電火花線(xiàn)切割加工工藝技術(shù)

1、第五章第五章 電火花線(xiàn)切割加工工藝規(guī)律電火花線(xiàn)切割加工工藝規(guī)律5.1 主要工藝指標(biāo)主要工藝指標(biāo)5.2 電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響5.3 非電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響非電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響5.4 合理選擇電火花線(xiàn)切割加工工藝合理選擇電火花線(xiàn)切割加工工藝5.5 習(xí)題習(xí)題5.1 主要工藝指標(biāo)主要工藝指標(biāo)1切割速度線(xiàn)切割加工中的切割速度是指在保證一定的表面粗糙度的切割過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)電極絲中心線(xiàn)在工件上切過(guò)的面積的總和，單位為mm2/min。最高切割速度是指在不計(jì)切割方向和表面粗糙度等條件下，所能達(dá)到的最大切割速度。通?？熳呓z線(xiàn)切割加工的切割速度為4080mm2/min，它與加工電流

2、大小有關(guān)，為了在不同脈沖電源、不同加工電流下比較切割效果，將每安培電流的切割速度稱(chēng)為切割效率，一般切割效率為20 mm2/(minA)。 2加工精度加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形狀精度和位置精度的總稱(chēng)。加工精度是一項(xiàng)綜合指標(biāo)，它包括切割軌跡的控制精度、機(jī)械傳動(dòng)精度、工件裝夾定位精度以及脈沖電源參數(shù)的波動(dòng)、電極絲的直徑誤差、損耗與抖動(dòng)、工作液臟污程度的變化、加工操作者的熟練程度等對(duì)加工精度的影響。3表面粗糙度 在我國(guó)和歐洲表面粗糙度常用輪廓算術(shù)平均偏差Ra(m)來(lái)表示，在日本常用Rmax來(lái)表示。 4電極絲損耗量 對(duì)快走絲機(jī)床，電極絲損耗量用電極絲在切割10 000 mm2面積后電極絲直徑的

3、減少量來(lái)表示，一般減小量不應(yīng)大于0.01 mm。對(duì)慢走絲機(jī)床，由于電極絲是一次性的，故電極絲損耗量可忽略不計(jì)。5.2 電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響1放電峰值電流對(duì)工藝指標(biāo)的影響放電峰值電流增大，單個(gè)脈沖能量增多，工件放電痕跡增大，故切割速度迅速提高，表面粗糙度數(shù)值增大，電極絲損耗增大，加工精度有所下降。因此第一次切割加工及加工較厚工件時(shí)取較大的放電峰值電流。放電峰值電流不能無(wú)限制增大，當(dāng)其達(dá)到一定臨界值后，若再繼續(xù)增大峰值電流，則加工的穩(wěn)定性變差，加工速度明顯下降，甚至斷絲。2脈沖寬度ti對(duì)工藝指標(biāo)的影響在其他條件不變的情況下，增大脈沖寬度ti，線(xiàn)切割加工的速度提高，表面粗糙度

4、變差。這是因?yàn)楫?dāng)脈沖寬度增加時(shí)，單個(gè)脈沖放電能量增大，放電痕跡會(huì)變大。同時(shí)，隨著脈沖寬度的增加，電極絲損耗也變大。因?yàn)槊}沖寬度增加，正離子對(duì)電極絲的轟擊加強(qiáng)，結(jié)果使得接負(fù)極的電極絲損耗變大。當(dāng)脈沖寬度ti增大到一臨界值后，線(xiàn)切割加工速度將隨脈沖寬度的增大而明顯減小。因?yàn)楫?dāng)脈沖寬度ti達(dá)到一臨界值后，加工穩(wěn)定性變差，從而影響了加工速度。3脈沖間隔to對(duì)工藝指標(biāo)的影響在其他條件不變的情況下，減小脈沖間隔to，脈沖頻率將提高，所以單位時(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。脈沖間隔to在電火花加工中的主要作用是消電離和恢復(fù)液體介質(zhì)的絕緣。脈沖間隔to不能過(guò)小，否則會(huì)影響電蝕產(chǎn)物的排出和

