第五章電火花線切割加工工藝規(guī)律

1、第五章 電火花線切割加工(ji gng)工藝規(guī)律共四十九頁(yè)1 主要工藝指標(biāo)2 電參數(shù)(cnsh)對(duì)工藝指標(biāo)的影響3 非電參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響共四十九頁(yè)5.1 主要工藝(gngy)指標(biāo)1切割(qig)速度線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程中，單位時(shí)間內(nèi)電極絲中心線在工件上切過的面積的總和，單位為mm2/min。 通?？熳呓z線切割加工的切割速度為4080mm2/min，將每安培電流的切割速度稱為切割效率，一般切割效率為20 mm2/(minA)。 共四十九頁(yè)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。加工精度是一項(xiàng)綜合指標(biāo)。3表面(biomin)粗

2、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)來表示，在日本常用Rmax來表示。 4電極絲損耗量 快走絲機(jī)床，電極絲損耗量用電極絲在切割10000mm2面積后電極絲直徑的減少量來表示，一般減小量不應(yīng)大于0.01mm。慢走絲機(jī)床電極絲損耗量可忽略不計(jì)。共四十九頁(yè)5.2 電參數(shù)對(duì)工藝(gngy)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，切割速度(sd)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。放電峰值電流不能無限制增大，當(dāng)其達(dá)到一定臨界值后，若再繼續(xù)增大則加工的穩(wěn)定性變差，加工速度明顯下降，甚至斷絲。共四十九頁(yè)2

3、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ti，加工速度提高，表面粗糙度變差。這是因?yàn)楫?dāng)脈沖寬度增加時(shí)，單個(gè)脈沖放電能量(nngling)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。當(dāng)ti增大到一臨界值后，線切割加工速度將隨脈寬的增大而明顯減小。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。共四十九頁(yè)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。脈沖間隔不能過小，否則會(huì)影響電蝕產(chǎn)物的排出和火花(huhu)通道的消電離，導(dǎo)致加工穩(wěn)定性變差和加

4、工速度降低，甚至斷絲。脈沖間隔過大會(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。共四十九頁(yè)綜上所述，電參數(shù)對(duì)線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(pngjn)電流的增加而提高。(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。 共四十九頁(yè)4極性 線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(snho)增大。共四十九頁(yè)5.3 非電參數(shù)對(duì)工藝(gngy)指標(biāo)的影響一、電極絲及其材料對(duì)工藝指標(biāo)的影響1電極絲的選擇目前使用的電極絲材

5、料有鉬絲、鎢絲、鎢鉬合金絲、黃銅絲、銅鎢絲等。鎢絲可獲得較高的加工速度(sd)，但放電后絲質(zhì)易變脆，容易斷絲，故應(yīng)用較少。鉬絲比鎢絲熔點(diǎn)低，抗拉強(qiáng)度低，但韌性好，在頻繁的急熱急冷變化過程中，絲質(zhì)不易變脆、不易斷絲。 共四十九頁(yè)鎢鉬絲(鎢、鉬各占50的合金) 比前兩種都好，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(nggu)，來源較少，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，快走絲線切割加工中廣泛使用鉬絲，慢走絲線切割加工中廣泛使用黃銅絲。共四十九頁(yè)2電極(dinj)絲的直徑 表

6、4-1 幾種直徑的鉬絲的最小拉斷力共四十九頁(yè)電極絲直徑大，可采用較強(qiáng)的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行加工，提高加工速度。同時(shí)，電極絲粗，放電產(chǎn)物排除條件好，能提高脈沖利用率和加工速度。若電極絲過粗，則降低了加工精度，同時(shí)使材料的蝕除量變大，加工速度也有所降低。 若電極絲直徑過小，易斷絲，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)(yudin)是可以得到較小半徑的內(nèi)尖角，加工精度能相應(yīng)提高。共四十九頁(yè) 3. 走絲速度對(duì)工藝指標(biāo)的影響對(duì)于快走絲，在一定的范圍內(nèi)，隨著走絲速度的提高，有利于消電離，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(zn d)，加工速度提高

7、。 若再繼續(xù)增大走絲速度，切割速度不僅不增大，反而開始下降，這是因?yàn)閮?chǔ)絲筒正反向換向次數(shù)增多，非加工時(shí)間增多，從而使加工速度降低。共四十九頁(yè)圖4-1 快速(kui s)走絲方式絲速對(duì)加工速度的影響02468101214102030405060vs / (m / s)vw / (mm2 / min)共四十九頁(yè)慢走絲線切割機(jī)床，走絲速度越快，加工速度越快。因?yàn)檫@種走絲方式是比較平穩(wěn)均勻的，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，易造成短路及不穩(wěn)定放電現(xiàn)象(xinxing)。提高走絲速度，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

