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1、低速走丝线切割工艺研究,1、引言,评价低速走丝线切割机床性能的优劣，主要就是看它的三大加工指标：加工精度、加工效率及加工表面粗糙度。 机床的机械精度、脉冲电源的性能以及与之配套的加工工艺对低速走丝线切割机床的加工效果影响重大。三大加工指标每提高一步，都需跨过一道道较高的技术门槛。,影响线切割加工效果的因数很多，且相互之间互有关联，诸如机床的机械精度、高频脉冲电源性能和参数、电极丝材料、运丝速度、电极丝张力、工作液流量、压力、电导率以及环境温度和工作液温度等都对加工结果产生重大影响。下面以我公司生产的低速走丝线切割机床为例，探讨在机床的机械精度得到保证的前提下，影响低速走丝线切割机加工效果诸因数
2、之间的相互关系。,2、高频脉冲电源参数对加工效率及表面粗糙度的影响 2.1 脉冲宽度对加工效率及表面粗糙度的影响,市场上大多数低速走丝线切割机床的脉冲电源电源主回路结构都是采用无限流电阻模式，放电回路的电感L对电流的上升率起主要作用，,若放电回路的电阻忽略不计，放电回路的电流表达式可表示为：I(t)=1/L*Vdt=t*V/L；脉冲电流峰值Ip=Ton*V/L，即脉冲电流峰值主要取决于脉冲宽度Ton、供电电压V及回路电感L的参数，其中回路电感L的参数是一个常量，供电电压V一旦设定，也是一个常量，因而脉冲电流峰值随脉冲宽度成正比变化。脉宽Ton越大，加工电流越大，加工效率也越高。当然，Ton的增
3、大是有限制的，当电流增大产生的瞬间热量超过电极丝的承受能力时，就会产生断丝。,与成形加工类似，Ton越大，加工表面粗糙度亦越大，但变化关系并非线性，Ton较小时，加工表面粗糙度对此敏感度较大，当Ton大到一定量时，加工表面粗糙度渐趋稳定。,图2.1脉冲宽度对加工效率的影响,图2.2脉冲宽度对加工电流的影响,图2.3脉冲宽度对加工表面粗糙度的影响,2.2 脉冲停歇对加工稳定性及加工效率的影响,同样与成形加工类似，脉冲停歇Toff越小，放电频率越高，平均放电电流越大，加工效率就越高，但如果脉冲停歇Toff太小，放电间隙恢复时间太短，放电期间产生的热量得不到充分的冷却，将会增大断丝概率。,脉冲宽度T
4、on时间一般是几十纳秒几百纳秒，脉冲停歇Toff时间则是几秒几十秒，脉冲占空比达十倍以上，脉冲停歇Toff的少量变化将会引起平均加工电流较大幅度的变化，对加工效率随之产生较大的影响。因此，在加工过程中脉冲停歇Toff可在一个较小的范围内调节。,图2.4脉冲停歇对加工效率的影响,图2.5脉冲停歇对加工电流的影响,图2.5脉冲停歇对加工电流的影响,2.3 供电电压对加工效率及加工表面粗糙度的影响,脉冲电流峰值Ip与供电电压V之间的关系为Ip=Ton*V/L，当Ton参数不变，仅改变供电电压V的大小，即可改变脉冲电流峰值Ip的幅度，从而影响到加工效率及加工表面粗糙度。,因此在加工过程中供电电压必需恒
5、定，确保加工效率和加工过程的稳定。此外，在精加工时，要降低加工表面粗糙度，除了减小脉冲宽度Ton以外，还可降低供电电压V，以达到所需的加工表面粗糙度。,图2.6供电电压对加工效率的影响,图2.7供电电压对加工电流的影响,3、工作液压力、电导率及温度的变化对加工的影响 3.1工作液压力对加工的影响,当电极丝与工件之间的液体介质被击穿后，形成瞬间火花脉冲放电，在火花通道中瞬间产生高热，使工件表层的金属局部熔化甚至气化，如果放电产生的高热不能得到及时冷却，将会导致频繁地断丝，而微小的蚀除颗粒如果不能被及时排除，会影响更进一步的放电，也会引起烧弧而断丝，加工精度亦大受影响。,因此，加工间隙中的高压水流