5、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。當(dāng)然，也不是說(shuō)脈沖間隔to越大，加工就越穩(wěn)定。脈沖間隔過(guò)大會(huì)使加工速度明顯降低，嚴(yán)重時(shí)不能連續(xù)進(jìn)給，加工變得不穩(wěn)定。在電火花成型加工中，脈沖間隔的變化對(duì)加工表面粗糙度影響不大。在線(xiàn)切割加工中，在其余參數(shù)不變的情況下，脈沖間隔減小，線(xiàn)切割工件的表面粗糙度數(shù)值稍有增大。這是因?yàn)橐话汶娀鸹ň€(xiàn)切割加工用的電極絲直徑都在0.25 mm以下，放電面積很小，脈沖間隔的減小導(dǎo)致平均加工電流增大，由于面積效應(yīng)的作用，致使加工表面粗糙度值增大。脈沖間隔的合理選取，與電參數(shù)、走絲速度、電極絲直徑、工件材料及厚度有很大關(guān)系。因此，在選取脈沖間隔時(shí)必須根據(jù)具

6、體情況而定。當(dāng)走絲速度較快、電極絲直徑較大、工件較薄時(shí)，因排屑條件好，可以適當(dāng)縮短脈沖間隔時(shí)間。反之，則可適當(dāng)增大脈沖間隔。 綜上所述，電參數(shù)對(duì)線(xiàn)切割電火花加工的工藝指標(biāo)的影響有如下規(guī)律：(1) 加工速度隨著加工峰值電流、脈沖寬度的增大和脈沖間隔的減小而提高，即加工速度隨著加工平均電流的增加而提高。實(shí)驗(yàn)證明，增大峰值電流對(duì)切割速度的影響比用增大脈寬的辦法顯著。(2) 加工表面粗糙度數(shù)值隨著加工峰值電流、脈沖寬度的增大及脈沖間隔的減小而增大，不過(guò)脈沖間隔對(duì)表面粗糙度影響較小。 實(shí)踐表明，在加工中改變電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)影響很大，必須根據(jù)具體的加工對(duì)象和要求，綜合考慮各因素及其相互影響關(guān)系，選取合適的

7、電參數(shù)，既優(yōu)先滿(mǎn)足主要加工要求，又同時(shí)注意提高各項(xiàng)加工指標(biāo)。例如，加工精密小零件時(shí)，精度和表面粗糙度是主要指標(biāo)，加工速度是次要指標(biāo)，這時(shí)選擇電參數(shù)主要滿(mǎn)足尺寸精度高、表面粗糙度好的要求。又如加工中、大型零件時(shí)，對(duì)尺寸的精度和表面粗糙度要求低一些，故可選較大的加工峰值電流、脈沖寬度，盡量獲得較高的加工速度。此外，不管加工對(duì)象和要求如何，還需選擇適當(dāng)?shù)拿}沖間隔，以保證加工穩(wěn)定進(jìn)行，提高脈沖利用率。因此選擇電參數(shù)值是相當(dāng)重要的，只要能客觀地運(yùn)用它們的最佳組合，就一定能夠獲得良好的加工效果。慢走絲線(xiàn)切割機(jī)床及部分快走絲線(xiàn)切割機(jī)床的生產(chǎn)廠(chǎng)家(如北京阿奇公司)在操作說(shuō)明書(shū)中給出了較為科學(xué)的加工參數(shù)表。在操

8、作這類(lèi)機(jī)床中，一般只需要按照說(shuō)明書(shū)正確地選用參數(shù)表即可。而對(duì)絕大部分快走絲機(jī)床而言，初學(xué)者可以根據(jù)操作說(shuō)明書(shū)中的經(jīng)驗(yàn)值大致選取，然后根據(jù)電參數(shù)對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響具體調(diào)整。4極性 線(xiàn)切割加工因脈寬較窄，所以都用正極性加工，否則切割速度變低且電極絲損耗增大。 5.3 非電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響非電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響5.3.1 電極絲及其材料對(duì)工藝指標(biāo)的影響1電極絲的選擇目前電火花線(xiàn)切割加工使用的電極絲材料有鉬絲、鎢絲、鎢鉬合金絲、黃銅絲、銅鎢絲等。采用鎢絲加工時(shí)，可獲得較高的加工速度，但放電后絲質(zhì)易變脆，容易斷絲，故應(yīng)用較少，只在慢走絲弱規(guī)準(zhǔn)加工中尚有使用。鉬絲比鎢絲熔點(diǎn)低，抗拉強(qiáng)度低，但韌性好

