DK7732 型快走絲電火花線切割機加工工藝的改進(jìn)
2017-3-24 來源：湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院 作者：謝冬和
摘要: 快走絲電火花線切割機加工的凸模，其表面質(zhì)量和加工精度往往達(dá)不到圖紙標(biāo)準(zhǔn)要求，需經(jīng)過拋光及研磨等工序。如果對設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改造，對切割工藝進(jìn)行改進(jìn)，切割的工件就能滿足圖紙要求，針對在加工中發(fā)現(xiàn)的問題，提出了線切割機工藝參數(shù)的計算方法。
關(guān)鍵詞: 快走絲線切割機; 工藝改進(jìn); 計算方法; 加工精度
隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，人們對模具產(chǎn)品的表面質(zhì)量及尺寸精度的要求也越來越高。在快走絲線切割機加工之后，還需對切割件進(jìn)行拋光及研磨等才能保證模具符合圖紙要求，但花費的成本較高，且生產(chǎn)效率也難以滿足要求。如果對線切割機進(jìn)行改造，對使用的線切割工藝進(jìn)行改進(jìn)即采用多次切割的工藝方法對模具零件進(jìn)行加工，這樣得到的工件質(zhì)量及加工精度應(yīng)能滿足圖紙要求。
多次切割工藝就是第一次切割時采用較大的電參數(shù)對工件進(jìn)行快速切割，快速地切除工件上大部余量，并使工件初步具備圖紙要求的外形; 第二次切割時使用較小的電參數(shù)對工件進(jìn)行精加工，并留精微余量至第三次切割，保證工件符合圖紙要求; 第三次切割時使用精規(guī)準(zhǔn)對工件進(jìn)行精微加工，以獲得較理想的加工表面及加工精度。
本文以在快走絲線切割機上加工冷沖凸模為例，講解如何采用多次切割工藝來提高凸模的加工質(zhì)量，希望這些方法能對企業(yè)的生產(chǎn)具有一定的借簽作用。
1.設(shè)備改造
由于使用的是普通快走絲電火花線切割機，其機械構(gòu)造及配件是按通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和制造的，導(dǎo)致其加工件達(dá)不到圖紙要求，因此，必須在設(shè)備硬件及軟件上對其進(jìn)行升級改造。否則切割的工件質(zhì)量達(dá)不到圖紙要求，也不能實施多次切割工藝。
(1) 切割中，鉬絲因運行速度太快而抖動很嚴(yán)重，鉬絲與導(dǎo)電塊之間、鉬絲與工件之間經(jīng)常會產(chǎn)生非正常的放電現(xiàn)象而使能量損耗，影響加工的正常進(jìn)行。
(2) DK7732 型快走絲電火花線切割機使用的絲杠為普通絲杠，在進(jìn)給過程特別是在換向時有誤差，導(dǎo)致加工件的精度達(dá)不到圖紙要求。
(3) 加工的次序及要求不同，選擇的電參數(shù)也不相同，才能保證工件的加工質(zhì)量及加工精度符合圖紙要求，特別在精加工和精微加工階段，選擇的脈寬值不但要求較小，而且變化幅度也不能過大，否則會影響到加工質(zhì)量及加工精度。根據(jù)對快走絲線切割機加工情況的分析，在對工件使用多次切割工藝之前，應(yīng)對使用的快走絲線切割機床進(jìn)行如下改造及調(diào)整。
(1) 要嚴(yán)格控制機床的剛性、精度和走絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性。剛性差，機床加工的穩(wěn)定性也差，故在加工前需對機床的傳動部件進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。采用帶預(yù)緊力的滾珠絲杠副，此種絲杠副所需的轉(zhuǎn)矩較小，傳動時平穩(wěn)，沒有爬行現(xiàn)象，并且此絲杠帶有一定的預(yù)緊力，消除了絲杠反向轉(zhuǎn)動時的間隙。
