线切割实践教学中常见问题的处理

2014-03-09杜春平

机床与液压 2014年10期

关键词：断丝丝线电火花

杜春平

(桂林航天工业学院，广西桂林 541004)

线切割实践教学中常见问题的处理

杜春平

(桂林航天工业学院，广西桂林 541004)

中走丝线切割加工具有切割效率高、成本低、操作方便等优点，广泛应用于模具制造和零件加工领域。以DK7732型中走丝线切割机床为依托，阐述其原理，指出教学中常见的问题及相应的解决措施，对进一步搞好电火花线切割实践教学、促进产学结合具有实际意义。

中走丝线切割加工;DK7732型;常见问题;解决措施

近年来，随着模具行业的快速发展，电火花线切割加工技术越来越受到人们的重视。电火花线切割加工技术，简称线切割/WEDM，其加工过程是利用一根移动着的金属丝 (钼丝、钨丝或铜丝等)作为工具电极，在金属丝与工件间通以脉冲电流，使之产生脉冲放电来完成切割加工的。根据电极丝的运行速度不同，常将线切割机床分为快走丝、中走丝和慢走丝3种［1］。快走丝线切割机床 (WEDM-HS)电极丝一般以8～10 m/s的走丝速度作高速往复运动，电极丝可重复使用，加工速度较快，产品成本低。低走丝线切割机床 (WEDM-LS)电极丝一般以低于0.2 m/s的走丝速度作单向运动，电极丝放电后不再使用，加工精度高、产品质量好。中走丝线切割机是我国独创的电火花线切割加工模式，采用类似于单向走丝线切割加工的多次切割加工技术，兼顾产品质量、生产成本和加工效率，大大加强了往复走丝电火花线切割机床的竞争力。文中以苏州三光科技股份有限公司研发的DK7732型中走丝线切割机为依托，针对其在实践教学中产生的常见问题进行分析，并找出相应的解决措施。

1 电火花线切割机床工作原理

将工件2正确装夹在工作台1，电极丝5缠绕在运丝筒4上，并沿运丝筒的回转方向以特定的速度移动，脉冲电源3正极接工件、负极接电极丝。编写与切割工件相应的数控程序，经模拟校验，即可切割加工。在控制系统作用下，工作台带着工件按预定控制轨迹作横向和纵向移动，电极丝以一定的速度往返运动，在电极丝与工件之间加有足够的、具有一定绝缘性的工作液。通过有效控制电极丝相对工件运动，当电极丝与工件间的距离小到一定程度时 (大约为0.01 mm)，其间的介质被电离击穿出现脉冲放电，产生瞬时高温 (可高达10 000℃左右)，使工件表面的金属局部熔化乃至气化，把熔化金属材料抛出或被液体介质冲走，从而切割成形。线切割机床常采用钼丝或硬性黄铜丝作为电极丝，某校所配线切割机床主要是采用直径为0.2 mm的钼丝。

图1 电火花线切割机床工作原理示意图

2 常见问题分析及解决措施

2.1 工件的装夹和切割路线的选择

线切割加工是利用电蚀原理加工，电极丝与工件不直接接触，两者之间的作用力很小，所需夹紧力不大。初学者在装夹过程中很不容易把握好这个度，以致夹紧力过大，使工件严重变形，或夹紧力过小，使工件移位或者倾斜，造成大量废品。因此，在教学过程中，要对电加工与机加工进行比较，并根据工件受力情况和毛坯形状考虑装夹方法和合理安排切割路线［3］。

加工如图2所示零件，学生常采用以下装夹方式和安排切割路线。通过分析发现，图2(a)所示路线a－b－c－d－e－a是比较合理的，工件在加工过程中一直保持良好的刚性，不会产生变形，而图(b)、(c)、(d)则忽略了装夹的稳定性问题。

图2 工件的装夹和切割路线的选择

其实，在实际生产中还需要考虑材料利用率和切割效率问题。以图2所示零件为例，若按图2(a)加工需要对零件的整个周界进行切割，将会造成大量浪费，且切割效率低。为了解决这个问题，常将工件与毛坯共边，但这涉及对切割工件进行找正问题，因此在教学过程中要引入找正知识。

