絲速度、工件厚度五個(gè)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。采用方差分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理，得到各因素對(duì)一次切割速度及表面粗糙度的影響大小。從而得到一次切割優(yōu)化參數(shù)的組合，并通過(guò)加工樣件進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠?yàn)橹凶呓z電火花線切割工藝提供參考。

線切割；一次切割；工藝試驗(yàn)；參數(shù)

隨著國(guó)內(nèi)加工制造業(yè)對(duì)加工精度和表面質(zhì)量要求的不斷提高，脫胎于高速走絲線切割的“中走絲”線切割機(jī)床正不斷地呈現(xiàn)在世人的眼前。但加工精度和表面質(zhì)量較差的問(wèn)題使之始終難以真正進(jìn)入高精加工領(lǐng)域,其中切割速度及表面粗糙度是其比較關(guān)鍵的因素，因此對(duì)于影響其因子的研究非常重要。本文針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行的工藝實(shí)驗(yàn)，確定出第一次切割的較優(yōu)參數(shù)組合，對(duì)于很多一次切割就能完成的加工，提供了很好的參數(shù)依據(jù)，對(duì)于多次線切割加工的第一次切割同樣提供參數(shù)依據(jù)[1]。

1 實(shí)驗(yàn)方案

在實(shí)際放電加工過(guò)程中，加工工藝的好壞不僅僅是一個(gè)因素影響的結(jié)果，更是各因素共同作用的表現(xiàn)[2]。故此，通過(guò)對(duì)線切割各主要影響因素的正交試驗(yàn)，優(yōu)化出較優(yōu)的一次切割方案。本次試驗(yàn)采用的試驗(yàn)方法是正交試驗(yàn)法，通過(guò)不同因素不同水平的變量控制，得出不同因素對(duì)對(duì)切割速度Vwi和表面粗糙度Ra的影響。通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化分析處理，確定最優(yōu)的一次切割工藝參數(shù)組合。在完成第一次切割工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇之后，進(jìn)行多次的線切割試驗(yàn),檢測(cè)其實(shí)際加工能力。

2 切割實(shí)驗(yàn)

2.1 切割材料及設(shè)備

本次試驗(yàn)材料為電加工磨具常用的材料Cr12，試驗(yàn)機(jī)床是模擬相關(guān)試驗(yàn)條件的M332“中走絲”機(jī)床，主要測(cè)量設(shè)備有TR210時(shí)代TIME粗糙度儀、濃度檢測(cè)儀、數(shù)顯千分尺。

表1 一次切割正交因子水平設(shè)定

水平A：工件厚度H/mmB：走絲速Vs/(m/s)C：短路峰值電流I＾s/AD：脈寬ti/μsE：占空比ψ1202．2(3H)22．5101：42304．4(4H)30201：53406．6(5H)37．5301：64508．8(6H)45401：756011(7H)52．5501：8

2.2 切割實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析

2.2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

中走絲線切割機(jī)床上所模擬進(jìn)行的單次切割正交試驗(yàn)所得樣件如圖1所示，單個(gè)樣件切割面積為:周長(zhǎng)(38 mm)×工件厚度H。

測(cè)量結(jié)果記錄如表3所示，表中Ra以每個(gè)樣件測(cè)量上中下3處粗糙度值中的最大粗糙度值計(jì)算，表中工件各方向尺寸偏差△X=X-X′，△Y=Y-Y′。其中X、Y為工件實(shí)際輪廓，X′、Y′為工件目標(biāo)輪廓。在機(jī)床本身精度不變的情況下，為確保加工精度，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，一次切割不同參數(shù)設(shè)置組合的電極絲軌跡單邊偏移量應(yīng)改設(shè)為0.01+(△X+△Y)/4。

表2 一次切割L25(56) 試驗(yàn)表

試驗(yàn)號(hào)ABCDEG11111112122222313333341444445155555621234572234518234512924512310251234113135241232413513335241143413521535241316414253174253141843142519442531204531422151543222521543235321542454321525554321

表3 試驗(yàn)結(jié)果記錄及評(píng)分表

序號(hào)X軸/mm△X/mmY軸/mm△Y/mm表面粗糙度Ra/μm切割速度Vwi/(mm2/min)加權(quán)綜合得分W15．0105．0125．020+0．011(痕)14．01814．02014．028+0．0192．63626．435-0．10525．0255．0225．020+0．02214．02214．02014．025+0．0223．20150．566-0．02835．0185．0205．018+0．01914．01914．01914．019+0．0193．75167．9790．01445．0165．0185．016+0．01714．02414．02414．024+0．0244．36874．730-0．00755．0315．0295．031+0．03014．02214．02214．022+0．0225．07379．748-0．04665．0185．0215．019+0．01914．01814．01914．018+0．0183．37835．382-0．12675．0115．0125．008+0．01014．01414．02414．019+0．0194．05254．105-0．08985．0185．0185．020+0．019(痕)14．01414．01114．010+0．0124．630112．8710．17495．0045．0065．010+0．00714．00814．00814．006+0．0073．27576．5100．105105．0065．0075．009+0．00714．00014．00014．0000．0004．02346．117-0．129115．0025．0075．009+0．00614．01014．01014．011+0．0103．53349．239-0．066124．9905．0004．995-0．00514．00014．00013．998-0．0012．83747．919-0．008135．0005．0024．9990．00014．00714．01014．004+0．0073．81769．7250．018

