張 健

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械工程訓(xùn)練中心，北京 100083

高速走絲電火花線切割加工斷絲解決方案實(shí)證

張 健

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械工程訓(xùn)練中心，北京 100083

本文從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，對(duì)高速走絲電火花線切割加工斷絲的主要原因進(jìn)行的分析，并提出了解決的方案，最后從實(shí)證的角度，對(duì)生產(chǎn)中斷絲現(xiàn)象進(jìn)行的簡單的故障排除的實(shí)證研究。

高速走絲；電火花線切割加工；斷絲現(xiàn)象；原因；對(duì)策；實(shí)證分析

電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），有時(shí)又稱線切割。其基本工作原理是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲（稱為電極絲）作電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。電火花線切割機(jī)按走絲速度可分為高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)，俗稱快走絲；低速單向走絲電火花線切割機(jī)，俗稱慢走絲和立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)3類。又可按工作臺(tái)形式分成單立柱十字工作臺(tái)型和雙立柱型（俗稱龍門型）。

1 電火花線切割加工原理

電火花線切割屬電加工范疇，是由前蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。線切割機(jī)也于1960年發(fā)明于前蘇聯(lián)，我國是第一個(gè)用于工業(yè)生產(chǎn)的國家。電火花線切割加工主要用于模具制造，在樣板、凸輪、成形刀具、精密細(xì)小零件和特殊材料的加工中也得到日益廣泛的應(yīng)用。

其工作原理為：自由正離子和電子在場中積累，很快形成一個(gè)被電離的導(dǎo)電通道。在這個(gè)階段，兩板間形成電流。導(dǎo)致粒子間發(fā)生無數(shù)次碰撞，形成一個(gè)等離子區(qū)，并很快升高到8 000℃～12 000℃的高溫，在兩導(dǎo)體表面瞬間熔化一些材料，同時(shí)，由于電極和電介液的汽化，形成一個(gè)氣泡，并且它的壓力規(guī)則上升直到非常高。然后電流中斷，溫度突然降低，引起氣泡內(nèi)向爆炸，產(chǎn)生的動(dòng)力把溶化的物質(zhì)拋出彈坑，然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結(jié)成小的球體，并被電介液排走。然后通過NC控制的監(jiān)測和管控，伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達(dá)到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品。

在切割加工時(shí)，工件安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)通常由X軸和Y 軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。工具電極（電極絲）為直徑0.02mm～0.3mm的金屬絲，由走絲系統(tǒng)帶動(dòng)電極絲沿其軸向移動(dòng)。走絲方式有兩種：1）高速走絲，速度為9m/s～10m/s，采用鉬絲作電極絲，可循環(huán)反復(fù)使用；2）低速走絲，速度小于10m/min，電極絲采用銅絲，只使用一次。脈沖電源加在工件與電極絲之間，一般工件接正極，電極絲接負(fù)極。工件與電極絲之間用噴嘴噴入工作液（乳化液、去離子水等）。控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先輸入的工作程序輸出相應(yīng)的信息，使工作臺(tái)作相應(yīng)的移動(dòng)，工件與電極絲靠近。當(dāng)兩者接近到適當(dāng)距離時(shí)（一般為0.01mm～0.04mm）便產(chǎn)生火花放電，蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離加大，控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離的大小和預(yù)先輸入的程序，不斷地發(fā)出進(jìn)給信號(hào)，使加工過程持續(xù)進(jìn)行。

2 電火花切割機(jī)

電火花線切割機(jī)主要。采用電腦控制系統(tǒng)，全中文自動(dòng)繪圖編程、控制軟件。加工中有軌跡、時(shí)間顯示，可隨時(shí)了解加工情況 中走絲具有多次切割功能特點(diǎn) 通常來講，電火花切割機(jī)的主要功能有：具有繪圖、編程功能；鏡像、對(duì)稱、旋轉(zhuǎn) 、平移功能；短路自動(dòng)處理、加工結(jié)束自動(dòng)停機(jī)功能；反向加工、任意段加工功能；比例縮放功能；斷電報(bào)護(hù)功能；自動(dòng)找中心功能；人機(jī)對(duì)話功能。

