慢走絲線切割加工工件表面質(zhì)量的改善與提高 摘要：深入分析了影響電火花切割加工工件表面質(zhì)量的各種相關(guān)因素，提出了改善并提高線切割加工工件精度和表面質(zhì)量的措施和方法。 1 引言 電火花線切割機(jī)按切割速度可分為快走絲和慢走絲兩種，由于快走絲線切割機(jī)所加工的工件表面粗糙度一般在ra=1.25～2.5μm范圍內(nèi)，而慢走絲線切割機(jī)所加工的工件表面粗糙度通?？蛇_(dá)到ra=0.16μm，且慢走絲線切割機(jī)的圓度誤差、直線誤差和尺寸誤差都較快走絲線切割機(jī)好很多，所以在加工高精度零件時，慢走絲線切割機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。 由于慢走絲線切割機(jī)是采取線電極連續(xù)供絲的方式，即線電極在運(yùn)動過...
深入分析了影響電火花切割加工工件表面質(zhì)量的各種相關(guān)因素，提出了改善并提高線切割加工工件精度和表面質(zhì)量的措施和方法。 1 引言 電火花線切割機(jī)按切割速度可分為快走絲和慢走絲兩種，由于快走絲線切割機(jī)所加工的工件表面粗糙度一般在ra=1.25～2.5μm范圍內(nèi)，而慢走絲線切割機(jī)所加工的工件表面粗糙度通常可達(dá)到ra=0.16μm，且慢走絲線切割機(jī)的圓度誤差、直線誤差和尺寸誤差都較快走絲線切割機(jī)好很多，所以在加工高精度零件時，慢走絲線切割機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。 由于慢走絲線切割機(jī)是采取線電極連續(xù)供絲的方式，即線電極在運(yùn)動過程中完成加工，因此即使線電極發(fā)生損耗，也能連續(xù)地予以補(bǔ)充，故能提高零件加工精度。但電火花線切割機(jī)工作時影響其加工工作表面質(zhì)量的因素很多，特別是慢走絲線切割機(jī)更需要對其有關(guān)加工工藝參數(shù)進(jìn)行合理選配，才能保證所加工工件的表面質(zhì)量。筆者在汕頭大學(xué)cad/cam中心利用日本sodick公司制造的慢走絲線切割機(jī)進(jìn)行了許多注射模和沖模的線切割加工，在分析影響線切割加工工件表面質(zhì)量的相關(guān)因素方面做了一些探索和研究，積累了若干行之有效的工作經(jīng)驗，現(xiàn)介紹如下。 2 改善線切割加工工件表面質(zhì)量的措施與方法
在分析影響電火花線切割加工工作表面質(zhì)量的相關(guān)因素之前，必須先了解電火花切割加工時在線電極與工件之間存在的疏松接觸式輕壓放電現(xiàn)象。通過多年觀察研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)柔性電極絲與工件接近到通常認(rèn)為的放電間隙(例如8～10μm)時，并不發(fā)生火花放電，甚至當(dāng)電極絲已接觸到工件，從顯微鏡中已看不到間隙時，也常?？床坏交鸹?，只有當(dāng)工件將電極絲頂彎并偏移一定距離(幾微米到幾十微米)時才發(fā)生正常的火花放電。此時線電極每進(jìn)給1μm，放電間隙并不減少1μm，而是電極絲增加一點(diǎn)線間張力，而工作則增加一點(diǎn)側(cè)向壓力，顯然，只有電極絲和工件之間保持一定的輕微接觸壓力后才能形成火花放電。據(jù)此認(rèn)為：在電極絲和工件之間存在著某種電化學(xué)產(chǎn)生的絕緣薄膜介質(zhì)，當(dāng)電極絲和工件接觸時因其在不停運(yùn)動，移動摩擦使該絕緣薄膜介質(zhì)減薄到可被擊穿的程度才會發(fā)生火花放電。由于在加工時放電力總是將電極絲推向與它前進(jìn)方向相反的方向，因此這個力將是造成電極絲滯后的主要因素。除以上因素外，對線切割加工質(zhì)量有直接影響的因素主要涉及人員、設(shè)備、材料等方面。為了改善加工工件表面質(zhì)量，可以從影響*大的人為因素、機(jī)床因素和材料因素等3方面來考慮對加工質(zhì)量的控制方式和改進(jìn)方法。
2.1 影響線切割加工工件表面質(zhì)量的人為因素的控制與改善
人為因素的控制與改善主要包括加工工藝的確定和加工方法的選擇，這可以通過以下幾點(diǎn)來實現(xiàn)：
