淺談線切割機(jī)床中走絲與慢走絲

王克通　趙鵬鵬　肖 磊

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步，人們要不斷研發(fā)和革新數(shù)控加工技術(shù)，而線切割加工技術(shù)是機(jī)床加工領(lǐng)域的一種關(guān)鍵技術(shù)。線切割數(shù)控機(jī)床是加工精密零件和形狀復(fù)雜的金屬模具的專用機(jī)床，適宜作為模具加工的最后一道工序，可以加工硬度較高的金屬材料，使其保持良好的切割狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工技術(shù);線切割;加工硬度

中圖分類號(hào)：TG48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）35-0062-03

Discussion on Wire Walking and Wire Cut in WEDM

WANG Ketong ZHAO Pengpeng XIAO Lei

（Henan Key Laboratory of Medical Polymer Materials Technology and Application， Henan Tuoren Research Institute of Medical Devices Co.， Ltd.，Changyuan Henan 453400）

Abstract： In recent years， with the rapid development of China's economy and the continuous advancement of industrial technology， people must continue to develop and innovate CNC machining technology. Wire cutting machining technology is a key technology in the field of machine tool processing. Wire cutting CNC machine tool is a special machine tool for processing precision parts and metal molds with complex shapes， which is suitable as the last process of mold processing，and can process metal materials with high hardness to maintain a good cutting state.

Keywords： NC machining technology;wire cutting;processing hardness

線切割加工技術(shù)是機(jī)床加工領(lǐng)域的一種關(guān)鍵技術(shù)，而中走絲和慢走絲是線切割機(jī)床常用的兩種加工工藝，本文重點(diǎn)對(duì)中走絲和慢走絲進(jìn)行比較分析。線切割機(jī)床加工原理如圖1所示。

圖1 線切割機(jī)床加工原理

1 線切割機(jī)床——中走絲

1.1 中走絲概述

中走絲是指復(fù)合走絲線割機(jī)床，并非走絲速度介于高低速之間。它以往復(fù)多次切割為前提，減少切割作業(yè)過(guò)程中材料變形和鉬絲損耗所帶來(lái)的誤差，工件質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)可利用運(yùn)絲速度進(jìn)行調(diào)整，介于高速與慢速運(yùn)絲之間[1]。粗加工一般采用高速走絲（8～13mm/s），第一次切割高速穩(wěn)定，采用高電流，以較大的脈寬進(jìn)行大電流切割。修切加工采用低速運(yùn)絲（1～3mm/s），工作狀態(tài)走絲平穩(wěn)，上下眼膜可控制運(yùn)絲的抖動(dòng)。切割精度較高，保證工件精度，尺寸及表面粗糙度（[Ra]為1.4～1.7μm）。多次修切，主要的目的是拋磨修光。在加工過(guò)程中，切割還需要注意，工件變形、吃刀量大小不均都可能影響質(zhì)量及精度。根據(jù)不同的材料預(yù)留加工量，使其內(nèi)應(yīng)力扭曲變形，在多次修割中進(jìn)行精加工，使工件的尺寸得到保障[2]。

1.2 中走絲線切割加工條件

1.2.1 火花的間隙與切割速度的關(guān)系。在日常加工中，切割速度的快與慢決定著火花間隙的大小。切割速度不能超過(guò)腐蝕速度，如超過(guò)，將會(huì)產(chǎn)生短路現(xiàn)象。其間需要保持一定的切割電流，從而保持間隙大小一致。切割速度勻速才能保證工件的要求尺寸。

1.2.2 火花間隙與冷卻液的關(guān)系。加工作業(yè)期間會(huì)不斷產(chǎn)生大量廢屑及微型顆粒物，而冷卻液的主要作用是排屑和消除電離子的不同，決定著電火花的間隙大小，尤其是在加工高精度工件時(shí)，必須將火花間隙和間隙補(bǔ)償量考慮在內(nèi)。

