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中走丝线切割机床概述
日期:2019-05-01人气:
1.什么是中走丝线切割
        中走丝电火花线切割机(Medium-speed Wire cut ElectricalDischarge Machining简写MS-WEDM),属往复高速走丝电火花线切割机床范畴,是在高速往复走丝电火花线切割机上实现多次切割功能,被俗称为“中走丝线切割”。中走丝技术在这里指出,所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间,而是复合走丝线切割机床,即走丝原理是在粗加工时采用高速(8-12m/s)走丝,精加工时采用低速(1-3m/s)走丝,这样工作相对平稳、抖动小,并通过多次切割减少材料变形及钼丝损耗带来的误差,使加工质量也相对提高,加工质量可介于高速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说,用户所说的“中走丝”,实际上是往复走丝电火花线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术,并实现了无条纹切割和多次切割。中走丝技术在实践中得出,在多次切割中第一次切割任务主要是高速稳定切割,可选用高峰值电流,较长脉宽的规准进行大电流切割,以获得较高的切割速度。第二次切割的任务是精修,保证加工尺寸精度。可选用中等规准,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm之间。 为了达到精修的目的,通常采用低速走丝方式,走丝速度为1~3m/s,并对跟踪进给速度限止在一定范围内,以消除往返切割条纹,并获得所需的加工尺寸精度。第三次、第四次或更多次切割(目前中走丝控制软件最多可以实现七次切割)的任务是抛磨修光 ,可用最小脉宽(目前最小可以分频到1μs)进行修光,而峰值电流随加工表面质量要求而异,实际上精修过程是一种电火花磨削,加工量甚微,不会改变工件的尺寸大小。走丝方式则像第二次切割那样采用低速走丝限速进给即可。中走丝技术在加工过程中,多次切割还需注意变形处理,因为工件在线切割加工时,随着原有内应力的作用及火花放电所产生的加工热应力的影响,将产生不定向、无规则的变形,使后面的切割吃刀量厚薄不均,影响了加工质量和加工精度。因此需根据不同材料预留不同加工余量,以使工件充分释放内应力及完全扭转变形,在后面多次切割中能够有足够余量进行精割加工,这样可使工件最后尺寸得到保证。 
        中走丝也是电火花线切割机床的一种,工作原理是利用连续移动的钼丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。其走丝速度及工件质量介于快走丝和慢走丝之间所以叫做中走丝,准确的说:中走丝是快走丝的升级产品,所以也可以叫:能多次切割的快走丝,所以它的加工速度接近于快走丝,而加工的质量也趋于慢走丝。走丝速度在1~12m/s之间,可以根据需要进行调节。具备多次切割功能(和慢走丝线切割工作原理相同),在加工的时候,控制系统将根据编制程序自动调节加工参数(高频的脉宽、脉间、功率管数量及走丝速度),并且,在加工同时也可人为更改加工参数,进行适当调节。中走丝在保留快速走丝线切割机床结构简单、造价低、工艺效果好、使用过程消耗少等特点的基础上,引用国际上精密模具加工设备的先进理念及慢走丝多次切割技术(即第一次切割用较大的电规准进行高速粗切割,然后用精规准和精微规准进行第二次、第三次甚至第四、五次切割,将加工表面逐级修光,以获得较理想的加工表面质量和加工精度),该机比快走丝更人性化,便捷化,适用范围更广,不仅电极丝移动速度介于“高速”与“低速”之间,而且加工质量高于"高速走丝机",并逼近低速走丝机。所以中走丝给模具行业带了了一个革命,大大改善了原来快走丝加工质量差的弱点,同时很大程度上降低了模具制造的成本!中走丝--快走丝的价格,慢走丝的品质!