(1)實施少量多次加工。對于這個量，一般由機(jī)床的加工參數(shù)決定，根據(jù)使用日本sodick公司制造的慢走絲線割機(jī)的經(jīng)驗，除第1次加工外，加工量一般是由幾十微米逐漸遞減到幾個微米，特別是加工次數(shù)較多的*后一次，加工量應(yīng)較小，即幾個微米，以至加工次數(shù)越多工件的表面質(zhì)量越好。由于減少線切割加工時材料的變形可以有效提高加工工件表面質(zhì)量，因而應(yīng)采用少量、多次切割方式。在粗加工或半精加工時可留一定余量，以補(bǔ)償材料因原應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞所產(chǎn)生的變形和*后一次精加工時所需的加工余量，這樣當(dāng)*后精加工時即可獲得較為滿意的加工效果。少量、多次切割可使加工工件具有單次切割 不可比擬的表面質(zhì)量，是控制和改善加工工件表面質(zhì)量的簡便易行的方法和措施。
(2)合理安排切割路線。該措施的指導(dǎo)思想是盡量避免破壞工件材料原有的內(nèi)部應(yīng)力平衡，防止工件材料在切割過程中因在夾具等作用下，由于切割路線安排不合理而產(chǎn)生顯著變形，致使切割表面質(zhì)量下降。
(3)正確選擇切割參數(shù)。對于不同的粗、精加工，其絲速、絲的張力和噴流壓力應(yīng)以參數(shù)表為基礎(chǔ)作適當(dāng)調(diào)整，為了保證加工工件具有更高的精度和表面質(zhì)量，可以適當(dāng)調(diào)高線切割機(jī)的絲速和絲張力，雖然制造線切割機(jī)床的廠家提供了適應(yīng)不同切割條件的相關(guān)參數(shù)，但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影響，使得人們不能照搬書本上介紹的切割條件，而應(yīng)以這些條件為基礎(chǔ)，根據(jù)實際需要作相應(yīng)的調(diào)整。例如若要加工厚度為27mm的工件，則在加工條件表中找不到相當(dāng)?shù)那闆r，這種條件下，必須根據(jù)厚度在20mm～30mm間的切割條件和相應(yīng)補(bǔ)嘗量作出調(diào)整，主要辦法是：加工工件的厚度接近哪一個標(biāo)準(zhǔn)厚度就選擇其為應(yīng)設(shè)定的加工厚度，而補(bǔ)償量則根據(jù)加工工件的實際厚度，與表中標(biāo)準(zhǔn)厚度的差值，按比例選取。
(4)采用距離密著加工。為了使工件達(dá)到高精度和高表面質(zhì)量，可以采用密著加工，即應(yīng)使上噴嘴與工件的距離盡量靠近(約0.05～0.10mm)，這樣就可以避免因上噴嘴離工件較遠(yuǎn)而使線電極振幅過大影響加工工件的表面質(zhì)量。
(5)注意加工工件的固定。當(dāng)加工工件行將切割完畢時，其與母體材料的連接強(qiáng)度勢必下降， 此時要防止因加工液的沖擊使得加工工件發(fā)生偏斜，因為一旦發(fā)生偏斜，就會改變切割間隙，輕者影響工件表面質(zhì)量，重者使工件切壞報廢，所以要想辦法固定好被加工工件。
2.2影響線切割加工工件表面質(zhì)量的機(jī)床因素的控制與改善慢走絲電火花線切割機(jī)屬于高科技和高精度機(jī)床，機(jī)床的維護(hù)保養(yǎng)非常重要，因為加工工件的高精度和高質(zhì)量是直接建立在機(jī)床的高精度基礎(chǔ)上的，因此在每次加工之前必須檢查機(jī)床的工作狀態(tài)，才能為獲得高質(zhì)量的加工工件提供條件。需注意的環(huán)節(jié)和應(yīng)采取的措施如下：
(1)長期暴露在空氣中的電極絲不能用于加工高精度的零件，因為電極絲表面若已被氧化，就會影響加工工件的表面質(zhì)量，所以保管電極絲時應(yīng)注意不要損壞電極絲的包裝膜，以免電極絲與空氣接觸而被氧化，在加工前，必須檢查電極絲的質(zhì)量。另外，電極絲的張力對加工工件的表面質(zhì)量也有很大的影響，加工表面質(zhì)量要求高的工件，應(yīng)在不斷絲的前提下盡可能提高電極絲的張力。
