李一華， 黃艷松， 馬永清， 豐莉

（1.海軍駐株洲某軍代室，湖南 株洲412002；2.中航工業(yè)南方公司，湖南 株洲412002）

1 引 言

線切割加工是電火花線切割加工的簡(jiǎn)稱，它是用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割［1］，線切割采用細(xì)金屬絲作工具電極，無需制作成型工具電極，可加工各種復(fù)雜型面，能夠大大降低制造成本、縮短生產(chǎn)周期，被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造中。線切割按機(jī)床類別分為快走絲線切割與慢走絲線切割，快走絲線切割是電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，走絲速度為8～10m/s，加工表面粗糙度為Ra5.0～2.5，最佳可達(dá)Ra1.0；慢走絲線切割是電機(jī)作低速單向運(yùn)動(dòng)，一般走絲速度低于0.2m/s，加工表面粗糙度可達(dá)到Ra2.5，最佳可達(dá)Ra0.2［2］?？熳呓z線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、使用成本低，且加工效率高，擁有良好的性價(jià)比，但快走絲線切割機(jī)床的振動(dòng)較大，電極絲抖動(dòng)也大，電極在往返運(yùn)動(dòng)中的損耗都影響著其加工精度，在使用上受到一定的限制。因此，如何提高快走絲線割加工表面質(zhì)量是急需研究的課題。

圖1 進(jìn)氣導(dǎo)葉片線切割加工部位

圖2 加工后表面鋸齒狀形貌×5

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)向葉片葉身上下邊的表面粗糙度要求為Ra3.2（如圖1 所示），采用快走絲線切割加工方法，但在試制過程中發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品線切割后表面存在鋸齒狀形貌（如圖2 所示），導(dǎo)致粗糙度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。本文以該產(chǎn)品為例，通過分析線切割加工表面質(zhì)量影響因素，對(duì)電參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并提出加工過程的具體控制措施，經(jīng)試制表明，可有效保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品加工表面質(zhì)量。

2 表面質(zhì)量影響因素分析

影響電火花切割表面加工質(zhì)量主要有電參數(shù)、走絲速度、電極絲張力、進(jìn)給速度及工作液等。

2.1 電參數(shù)選擇分析

放電峰值電流、脈沖寬度及脈沖間隔是快速走絲線切割加工的主要電參數(shù)。增大放電峰值電流可以提高切割速度，但會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度增大、加工精度下降，甚至出現(xiàn)斷絲。增大脈沖寬度可以使單位時(shí)間內(nèi)放電能量增大，提高線切割加工的速度，同樣導(dǎo)致表面粗糙度變差，并加快電極絲的損耗。減小脈沖間隔，脈沖頻率將提高，即單位時(shí)間內(nèi)放電次數(shù)增多，平均電流增大，從而提高了切割速度，但脈沖間隔不能過小，否則會(huì)影響電蝕產(chǎn)物的排出和火花通道的消電離，導(dǎo)致加工穩(wěn)定性變差和加工速度降低，甚至斷絲。由此可見，增大放電峰值電流、脈沖寬度，減小脈沖間隔都能使切割速度提高，但會(huì)降低產(chǎn)品表面質(zhì)量，因此，必須在保證產(chǎn)品表面質(zhì)量的前提下，適當(dāng)調(diào)整電參數(shù)使產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率達(dá)到平衡。

2.2 走絲速度

提高走絲速度不僅有利于脈沖結(jié)束時(shí)放電通道迅速消電離，而且可以將工作液帶入厚度較大工件的放電間隙中，有利于排屑。在一定范圍內(nèi)，增大走絲速度可以提高加工速度，但增大到一定程度后，反而會(huì)降低加工速度，主要原因是絲速再增大，排屑條件雖然仍在改善，但蝕除作用基本不變，且儲(chǔ)絲筒一次排絲的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間減少，使其在一定時(shí)間內(nèi)的正反向換向次數(shù)增多，非加工時(shí)間增多，從而降低了加工速度。走絲速度太大還會(huì)引起電極絲的振動(dòng)加強(qiáng)，使產(chǎn)品表面的直線度和光潔度下降。

2.3 電極絲張力

電極絲張力大時(shí)，電極絲的振幅及抖動(dòng)變小，切縫寬度變窄，進(jìn)給速度加快，因此能夠提高加工速率、增強(qiáng)加工的穩(wěn)定性，保證產(chǎn)品表面質(zhì)量。但受電極材料強(qiáng)度的限制，電極絲張力不能無限度增大，否則將出現(xiàn)斷絲。

