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快走丝线切割加工的断丝分析及处理
2012-11-29  来源:  作者:福建信息职业技术学院, 苏春锦

      快走丝线切割是通过电极丝和工件之间脉冲放电时产生的电腐蚀作用,对工件进行加工的一种特种加工工艺方法,具有加工材料广泛、结构形状复杂、精度较高等优点,在我国模具行业应用广泛。但是快走丝线切割加工时的断丝现象一直是生产过程中的一个严重的问题。由于断丝使得加工停顿并且只能从头开始加工,大量浪费工时,并且破坏了加工面的完整性,增加了实现无人操作加工的难度,这对线切割加工工艺的发展也有一定的影响。本文拟结合生产实际,对快走丝线切割加工断丝问题作分析处理。

 

      1 快走丝线切割加工断丝的根本原因早在20 世纪70 年代,国内外专家就对线切割加工断丝进行研究,认为断丝过程开始于加工过程的不稳。加工不稳定促使放电在一点上集中,放电集中又引起放电在时间上密集,使输入间隙的能量增加且集中于一点,造成局部高温,致使电极丝被烧断,这就是断丝的全部过程。也就是说,断丝的直接原因是输入间隙的热负载增加且集中在一点上,而起因是加工过程的不稳定。

 

      既然线切割加工断丝的起因是加工过程的不稳定,那么根据加工过程不稳定的信号和不稳定的操作,采取有效措施使之尽快进入稳定状态,才是从根本上解决断丝问题的方法。

 

      1 脉冲电源

 

      脉冲电源是快走丝线切割机床的关键装置之一,加工过程脉冲电源电信号的不稳定会直接影响断丝问题。另外,快走丝线切割加工中,电极丝是往复运动重复使用的,电极丝的损耗会直接影响加工精度,损耗较大时还会增大断丝的概率,因此脉冲电源应有使电极丝低损耗的性能。

 

      1. 2 工作液介质及其循环系统

 

      快走丝线切割加工中工作液为脉冲放电的介质, 工作液应具有较好的加工稳定性和一定的绝缘强度,使脉冲放电能量顺利进行,减少脉冲能量损耗和电极丝损耗,并能产生恰好的镀覆现象。

 

      当快走丝线切割机床的工作液介质循环系统工作不顺畅时,加工时工作液随电极丝运动四处飞溅,进不到切缝中去,电极丝无法得到充分冷却,容易引起电极丝被烧断。因此加工前应检查快走丝线切割机床的工作液介质循环系统工作是否顺畅。

 

      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。用高纯水配置的工作液加工时工作稳定,较少断丝。其原因是高纯水在离子交换提纯的过程中去除了某些不利于电腐蚀加工的离子,如钙离子、镁离子等,致使在加工过程中,虽有电蚀产物的介入,使工作液中混入了各种离子,但因为清除了有害离子而使加工稳定。

 

      1. 3 运丝机构

 

      在快走丝线切割加工中电极丝是往复运动的,这个运动是由运丝机构来完成的,并且是靠丝架来支撑的。在加工中电极丝的振动好象是一个纺锤,中间振动幅度大,两头小,如果振动引起的这个差值超过电极丝弹性限度,就会引起断丝。因此,提高整个走丝机构的制造质量,电极丝采用恒张力控制;提高线架制造刚度,导轮采用静压轴承或采用磁力轴承,都是减少电极丝振动的根本途径。

 

      与运丝装置相关的断丝,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。

 

      1. 4 进给速度

 

      快走丝线切割加工中进给速度过快容易造成频繁短路,进给过慢则容易造成频繁开路,过跟踪和欠跟踪都是造成加工不稳定的直接因素,容易引起断丝。要实现理想的跟踪进给,必须提高进给控制系统的性能和人工调节较佳进给量。

 

      另外, 在加工过程中也有其他因素会产生断丝的影响。

 

      2 快走丝线切割加工断丝问题的处理

 

      2. 1 切割加工过程中突然断丝

 

      2.1.1 原因

 

      1)选择电参数不当,电流过大;

 

      2)进给调节不当,忽快忽慢,开路短路频繁;

 

      3)工作液使用不当(如错误使用普通机床乳化液),乳化液太稀,使用时间长,太脏;

 

      4)管道堵塞,工作液流量大减;

 

      5) 导电块未能与钼丝接触或已被钼丝拉出凹痕,造成接触不良;

 

      6)切割厚件时,间歇过小或使用不适合切厚件的工作液;]

 

      7)脉冲电源削波二极管性能变差,加工中负波较大,使钼丝短时间内损耗加大;

 

      8)钼丝质量差或保管不善,产生氧化,或上丝时用小铁棒等不恰当工具张丝,使丝产生损伤;

 