2.2 补偿量和补偿方向的确定

在实际的加工中，机床是通过控制电极丝的中心来加工的，而工件的尺寸是由电极丝的侧边切出的，导致切割后工件的尺寸与工件所要求的尺寸不一致。为此，编程时需要考虑尺寸补偿问题，即尺寸大小和方向的补偿。在模具中级工培训中发现，绝大部分同学在确定尺寸的补偿值时一般不会出错，但在补偿方向选择上容易出错，导致加工的凸、凹模尺寸超差，无法装配。偏移的方向视电极丝的运动方向而定，分左偏与右偏两种，学生在操作中很容易出错。大量实践证明，在生成轨迹时通过预设大补偿值，确定工件形状和切割路线的相对位置，以判断加工工件时电极丝的补偿方向，退出重新生成加工轨迹即可。

2.3 断丝

在线切割加工中，断丝是一个棘手的问题。一旦出现断丝，只能重新穿丝，并根据切割情况考虑是按原路径加工还是反向加工，造成生产效率低，并容易在工件上产生接痕，影响产品质量，甚至造成工件报废。造成断丝的因素很多，需要根据钼丝断口形貌、工件质量、机床状态和工人操作水平等实际情况进行综合分析，找出问题，对症处理。文中仅对装丝工艺、电参数选择等人为因素造成的断丝进行分析［4－5］。

(1)装丝质量差引起断丝。在实践教学中发现有以下几种情况会导致装丝质量差:①很多初学者在装丝时对电极丝的松紧度把握不当，引起断丝;②对运丝筒往复运动和正反转之间的相互关系不清楚，导致电极丝扯断;③运丝筒两端处于换向开关以外的钼丝预留量过少，换向时由于转动惯性导致断丝;④运丝筒上装丝量少，换向开关中间的钼丝因快速磨损会变得细小，使割缝减小，而运丝筒两端钼丝因没有放电加工，大小不变，致使换向时两端的钼丝无法通过割缝而被拉断。为减少上述断丝现象的出现，教师在实训之前应着重讲解线切割机床结构和加工原理，并通过以熟带新的方式让新入门的学生多看、多想、多总结，逐步上手。另外，在实践中，作者还总结出良好的装丝方法，进一步减少了断丝现象。其具体操作过程为:上丝前空转运丝筒，观察其运动规律，在距上丝架左边缘10 mm附近开始上丝并使用紧丝轮紧丝，调节左、右撞块，使钼丝两端余量2～3 mm(若加工高厚零件还可适当加大)，使用一段时间后就将换向行程开关向里移动一点，让换向位置避开电极丝直径骤变处，并保证丝筒换向时能及时切断高频电源。

(2)电参数选择不合理引起断丝。初学者缺乏电参数对工件厚度、加工精度的影响这方面的实践经验，盲目调节各项参数，容易断丝。一般情况下，加工电流、脉冲宽度、进给速度、变频跟踪调节不当都是造成断丝的重要原因。以加工大厚度工件为例，电参数的选择如下:加工电流控制在2.5～3 A，脉冲宽度选64μs，丝速为4m/s，进给速度调至3～5m/s，间隔比选6μs，分组脉冲和分组间隔比设置为0即可。

(3)切割路径选择不当，造成断丝。如图2所示的4种切割路线中，图 (b)、(c)、(d)3种路线没有考虑到工件在切割过程中容易变形将钼丝夹断。另外，在加工结束时，工件掉落也会打断钼丝，故可采用吸铁石、支撑块等方法来保证工件的平衡，待加工完成之后再取下工件。

2.4 工件质量差

线切割产品质量的好坏直接关系着其能否在制造业中占有一席之地。线切割产品的质量主要受机械系统、工件、工作液、电极丝、电参数、工艺流程及操作员水平等多方面的因素影响［6］。文中仅举例加以说明。按图2(b)所示安排切割路径，在加工中工件内部应力将不平衡，会造成工件变形，致使加工后的零件一边细致、一边粗糙，产生不合格零件。另外，在线切割培训中发现很多学生不清楚如何选择切入点，使加工后的产品表面留有接痕。切入点是电极丝开始切割成品零件的第一点，应尽可能选在切割表面的拐角处，如直线与直线的交点或直线与圆弧的交点或切点。如果没有这些点，则选择精度要求不高且便于钳工修整的位置切入［7－8］。因此，为了获得良好制件，综合考虑切入点和切割路径对产品质量的影响，按图2(a)进行加工是最为合理的。