1.2.3 工件材料。工件的材料選擇變形量小、屈服極高的材料，如有熱處理淬、回火，應(yīng)選擇正確的工藝參數(shù)，冷卻要均勻，盡量消除熱處理中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

1.3 中走絲加工的應(yīng)用

目前，中走絲加工工藝的應(yīng)用范圍較廣，包括：各種沖模;微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀的工件;樣板和成型刀具;冶金模、型腔模、拉絲模和成型模[3]。它可以加工硬質(zhì)材料、切割薄片和金屬材料，也可以加工內(nèi)外齒輪，適合于多品種零件、小批量的加工。

2 線切割機(jī)床——慢走絲

2.1 慢走絲概述

慢走絲是線切割的一種，可以加工所有導(dǎo)電材料（如金屬材料、硬質(zhì)合金、碳化物和石墨等）。放電加工期間，火花發(fā)生器產(chǎn)生火花，其后，在一定的時(shí)間間段內(nèi)，加工時(shí)火花與工件產(chǎn)生連續(xù)的凹坑。火花產(chǎn)生的溫度為8 000～12 000℃?；鸹òl(fā)生器釋放的能量決定凹坑的尺寸。慢走絲適合用于加工形狀復(fù)雜和精密細(xì)小的工件。

在慢走絲機(jī)床加工中，電極絲運(yùn)轉(zhuǎn)方式為低速單向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工件要求標(biāo)準(zhǔn)的不同，電極絲運(yùn)轉(zhuǎn)速度也需要不斷調(diào)整。一般來(lái)說(shuō)，走絲速度為0.2mm/s，表面精確度可達(dá)微米級(jí)，質(zhì)量效果接近磨削水平。在慢走絲機(jī)床中，電極絲為一次性使用，其目的是工作狀態(tài)實(shí)時(shí)保持平穩(wěn)、走絲均勻，避免產(chǎn)生抖動(dòng)，加工后的工件質(zhì)量效果良好[4]。慢走絲切割機(jī)床采用持續(xù)供絲的方式，機(jī)床加工期間，電極絲放電后發(fā)生損耗，可給予持續(xù)補(bǔ)充。

2.2 切割精度

2.2.1 多次切割技術(shù)。修切技術(shù)是提高加工精度及表面質(zhì)量的根本手段。它是一門(mén)涉及制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、智能化技術(shù)、脈沖電源技術(shù)、精密傳動(dòng)及控制技術(shù)的綜合應(yīng)用技術(shù)[5]。第一次切割的主要目的是將零件成形，第二次切割的主要目的是提高零件的精確度，第三次（或三次以上）切割的主要目的是提高工件的表面粗糙度。根據(jù)工件要求的精度及表面粗糙度，合理選擇切割刀數(shù)，切割刀數(shù)較高，通常為7～9刀。實(shí)施少量多次切割，第一次為粗切割，放電參數(shù)大，主要目的是把零件切開(kāi)。把金屬材料大部分去除，第二次為修切，放電參數(shù)減小，軌跡分階段縮小，加工次數(shù)越多，工件表面質(zhì)量越好。切割期間，零件表面輪廓變化曲線如圖2所示，其中，粗糙度[Ra]為輪廓算數(shù)平均偏差，粗糙度[Rz]為輪廓最大高度。割一修三輪廓線如圖3所示，切割工件實(shí)際圖如圖4所示。

2.2.2 拐角策略。在某些工件作業(yè)過(guò)程中，切割拐角時(shí)，電極絲走絲停歇會(huì)造成角部塌陷。為了提高切割精度，避免此類問(wèn)題，人們需要采取更多的拐角策略，如改變走絲路經(jīng)、溝槽清角、內(nèi)圓清角、V形清角，避免走絲停歇造成角部塌陷。

圖2 零件表面輪廓變化曲線

圖3 割一修三輪廓線

圖4 切割工件實(shí)際圖

2.2.3 水平垂直狀態(tài)。工件與電極絲處于水平垂直狀態(tài)，上噴水嘴和下噴水嘴與工件處于貼面加工，間隙為0.1mm，上下水沖液能起到很好的排碳及冷卻作用，從而提升加工效率。