(2) 儲絲筒帶動鉬絲作正反向高速運轉(zhuǎn)，鉬絲在運行中抖動，會造成切割過程的不穩(wěn)定，而上、下噴水嘴間的鉬絲抖動是造成切割不穩(wěn)定的主要因素，如果將兩導(dǎo)輪間的鉬絲抖動控制在允許范圍內(nèi)，其切割性能能得到較好的改善。分析發(fā)現(xiàn)，噴水嘴( 如圖 1 所示) 的水口直徑達(dá)到了 13 mm，鉬絲的活動范圍較大，如果將該噴水嘴的內(nèi)孔直徑改為 0． 195 mm 的“眼模”陶瓷導(dǎo)絲嘴( 如圖 2 所示) ，這樣可以將鉬絲的抖動控制在極小范圍內(nèi)，還可消除多次切割中鉬絲的定位誤差，提高定位精度。但這種陶瓷導(dǎo)絲嘴在安裝時要注意保證上、下絲嘴的同軸度，要用校絲器進(jìn)行嚴(yán)格的校核及調(diào)整。
(3) 鉬絲在高速運行中的抖動還會使鉬絲與導(dǎo)電塊之間產(chǎn)生非正常放電，這種非正常放電會降低施加在鉬絲與工件間的放電能量，從而減緩切割速度。因此，必須對鉬絲的受電方式進(jìn)行改進(jìn)。從線切割機的加工原理得知，電流通過導(dǎo)電塊→鉬絲→前端導(dǎo)輪，可以看出，負(fù)極線的傳輸距離較遠(yuǎn)，傳遞過程中的能量損耗較大，如果鉬絲一旦抖動，在鉬絲與導(dǎo)電塊之間就會產(chǎn)生細(xì)小間隙，進(jìn)而會產(chǎn)生非正常放電。
如果將負(fù)極線前移至與導(dǎo)絲輪座相連，導(dǎo)電塊只起支承作用，這樣可以縮短電流的傳輸距離及減少傳輸中的能量損耗，杜絕鉬絲與導(dǎo)電塊間的非正常放電，改進(jìn)后的負(fù)極受電方式如圖 3 所示。
2.加工過程及參數(shù)計算
在改造過的 DK7732 型快走絲電火花線切割機上用直徑為 0． 18 mm 的鉬絲加工如圖 4 所示的凸模工件，工件材料為 Cr12，厚度為 50 mm。如果采用多次即分 3 次對工件進(jìn)行加工，其切割路線如圖 5 所示。第一次沿著 1→2→3→5→7→9→10→11 的切割路線，第二次沒著 11→10→9→7→5→3→2→1 的切割路線，第三次沿著 1→2→3→5→7→9→10→11 的切割路線進(jìn)行切割。
由于所切割的凸模工件屬于內(nèi)切割，為了在線切割機上實現(xiàn) 3 次切割，必須保留一段支撐段( 圖中 2→10) ，可以在切割后的切縫中塞入薄銅片，卡住凸模件不致于往下掉，然后再按同樣的加工工藝對 2→10 段分別進(jìn)行 3 次切割，以保證凸模的加工質(zhì)量。
2. 1 第一次切割時的工藝參數(shù)
由于第一次切割的主要目的是穩(wěn)定快速切割，盡可能快地切除工件上的余量，并使工件初步具備圖紙的形狀，其參數(shù)的選用要求如下。
(1) 脈沖參數(shù)。
為了盡快將余量快速切除，應(yīng)選用較大能量的脈沖電參數(shù)，并且要求在加工中逐步增大電流數(shù)值，控制電流的上升率不要過大，以獲得更好的切割效果，因此脈沖電流的峰值選擇在 32 A，加工電流控制在 3． 2 A，脈寬選為 42 μs，加工后的表面粗糙度可達(dá) 3． 2 μm。
(2) 切割中鉬絲補償量 f 的計算。切割中鉬絲補償量的計算公式為