6、的冲刷冷却作用相当重要。加工电流越大，水压要求越高，最高水压可达1.5Mpa/CM2。但水压过高将会对电极丝的滞后影响较大，导致拐角处塌角严重，小圆弧加工精度变差，在加工过程中必须保持适当的水压，既要兼顾加工精度，又要保证稳定加工不断丝。,在高速加工过程中，因加工缝隙的上下二端冲液条件较好，电蚀产物会被高压水冲至加工缝隙中部交汇，再向加工路径的后方流出，因而加工面的中部因电蚀产物造成的二次放电几率增多，造成中凹现象，最大可以单边凹入0.01以上，适当增大水压可以减缓，但不能根除，对于要求较高的加工，应采用多次切割技术。,此外，导向器喷嘴端面与工件表面之间的缝隙对加工间隙中的水压及加工精度影响较
7、大，如果缝隙过大，散失的水量多，喷入加工间隙的水流将大大减少，如果缝隙过小，虽然会使喷入加工间隙的水流将大大增多，但导向器的喷嘴端面与工件表面之间接近封闭的状态，使二者之间排斥压力大幅增大，导致导向器侧向位移，影响加工精度，应调节至适当位置。,3.2 电导率对加工的影响,经试验，工作液的电导率在10 /.100/.之间变化，对粗加工的加工效率影响不大，但对精加工的影响较大，特别是多次切割时，加工能量很小，供电电压较低，当电导率较大时，因工作液电阻较低，加工间隙不易产生击穿放电，切割偏移量难以控制。,一般应采用较低的电导率，以提高工作液电阻，加工间隙容易产生火花放电，加工稳定、易于控制，加工表面
8、综合质量较高。因此，需配置电导率控制器，自动控制工作液的离子交换，使工作液电导率控制在适当范围，保证了加工工艺的一致性。,3.3温度变化对加工的影响,众所周知，温度的变化对加工精度影响很大，如果设计不合理，线架与工作台丝杠的温度系数相差很大，加工过程中如果温差变化较大，加工起始处与结束处的尺寸精度就会就会有较大的差异。,此外，即使上述问题通过合理设计机床结构得到缓解，但在加工过程中因放电产生的大量热量会使工作液温度不断升高，造成水温与机床环境温差不断拉大，势必造成工件与数控工作台温漂的差异，导致加工精度的降低。因此，对加工精度要求较高的应用，应将机床安放于恒温环境。另外，需配置冷水机，自动控制
9、水温与环境温度的一致性，可提高加工精度保持性。,4、运丝速度、张力、电极丝直径对加工的影响 4.1运丝速度对加工的影响,在加工过程中为了节约加工成本，往往需要尽可能地降低运丝速度，但是如果运丝速度太低，在整个放电通路上电极丝的损耗速度大于新丝的补入速度，会造成上端加工缝隙大，下端加工缝隙小，使加工精度变差。,加工电流越大，这种差异就越大，加工精度也越差，而且电极丝在放电通路上滞留的时间越长，电极丝的损耗越大，单位长度上承受的热量也越大，越容易造成断丝，因此需根据加工电流的大小，选择合适的运丝速度。,4.2张力大小对加工的影响,增大张力可以减缓水压和放电时的爆炸力对电极丝的滞后作用，提高加工精度
10、，应尽可能提高张力。但是受电极丝承受能力的限制，需根据电极丝的直径以及放电电流的大小选择合适的张力。,4.3电极丝直径对加工的影响,对电极丝直径的选取应有一个综合的考虑，细丝运行成本低，加工工件的最小凹角半径相对较小，但因其强度有限，张力不能调得太大，因而加工中电极丝的滞后相对较大，影响加工精度，加之细丝对电流密度的承受能力相对较弱，最大加工效率受到一定限制；,较粗的电极丝可承受较大的张力和电流密度，因而可得到更高的加工精度和加工效率，但最小凹角半径相对较大，且电极丝材料消耗亦大幅增多，增加运行成本。因此电极丝直径的选取应对加工精度、加工效率、工件最小凹角的要求以及加工成本有一个综合的考虑后做
