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        高速及低速線切割機(jī)床加工特點

        2012-07-30 03:36:28胡忠彪
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2012年21期
        關(guān)鍵詞:重熔工作液絲線

        胡忠彪

        (沈陽黎明航空零部件制造有限公司,遼寧 沈陽 110043)

        1 電火花加工的原理

        電火花加工的原理是基于工具和零件(正、負(fù)電極)之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來去除多余的金屬,以達(dá)到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。電火花線切割加工是在電火花加工基礎(chǔ)之上于20世紀(jì)50年代末最早在前蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種新的工藝形式,用線狀電極(鉬絲或銅絲)靠火花放電對工件進(jìn)行切割,故稱為電火花線切割,有時簡稱線切割。線切割機(jī)床的工作原理是,電極絲與脈沖電源的負(fù)極連接,工件與脈沖電源的正極連接,兩極在絕緣液體中靠近時,由于兩極的微觀表面凸凹不平,使得電場分布不均勻,離得最近處的電場強(qiáng)度最高,導(dǎo)致極間介質(zhì)被擊穿:自由正離子和電子在場中積累,很快形成被電離的放電通道:在電場的作用下,通道內(nèi)的負(fù)電子高速奔向陽極,正離子奔向陰極,形成火花放電:電子和離子在電場作用下,高速運(yùn)動時相互碰撞,陽極與陰極表面分別受到電子流和離子流的轟擊使電極間隙內(nèi)形成瞬時高溫,通道中心溫度高達(dá)100000C以上,兩極金屬材料的表面局部瞬間熔化:同時把熔化的物質(zhì)拋出,并被工作液介質(zhì)排出。

        2 線切割機(jī)床按電極絲的運(yùn)行速度可分為兩大類

        一類是高速走絲(或稱快走絲)電火花線切割機(jī)床:這類機(jī)床的電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動,走絲速度為8-10m/s,這種機(jī)床是我國獨創(chuàng)的線切割加工模式。

        另一類是低速走絲(或稱慢走絲)電火花線切割機(jī)床。這類機(jī)床電極絲作低速單向運(yùn)動,一般走絲速度低于0.2m/s。

        2.1 高速走絲線切割設(shè)備的組成

        儲絲筒、走絲溜板、絲架、上滑板、下滑板、床身、電源及控制柜。

        2.2 低速走絲線切割設(shè)備的組成

        脈沖電源、新絲放絲筒、廢絲筒、張力電動機(jī)、導(dǎo)向器、U、V軸電機(jī)、動穿絲系統(tǒng)。

        2.3 高速走絲及低速走絲機(jī)床加工工藝及特點

        由于高速走絲(或稱快走絲)電火花線切割機(jī)床電極絲需要反復(fù)使用,它的熱物理對加工工藝有重要影響,電極絲應(yīng)具有良好的耐蝕性、良好的導(dǎo)電性、較高的熔點、較高的抗拉強(qiáng)度及良好的線性要求。電極絲應(yīng)主要采用鉬絲作為電極絲,電極絲纏繞在儲絲筒上,在正常工作時電極絲作往復(fù)運(yùn)動,并且只有一段電極絲工作,因此隨著切割次數(shù)增加,電極絲磨損需要人為調(diào)整放電間隙補(bǔ)償量,來保證零件加工的尺寸精度。高速走絲線切割機(jī)床一般只能采用一次切割。加工后的表面存在變質(zhì)層。高速走絲線切割機(jī)床工作液,一般采用一定比例乳化液加水配置而成。采用沖洗方式沿電極絲輸送工作液進(jìn)行加工,在加工窄槽時,零件表面有時會出現(xiàn)黑白相間的條紋,這是由于排屑和冷卻條件不同造成的。電極絲從上向下運(yùn)動時,工作液由電極絲從上部帶入工件內(nèi),熔化金屬由電極絲從下部帶出,由于上部工作液充分,冷卻條件好,下部工作液少,冷卻條件差,但排屑條件比上面好,這時,放電產(chǎn)物炭黑吸附在上部加工表面,使之發(fā)黑,下部加工表面呈白色。由于導(dǎo)絲輪的原因,加工錐度時存在加工誤差。