式中: f 為補償量，mm; δ 為第一次切割時的平均放電間隙，mm; d 為電極絲直徑，mm; Δ 為第二次切割預(yù)留的加工余量，mm; s 為精修余量，mm。在采用大能量電脈沖參數(shù)( 脈沖電流的峰值較大) 進(jìn)行加工的情況下，鉬絲與工件間的放電間隙 δ 約為 0． 01 ～ 0． 02 mm，而留下精修余量 s 甚微，而加工余量 Δ 取決于工件加工后的表面粗糙度值的要求，表面粗糙度值越小，留下的加工余量就越小。
本案加工時，按第一次加工控制表面粗糙度值約為 Ｒa= 3． 2 μm，取加工余量 Δ = 0． 05 mm，這樣補償量 f 約為 0． 16 mm。( 3) 走絲方式。利用儲絲筒帶動鉬絲作往復(fù)運動，鉬絲的運行速度通過變頻控制器控制在 10 m/s 左右。太快，鉬絲的抖動嚴(yán)重，切割穩(wěn)定性差; 過慢，切割效率較低，達(dá)不到快速切割的目的。
2．2 第二次切割時的工藝參數(shù)
第二次切割的主要目的是修光第一次的加工面并確保其尺寸精度，因此，其工藝參數(shù)的選擇應(yīng)有所不同。
(1) 脈沖參數(shù)。
要達(dá)到修光的目的，必須采用較小的電脈沖能量，而降低脈沖能量的主要方法是減小脈寬，但脈寬選得太小，會影響線切割機的加工速度，在兼顧加工質(zhì)量及切割速度的情況下，將脈寬選擇為16 μs，脈沖電流的峰值為 22 A，加工電流控制在 1． 2A，加工后的表面粗糙度可達(dá) 1． 6 μm。
(2) 切割中鉬絲補償量 f。
由于第二次切割的目的是精加工，此時的放電間隙比第一次的更小，應(yīng)控制在 0． 006 ～ 0． 008 mm，留給第三次加工的余量更小，僅有幾個微米。因此，第二次切割時的鉬絲補償量 f 約為 0． 11 mm ( 鉬絲半徑 0． 09 mm + 電 極絲補償 量0． 008 mm + 預(yù)留量 0． 01 mm) 。
(3) 走絲方式。
由于是以降低走絲速度的方式來實現(xiàn)修光的目的，但鉬絲仍會在工件的加工面上留下一道道的切割條紋，因此可采用短行程切割的方法，將絲速速度控制在一定范圍內(nèi)，這樣可在第二次切割后基本消除第一次切割留下的條紋，表面粗糙度控制在Ｒa≤1． 6 μm，走絲速度控制在 4 m/s。
2. 3 第三次切割時的工藝參數(shù)
由于第三次切割屬于精微加工，是對第二次加工的表面進(jìn)行精修，保證工件的表面粗糙度值 和尺寸精度符合要求，其脈沖電參數(shù)的選擇要求如下。
(1) 脈沖電參數(shù)。
在兼顧加工速度及加工質(zhì)量的情況下，選擇脈寬 4 μs，脈沖電流的峰值為 10 A，加工電流 控 制 在 0． 5 A，加 工 后 的 表 面 粗 糙 度 值 可達(dá)0． 4 μm.
(2) 切割中鉬絲的補償量 f。
因第三次切割屬于精微拋光加工，其放電間隙要很小才能保證工件的尺寸精度和加工質(zhì)量，其放電間隙控制在 0． 004 ～ 0． 006mm，鉬絲的補償量 f 為 0． 095 mm( 鉬絲半徑 0． 09 mm+ 電極絲補償量 0． 005 mm) 。
(3) 走絲方式。
為了提高運絲平穩(wěn)性及保證加工面質(zhì)量，將絲速控制在 2． 5 m/s 左右，并且采用短距離往復(fù)運絲來排除鉬絲與工件間的電蝕產(chǎn)物。
3.結(jié)語
通過對冷沖凸模的加工發(fā)現(xiàn)，只要對快走絲電火花線切割機床進(jìn)行適當(dāng)改造，采用改進(jìn)后的切割工藝來提高其表面質(zhì)量及加工精度是完全可行的，這種工藝方法可以作為生產(chǎn)企業(yè)借簽，但在加工過程中特別要注意的是鉬絲補償量的計算，不同的材料其補償量有所不同。
補償間隙過大，不但會影響工件的尺寸精度及表面粗糙度，而且會給后續(xù)的加工帶來困難。
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