2.中走丝线切割机床组成

    1.机床主体:床身、丝架、走丝机构、X—Y数控工作台
    2.工作液系统
    3.高频电源:产生高频矩形脉冲,脉冲信号的幅值、脉冲宽度可以根据不同工作状况调节。
    4. 数控和伺服系统

3.中走丝线切割机床加工的应用

        1.广泛应用于加工各种冲模。 2.可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件 3.加工样板和成型刀具。 4.加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模 5.加工硬质材料、切割薄片,切割贵重金属材料。 6.加工凸轮,特殊的齿轮。 7.适合于小批量、多品种零件的加工,减少模具制作费用,缩短生产周期。

        1. 中走丝线切割机床工艺要求
        自本世纪初国内有数家电加工机床生产企业通过对高速电火花线切割机床的改造,实现了在高速电火花线切割机床上的多次切割加工,该类机床被称为“中走丝”(所谓“中走丝机”并不仅指走丝速度介于高速与低速之间,而且加工质量也介于高速走丝机与低速走丝机之间)。因而可以说,用户所说的“中走丝机”,实际上是指那些能实现无条纹切割和多次切割的往复走丝电火花线切割机。多次切割技术可以明显提高高速走丝机的加工质量,解决一次切割时的材料变形影响,提高加工精度,获得较低的表面粗糙度,消除往返切割条纹,并保证一定的切割速度。较大地提高了高速电火花线切割的工艺水平,且由于该类机床具有较高的性价比而逐步被广大的中小企业用户所接受,对于“中走丝”而言,使用过程中的运行成本并未增加,但切割的工艺指标尤其是切割表面粗糙度值却有较大幅度降低。多次切割技术可以明显提高高速走丝机的加工质量,解决一次切割时的材料变形影响,提高加工精度,获得较低的表面粗糙度,消除往返切割条纹,并保证一定的切割速度。
        目前,高速走丝机的多次切割技术有了长足的发展,加工质量的明显提高引起了众多制造商和用户的注意。中走丝电火花线切割多次切割后工件表面光洁度虽然提高了,但该类机床的切割精度比低速电火花线切割机床仍存在较大差距,且精度的保持性也需进一步提高。究其原因在于:大多数“中走丝”机床都是对现有的高速电火花线切割机床运丝系统进行了改进,但其基本结构仍没有质的变化;由于电极丝的反复使用,在中走丝切割过程中必然存在电极丝的损耗,从而影响放电间隙并最终降低了切割精度;中走丝多次切割加工对于大部分端子模、冲压模的凹模,加工效果明显,无论精度、粗糙度均有明显提升,操作也比较简单。对于凸模加工,工艺性较强,操作经验很重要,有些体积大、材料厚的凸模加工还有待积累加工经验。此外有关理论修正量与实际修正量的差异与规律及高速电火花线切割的放电机理等问题还有待于进一步改进。严格按照以下条件生产:
        ① 机床本体方面:按国家相关标准严格控制机床的制造精度,特别是提高机床的定位精度和重复定位精度。同时也选用台湾或日本进口线性滑轨、精密丝杆,进行螺距补偿或者闭环控制等。使前后二次切割轨迹完全一致;
        ② 运丝系统方面:采用高耐磨性电极丝保持器,保持电极丝的相对稳定,控制电极丝的空间形位变化,减小加工过程中电极丝的张力变化。
        ③ 脉冲电源方面:提高一次加工的切割速度,稳定在120mm2/min以上.,减小电极丝损耗,保证加工件的精度,同时提供性能良好的精加工脉冲电源。
        ④ 变频伺服方面:提供了适合粗、精加工的伺服模式,满足不同加工对象的加工要求,与电规准合成将伺服参数写入加工参数数据库。
        ⑤ 冷却系统方面:改变常用的粗放冷却方式,采取多级过滤并对介电常数等关键参数加以控制,确保精加工的顺利进行。
        ⑥ 控制软件方面:提供开放的加工参数数据库,可以根据材料的质地、厚度、粗糙度等条件,合理设置粗切割、精修和精微修光的脉冲参数、加工轨迹补偿量、电极丝移动方式及其移动速度等,并开发了相应的多次切割智能数据库。
        虽然加工质量有了明显提高,但当前的切割速度仍旧偏低,不能满足用户的需要,有待于我们继续努力。

