引言

電火花線切割加工是利用移動的細金屬絲(線狀電極,通常直徑為0.02～0.3mm)與工件之間脈沖火花放電的腐蝕作用對工件進行切割加工的一種新工藝形式,具有制造成本低、生產(chǎn)周期短、加工精度高、加工余量小等諸多優(yōu)勢。近年來,隨著模具需求量的增加,電火花線切割技術的應用范圍已經(jīng)逐漸擴大至各種模具和機械零件的加工中。目前,電火花線切割加工技術精度可達到5μm。隨著大量新技術的應用,促使電火花線切割進一步朝著無人化、自動化、高速度、高精度方向發(fā)展。

1電火花線切割加工的工作原理

電火花線切割加工機床主要由床身、工作臺、工具電極、電動機、走絲系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)、高頻脈沖電源等部分構成,其中工作臺通常由X軸和Y軸的電動機驅動:工具電極,也稱為電極絲,是指直徑0.02～0.3mm的金屬絲,在工作時由走絲系統(tǒng)帶動,沿著其軸向方向進行運動:脈沖電源安裝在工件與電極絲中間,一般情況下,工件接電源正極,電極絲接電源負極。開始工作時,將工件安裝在工作臺上,控制系統(tǒng)根據(jù)預先設置的信息,使工作臺移動,使工件靠近電極絲。當移動到一定距離(通常為0.01～0.04mm）,產(chǎn)生火花放電,蝕除金屬,完成后將工件遠離電極絲,控制系統(tǒng)根據(jù)預先輸入的程序進行操作,使得加工過程得以持續(xù)。

電火花線切割采用線極作為工具電極,可以加工一些加工截面比較復雜的孔柱、小孔、窄縫等工件。電火花線切割主要分為高速(走絲速度為8～10m/s）和低速(走絲速度為10～15m/min）走絲兩種。目前我國用于生產(chǎn)的大多數(shù)是快速往復走絲的電火花線切割機。

2電火花線切割加工精度的影響因素及控制措施

長期以來加工精度一直是電火花線切割加工中追求的重要性能,電火花線切割加工精度主要包括:(1）加工工件的外形精度,指從XY平面看到的工件外形尺寸精度,為確保加工表面均勻平滑,要求切割線線性度小、垂直度小:(2）位置精度,指所切割輪廓的相對位置偏差,位置精度容易受機床本身機械精度、控制精度及操作中所選用的定位方式等方面因素影響:(3）表面粗糙度,指加工后工件輪廓表面的微觀不平度。

總的來說,影響電火花線切割加工精度的因素十分復雜,主要分為以下幾種:

2.1工藝參數(shù)

2.1.1電參量對加工精度的影響

電參量是指高頻脈沖電源的參數(shù)變量,主要包括電源電

壓、脈沖頻率、脈沖寬度和脈沖峰值。電火花脈沖加工過程,可以看作是電腐蝕的結果。在點火花放電加工中,如果脈沖能量過大,會導致每次脈沖放電的蝕除量變大,放電凹坑就會又大又深,使得加工工件表面粗糙度惡化,影響加工精度。實踐表明,改變脈沖電源的一項或幾項參數(shù),對于加工精度的影響會很大。因此,為了提高加工精度,必須根據(jù)具體加工工件和加工要求,全面考慮參數(shù)變量之間的相互關系,合理選擇電參數(shù),在滿足加工要求的前提下,提高各項加工指標和加工精度。

2.1.2非電參量對加工精度的影響

非電參量主要包括:走絲速度、電極絲張力、電極絲材料、工件厚度、工作液等。

(1）走絲速度過高,會導致加工工件表面粗糙度增大,加工精度降低,且容易造成斷絲。因此,一般來說在程序合理的情況下,走絲速度越慢,加工精度越好。

(2）電極絲張力過大,會引起頻繁斷絲,影響加工穩(wěn)定性和質量,所以電極絲張力大小應根據(jù)電極絲材料與直徑不同而異,一般應在電極絲抗拉強度允許范圍內稍微大一點,同時在上絲過程中,外加輔助張緊力,確保加工的穩(wěn)定性和精度。

