高速走絲電火花線切割斷絲分析與防范
2017-6-28 來源： 吳澤民 沈正宇 作者：東北石油大學(xué)
摘要：針對高速走絲線切割加工常遇到的斷絲問題，詳細(xì)分析斷絲產(chǎn)生的基理和導(dǎo)致斷絲的重要因素，結(jié)合使用的經(jīng)驗提出高速走絲線切割的斷絲防范措施。
關(guān)鍵詞：高速走絲線切割；斷絲；防范
0.引言
電火花線切割是特種加工中應(yīng)用比較廣泛的一種加工。其機床按電極絲運動速度的不同可分為高速走絲電火花線切割機床和低速走絲電火花線切割機床，其中高速走絲電火花線切割機床因其操作簡單、成本低等優(yōu)點而被高校實習(xí)普遍采用。但是高速走絲線切割加工經(jīng)常會出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，斷絲影響了加工表面質(zhì)量，降低了加工效率,頻繁的斷絲還會導(dǎo)致工件報廢。斷絲成了高速走絲線切割加工工藝發(fā)展的重大阻礙[1]。
東北石油大學(xué)工程訓(xùn)練中心擁有 4 臺高速走絲線切割機床，主要應(yīng)用于學(xué)生的工程實訓(xùn)。在實訓(xùn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，影響實訓(xùn)的順利進(jìn)行。經(jīng)過我校教師多年的潛心研究，目前已經(jīng)很好地控制了斷絲問題。下面根據(jù)我們的經(jīng)驗分析斷絲的基理和防范措施。
1.斷絲基理分析
高速走絲線切割加工中產(chǎn)生的斷絲，一般分為兩種情況，即正常磨損斷絲和非正常斷絲[2]。正常磨損斷絲是指在加工中由于放電腐蝕導(dǎo)致電極損耗，電極絲逐漸變細(xì)，直到最后電極絲不能承受正常的能量負(fù)載而燒斷。通過合理選擇影響加工的因素可以適當(dāng)?shù)难娱L電極絲的使用壽命。非正常斷絲則是指由于加工中某些因素導(dǎo)致切割過程不穩(wěn)定、高頻電參數(shù)設(shè)置不合理使放電不穩(wěn)、工作液濃度配置不當(dāng)，以及加工條件的變化和漂移等原因造成的斷絲。非正常斷絲對工件的加工質(zhì)量和加工效率產(chǎn)生很大影響，應(yīng)盡量避免。
2.非正常斷絲分析和防范
加工過程中產(chǎn)生的非正常斷絲的因素有很多，其主要原因是加工過程不穩(wěn)定所致，所有引起加工不穩(wěn)定的因素都可能導(dǎo)致斷絲。
2.1 高頻電源參數(shù)引起的斷絲分析與預(yù)防措施
高頻電參數(shù)的選取直接影響到高速走絲電火花線切割加工的工件表面質(zhì)量和加工的速度，而在加工中表面質(zhì)量和加工速度又是相互制約的，所以在加工時電參數(shù)的選擇以及相互之間的協(xié)調(diào)非常重要，主要包括脈沖寬度、脈沖間隙和脈沖強度。脈沖寬度與脈沖間隙比值要合適，如果比值過大將明顯降低切割速度，影響連續(xù)進(jìn)給，破壞加工的穩(wěn)定性；比值也不能過小，脈沖間隙過小，工作液來不及進(jìn)入縫隙恢復(fù)絕緣，很容易造成電弧短路而造成斷絲。在選用較大的脈沖強度時會使加工速度變快，但加工表面粗糙度值大，使加工不穩(wěn)定性增加，也會造成斷絲。
在加工中產(chǎn)生斷絲時，先排除是否因其它原因造成斷絲，若判斷是電參數(shù)選擇不當(dāng)，要盡量選擇較低的峰值電流，調(diào)小脈沖寬度的同時增大大脈沖間隔，這里要注意，脈沖間隔不能太大，否則會使放電進(jìn)給不能連續(xù)，產(chǎn)生斷路而停止切割。一般情況下，脈沖寬度與脈沖間隔的比值選取在 1:3~1:5 之間。
2.2 進(jìn)給速度不當(dāng)引起的斷絲與預(yù)防措施