9、，在頻繁的急熱急冷變化過(guò)程中，絲質(zhì)不易變脆、不易斷絲。 鎢鉬絲(鎢、鉬各占50的合金)加工效果比前兩種都好，它具有鎢、鉬兩者的特性，使用壽命和加工速度都比鉬絲高。銅鎢絲有較好的加工效果，但抗拉強(qiáng)度差些，價(jià)格比較昂貴，來(lái)源較少，故應(yīng)用較少。采用黃銅絲做電極絲時(shí)，加工速度較高，加工穩(wěn)定性好，但抗拉強(qiáng)度差，損耗大。目前，快走絲線(xiàn)切割加工中廣泛使用鉬絲作為電極絲，慢走絲線(xiàn)切割加工中廣泛使用直徑為0.1 mm以上的黃銅絲作為電極絲。2電極絲的直徑表5-1 幾種直徑的鉬絲的最小拉斷力 絲徑/mm 最小拉斷力/N 0.06 23 0.08 34 0.10 78 0.13 1213 0.15 1416 0.1

10、8 1820 0.22 2225 電極絲的直徑是根據(jù)加工要求和工藝條件選取的。在加工要求允許的情況下，可選用直徑大些的電極絲。直徑大，抗拉強(qiáng)度大，承受電流大，可采用較強(qiáng)的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行加工，能夠提高輸出的脈沖能量，提高加工速度。同時(shí)，電極絲粗，切縫寬，放電產(chǎn)物排除條件好，加工過(guò)程穩(wěn)定，能提高脈沖利用率和加工速度。若電極絲過(guò)粗，則難加工出內(nèi)尖角工件，降低了加工精度，同時(shí)切縫過(guò)寬使材料的蝕除量變大，加工速度也有所降低；若電極絲直徑過(guò)小，則抗拉強(qiáng)度低，易斷絲，而且切縫較窄，放電產(chǎn)物排除條件差，加工經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致加工速度降低。細(xì)電極絲的優(yōu)點(diǎn)是可以得到較小半徑的內(nèi)尖角，加工精度能相應(yīng)提高。表5-1

11、是常見(jiàn)的幾種直徑的鉬絲的最小拉斷力。快走絲一般采用0.100.25 mm的鉬絲。 3. 走絲速度對(duì)工藝指標(biāo)的影響對(duì)于快走絲線(xiàn)切割機(jī)床，在一定的范圍內(nèi)，隨著走絲速度(簡(jiǎn)稱(chēng)絲速)的提高，有利于脈沖結(jié)束時(shí)放電通道迅速消電離。同時(shí)，高速運(yùn)動(dòng)的電極絲能把工作液帶入厚度較大工件的放電間隙中，有利于排屑和放電加工穩(wěn)定進(jìn)行。故在一定加工條件下，隨著絲速的增大，加工速度提高。圖5-1為快走絲線(xiàn)切割機(jī)床走絲速度與切割速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)走絲速度由1.4 m/s上升到79 m/s時(shí)，走絲速度對(duì)切割速度的影響非常明顯。若再繼續(xù)增大走絲速度，切割速度不僅不增大，反而開(kāi)始下降，這是因?yàn)榻z速再增大，排屑條件雖然

12、仍在改善，蝕除作用基本不變，但是儲(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，從而使加工速度降低。圖5-1 快速走絲方式絲速對(duì)加工速度的影響0246810 12 14102030405060vs / (m / s)vw / (mm2 / min)對(duì)應(yīng)最大加工速度的最佳走絲速度與工藝條件、加工對(duì)象有關(guān)，特別是與工件材料的厚度有很大關(guān)系。當(dāng)其他工藝條件相同時(shí)，工件材料厚一些，對(duì)應(yīng)于最大加工速度的走絲速度就高些，即圖5-1中的曲線(xiàn)將隨工件厚度增加而向右移。在國(guó)產(chǎn)的快走絲機(jī)床中，有相當(dāng)一部分機(jī)床的走絲速度可調(diào)節(jié)，比如深圳福斯特?cái)?shù)控機(jī)床有限公司生產(chǎn)的線(xiàn)切割機(jī)床的走絲