2.4 進(jìn)給速度

正常情況下，線切割過程中進(jìn)給速度與蝕除速度大致相等。進(jìn)給速度過高，即電極絲進(jìn)給的速度明顯高于蝕除速度，則放電間隙會(huì)越來越小，甚至發(fā)生短路，造成加工不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。進(jìn)給速度太慢，即電極絲的進(jìn)給速度明顯落后蝕除速度，則電極絲與工件之間的距離會(huì)越來越大，造成開路，降低加工速度。由此可見，在線切割加工中調(diào)節(jié)進(jìn)給速度雖然本身并不具有提高加工速度的能力，但能夠保證加工的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量。

2.5 工作液

工作液的注入方式和注入方向?qū)€切割加工精度有較大影響，目前注入方式主要有浸泡式、噴入式及浸泡噴入復(fù)合式等三種。采用浸泡式注入時(shí)，線切割加工區(qū)域流動(dòng)性差，加工不穩(wěn)定，放電間隙大小不均勻，很難獲得理想的加工精度。噴入式注入方式是國(guó)產(chǎn)快走絲線切割機(jī)床應(yīng)用最廣的一種，其工作液以噴入這種方式強(qiáng)迫注入工作區(qū)域，間隙的工作液流動(dòng)更快，加工較穩(wěn)定，但工作液噴入時(shí)難免帶進(jìn)一些空氣，因此，經(jīng)常出現(xiàn)氣體介質(zhì)放電現(xiàn)象，從而影響了加工精度。在精密電火花線切割加工中，普遍采用浸泡噴入復(fù)合式的工作液注入方式。快走絲線切割使用的工作液是專用乳化液，目前使用的工作液種類較多，各有特點(diǎn)，但無論哪種工作液都應(yīng)具有一定的絕緣性能、較好的洗滌性能、較好的冷卻性能及對(duì)環(huán)境無污染、對(duì)人體無危害等特性，其中洗滌性能對(duì)加工質(zhì)量影響較大。洗滌性能好的工作液，切割時(shí)排屑效果好，切割速度高，切割后表面光亮清潔，割縫中沒有油污粘糊；洗滌性能不好的工作液則相反，有時(shí)切割下來的料芯被油污糊狀物粘住不易取下，切割后表面也不易清洗干凈［3］。

3 提高表面加工質(zhì)量方法

在保證生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，為提高產(chǎn)品表面質(zhì)量對(duì)線切割電參數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，調(diào)整后的電參數(shù)如表1 所示，并重點(diǎn)在以下4 個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，取得了顯著的效果。

表1 調(diào)整后的電參數(shù)

3.1 適時(shí)調(diào)整進(jìn)給速度

在加工非等截面產(chǎn)品表面時(shí)，受截面面積變化的影響，加工過程中應(yīng)適時(shí)調(diào)整進(jìn)給速度，當(dāng)截面面積增加時(shí)應(yīng)降低進(jìn)給速度，以保持加工穩(wěn)定性，避免產(chǎn)品出現(xiàn)表面質(zhì)量問題。該葉片葉型兩側(cè)截面較薄，往中心逐步增厚，因此在加工時(shí)必須通過加工電流表指針的搖動(dòng)情況來進(jìn)行判斷進(jìn)給速度。當(dāng)經(jīng)常向下擺動(dòng)，則說明是欠跟蹤，此時(shí)應(yīng)將進(jìn)給速度適當(dāng)調(diào)快；當(dāng)經(jīng)常向上擺動(dòng)，則說明是過跟蹤，就應(yīng)將進(jìn)給速度適當(dāng)調(diào)慢；當(dāng)指針來回較大幅度搖擺，說明加工不穩(wěn)定，應(yīng)及時(shí)停止加工，查明原因，否則易出現(xiàn)斷絲。

