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“中走絲線切割”機床的加工編程操作工藝處理技術淺析（上）

一 中走絲線切割機床介紹
       要清晰中走絲線切割機床的編程以及操作過程中的加工工藝，我們必須先了解中走絲線切割機床的歷史、現(xiàn)狀以及將來的發(fā)展方向，這樣的話，了解起來就會相對簡單一點。
　　高速走絲電火花線切割機（WEDM-HS），也就是我們通常所說的快走絲線切割機，是中國*（除中國內(nèi)地，沒有任何國家和地區(qū)生產(chǎn)該類機床的廠家）的，由于結構簡單、造價低、工藝效果好，加上使用過程消耗少，自上世紀六十年代末被研制成功之后就得到飛速發(fā)展，現(xiàn)已成為制造業(yè)中一種*工藝裝備。到2004年底，全國年產(chǎn)量已超過3萬臺，約占世界電火花線切割機床總產(chǎn)量的70%。
       但是，由于快走絲線切割機床加工質(zhì)量問題一直未得到有效解決，同時，隨著國外生產(chǎn)的低速走絲電火花線切割機（WEDM-LS）技術水平的不斷提高和模具工業(yè)的飛速發(fā)展，曾令國人感到自豪的快走絲線切割機床，如今已經(jīng)陷入了發(fā)展艱難的困境。
　　為了滿足用戶需要，蘇州中航長風（）結合多年模具機械加工經(jīng)驗，在保留快走絲線切割機床結構簡單、造價低、工藝效果好、使用過程消耗少等特點的基礎上，引用上精密模具加工設備的先進理念及慢走絲多次切割技術（即*次切割用較大的電規(guī)準進行高速粗切割，然后用精規(guī)準和精微規(guī)準進行第二次、第三次甚至第四、五次切割，將加工表面逐級修光，以獲得較理想的加工表面質(zhì)量和加工精度），開發(fā)了能實現(xiàn)多次切割的智能化系統(tǒng)中走絲電火花線切割機床。
       由于擁有比快走絲更人性化，便捷化，適用范圍更廣的特點，中走絲線切割機被越來越多的用戶選擇，同時也被更多的設備生產(chǎn)廠家所看中，紛紛加入到中走絲線切割機床的研發(fā)和生產(chǎn)中來。
　　由于中走絲線切割機床是近幾年才開始的，很多用戶還對中走絲不熟悉，對中走絲的加工工藝也不熟悉，現(xiàn)結合多年的生產(chǎn)實踐，針對中走絲切割機床的編程以及操作加工過程中所出現(xiàn)的問題及遇到的困難，總結了幾點工藝處理方法和加工操作方案。
二 中走絲線切割機床多次切割工藝參數(shù)設置
  （一）*次切割任務是高速穩(wěn)定切割
       1. 脈沖參數(shù)：選用高峰值電流，較長脈寬的規(guī)準進行大電流切割，以獲得較高的切割速度。
       2. 電極絲中心軌跡的補償量?。?br />　　f = 1/2φd +δ+△+ S式中，f為補償量（mm）；δ為*次切割時的放電間隙（mm）；φd為電極絲直徑（mm）；△為留給第二次切割的加工余量（mm）；S為精修余量（mm）。在高峰值電流粗規(guī)準切割時，單邊放電間隙大約為0.02mm；精修余量甚微，一般只有0.003mm。而加工余量△則取決于*次切割后的加工表面粗糙度及機床精度，大約在0.03～0.04mm范圍內(nèi)。這樣，*次切割的補償量應在0.05～0.06mm之間，選大了會影響第二次切割的速度，選小了又難于消除*次切割的痕跡。
       3. 走絲方式：采用高速走絲，走絲速度為8～12m/s，達到zui大加工效率。
  （二）第二次切割的任務是精修，保證加工尺寸精度。