        低速走絲電火花線切割機(jī)床電極絲在加工中做低速單向運(yùn)動,通常電極絲的速度在0.2m/s以下。在電極絲收集器前段,有機(jī)械吸絲系統(tǒng)保持電極絲有一定的張力。有斷絲自動停機(jī)并報警系統(tǒng)。低速走絲電火花線切割機(jī)床一般采用水侵方式對電極絲進(jìn)行冷卻,并且配有可調(diào)整高壓噴淋功能,保證電極絲及加工零件充分冷卻。頂級低速走絲電火花線切割機(jī)床,代表目前線切割機(jī)床最高水平,加工精度在±0.002mm之內(nèi)最大切割速度為400-500mm2/min,表面粗糙度Ra<0.2μm,并且表面無變質(zhì)層,這類機(jī)床功能齊全,自動化程度高。數(shù)控低速走絲線切割可以多次切割完成零件加工,第一次為粗加工,采用高峰值電流、較長脈沖寬度的規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行大電流切割,以獲得較高的切割速度。切割中把大部分金屬材料去除,保留精加工余量。第二次以后切割未經(jīng)加工,采用放電的參數(shù)逐漸減小,切除精加工余量,利用同一軌跡程序把偏置量按加工次數(shù)縮小加工,一般可分1-5次切割,除第一次加工外,其余加工量一般由幾十微米逐漸減到幾微米,特別是最后一次,加工量小,用幾個微米。少量多次切割可以提高加工零件的表面質(zhì)量,并且加工次數(shù)越多,工件的表面質(zhì)量越好。由于大部分零件切割時都是切成封閉的圖形,因此在切割凸模零件時,第一次切割后要留一段不切,保證零件不與毛坯脫離,多次加工完成后,加緊加工過的部分,在加工保留的這一部分,可以多次吃切割。

        下面對多次切個零件進(jìn)行簡要說明:

        圖二是加工后零件的尺寸要求,零件尺寸及同軸精度要求較高,采用一次加工無法保證零件合格,因此采用5次切割保證滿足零件圖紙要求。

        圖一是零件加工示意:首先多次切割1區(qū)保證零件尺寸,在依次切割2、3、4、5區(qū)部分最后切割其余4處連接部分。

        圖一

        圖二

        3 重熔層

        在電火花加工過程中,在火化放電的瞬時高溫和工作液的快速冷卻作用下,材料的表面層發(fā)生了很大變化,粗略地可把它分為熔化凝固層(即重熔層)和熱影響層,它與基體金屬完全不同,是一種樹枝狀的淬火鑄造組織,與內(nèi)層結(jié)合也不牢固。熱影響層介于熔化層和集體之間。熱影響層的金屬材料并沒有熔化,只是受到高溫的影響使材料的金相組織發(fā)生了變化,它和基體材料之間并沒有明顯界限。電火花加工后表面硬度一般較高,耐磨性加好,同時存在殘余應(yīng)力,還有可能存在顯微裂紋,因此其耐疲勞能力比機(jī)械加工表面低。

        4 重熔層的去除方法

        目前的去除方法有機(jī)械加工去除、磨粒流、手工拋修、化學(xué)腐蝕、吹砂、振動光飾、電化學(xué)加工等,但效果都不甚理想,機(jī)械加工去除效果較好,但受局限性較大,只能進(jìn)行平面及易加工部位;磨粒流方法適合去除內(nèi)孔表面的重熔層:手工進(jìn)行拋修,拋修后的零件表面質(zhì)量較差,并且尺寸也不易保證;化學(xué)腐蝕是目前生產(chǎn)中相對較好的方法,但在加工時需要對非加工部位進(jìn)行保護(hù),并且加工有隨機(jī)性,不易控制,需要反復(fù)試驗才能進(jìn)行生產(chǎn)。振動光飾方法適合去除中小零件外表面重熔層。

        上述線切割加工中的問題是實際生產(chǎn)中所遇到的問題,僅供大家參考,以便做更深入的研究。

        [1]特種加工(哈爾濱工業(yè)大學(xué)).

        [2]數(shù)控電火花線切割加工應(yīng)用技術(shù)問答(機(jī)械工業(yè)出版社).

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