3.2 適當(dāng)調(diào)整工作液

圖3 切下余料與本體粘接

目前，線切割加工采用的工作介質(zhì)一般為含有機(jī)械油5%左右的乳化液，切割后容易出現(xiàn)切下余料與本體互相粘接的問題（如圖3 所示），加工后必須通過煤油刷洗和敲擊才能脫離。高溫環(huán)境下，乳化液會(huì)分解出大量的含碳高分子化合物與金屬腐蝕產(chǎn)物形成膠體狀或顆粒狀物質(zhì)，該物質(zhì)粘附并堆積在切縫內(nèi)是切下余料與本體互相粘接的主要原因［3］。在加工過程中，該物質(zhì)堆積在切縫中嚴(yán)重影響電蝕產(chǎn)物的排除，并阻擋新鮮工作介質(zhì)進(jìn)入切縫，直接導(dǎo)致正常放電不連續(xù)，甚至出現(xiàn)電弧放電，燒傷產(chǎn)品表面使加工質(zhì)量惡化。

水中加入少量洗滌劑、皂片等，切割速度就可能成倍增長(zhǎng)。這是因?yàn)樗屑尤胂礈靹┗蛟砥?，工作液洗滌性能變好，有利于排屑，改善了間隙狀態(tài)［3］。為此，在乳化液中加入了適量洗潔精，經(jīng)多次試驗(yàn)，切割后的余料可自然落下，且切割后加工表面膠狀蝕除物明顯減少，在煤油中稍加清洗便可見金屬光澤，加工表面質(zhì)量明顯提高。

3.3 檢查導(dǎo)向輪及導(dǎo)電塊的磨損情況

對(duì)于快走絲線切割，電極絲的運(yùn)動(dòng)軌跡主要靠導(dǎo)向輪和導(dǎo)電塊來保證，由于長(zhǎng)時(shí)間的高速磨損，容易導(dǎo)致導(dǎo)電塊和導(dǎo)電輪上出現(xiàn)磨損的軌跡，如不及時(shí)調(diào)整導(dǎo)電塊的方向或定期更換導(dǎo)向輪，則當(dāng)磨損痕跡深度過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電極絲在高速運(yùn)動(dòng)過程中振幅增大，甚至出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，從而影響加工表面質(zhì)量，因此在每次加工前必須檢查導(dǎo)向輪和導(dǎo)電塊的磨損情況。

3.4 不定期重新纏繞電極絲

電極絲形狀在高溫情況下長(zhǎng)期使用會(huì)發(fā)生變化，并導(dǎo)致滾絲筒上的電極絲纏繞力減下，從而減小電極絲的張力，因此每次加工前必須對(duì)電極絲進(jìn)行重新纏繞，保證電極絲在滾絲筒上的纏繞力，確保電極絲張力的相對(duì)恒定。

4 產(chǎn)品試制驗(yàn)證

根據(jù)上述分析及改進(jìn)措施，對(duì)該葉片線切割加工工藝進(jìn)行了細(xì)化，調(diào)整了工藝參數(shù)，要求操作者在每批產(chǎn)品加工前檢查導(dǎo)向輪、導(dǎo)電塊的磨損情況并重新纏繞電極絲，針對(duì)產(chǎn)品加工批量大的特點(diǎn)，還規(guī)定了加工過程中定期檢查的頻率，確保加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。為驗(yàn)證措施的有效性，試制了一批百余件產(chǎn)品，實(shí)物表面質(zhì)量大幅提升，原來的鋸齒狀形貌波峰明顯縮小，如圖4 所示，采用高倍顯微鏡觀察也未發(fā)現(xiàn)明顯的鋸齒狀形貌，如圖5 所示，且經(jīng)檢測(cè)尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙要求。

圖4 試制產(chǎn)品實(shí)物表面

圖5 試制產(chǎn)品實(shí)物表面局部放大×50

5 結(jié) 語(yǔ)

運(yùn)絲速度快、振蕩較大、導(dǎo)輪磨損大是快走絲線切割的明顯特點(diǎn)［2］，也是影響產(chǎn)品加工表面質(zhì)量的重要因素。在實(shí)際應(yīng)用中，必須根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)合理確定加工電參數(shù)，避免盲目追求生產(chǎn)效率，在加工過程中應(yīng)注意控制進(jìn)給速度、調(diào)整工作液，加強(qiáng)導(dǎo)電塊和導(dǎo)輪磨損情況檢查，并不定期地重新纏繞電極絲，防止產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)反復(fù)。

［1］ 廖衛(wèi)獻(xiàn).數(shù)控線切割加工自動(dòng)編程［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.

［2］ 苑海燕，袁玉蘭.高速走絲線切割機(jī)床操作與實(shí)例［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

［3］ 張學(xué)仁.數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999.

（編輯 啟 迪）