       1. 脈沖參數(shù)：選用中等規(guī)準，使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4～1.7μm之間。
       2. 補償量f：由于第二次切割是精修，此時放電間隙較小，δ不到0.01mm，而第三次切割所需的加工質(zhì)量甚微，只有幾微米，二者加起來約為0.01mm。所以，第二次切割的補償量f約為1/2d+0.01mm即可。
       3. 走絲方式：為了達到精修的目的，通常采用低速走絲方式，走絲速度為1～3m/s，并對跟蹤進給速度限止在一定范圍內(nèi)，以消除往返切割條紋，并獲得所需的加工尺寸精度。
  （三）第三次切割的任務是拋磨修光。
       1. 脈沖參數(shù)：用zui小脈寬進行修光，而峰值電流隨加工表面質(zhì)量要求而異。
       2. 補償量f：理論上是電極絲的半徑加上0.003mm的放電間隙，實際上精修過程是一種電火花磨削，加工量甚微，不會改變工件的尺寸大小。所以，僅用電極的半徑作補償量也能獲得理想效果。
       3. 走絲方式：像第二次切割那樣采用低速走絲限速進給即可。
三 中走絲線切割機床的多次切割變形問題處理方法
  （一）中走絲的凸模加工工藝
　　凸模在模具中起著很重要的作用，它的設計形狀、尺寸精度及材料硬度都直接影響模具的沖裁質(zhì)量、使用壽命及沖壓件的精度。在實際生產(chǎn)加工中，由于工件毛坯內(nèi)部的殘留應力變形及放電產(chǎn)生的熱應力變形，故應首先加工好穿絲孔進行封閉式切割，盡可能避免開放式切割而發(fā)生變形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能進行封閉形式切割，對于方形毛坯件，在編程時應注意選擇好切割路線（或切割方向）。切割路線應有利于保證工件在加工過程中始終與夾具（裝夾支撐架）保持在同一坐標系，避開應力變形的影響。夾具固定在左端，從葫蘆形凸模左側，按逆時針方向進行切割，整個毛坯依據(jù)切割路線而被分為左右兩部分。由于連接毛坯左右兩側的材料越割越小，毛坯右側與夾具逐漸脫離，無法抵抗內(nèi)部殘留應力而發(fā)生變形，工件也隨之變形。若按順時針方向切割，工件留在毛坯的左側，靠近夾持部位，大部分切割過程都使工件與夾具保持在同一坐標系中，剛性較好，避免了應力變形。一般情況下，合理的切割路線應將工件與夾持部位分離的切割段安排在總的切割程序末端，即將暫停點（支撐部分）留在靠近毛坯夾持端的部位。
　　下面著重分析一下硬質(zhì)合金齒形凸模的切割工藝處理。
　　一般情況下，凸模外形規(guī)則時，線切割加工常將預留連接部分（暫停點，即為使工件在第1次的粗割后不與毛坯*分離而預留下的一小段切割軌跡線）留在平面位置上，大部分精割完畢后，對預留連接部分只做一次切割，以后再由鉗工修磨平整，這樣可減少凸模在中走絲線切割上的加工費用。硬質(zhì)合金凸模由于材料硬度高及形狀狹長等特點，導致加工速度慢且容易變形，特別在其形狀不規(guī)則的情況下，預留連接部分的修磨給鉗工帶來很大的難度。因此在中走絲線切割加工階段可對工藝進行適當?shù)恼{(diào)整，使外形尺寸精度達到要求，免除鉗工裝配前對暫停點的修磨工序。?由于硬質(zhì)合金硬度高，切割厚度大，導致加工速度慢，扭轉變形嚴重，大部分外形加工及預留連接部分（暫停點）的加工均采取4次切割方式且兩部分的切割參數(shù)和偏移量（Offset）均一致。第1次切割電極絲（鉬絲）偏移量加大至0.15—0.18mm，以使工件充分釋放內(nèi)應力及*扭轉變形，在后面3次能夠有足夠余量進行精割加工，這樣可使工件zui后尺寸得到保證。
　　具體的工藝分析如下：