13、速度有3 m/s、6 m/s、9 m/s、12 m/s，可根據(jù)不同的加工工件厚度選用最佳的加工速度(如表5-2所示)；還有另外一些機(jī)床只有一種走絲速度，如北京阿奇公司的FW系列快走絲機(jī)床的走絲速度為8.7 m/s。 表5-2 絲速選擇范圍表絲速/(m/s) 3 6 9 12 適合加工厚度/mm 適用于上絲或多次切割 40 150 150 對(duì)于慢走絲線(xiàn)切割機(jī)床，同樣也是走絲速度越快，加工速度越快。因?yàn)槁呓z機(jī)床的電極絲的線(xiàn)速度范圍約為每秒零點(diǎn)幾毫米到幾百毫米。這種走絲方式是比較平穩(wěn)均勻，電極絲抖動(dòng)小，故加工出的零件表面粗糙度好、加工精度高；但絲速慢導(dǎo)致放電產(chǎn)物不能及時(shí)被帶出放電間隙，易造成短路及

14、不穩(wěn)定放電現(xiàn)象。提高電極絲走絲速度，工作液容易被帶入放電間隙，放電產(chǎn)物也容易排出間隙之外，故改善了間隙狀態(tài)，進(jìn)而可提高加工速度。但在一定的工藝條件下，當(dāng)絲速達(dá)到某一值后，加工速度就趨向穩(wěn)定(如圖5-2所示)。 慢走絲線(xiàn)切割機(jī)床的最佳走絲速度與加工對(duì)象、電極絲材料、直徑等有關(guān)?，F(xiàn)在慢走絲機(jī)床的操作說(shuō)明書(shū)中都會(huì)推薦相應(yīng)的走絲速度值。圖5-2 慢速走絲方式絲速對(duì)加工速度的影響vs / (mm / s)vw / (mm2 / min)02468 10 12 1412344電極絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)工藝指標(biāo)的影響快走絲線(xiàn)切割加工時(shí)，加工工件表面往往會(huì)出現(xiàn)黑白交錯(cuò)相間的條紋(如圖5-3所示)，電極絲進(jìn)口處呈黑色，出

15、口處呈白色。條紋的出現(xiàn)與電極絲的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，這是排屑和冷卻條件不同造成的。電極絲從上向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作液由電極絲從上部帶入工件內(nèi)，放電產(chǎn)物由電極絲從下部帶出。這時(shí)，上部工作液充分，冷卻條件好，下部工作液少，冷卻條件差，但排屑條件比上部好。工作液在放電間隙里受高溫?zé)崃逊纸猓纬筛邏簹怏w，急劇向外擴(kuò)散，對(duì)上部蝕除物的排除造成困難。這時(shí)，放電產(chǎn)生的炭黑等物質(zhì)將凝聚附著在上部加工表面上，使之呈黑色；在下部，排屑條件好，工作液少，放電產(chǎn)物中炭黑較少，而且放電常常是在氣體中發(fā)生的，因此加工表面呈白色。同理，當(dāng)電極絲從下向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，下部呈黑色，上部呈白色。這樣，經(jīng)過(guò)電火花線(xiàn)切割加工的表面，就形成黑白交錯(cuò)相間的條

16、紋。這是往復(fù)走絲工藝的特性之一。圖5-3 與電極絲運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)的條紋電極絲運(yùn)動(dòng)方向工件加工表面由于加工表面兩端出現(xiàn)黑白交錯(cuò)相間的條紋，使工件加工表面兩端的粗糙度比中部稍有下降。當(dāng)電極絲較短、儲(chǔ)絲筒換向周期較短或者切割較厚工件時(shí)，如果進(jìn)給速度和脈沖間隔調(diào)整不當(dāng)，盡管加工結(jié)果看上去似乎沒(méi)有條紋，實(shí)際上條紋很密而互相重疊。 電極絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)還會(huì)造成斜度。電極絲上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電極絲進(jìn)口處與出口處的切縫寬窄不同(如圖5-4所示)。寬口是電極絲的入口處，窄口是電極絲的出口處。故當(dāng)電極絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在同一切割表面中電極絲進(jìn)口與出口的高低不同。這對(duì)加工精度和表面粗糙度是有影響的。圖5-5是切縫剖面示意圖。由圖可知