2.3 機(jī)床的主要部分

慢走絲的加工設(shè)備主要由機(jī)身、工作臺(tái)、走絲機(jī)構(gòu)、絲杠、工作液循環(huán)制冷系統(tǒng)、伺服馬達(dá)和離子感應(yīng)器等幾部分組成。

2.3.1 機(jī)身。機(jī)身是機(jī)床的基礎(chǔ)體，是安裝其他部件、機(jī)床內(nèi)部的電機(jī)電器的內(nèi)部放置，是一種外觀箱式結(jié)構(gòu)，包括機(jī)身導(dǎo)軌。

2.3.2 工作臺(tái)。工作臺(tái)用來(lái)裝夾工件，裝夾冶具。它由導(dǎo)軌、絲杠、電機(jī)傳送機(jī)構(gòu)組成，絲杠采取螺旋方式位移。

2.3.3 走絲機(jī)構(gòu)。走絲機(jī)構(gòu)主要由運(yùn)絲輪和運(yùn)絲電機(jī)組成，包括陶瓷輪、張力輪等其他機(jī)構(gòu)形成的單向走絲。

2.3.4 工作液循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于過(guò)濾水質(zhì)，去離子水要達(dá)到工作液循環(huán)加工要求。水槽是工作液的存儲(chǔ)處，有臟水槽、凈水槽;離子感應(yīng)器用于電阻率測(cè)量，測(cè)量流入樹(shù)脂桶的離子值。樹(shù)脂桶是存放樹(shù)脂的容器，樹(shù)脂是石油中的提取物，用于去離子，更好地過(guò)濾水質(zhì)。

2.4 中走絲與慢走絲的區(qū)別及優(yōu)缺點(diǎn)

中走絲屬于往復(fù)高速走絲電火花線切割機(jī)床范疇，以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的鉬絲（稱為電極絲）作為電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬，通過(guò)多次切割減少誤差，直至切割成型。其工件質(zhì)量介于高速走絲和慢速走絲之間，故而稱為中走絲，中走絲是快走絲的升級(jí)產(chǎn)品，所以也可以叫作能多次切割的快走絲。它的加工速度接近于快走絲，而加工質(zhì)量趨于慢走絲。走絲速度為1～12m/s，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

慢走絲以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的銅絲（稱為電極絲）作為電極，一般以低于0.2m/s的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行單向運(yùn)動(dòng)，使電極與工件處于脫離子水的環(huán)境中進(jìn)行脈沖火花放電，加工中產(chǎn)生的高溫會(huì)使脫離子水逐漸消耗。慢走絲用于加工各種形狀復(fù)雜和精密細(xì)小的工件，一般走絲速度低于0.2m/s，精確度達(dá)0.001mm。切一修三后，粗糙度[Ra]可達(dá)到0.8μm，切一修四后粗糙度[Ra]可達(dá)到0.33μm，表面粗糙度質(zhì)量接近磨削水平。電極絲作為一次性使用，工作狀態(tài)平穩(wěn)，走絲均勻，電極絲抖動(dòng)小，加工質(zhì)量較好。慢走絲采用先進(jìn)的電源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高速加工，最大加工速度可達(dá)350mm/min。

3 結(jié)語(yǔ)

線切割機(jī)床加工精度高、功能強(qiáng)，但加工成本高。如果要充分發(fā)揮機(jī)床的作用，創(chuàng)造好的經(jīng)濟(jì)效益，就必須對(duì)工件進(jìn)行合理的加工工藝分析和技術(shù)性能分析，充分了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能，熟練掌握機(jī)床的操作技能，最大限度地發(fā)揮機(jī)床的潛力，提高生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

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[3]肖偉杰.高速走絲電火花線切割工藝仿真系統(tǒng)的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2016.

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[5]李明輝，楊曉欣.數(shù)控電火花線切割加工工藝及應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2015.