3 斷絲主要原因

3.1 與電參數(shù)選擇及脈沖電源相關(guān)的斷絲

一般來說，斷絲的機(jī)率隨著放電能量的增加而加大。這是因?yàn)榧庸ぶ械拿}沖能量靠電極絲來傳遞，如果電極絲載流量太大時(shí)，本身的電阻發(fā)熱會(huì)使它固有的抗拉強(qiáng)度降低很多，所以很容易造成斷絲?？蓪⒚}沖間隙參數(shù)設(shè)大些，以有利于熔化金屬微粒的排出。同時(shí)峰值電流和空載電壓不宜過高，否則容易產(chǎn)生集中放電和拉弧。由于電弧放電是造成電極絲（負(fù)極）腐蝕損壞的主要因素，只要電弧放電集中于某一段，就會(huì)引起斷絲。

3.2 與運(yùn)絲機(jī)構(gòu)相關(guān)的斷絲

機(jī)床的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)精度變差，會(huì)增加電極絲的抖動(dòng)，破壞火花放電的正常間隙，易造成大電流集中放電，從而增加斷絲的機(jī)會(huì)。這種現(xiàn)象一般發(fā)生在機(jī)床使用時(shí)間較長、加工工件較厚、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)不易清理的情況下。因此在機(jī)床使用中應(yīng)定期檢查運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的精度，及時(shí)更換易磨損件。在上絲后應(yīng)空載走絲檢查電極絲是否抖動(dòng)，若發(fā)生抖動(dòng)要分析原因。

3.3 與電極絲相關(guān)的斷絲

電極絲的材料應(yīng)根據(jù)加工情況而定，否則會(huì)引起斷絲。對(duì)于數(shù)控高速走絲電火花線切割加工，廣泛采用鉬絲。因?yàn)殂f絲耐損耗、抗拉強(qiáng)度高、絲質(zhì)不易變脆，不易斷絲。采用鎢絲加工，可獲得較高的加工速度，但放電后絲變脆，易斷絲，應(yīng)用較少，一般在弱電規(guī)準(zhǔn)時(shí)使用。鎢鉬絲（鎢、鉬各50%）加工效果比前兩種都好，故使用壽命和加工速度都比鉬絲高，但價(jià)格昂貴。

3.4 與工件相關(guān)的斷絲

未經(jīng)鍛打、淬火、回火處理的材料，鋼材中所含碳化物顆粒大，并且聚集成團(tuán)，而分布又不均勻，存在較大的內(nèi)應(yīng)力。如果工件的內(nèi)應(yīng)力沒有得到消除，在切割時(shí)，有的工件會(huì)開裂，把電極絲碰斷，有的會(huì)使間隙變形，切縫變窄而卡斷電極絲。為減少因材料引起的斷絲，在電火花線切割加工前最好采用低溫回火消除內(nèi)應(yīng)力。應(yīng)選擇鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小的材料，鋼材中所含碳化物分布均勻，從而使加工穩(wěn)定性增強(qiáng)。如以電火花線切割加工為主要工藝的冷沖模具，盡量選用 CrWMn、 Cr12Mo、GCr15等合金工具鋼，并要正確選擇熱加工方法和嚴(yán)格執(zhí)行熱處理規(guī)范。

3.5 與工作液相關(guān)的斷絲

工作液在較長時(shí)間使用后，變得臟污、綜合性能變差是引起斷絲的重要原因。根據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)，新?lián)Q的工作液每天工作8 小時(shí)，使用兩天后效果最好，繼續(xù)使用8d～10d則易斷絲，須更換新的工作液。對(duì)要求切割速度高或大厚度工件，其工作液的配比可適當(dāng)?shù)恍?，約5%～8%的濃度，這樣加工較穩(wěn)定，不易斷絲。用純凈水配置的工作液加工較自來水配置的工作液在加工中更穩(wěn)定，較少斷絲。

4 斷絲解決對(duì)策

下面從實(shí)際生產(chǎn)的角度出發(fā)，以DK7725高速走絲電火花線切割機(jī)斷絲的問題，總結(jié)高速走絲線切割機(jī)斷絲的普遍原因，找出減少斷絲的具體方法。