17、，電極絲的切縫不是直壁縫，而是兩端小、中間大的鼓形縫。這也是往復(fù)走絲工藝的特性之一。圖5-4 電極絲運(yùn)動(dòng)引起的斜度 工件電極絲 圖5-5 切縫剖面示意圖電極絲上下工件對(duì)慢走絲線(xiàn)切割加工，上述不利于加工表面粗糙度的因素可以克服。一般慢速走絲線(xiàn)切割加工無(wú)須換向，加之便于維持放電間隙中的工作液和蝕除產(chǎn)物的大致均勻，所以可以避免黑白相間的條紋。同時(shí)，由于慢走絲系統(tǒng)電極絲運(yùn)動(dòng)速度低、走絲運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，因此不易產(chǎn)生較大的機(jī)械振動(dòng)，從而避免了加工面的波紋。5電極絲張力對(duì)工藝指標(biāo)的影響電極絲張力對(duì)工藝指標(biāo)的影響如圖5-6所示。由圖可知，在起始階段電極絲的張力越大，則切割速度越快，這是由于張力大時(shí)，電極絲的振幅變小

18、，切縫寬度變窄，進(jìn)給速度加快。 若電極絲的張力過(guò)小，一方面電極絲抖動(dòng)厲害，會(huì)頻繁造成短路，以致加工不穩(wěn)定，加工精度不高；另一方面，電極絲過(guò)松使電極絲在加工過(guò)程中受放電壓力作用而產(chǎn)生的彎曲變形嚴(yán)重，結(jié)果電極絲切割軌跡落后并偏移工件輪廓，即出現(xiàn)加工滯后現(xiàn)象，從而造成型狀和尺寸誤差，如切割較厚的圓柱時(shí)會(huì)出現(xiàn)腰鼓形狀，嚴(yán)重時(shí)電極絲在快速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)跳出導(dǎo)輪槽，從而造成斷絲等故障；但如果過(guò)分將張力增大，切割速度不僅不繼續(xù)上升，反而容易斷絲。電極絲斷絲的機(jī)械原因主要是由于電極絲本身受抗拉強(qiáng)度的限制。因此，在多次線(xiàn)切割加工中，往往初加工時(shí)電極絲的張力稍微調(diào)小，以保證不斷絲，在精加工時(shí)稍微調(diào)大，以減小電極絲抖

19、動(dòng)的幅度來(lái)提高加工精度。 圖5-6 電極絲張力與進(jìn)給速度圖57910243036張力 / Nvw / (mm2 / min)在慢走絲加工中，設(shè)備操作說(shuō)明書(shū)一般都有詳細(xì)的張緊力設(shè)置說(shuō)明，初學(xué)者可以按照說(shuō)明書(shū)去設(shè)置，有經(jīng)驗(yàn)者可以自行設(shè)定。如對(duì)多次切割，可以在第一次切割時(shí)稍微減小張緊力，以避免斷絲。在快走絲加工中，部分機(jī)床有自動(dòng)緊絲裝置，操作者完全可以按相關(guān)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作；另一部分需要手動(dòng)緊絲，這種操作需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般在開(kāi)始上絲時(shí)緊三次，在隨后的加工中根據(jù)具體情況具體分析。 5.3.2 工作液對(duì)工藝指標(biāo)的影響在相同的工作條件下，采用不同的工作液可以得到不同的加工速度、表面粗糙度。電火花線(xiàn)切割加工的

20、切割速度與工作液的介電系數(shù)、流動(dòng)性、洗滌性等有關(guān)?？熳呓z線(xiàn)切割機(jī)床的工作液有煤油、去離子水、乳化液、洗滌劑液、酒精溶液等。但由于煤油、酒精溶液加工時(shí)加工速度低、易燃燒，現(xiàn)已很少采用。目前，快走絲線(xiàn)切割工作液廣泛采用的是乳化液，其加工速度快。慢走絲線(xiàn)切割機(jī)床采用的工作液是去離子水和煤油。 工作液的注入方式和注入方向?qū)€(xiàn)切割加工精度有較大影響。工作液的注入方式有浸泡式、噴入式和浸泡噴入復(fù)合式。在浸泡式注入方法中，線(xiàn)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；噴入式注入方式是目前國(guó)產(chǎn)快走絲線(xiàn)切割機(jī)床應(yīng)用最廣的一種，因?yàn)楣ぷ饕阂試娙脒@種方式強(qiáng)迫注入工作區(qū)域，其間隙的工