         2. 中走丝线切割加工技术

第一次切割任务是高速稳定切割

        ⑴脉冲参数:选用高峰值电流,较长脉宽的规准进行大电流切割,以获得较高的切割速度。


        ⑵电极丝中心轨迹的补偿量小:
            f = 1/2φd +δ+ △ + S式中,f为补偿量(mm);δ为第一次切割时的放电间隙(mm);φd为电极丝直径(mm);△为留给第二次切割的加工余量(mm); S为精修余量(mm)。 在高峰值电流粗规准切割时,单边放电间隙大约为0.02mm;精修余量甚微,一般只有0.003mm。而加工余量△则取决于第一次切割后的加工表面粗糙度及机床精度,大约在0.03~0.04mm范围内。这样,第一次切割的补偿量应在0.05~0.06mm之间,选大了会影响第二次切割的速度,选小了又难于消除第一次切割的痕迹。
        ⑶走丝方式:采用高速走丝,走丝速度为8~12m/s,达到最大加工效率。
第二次切割的任务是精修,保证加工尺寸精度
        ⑴脉冲参数:选用中等规准,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm之间。
        ⑵补偿量f:由于第二次切割是精修,此时放电间隙较小,δ不到0.01mm,而第三次切割所需的加工质量甚微,只有几微米,二者加起来约为0.01mm。所以,第二次切割的补偿量f约为1/2d+0.01mm即可。
        ⑶走丝方式:为了达到精修的目的,通常采用低速走丝方式,走丝速度为1~3m/s,并对跟踪进给速度限止在一定范围内,以消除往返切割条纹,并获得所需的加工尺寸精度。

第三次切割的任务是抛磨修光 。

        ⑴脉冲参数:用最小脉宽进行修光,而峰值电流随加工表面质量要求而异。
        ⑵补偿量f:理论上是电极丝的半径加上0.003mm的放电间隙,实际上精修过程是一种电火花磨削,加工量甚微,不会改变工件的尺寸大小。所以,仅用电极的半径作补偿量也能获得理想效果。
        ⑶ 走丝方式:像第二次切割那样采用低速走丝限速进给即可。
        ⑷凸模加工工艺
            凸模在模具中起着很重要的作用,它的设计形状、尺寸精度及材料硬度都直接影响模具的冲裁质量、使用寿命及冲压件的精度。在实际生产加工中,由于工件毛坯内部的残留应力变形及放电产生的热应力变形,故应首先加工好穿丝孔进行封闭式切割,尽可能避免开放式切割而发生变形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能进行封闭形式切割,对于方形毛坯件,在编程时应注意选择好切割路线(或切割方向)。切割路线应有利于保证工件在加工过程中始终与夹具(装夹支撑架)保持在同一坐标系,避开应力变形的影响。夹具固定在左端,从葫芦形凸模左侧,按逆时针方向进行切割,整个毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小,毛坯右侧与夹具逐渐脱离,无法抵抗内部残留应力而发生变形,工件也随之变形。若按顺时针方向切割,工件留在毛坯的左侧,靠近夹持部位,大部分切割过程都使工件与夹具保持在同一坐标系中,刚性较好,避免了应力变形。一般情况下,合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端,即将暂停点(支撑部分)留在靠近毛坯夹持端的部位。
        中走丝线切割机床适合加工各种复杂形状的冲模及单件齿轮、花键、尖角窄缝类零件 ,具有速度快、周期短等优点,应用非常普及。高速走丝的线切割机床的电极丝主要是采用钼丝,电极丝运动速度快通常为8~12米/秒,而且是双向往返循环运行,在加工过程 中很容易发生断丝。如果在切割工件过程中多次断丝,不仅会造成一定的经济损失,而且会带来重新绕丝的麻烦;不仅耽误时间,而且会在工件上产生断丝痕迹,影响加工质量,严重的会造成工件报废。