      9)贮丝筒转速太慢,使钼丝在工作区停留时间过长;

 

      10)切割工件时钼丝直径选择不当。

 

      2.1.2 处理方法

 

      1)将脉宽档调小,将间歇档调大,或减少功率管个数;

 

      2)提高操作水平,进给调节合适,调节进给电位器,使进给稳定;

 

      3)使用线切割专用工作液;

 

      4)清洗管道;

 

      5)更换或将导电块移一个位置;

 

      6)选择合适的间歇,使用适合厚件切割的工作液;

 

      7)更换削波二极管;

 

      8)更换钼丝,使用上丝轮上丝;

 

      9)合理选择丝速档;

 

      10)按使用说明书的推荐选择钼丝直径。

 

      例: 模具专业学生在模具实作用线切割加工凸模时,在钼丝走到五分之一时就发生断丝现象,实训老师观察后发现该生把脉冲宽度调太大,功率管个数也开了5 个,原来学生为了加快切割速度调大了电参数,实训老师处理好断丝问题后将脉冲宽度调小,并减少功率管个数,就顺利加工好凸模了。

 

      2. 2 切割加工工件接近切割完时断丝

 

      2.2.1 原因

 

      1)工件材料变形,夹断钼丝;

 

      2)工件跌落时,撞断钼丝。

 

      2.2.2 处理方法

 

      1)选择合适的切割路线、材料热处理及装夹工艺,使工件变形尽量小;

 

      2)快割完时,用小磁铁吸住工件或用工具托住工件不致下落。

 

      例: 模具专业学生在模具实作割凹模板时,忘记在快割完时用磁铁吸住工件,以致工件跌落时把钼丝撞断,如果在快割完时用磁铁在切缝处吸住工件,就不会产生断丝了。

 

      2. 3 解决大厚度“紫铜件”切割断丝问题由于紫铜件不同于其它钢材料,当厚度超过50mm时,操作者如仍按加工钢材料工件时使用的电参数来加工,就会发生切割速度慢、电流不稳定、短路频繁、断丝等现象。正常加工要采取的相应措施主要有:

 

      1)不要使用已经用过较长时间的乳化液,尽量使用新乳化液,并且最好采用JR-1AJR-3AJR-4、南光-I 工作液。因为铜材料粘附性强,旧乳化液中的杂质较难冲掉,还会使紫铜加工时的导电性能受到影响。上述推荐的工作液由于电解性较好,切缝较宽,可以改善切缝中的排屑状况,同时采用较高的走丝速度有利于排屑。

 

      2)消除电流短路现象。当紫铜夹杂物出现在切割线路中时,加工电流稳定性就会受到影响,使短路现象经常发生,如不正确处理会断丝。采用大电流大脉宽加工的方法,使功率增强,靠脉冲的能量击穿比较小的夹杂物,可使加工正常进行。此时,应特别注意也要增大抬刀时间,使停歇时间增长。同时大脉宽可保证放电能量不会因紫铜的良好传热性而损耗掉。

 

      3)由于紫铜材料具有良好的导热性能,因此如果采用窄脉宽加工,则由于在窄脉宽作用期间,电源所发出的能量很快就被热传递走,因此就会出现割不动的现象,所以紫铜切割时必须采用较大的脉宽进行切割,一般需要采用40 s 以上的脉宽。

 

      4)注意装卡方向。应该把切割路线最短的一面装卡在第三象限,也就是X 负方向,使钼丝尽量少走X 负方向,这样可以减少断丝几率。

 

      5)停止工作时,用煤油把丝筒上的丝清洗一遍,使反沾在钼丝上紫铜末大量减少,等下次开机继续使用时,效果就会更好。

 

      2. 4 快走丝线切割加工断丝后处理

 

      2.4.1 断丝后丝筒上剩余丝的处理

 

      若丝断点接近两端,剩余的丝还可利用,先把丝多的一边断头找出并固定,抽掉另一边的丝,然后手摇丝筒让断丝处位于立柱背面过丝槽中心,重新穿丝,定好限位,即可继续加工。

 

      2.4.2 断丝后原地穿丝处理

 

  

  

      2.4.3 断丝后回穿丝点

 

      若原地穿丝失败,只能回穿丝点,反方向切割对接。由于机床定位误差、工件变形等原因,对接处会有误差。若工件还有后序抛光、挫修工序,而又不希望在工件中间留下接刀痕,可沿原路切割。由于二次放电等因素,已切割面表面会受影响,但尺寸不受多大影响。

 

      总之,快走丝线切割加工断丝的起因是加工过程的不稳定,而不稳定的因素是多方面的,只有注重加工过程中设备及操作工艺的每个细节,才能有效地防止快走丝线切割加工的断丝问题。

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