21、作液流動(dòng)更快，加工較穩(wěn)定。但是，由于工作液噴入時(shí)難免帶進(jìn)一些空氣，故不時(shí)發(fā)生氣體介質(zhì)放電，其蝕除特性與液體介質(zhì)放電不同，從而影響了加工精度。浸泡式和噴入式比較，噴入式的優(yōu)點(diǎn)明顯，所以大多數(shù)快走絲線(xiàn)切割機(jī)床采用這種方式。在精密電火花線(xiàn)切割加工中，慢走絲線(xiàn)切割加工普遍采用浸泡噴入復(fù)合式的工作液注入方式，它既體現(xiàn)了噴入式的優(yōu)點(diǎn)，又避免了噴入時(shí)帶入空氣的隱患。工作液的噴入方向分單向和雙向兩種。無(wú)論采用哪種噴入方向，在電火花線(xiàn)切割加工中，因切縫狹小、放電區(qū)域介質(zhì)液體的介電系數(shù)不均勻，所以放電間隙也不均勻，并且導(dǎo)致加工面不平、加工精度不高。若采用單向噴入工作液，入口部分工作液純凈，出口處工作液雜質(zhì)較多，這

22、樣會(huì)造成加工斜度(如圖5.7(a)所示)；若采用雙向噴入工作液，則上下入口較為純凈，中間部位雜質(zhì)較多，介電系數(shù)低，這樣造成鼓形切割面(如圖5-7(b)所示)。工件越厚，這種現(xiàn)象越明顯。 圖5-7 工作液噴入方式對(duì)線(xiàn)切割加工精度的影響工作液工作液工件工作液工作液工作液 工作液 放電產(chǎn)物放電產(chǎn)物電極絲(a) 單向噴入方式(b) 雙向噴入方式5.3.3 工件材料及厚度對(duì)工藝指標(biāo)的影響1工件材料對(duì)工藝指標(biāo)的影響工藝條件大體相同的情況下，工件材料的化學(xué)、物理性能不同，加工效果也將會(huì)有較大差異。在慢速走絲方式、煤油介質(zhì)情況下，加工銅件過(guò)程穩(wěn)定，加工速度較快。加工硬質(zhì)合金等高熔點(diǎn)、高硬度、高脆性材料時(shí)，加工

23、穩(wěn)定性及加工速度都比加工銅件低。加工鋼件，特別是不銹鋼、磁鋼和未淬火或淬火硬度低的鋼等材料時(shí)，加工穩(wěn)定性差，加工速度低，表面粗糙度也差。在快速走絲方式、乳化液介質(zhì)的情況下，加工銅件、鋁件時(shí)，加工過(guò)程穩(wěn)定，加工速度快。加工不銹鋼、磁鋼、末淬火或淬火硬度低的高碳鋼時(shí)，加工穩(wěn)定性差些，加工速度也低，表面粗糙度也差。加工硬質(zhì)合金鋼時(shí)，加工比較穩(wěn)定，加工速度低，但表面粗糙度好。材料不同，加工效果不同，這是因?yàn)楣ぜ牧喜煌?，脈沖放電能量在兩極上的分配、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換都不同。從熱學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，材料的電火花加工性與其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)有很大關(guān)系。表5-3為常用工件材料的有關(guān)元素或物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。由表可知，常用的電極絲材料

24、鉬的熔點(diǎn)為2625，沸點(diǎn)為4800，比鐵、硅、錳、鉻、銅、鋁的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都高，而比碳化鎢、碳化鈦等硬質(zhì)合金基體材料的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)要低。在單個(gè)脈沖放電能量相同的情況下，用銅絲加工硬質(zhì)合金比加工鋼產(chǎn)生的放電痕跡小，加工速度低，表面粗糙度好，同時(shí)電極絲損耗大，間隙狀態(tài)惡化時(shí)則易引起斷絲。表5-3 常用工件材料的有關(guān)元素或物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn) 碳(石墨) C 鎢 W 碳化鈦 TiC 碳化鎢 WC 鉬 Mo 鉻 Cr 鈦 Ti 鐵 Fe 鈷 Co 硅 Si 錳 Mn 銅 Cu 鋁 Al 熔點(diǎn) 3700 3410 3150 2720 2625 1890 1820 1540 1495 1430 1250 1083