　　1. 預先在毛坯的適當位置用穿孔機或電火花成形機加工好Φ1.0—Φ1.5mm穿絲孔，穿絲孔中心與凸模輪廓線間的引入切割線段長度選取5—10mm。
　　2. 凸模的輪廓線與毛坯邊緣的寬度應至少保證在毛坯厚度的1/5。
　　3. 為后續(xù)切割預留的連接部分（暫停點）應選擇在靠近工件毛坯重心部位，寬度選取3—4mm（取決于工件大小，）。
　　4. 為補償扭轉變形，將大部分的殘留變形量留在第1次粗割階段，增大偏移量至0.15—0.18mm。后續(xù)的3次采用精割方式，由于切割余量小，變形量也變小了。
　　5. 大部分外形4次切割加工完成后，將工件用壓縮空氣吹干，再用酒精溶液將毛坯端面洗凈，涼干，然后用粘結劑或液態(tài)快干膠（通常采用502快干膠水）將經(jīng)磨床磨平的厚度約0.3mm的金屬薄片粘牢在毛坯上，再按原先4次的偏移量切割工件的預留連接部分（注意：切勿把膠水滴到工件的預留連接部分上，以免造成不導電而不能加工）。
  （二）中走絲的凹模板加工中的變形分析
　　在中走絲線切割加工前，模板已進行了冷加工、熱加工，內(nèi)部已產(chǎn)生了較大的殘留應力，而殘留應力是一個相對平衡的應力系統(tǒng)，在線切割去除大量廢料時，應力隨著平衡遭到破壞而釋放出來。因此，模板在線切割加工時，隨著原有內(nèi)應力的作用及火花放電所產(chǎn)生的加工熱應力的影響，將產(chǎn)生不定向、無規(guī)則的變形，使后面的切割吃刀量厚薄不均，影響了加工質(zhì)量和加工精度。針對此種情況，對精度要求比較高的模板，通常采用4次切割加工。第1次切割將所有型孔的廢料切掉，取出廢料后，再由機床的自動移位功能，完成第2次、第3次、第4次切割。a切割第1次，取廢料→b切割第1次，取廢料→c切割第1次，取廢料→……→n切割第1次，取廢料→a切割第2次→b切割第2次→……→n切割第2次→a切割第3次→……→n切割第3次→a切割第4次→……→n切割第4次，加工完畢。這種切割方式能使每個型孔加工后有足夠的時間釋放內(nèi)應力，能將各個型孔因加工順序不同而產(chǎn)生的相互影響、微量變形降低到zui小程度，較好地保證模板的加工尺寸精度。但是這樣加工時間太長，穿絲次數(shù)多，工作量大，增加了模板的制造成本。另外機床本身隨加工時間的延長及溫度的波動也會產(chǎn)生蠕變。因此，根據(jù)實際測量和比較，模板在加工精度允許的情況下，可采用第1次統(tǒng)一加工取廢料不變，而將后面的2、3、4次合在一起進行切割（即a切割第2次后，不移位、不拆絲，緊接著割第3、4次→b→c……→n），或省去第4次切割而做3次切割。這樣切割完后經(jīng)測量，形位尺寸基本符合要求。這樣既提高了生產(chǎn)效率，又降低人工，因此也降低了模板的制造成本。
  （三）線切割中走絲機床凹模板型孔小拐角的加工工藝
　　由于選用的電極絲（鉬絲）直徑越大，切割出的型孔拐角半徑也越大。當模板型孔的拐角半徑要求很小時（如R0.07—R0.10mm），則必須換用細絲（如Φ0.10mm）。但是相對粗絲而言，細絲加工速度較慢，且容易斷絲。如果將整個型孔都用細絲加工，就會延長加工時間，造成浪費。經(jīng)過仔細比較和分析，我們采取先將拐角半徑適當增大，用粗絲切割所有型孔達到尺寸要求，再更換細絲統(tǒng)一修割所有型孔的拐角達到規(guī)定尺寸。但更換Φ0.10mm的細絲需重新找正中心，重新找正中心的坐標值與原中心坐標值相差應大約在0.02mm左右。

（未完，接下篇）

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