        本文详细的总结了中走丝线切割机床在工作中经常出现的断丝原因及解决办法:
        中走丝线切割机床的断丝原因分析

        1,钼丝钼丝的松紧程度
        如果钼丝安装太松,则钼丝抖动厉害 ,不仅会造成断丝,而且由于钼丝的抖动直接影响工件表面粗糙度。但钼丝也不能安装得太紧,太紧内应力增大,也会造成断丝,因此钼丝在切割过程中,其松紧程度要适当 ,新安装的钼丝,要先紧丝再加工,紧丝时用力不要太大。钼丝在加工一段时间后,由 于自身的拉伸而变松。当伸长量较大时,会加剧钼丝振动或出现钼丝在贮丝筒上重叠。使走丝不稳而引起断丝。应经常检查钼丝的松紧程度,如果存在松弛现象,要及时拉紧 。
钼丝安装。钼丝要按规定的走向绕在贮丝筒上,同时固定两端。绕丝时,一般贮丝 筒两端各留10mm,中间绕满不重叠,宽度不少于贮丝筒长度的一半,以免电机换向频繁 而使机件加速损坏,也防止钼丝频繁参与切割而断丝。
        机床上钼丝引出处有挡丝棒,挡丝棒是由两根红宝石制成的导向立柱,挡丝棒不像 导轮那样作滚动运动,他们直接与钼丝接触,作滑动摩擦。因此磨损很快,使用不久柱体与钼丝接触的地方就会形成深沟,必须及时检查并进行翻转和更换,否则会出现叠丝 断丝。

        2,运丝机构
        中走丝线切割机的运丝机构主要是由贮丝筒、线架和导轮组成。当运丝机构的精度下降时 (主要是传动轴承),会引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动。贮丝筒的径向跳动会使电极丝的张力减小,造成丝松,严重时会使钼丝从导轮槽中脱出拉断。贮丝筒的轴向窜动 会使排丝不匀,产生叠丝现象。贮丝筒的轴和轴承等零件常因磨损而产生间隙,也容易 引起丝抖动而断丝,因此必须及时更换磨损的轴和轴承等零件。贮丝筒换向时,如没有切断高频电源,会导致钼丝在短时间内温度过高而烧断钼丝,因此必须检查贮丝筒后端 的行程开关是否失灵。要保持贮丝筒、导轮转动灵活,否则在往返运动时会引起运丝系 统振动而断丝。绕丝后空载走丝检验钼丝是否抖动,若发生抖动要分析原因。贮丝筒后端的限位挡块必须调整好,避免贮丝筒冲出限位行程而断丝。挡丝装置中挡块与快速运 动的钼丝接触、摩擦,易产生沟槽并造成夹丝拉断,因此也需及时更换。导轮轴承的磨 损将直接影响导丝精度,此外,当导轮的v型槽、宝石限位块、导电块磨损后产生的沟槽 ,也会使电极丝的摩擦力过大,易将钼丝拉断。这种现象一般发生在机床使用时间较长 、加工工件较厚、运丝机构不易清理的情况下。因此在机床使用中应定期检查运丝机构的精度,及时更换易磨损件。

3,工件
        工件材料:对不经锻打、不淬火材料,在线切割加工前最好采用低温回火消除内应 力,因为如果工件的内应力没有得到消除,在切割时,有的工件会开裂,把钼丝碰断;有的会使间隙变形,把钼丝夹断或弹断。如淬火后t8钢在线切割加工中及易引起断丝尽 量少用。切割厚铝材料时,由于排屑困难,导电块磨损较大,注意及时更换。
        工件装夹:虽然线切割加工过程中工件受力极小,但仍需牢固夹紧工件,防止加工 过程中因工件位置变动造成断丝。同时要避免由于工件的自重和工件材料的弹性变形造成的断丝。在加工厚重工件时,可在加工快要结束时,用磁铁吸住将要下落的工件,或 者人工保护下落的工件,使其平行缓慢下落从而防止断丝。 4电参数电参数选择不当也 是引起断丝的一个重要原因,所以要根据工件厚度选择合理的电参数,将脉冲间隔拉开 一些,有利于熔化金属微粒的排出,同时峰值电流和空载电压不宜过高,否则使单个脉冲能量变大,切割速度加快,容易产生集中放电和拉弧,引起断丝。一般空载电压为 100v左右。在电火花加工中,电弧放电是造成负极腐蚀损坏的主要因素,再加上间隙不合适,容易使某一脉冲形成电弧放电,只要电弧放电集中于某一段,就会引起断丝。
        根据工件厚度选择合适的放电间隙:放电间隙不能太小,否则容易产生短路,也不 利于冷却和电蚀物的排出;放电间隙过大,将影响表面粗糙度及加工速度。当切割厚度较大的工件时,应尽量选用大脉宽电流,同时放电间隙也要大一点,长而增强排屑效果 ,提高切割的稳定性。
 
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