25、 660 沸點(diǎn) 4830 5930 6000 4800 2500 3000 2740 2900 2300 2130 2600 2060 2工件厚度對(duì)工藝指標(biāo)的影響工件厚度對(duì)工作液進(jìn)入和流出加工區(qū)域以及電蝕產(chǎn)物的排除、通道的消電離等都有較大的影響。同時(shí)，電火花通道壓力對(duì)電極絲抖動(dòng)的抑制作用也與工件厚度有關(guān)。這樣，工件厚度對(duì)電火花加工穩(wěn)定性和加工速度必然產(chǎn)生相應(yīng)的影響。工件材料薄，工作液容易進(jìn)入和充滿(mǎn)放電間隙，對(duì)排屑和消電離有利，加工穩(wěn)定性好。但是工件若太薄，對(duì)固定絲架來(lái)說(shuō)，電極絲從工件兩端面到導(dǎo)輪的距離大，易發(fā)生抖動(dòng)，對(duì)加工精度和表面粗糙度帶來(lái)不良影響，且脈沖利用率低，切割速度下降；若工件材料太

26、厚，工作液難進(jìn)入和充滿(mǎn)放電間隙，這樣對(duì)排屑和消電離不利，加工穩(wěn)定性差。工件材料的厚度大小對(duì)加工速度有較大影響。在一定的工藝條件下，加工速度將隨工件厚度的變化而變化，一般都有一個(gè)對(duì)應(yīng)最大加工速度的工件厚度。圖5-8為慢速走絲時(shí)工件厚度對(duì)加工速度的影響。圖5-9為快速走絲時(shí)工件厚度對(duì)加工速度的影響。 圖5-8 慢速走絲時(shí)工件厚度對(duì)加工速度的影響 0102034vw / (mm2 / min)h / mm2圖5-9 快速走絲時(shí)工件厚度對(duì)加工速度的影響020406080 h / mm20406080vw / (mm2 / min)5.3.4 進(jìn)給速度對(duì)工藝指標(biāo)的影響1進(jìn)給速度對(duì)加工速度的影響在線(xiàn)切割加

27、工時(shí)，工件不斷被蝕除，即有一個(gè)蝕除速度；另一方面，為了電火花放電正常進(jìn)行，電極絲必須向前進(jìn)給，即有一個(gè)進(jìn)給速度。在正常加工中，蝕除速度大致等于進(jìn)給速度，從而使放電間隙維持在一個(gè)正常的范圍內(nèi)，使線(xiàn)切割加工能連續(xù)進(jìn)行下去。蝕除速度與機(jī)器的性能、工件的材料、電參數(shù)、非電參數(shù)等有關(guān)，但一旦對(duì)某一工件進(jìn)行加工時(shí)，它就可以看成是一個(gè)常量；在國(guó)產(chǎn)的快走絲機(jī)床中，有很多機(jī)床的進(jìn)給速度需要人工調(diào)節(jié)，它又是一個(gè)隨時(shí)可變的可調(diào)節(jié)參數(shù)。 正常的電火花線(xiàn)切割加工就要保證進(jìn)給速度與蝕除速度大致相等，使進(jìn)給均勻平穩(wěn)。若進(jìn)給速度過(guò)高(過(guò)跟蹤)，即電極絲的進(jìn)給速度明顯超過(guò)蝕除速度，則放電間隙會(huì)越來(lái)越小，以致產(chǎn)生短路。當(dāng)出現(xiàn)短路

28、時(shí)，電極絲馬上會(huì)產(chǎn)生短路而快速回退。當(dāng)回退到一定的距離時(shí)，電極絲又以大于蝕除速度的速度向前進(jìn)給，又開(kāi)始產(chǎn)生短路、回退。這樣頻繁的短路現(xiàn)象，一方面造成加工的不穩(wěn)定，另一方面造成斷絲；若進(jìn)給速度太慢(欠跟蹤)，即電極絲的進(jìn)給速度明顯落后于工件的蝕除速度，則電極絲與工件之間的距離越來(lái)越大，造成開(kāi)路。這樣出現(xiàn)工件蝕除過(guò)程暫時(shí)停頓，整個(gè)加工速度自然會(huì)大大降低。由此可見(jiàn)，在線(xiàn)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，但它能保證加工的穩(wěn)定性。 下面以深圳福斯特?cái)?shù)控機(jī)床有限公司的某型號(hào)線(xiàn)切割機(jī)床來(lái)說(shuō)明如何調(diào)節(jié)到最佳進(jìn)給速度。 首先，最佳進(jìn)給速度應(yīng)是短路電流的80%左右，這一規(guī)律可用于判斷進(jìn)給速