(3）電極絲的粗細,會直接影響電極絲脈沖電流值。電極絲細,承受的電流就小,影響沖液效果,不利于排屑,造成切割速度降低,所加工工件表面粗糙度差。電極絲粗,導致蝕除量過大,進而影響加工精度。電極絲粗細不一樣,所加工的工件厚度也不一樣。因此,為確保加工精度,應根據(jù)加工條件與工件不同要求,選擇合適電極絲。

(4）加工工件的厚薄一定程度上會影響加工精度。工件太

薄,容易造成電極絲抖動,不利于保證加工精度與表面粗糙度:工件太厚,工作液不易進入放電間隙,加工穩(wěn)定性和精度較差。在實際加工過程中,一般加工速度會隨著工件厚度的變化而發(fā)生變化,在對不同厚度進行加工時,應選擇相應的最大加工速度,速度太高或太低,都會影響加工精度和效率。

(5）工作液材質和電阻率對加工速度都會有影響。在電火花線切割過程中,主要是以工作液作為放電加工介質,并利用工作液維持工具電極與工件之間的絕緣強度。工作液對于加工精度的影響很大。目前國內外很多研究學者集中于將水基工作液作為電火花加工工作液,不僅對電器元件無腐蝕,對人體和環(huán)境無害,而且能夠有效提高機床加工精度與效率。

2.2機床自身

機床自身品質的好壞是影響電火花線切割加工精度的最重要、最基本因素。傳統(tǒng)的電火花線切割加工機床以高速加工型為主,其目的重在提高加工速度,更加關注加工生產(chǎn)效率。理論與工藝實踐研究表明:機床剛度、熱平衡、發(fā)熱元、伺服系統(tǒng)、加工電源、控制系統(tǒng)等方面因素,都會給加工形狀的精度和表面粗糙度帶來不同程度影響。因此,為了確保加工精度,線切割機床必須具備以下條件:(1）機床本身無發(fā)熱源:(2）有足夠的剛度:(3）有良好的熱平衡:(4）有能精確按照指令移動的伺服系統(tǒng):(5）有良好自我修正能力的控制系統(tǒng)。

為了滿足上述條件,各個生產(chǎn)廠家多方面采取了相應的措施:

(1）精加工電源。利用精加工電源的電火花線切割加工時,可以產(chǎn)生毫秒級的高頻窄脈沖,無需研磨就能得到較好的表面粗糙度。

(2）提高機床剛度。為了提高機床精度,目前在機床設計上采用了高剛性的機械結構,比如密烘鑄鐵、焊接鋼板等,同時為了避免加工電源和數(shù)控裝置產(chǎn)生的熱量對機床造成影響,在設計上通常將機床與電源、數(shù)控裝置分開,并采用了嚴格控制溫度的工作液系統(tǒng),避免溫度變化給電火花線切割機床加工精度造成影響。

(3）提高工作臺移動的控制精度。隨著機械的自動化水平和精度控制逐漸提高,利用可編程邏輯控制器PLC,對伺服工作臺進行自動化、智能化控制,利用電機的脈沖驅動器進行計數(shù),確保整個加工過程中工作臺移動的精準度控制。

2.3拐角加工工藝

在粗加工過程中,電極絲在高頻脈沖放電及工作液壓力的共同作用下,發(fā)生彎曲,從而使電極絲滯后于上下的導向器。在進行拐角加工時,由于上下導向器已經(jīng)改變了方向,而電極絲滯后,在拐角處產(chǎn)生塌角現(xiàn)象,影響了加工精度。

在精加工過程中,進入拐角區(qū)域后,由于加工余量減少,而在尖角處的電場比較集中,就會導致集中放電,從而造成尖角邊界不整齊或外角過度切削現(xiàn)象。

因此,為了防止塌角,應根據(jù)工件加工角度,采取不同的加工方法,尤其是對于內角,應在拐彎處設置一個暫停程序,讓電極絲趕上上下導向器,消除延遲量,這樣就能避免塌角,提高加工精度。而當電極絲加工軌跡位于被加工工件的外側時,應采用超切程序進行加工,這樣可以加工出正確的角度。

3結語

綜上所述,影響電火花線切割精度的因素有很多,如加工材質、加工環(huán)境、加工工藝、機床自身品質等。只有將機床自身的電參數(shù)與非電參數(shù)都調整到良好的工作狀態(tài),同時對電火花線切割機床進行定期保養(yǎng)與調整,才能加工出具有良好加工精度與粗糙度的工件,促進生產(chǎn)效率的提升。