2.2.2 數(shù)據(jù)分析

我們對(duì)本次的數(shù)據(jù)采用方差分析法，單次切割正交試驗(yàn)切割速度及表面粗糙度Ra的方差分析如表4所示。表中n表示各因素自由度，S表示各因素的偏差平方和，F(xiàn)表示各因素偏差平方和與誤差平方和之比。由表4的顯著性分析可知，對(duì)于切割速度而言，A～E這5個(gè)影響因子的影響大小順序?yàn)镃>E>B>D>A；對(duì)于表面粗糙度Ra而言，A～E這5個(gè)影響因子的影響大小順序?yàn)镈>C>B>A>E。

表4 單次切割正交試驗(yàn)切割速度及表面粗糙度Ra方差分析表

因素ABCDEGVwin5-1=45-1=45-1=45-1=45-1=45-1=4S405．9822219．5185685．7681501．5333077．15897．343F4．17122．80158．41015．42531．612RaS0．6130．9961．4524．6530．3060．314F1．9533．1734．62314．8180．974

從F分布上側(cè)分位數(shù)值表查可得F0.10(4，4)=4.11，F(xiàn)0.05(4，4)=6.39。以顯著性水平0.10來(lái)判斷，對(duì)于切割速度，5個(gè)因素對(duì)切割速度都有顯著性影響；對(duì)于表面粗糙度Ra，短路峰值電流及脈寬有顯著性影響。以顯著性水平0.05來(lái)判斷，對(duì)切割速度有顯著性影響的因素是短路峰值電流、占空比、走絲速度、脈寬；對(duì)表面粗糙度Ra有顯著性影響的因素則只有脈寬。

由此可見(jiàn)，方差顯著性分析的結(jié)果和直觀分析法中的極差分析的結(jié)果是一致的。即有以下結(jié)果。

(2)5個(gè)因素對(duì)切割速度都有顯著性影響，其中工件厚度的F值非常接近顯著與非顯著的臨界值，且比其余4個(gè)因素小很多，故相對(duì)而言，工件厚度可作為次要影響因素考慮；短路峰值電流及脈寬對(duì)于表面粗糙度Ra的影響最顯著，走絲速度次之，工件厚度和占空比影響十分有限。

綜合以上分析方法，針對(duì)不同加工方案實(shí)現(xiàn)Ra3.2μm工藝要求，所得的一次切割優(yōu)化參數(shù)組合如表5所示。

表5 一次切割加工參數(shù)優(yōu)化結(jié)果表

加工方案B：走絲速度VS/(m/s)C：短路峰值電流I＾s/AD：脈寬ti/μsE：占空比ψ一次切割6．637．5101：7

3 優(yōu)化方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行加工工藝優(yōu)化方案的驗(yàn)證，分別加工3個(gè)樣件，一次切割所得工藝情況如表6所示。

可知，一次切割實(shí)現(xiàn)表面質(zhì)量等級(jí)Ra3.2 μm的加工平均切割速度為50.58 mm2/min，表面粗糙度Ra2.79 μm；此組方案綜合加工性能達(dá)到了各自要求下的較優(yōu)情況，說(shuō)明了優(yōu)化方向的正確性。同時(shí)加工過(guò)程中放電狀態(tài)較為穩(wěn)定，連續(xù)4 h正常加工不斷絲。

表6 優(yōu)化方案驗(yàn)證結(jié)果

加工方案切割速度Vwi/(mm2/min)平均速度(mm2/min)表面粗糙度Ra/μm平均表面粗糙度Ra/μm一次切割(Ra3．2μm)51．3048．1252．3250．582．942．782．652．79

4 結(jié)語(yǔ)

(3)一次切割時(shí)，在走絲速度一定的情況下，為追求較優(yōu)的加工效率，同時(shí)考慮保證一定的表面質(zhì)量，在確保電極絲損耗較小的前提下，應(yīng)采用較大的短路峰值電流和占空比。

[1]李明輝,楊振步,蔣文英.中走絲電火花線割機(jī)的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)[J].航空制造技術(shù)，2011(8)：32-35.

[2]楊蕾,蔡安江.電火花線切割加工參數(shù)對(duì)加工速度和表面粗糙度影響的研究[J].機(jī)床與液壓,2011(15):45-47.

[3]齊文春,麻長(zhǎng)平,高堅(jiān)強(qiáng).基于多次切割工藝的第一次切割參數(shù)優(yōu)化策略研究[J].電加工與模具,2012(3):50-53.

[4]朱寧,葉軍,韓福柱，等.電火花線切割加工技術(shù)及其發(fā)展動(dòng)向[J].電加工與模具，2010(增刊)：53-63.

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Parameter study on a cutting process of middle speed WEDM

JIA Zhixin①，ZHENG Yongbo①, GAO Jianqiang②

(①M(fèi)echanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,CHN； ②Suzhou New Spark Machine Tool Co.,Ltd.,Suzhou 215128,CHN)

This article has carried on middle speed WEDM in a cutting factors on cutting speed and surface roughness are studied, mainly for the factors of short-circuit peak current, pulse width, pulse rate, walking wire speed and the thickness of work piece to be are analyzed. After the experiment data processing, with the method of variance analysis, get in a cutting speed and its various factors the influence of surface roughness, To get a cutting or multiple cutting cutting optimization parameter combination for the first time, and through the processing samples are validated. The experimental results can provide reference for middle speed WEDM cutting process.

wire cutting；cutting；process test；parameters

TG661

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.12.017

賈志新，男，1968年生，博士，教授，主要研究方向?yàn)樘胤N加工技術(shù)及制造裝備可靠性技術(shù)，已發(fā)表論文160余篇。

穎) (

2016-06-07)

161225