29、度調(diào)整是否合適。 其次，可通過(guò)加工電流表指針的搖動(dòng)情況來(lái)進(jìn)行判斷，正常加工時(shí)電流表指針基本不動(dòng)。若經(jīng)常向下擺動(dòng)，則說(shuō)明是欠跟蹤，這時(shí)應(yīng)將跟蹤調(diào)快；若經(jīng)常向上擺動(dòng)，則說(shuō)明是過(guò)跟蹤，這時(shí)應(yīng)將跟蹤調(diào)慢；若指針來(lái)回較大幅度搖擺，則說(shuō)明加工不穩(wěn)定，這時(shí)應(yīng)判明原因，做好參數(shù)調(diào)節(jié)(如調(diào)整脈沖寬度、脈沖間隔、峰值電流、工作液流量等)再加工，否則易斷絲。第三，可以通過(guò)示波器觀察加工中的脈沖波形來(lái)判別(如圖5-10所示)。在正常條件下，應(yīng)該是加工波最濃，空載波和短路波基本一致，波形穩(wěn)定。如出現(xiàn)波形在空載波和短路波之間來(lái)回跳動(dòng)，則說(shuō)明加工不穩(wěn)定，這時(shí)需要調(diào)節(jié)常用的電參數(shù)和非電參數(shù)。(a) 穩(wěn)定切割 (b) 欠跟蹤需

30、加快 (c) 過(guò)跟蹤需減慢(b) 圖5-10 采用示波器觀察 第四，深圳福斯特?cái)?shù)控機(jī)床有限公司生產(chǎn)的立柜式控制系統(tǒng)，用加工界面左下角的波形取樣窗觀察波形(如圖5-11所示)，以此作為進(jìn)給速度調(diào)節(jié)的依據(jù)。 需要指出的是，并不是每臺(tái)機(jī)床都需要在加工中人工調(diào)節(jié)進(jìn)給速度。慢走絲機(jī)床、部分快走絲機(jī)床(如北京阿奇公司生產(chǎn)的)都沒(méi)有在控制面板中設(shè)置這種類(lèi)型的按鈕。 (a) 正常加工 (b) 欠跟蹤需加快 (b) (c) 過(guò)跟蹤要減慢 (d) 加工不穩(wěn)需調(diào)整電參數(shù)圖5-11 采用立柜控制界面取樣波形2進(jìn)給速度對(duì)工件表面質(zhì)量的影響進(jìn)給速度調(diào)節(jié)不當(dāng)，不但會(huì)造成頻繁的短路、開(kāi)路，而且還影響加工工件的表面粗糙度，致使

31、出現(xiàn)不穩(wěn)定條紋，或者出現(xiàn)表面燒蝕現(xiàn)象。分下列幾種情況討論：(1) 進(jìn)給速度過(guò)高。這時(shí)工件蝕除的線(xiàn)速度低于進(jìn)給速度，會(huì)頻繁出現(xiàn)短路，造成加工不穩(wěn)定，平均加工速度降低，加工表面發(fā)焦，呈褐色，工件的上下端面均有過(guò)燒現(xiàn)象。(2) 進(jìn)給速度過(guò)低。這時(shí)工件蝕除的線(xiàn)速度大于進(jìn)給速度，經(jīng)常出現(xiàn)開(kāi)路現(xiàn)象，導(dǎo)致加工不能連續(xù)進(jìn)行，加工表面亦發(fā)焦，呈淡褐色，工件的上下端面也有過(guò)燒現(xiàn)象。(3) 進(jìn)給速度稍低。這時(shí)工件蝕除的線(xiàn)速度略高于進(jìn)給速度，加工表面較粗、較白，兩端面有黑白相間的條紋。(4) 進(jìn)給速度適宜。這時(shí)工件蝕除的線(xiàn)速度與進(jìn)給速度相匹配，加工表面細(xì)而亮，絲紋均勻。因此，在這種情況下，能得到表面粗糙度好、精度高的加工效果。5.3.5 火花通道壓力對(duì)工藝指標(biāo)的影響在液體介質(zhì)中進(jìn)行脈沖放電時(shí)，產(chǎn)生的放電壓力具有急劇爆發(fā)的性質(zhì)，對(duì)放電點(diǎn)附近的液體、氣體和蝕除物產(chǎn)生強(qiáng)大的沖