4.1 選擇更換鉬絲

一般來說，鉬絲的質(zhì)量直接關(guān)系到斷絲現(xiàn)象的發(fā)生，最簡單的更換名牌鉬絲廠生產(chǎn)的鉬絲。高速走絲線切割機(jī)進(jìn)行加工時(shí)，一般來說，須選用質(zhì)量好的較粗的電極絲。如：用南京鉆石牌鉬絲調(diào)試一下。在選擇鉬絲時(shí)，并不是越大越好，應(yīng)根據(jù)用電參數(shù)進(jìn)行選擇。

4.2 選擇合適的加工件

在實(shí)際生產(chǎn)中，如果加工工件質(zhì)量不過關(guān)，如有焊點(diǎn)、多層、兩種材質(zhì)、以及材料里有氣泡和碳渣等雜質(zhì)時(shí)，在加工中很容易發(fā)生斷絲。遇到這種情況，最簡單的辦法就是直接調(diào)換一塊加工材料。

4.3 調(diào)整合適的用電參數(shù)

在加工時(shí)，一定要依照說明書根據(jù)不同厚度和不同材質(zhì)選擇適合的電參數(shù)。無論怎樣加工，必須調(diào)整到加工電流相對(duì)穩(wěn)定，否則也會(huì)經(jīng)常引起斷絲。

4.4 適時(shí)檢查可能夾斷鉬絲的構(gòu)件

長期運(yùn)行后，可能會(huì)在運(yùn)絲機(jī)構(gòu)上產(chǎn)生一些槽溝等影響運(yùn)行精度的，而致鉬絲夾斷。所要要定期檢查并及時(shí)更換軸承、導(dǎo)輪、導(dǎo)電快、擋絲棒等運(yùn)絲部件。更換周期為：軸承大約為3個(gè)月更換一次，導(dǎo)輪為半年更換一次。

4.5 精心選用乳化液

乳化液是走絲運(yùn)行的潤滑劑，按切削液說明配比工作液，可大大減少斷絲現(xiàn)象發(fā)生。有條件的可以用純凈水。切削液盡量用名牌產(chǎn)品。如：南京達(dá)興牌（油基型） 浙江佳潤牌（水基型）

4.6 全方位提高操作人員素質(zhì)

斷絲現(xiàn)象的發(fā)生，與操作也有極大的關(guān)系。實(shí)踐證明，操作得當(dāng)，斷絲現(xiàn)象能夠得到極大的減少。為此，在上絲、穿絲操作時(shí)應(yīng)仔細(xì)認(rèn)真、規(guī)范操作。同時(shí)，要在自動(dòng)找中心時(shí)，如果工藝孔壁有油污、毛刺或某些不導(dǎo)電的物質(zhì)，當(dāng)電極絲移動(dòng)到孔壁時(shí)未火花放電，致使機(jī)床不能自動(dòng)換向，最后勒斷電極絲。因此加工前一定要將工藝孔清理干凈。某些時(shí)候需要手動(dòng)切割時(shí)（人為控制進(jìn)給），應(yīng)眼觀電流表，不得超過正常切割時(shí)的變頻速度，否則極易斷絲。

5 實(shí)證研究

故障現(xiàn)象 1：DK7725工作臺(tái)工作中，火花放電突然變?yōu)樗{(lán)色的弧光放電，電流超過限值，電極絲燒斷，停機(jī)更換電極絲后，開機(jī)運(yùn)作，故障依然存在。接下來用用示波器測輸入端和振蕩部分都無波形輸出，故判斷故障出在振蕩部分，檢修振蕩部分，高頻電源恢復(fù)正常，工作臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

故障現(xiàn)象 2：DK7725工作臺(tái)工作中加工電流很大、火花放電異常斷絲。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，故障原因是因?yàn)槊}沖電源的輸出已變?yōu)橹绷鬏敵鏊?。故從脈沖電源的輸出級(jí)向多諧振蕩器逐級(jí)檢查波形，發(fā)現(xiàn)元件按損，更換后，檢查輸出標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形。開機(jī)運(yùn)行，故障解除。

6 結(jié)論

高速走絲電火花線切割加工斷絲問題發(fā)生，只要掌握了基本的原理，再通過經(jīng)驗(yàn)積累，是很容易解決的，如果出現(xiàn)不能解決的問題，一定要及時(shí)與生廠維修廠家聯(lián)系，共同加以解決，決不能盲目蠻干導(dǎo)致工作臺(tái)受損致更大損失。同時(shí)，要生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，要注意及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，并不斷總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)。

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1674-6708（2010）30-0211-02