加工時工作臺進(jìn)給速度是否合適也是造成斷絲的重要因素。進(jìn)給速度過快，會頻繁的出現(xiàn)短路現(xiàn)象，加工工件表面出現(xiàn)不穩(wěn)定的條紋痕跡，上下斷面呈現(xiàn)燒傷現(xiàn)象，加工工件表面呈現(xiàn)焦褐色，一方面加工效率下降，另一方面極容易出現(xiàn)斷絲情況；進(jìn)給速度太慢，加工經(jīng)常空載，極間將偏于開路，會出現(xiàn)時而開路時而短路現(xiàn)象，特別是在加工厚工件時，更易斷絲。一般電極絲進(jìn)給速度通過調(diào)整參數(shù)中的變頻（CF）數(shù)值來控制，進(jìn)度速度要與電極絲腐蝕的速度相適應(yīng)，同時還要考慮工件的厚度。當(dāng)工件厚度小于 10mm 時，進(jìn)給速度可以適當(dāng)增加，變頻（CF）數(shù)值范圍可調(diào)至 75～90 之間；加工厚度大于 50mm 的工件時，要相應(yīng)增加脈沖強度，變頻（CF）數(shù)值要盡量調(diào)小，一般不超過 60，使進(jìn)給速度變慢，這樣既可提高加工效率又可防止斷絲。
2.3 電極絲張緊力的影響與預(yù)防措施
在加工過程中，電極絲張緊力的大小對其使用壽命和出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象具有一定的影響[3]。電極絲張緊力過于松會造成加工時電極絲抖動，加工表面精度下降，嚴(yán)重時電極絲跳出導(dǎo)輪槽，出現(xiàn)斷絲。因此，電極絲張緊力的大小應(yīng)根據(jù)電極絲材料性能和直徑的不同，在電極絲抗拉強度允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡可能大一些，從而達(dá)到較好的切割質(zhì)量。需要注意的是電極絲都具有一定的延展性，在使用一段時間后，在拉力作用下被拉長使電極絲松動，應(yīng)及時進(jìn)行緊絲，避免造成斷絲。
2.4 工作液濃度和導(dǎo)電率的影響
電火花線切割加工時需要用專門的乳化液配制，主要起冷卻、絕緣和沖刷的作用。工作液的濃度和導(dǎo)電率對加工過程中放電是否平穩(wěn)起到一定影響。工作液濃度過高，致使溶液的導(dǎo)電率變小，火花放電產(chǎn)生大量氣泡，導(dǎo)致電弧放電在空氣中進(jìn)行，而工作液起不到放電介質(zhì)和冷卻作用，電極絲在持續(xù)高溫下加速消耗最后燒斷。工作液濃度過低，其導(dǎo)電率變大，在加工時會經(jīng)常出現(xiàn)短路現(xiàn)象，影響加工表面質(zhì)量和加工效率，當(dāng)脈沖電流過大時，將燒斷電極絲。因此，工作液要滿足使加工過程穩(wěn)定并具有一定的絕緣強度，配制時一般按濃度 5%～10%配制。在加工過程中可通過產(chǎn)生火花大小得知工作液導(dǎo)電率變化，從而適當(dāng)調(diào)整。
2.5 工件變形或受污、有夾渣或成分不均造成斷絲與預(yù)防措施
加工時工件自身的組織、性能、形狀大小也會影響電極絲的正常工作。當(dāng)切割厚度較薄的板材工件時，工件切開后部分產(chǎn)生錯位變形，容易將電極絲夾住，導(dǎo)致斷絲。此時，可以通過調(diào)高峰值高頻電流，增大脈沖寬度的方法，使電火花間隙加大，或用較粗的電極絲切割薄件等方法防止斷絲。對于含有殘余應(yīng)力較大的工件，在切割時工件切開部分變形也會夾斷電極絲。此時，應(yīng)考慮消除工件殘余應(yīng)力措施及正確選擇切入口和切割路線[4]。當(dāng)工件表面存在毛刺、鐵銹和污物時，容易造成集中放電或是放電不連續(xù)，出現(xiàn)刮絲或撞絲現(xiàn)象而引起斷絲。所以，線切割加工前要清除起始位置的毛刺和飛邊，如果工件表面有鐵銹或污物，須清理干凈，然后進(jìn)行加工。加工時若多次在工件同一區(qū)域產(chǎn)生斷絲，加工條件改變后仍不見效，此時很可能是工件材料有夾渣、成分不均引起的。可采取增大電流幅值和脈沖間隔，減小脈沖寬度，如果允許降低工作液濃度，讓電極絲緩慢的切割通過此難加工區(qū)域，然后再調(diào)節(jié)到正常的加工速度進(jìn)行切割。
3.結(jié)束語
在加工中，導(dǎo)致電火花線切割斷絲的因素是多方面的，通過實踐分析找出斷絲的原因，采取有效地預(yù)防和排除斷絲方法，可有效地提高電火花線切割的加工精度、加工質(zhì)量和加工效率。
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