(2)慢走絲線切割機(jī)一般采用去離子水做工作液?；鸹ǚ烹姳仨氃诰哂幸欢ń^緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行，工作液的絕緣性能可使擊穿后的放電通道壓縮，從而局限在較小的通道半徑內(nèi)火花放電，形成瞬時和局部高溫來熔化并氣化金屬，放電結(jié)束后又迅速恢復(fù)放電間隙成為絕緣狀態(tài)。絕緣性能太低，將產(chǎn)生電解而形不成擊穿火花放電；絕緣性能太高，則放電間隙小，排屑難，切割速度降低。一般電阻率應(yīng)在5×104～10×104ω·cm，加工前必須觀察電阻率表的顯示，特別是機(jī)床剛起動時，往往會發(fā)現(xiàn)電阻率不在這個范圍內(nèi)，這時不要急于加工，讓機(jī)床先運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間達(dá)到所要的電阻率時才開始正式加工。為了保證加工精度，有必要提高加工液的電阻率，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水的電阻率不再提高時，應(yīng)更換離子交換樹脂。再者必須檢查與冷卻液有關(guān)的條件，檢查加工液的液量，還應(yīng)檢查過濾壓力表，其壓力值應(yīng)在2.0×103pa以上。當(dāng)加工液從濁橫向清洗槽逆向流動時則需要更換過濾器，以保證加工液的絕緣性能、洗滌性能、冷卻性能達(dá)到要求。
(3)必須檢查導(dǎo)電塊的磨損情況。慢走絲線切割機(jī)一般在加工了50～100h后就必須考慮改變導(dǎo)電塊的切割位置或者更換導(dǎo)電塊，有臟污時需用洗滌液清洗。必須注意的是：當(dāng)變更導(dǎo)電塊的位置或者更換導(dǎo)塊時，必須重新校正絲電極的垂直度，以保證加工工件的精度和表面質(zhì)量。
(4)檢查滑輪的轉(zhuǎn)動情況，若轉(zhuǎn)動不好則應(yīng)更換，還必須仔細(xì)檢查上、下噴嘴的損傷和臟污程度，用清洗液清理臟物，有損傷時需及時更換。還應(yīng)經(jīng)常檢查貯絲筒內(nèi)絲的情況，裝得太滿會影響絲的暢通運(yùn)行使加工精度受到影響。此外，導(dǎo)電塊、滑輪和上、下噴嘴的不糧狀況還會引起線電極的振動，這時即使加工表面能進(jìn)行良好的放電，但因線電極振動，加工表面也很容易產(chǎn)生波峰或條紋，*終引起工件表面粗糙度變差。
(5)保持穩(wěn)定的電源電壓。電源電壓不穩(wěn)定會造成電極與工件兩端不穩(wěn)定，從而引起擊穿放電過程不穩(wěn)定而影響工件的表面質(zhì)量。
2.3 影響線切割加工工件表面質(zhì)量的材料因素的控制與改善
為了加工出尺寸精度高、表面質(zhì)量好的線切割產(chǎn)品，必須對所用工件材料進(jìn)行細(xì)致考慮，這主要應(yīng)從以下幾方面著手：
(1)由于工件材料不同，熔點(diǎn)、氣化點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)等都不一樣，因而即使按同樣方式加工，所獲得的工件表面質(zhì)量也不相同，因此必須根據(jù)實際需要的表面質(zhì)量對工件材料作相應(yīng)的選擇。例如要達(dá)到高精度，就必須選擇硬質(zhì)合金類材料，而不應(yīng)該選不銹鋼或未淬火的高碳鋼等，否則很難實現(xiàn)所需要求。
(2)由于工件材料內(nèi)部殘余應(yīng)力對加工的影響較大，在對熱處理后的材料進(jìn)行加工時，由于大面積去除金屬和切斷加工會使材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的相對平衡受到破壞，從而可能影響零件的加工精度和表面質(zhì)量為了避免這些情況，應(yīng)選擇鍛造性好、淬透性好、熱外理變形小的材料。
(3)加工過程中應(yīng)將各項參數(shù)調(diào)到*佳適配狀態(tài)，以減少斷絲現(xiàn)象。因為發(fā)生斷絲的地方會出現(xiàn)兩次放電，使加工工件表面質(zhì)量下降。另外在加工過程中還應(yīng)注意傾聽機(jī)床發(fā)出的聲音，正常加工的聲音應(yīng)為很光滑的哧-哧聲。還應(yīng)注意正常加工時的火花應(yīng)是藍(lán)色的，而不是紅色的。此外，正常加工時，機(jī)床的電流表、電壓表的指針應(yīng)是穩(wěn)定不動或者振幅很小，此時進(jìn)給速度均勻而且平穩(wěn)，是線切割加工工件獲高精度和高質(zhì)量的保證。
3.結(jié)束語
影響電火花線切割加工工件表面質(zhì)量的因素很多，但只要對其進(jìn)行系統(tǒng)的分析和科學(xué)的分類，就可以對這類復(fù)雜而且零亂的因素進(jìn)行控制與調(diào)配，從而改善提高工件的精度和表面質(zhì)量。