11、出抉择。,4.4 电极丝振动对加工的影响,如果电极丝本身在丝筒上排列不均、电极丝本身扭曲、放丝轮阻尼调节过松或过紧、运丝路经上的各过渡轮跳动过大、导向器堵塞或损伤以及张力控制或运丝速度稳定性差等都会造成电极丝在运行时的振动。,电极丝的振动危害很大，必然会引起加工过程稳定性下降，造成电流忽大忽小，极易引起断丝、加工表面线痕过多及加工精度变差。必需认真分析造成电极丝振动的具体原因加以解决。,5、影响加工精度的主要原因 5.1 塌角的形成及拐角控制策略,加工精度受到诸多因素的影响，除机床的机械精度和运丝系统的稳定性外，加工间隙中放电时的爆炸力和高压水在加工缝隙中向加工路径后方的压差推力对电极丝的滞后
12、影响较大。如图5.1所示，加工电流越大，加工间隙中放电时的爆炸力就越强，对电极丝的反向推力亦越大；水压越高，加工缝隙中向加工路径后方的压差推力也越大。,图5.1 电极丝的受力情况,这种滞后作用最明显地体现在切割小圆弧时实际圆弧直径偏小、加工拐角处出现塌角，影响到加工质量和精度。上述二个引起电极丝滞后的原因又与各种工艺参数有着千丝万缕的联系，比如，增大张力，可减缓电极丝的滞后，但又受到电极丝的承受能力和大电流密度对电极丝损耗及热软化作用而强度降低的限制；,减小电流，可降低放电时的爆炸力，但会大幅降低加工效率；降低水压，可减小加工缝隙中向加工路径后方的压差推力，但对加工缝隙中的冲刷和冷却作用随之减
13、弱，亦会影响到电流密度的提高从而影响到加工效率。,图5.2 塌角的形成,因此，在小圆弧加工和拐角加工处，需要考虑拐角控制策略，在保证不会断丝的前提下，综合考虑上述诸因数之间的关系，合理控制各个加工参数，减缓电极丝的滞后影响，提高小圆弧和拐角的加工质量。具体措施有：,、 在拐角处对加工电流进行控制； 、 同时对工作液压力进行控制； 、 对电极丝张力进行同步控制； 、 对加工速度进行同步控制； 、 尽量减小上下导向器之间的距离通过合理的拐角控制处理，可大大提高小圆弧和拐角的加工质量。此外，对较高要求的精度和表面质量，应采用多次切割技术。,5.2 凹凸量异常原因及改善措施,如图5.3所示，粗加工过程
14、中，在上下二端高压水的冲液下，电蚀产物会被高压水冲至加工缝隙中部交汇，再向加工路径的后方流出，因而加工面的中部因电蚀产物造成的二次放电几率增多，造成中凹现象。,图5.3二次放电及放电爆炸力的影响,多次切割的精修过程中，因是单面放电，二次放电的几率较少，但放电时的爆炸力对电极丝的单侧作用力会使电极丝在左右方向产生侧向振动，引起加工表面凹凸量异常，如图5.4所示。 上述现象可通过多次切割和调节加工能量与加工速度的匹配得到改善。,a. 中部凸出 若加工能量弱于加工速度，即加工速度过快，可产生如图5.2-（b）所示的中部凸出。 b. 中部凹入 若加工能量强于加工速度，即加工速度过慢，会产生如图5.2-（c）所示的中部凹入。 c. 大小头 若运丝速度过低，会因电极丝的消耗形成上小下大；或因某个导电块消耗过大，也会产生会产生如图5.2-（d）所示的大小头现象。,6、结语,低速走丝线切割技术是一种工艺性极强的技术，即使有很好的机床，如果没有一套与之相匹配的工艺技术，也不能得到满意的结果。 低速走丝线切割技术相当复杂，从脉冲电源到检测控制、从主机到数控系统有许多陷阱和难题。对加工精度、加工效率及加工表面粗糙度三大指标的进一步提高，需要对脉冲电源自适应控制、拐角控制策略、机床热变形控制、运丝系统控制、工作液水质控制及压力流量控制等多方面技术进行系统的提升。,谢谢各位！,