8、下，當(dāng)絲速達(dá)到某一值后，加工速度就趨向穩(wěn)定。共四十九頁(yè)圖4-2 慢速走絲方式絲速對(duì)加工(ji gng)速度的影響vs / (mm / s)vw / (mm2 / min)024681012141234共四十九頁(yè)4電極絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)工藝指標(biāo)的影響快走絲線切割加工時(shí)，加工工件表面往往會(huì)出現(xiàn)黑白交錯(cuò)相間(xingjin)的條紋，電極絲進(jìn)口處呈黑色，出口處呈白色。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。共四十九頁(yè)圖4-3 與電極絲運(yùn)動(dòng)(yndng)方向有關(guān)的條紋共四十九頁(yè)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。電極絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)還會(huì)造成斜度。電極

9、絲上下(shngxi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電極絲進(jìn)口處與出口處的切縫寬窄不同。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。共四十九頁(yè)圖4-4 電極(dinj)絲運(yùn)動(dòng)引起的斜度 共四十九頁(yè) 圖4-5 切縫剖面(pumin)示意圖共四十九頁(yè)對(duì)慢走絲線切割加工，上述不利于加工表面粗糙度的因素可以克服。一般慢速走絲線切割加工無須換向，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(chnshng)較大的機(jī)械振動(dòng)，從而

10、避免了加工面的波紋。共四十九頁(yè)5電極絲張力對(duì)工藝指標(biāo)的影響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，切縫寬度變窄，進(jìn)給速度加快。 如果過分將張力增大，切割速度不僅不繼續(xù)上升，反而容易斷絲。 若電極絲的張力過小，一方面電極絲抖動(dòng)厲害，加工不穩(wěn)定，加工精度不高；另一方面，電極絲過松出現(xiàn)加工滯后現(xiàn)象，從而造成形狀(xngzhun)和尺寸誤差。共四十九頁(yè)圖4-6 電極(dinj)絲張力與進(jìn)給速度圖57910243036張力 / Nvw / (mm2 / min)共四十九頁(yè)在慢走絲加工中，設(shè)備操作說明書一般都有詳細(xì)的張緊力設(shè)置說明。在快走絲加工中，部分機(jī)床有自動(dòng)緊絲

11、裝置，操作者完全可以按相關(guān)(xinggun)說明書進(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)。 共四十九頁(yè)二、工作液對(duì)工藝指標(biāo)的影響電火花線切割加工的切割速度與工作液有關(guān)。快走絲線切割機(jī)床的工作液有煤油、去離子水、乳化液、洗滌劑液、酒精溶液(rngy)等。目前，快走絲線切割工作液廣泛采用的是乳化液，其加工速度快。慢走絲線切割機(jī)床采用的工作液是去離子水和煤油。 共四十九頁(yè)工作液的注入方式和注入方向?qū)庸ぞ扔休^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。 浸泡式線切割加工區(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； 噴入式間隙的工作液流動(dòng)更快，加

12、工較穩(wěn)定。但工作液噴入時(shí)難免帶進(jìn)一些空氣，故不時(shí)(bsh)發(fā)生氣體介質(zhì)放電，影響了加工精度。 浸泡噴入式既體現(xiàn)了噴入式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又避免了噴入時(shí)帶入空氣的隱患。共四十九頁(yè)工作液的噴入方向分單向和雙向兩種。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，這樣會(huì)造成加工斜度(如圖4.7(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4-7(b)所示)。工件越厚，這種現(xiàn)象(xinxing)越明顯。 共四十九頁(yè)圖4-7 工作液噴入方式(fngsh)對(duì)線切割加工精度的影響共四十九頁(yè)三、工件材料及厚度對(duì)工藝指標(biāo)的影響1工件材料

13、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)(jizh)情況下，加工銅件過程穩(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。共四十九頁(yè)在快速走絲方式、乳化液介質(zhì)的情況下，加工銅件時(shí)，加工過程穩(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

14、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)(rxu)觀點(diǎn)來看，材料的電火花加工性與其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)有很大關(guān)系。共四十九頁(yè)表4-3 常用工件材料的有關(guān)元素(yun s)或物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)共四十九頁(yè)由表可知，常用的電極絲材料鉬的熔點(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(j t)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。共四十九頁(yè)2工件厚度對(duì)工藝指標(biāo)的影響工件材

15、料薄，工作液容易進(jìn)入和充滿放電間隙，對(duì)排屑和消電離有利，加工穩(wěn)定性好。但是(dnsh)工件若太薄，對(duì)固定絲架來說，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不良影響，且脈沖利用率低，切割速度下降；若工件材料太厚，工作液難進(jìn)入和充滿放電間隙，這樣對(duì)排屑和消電離不利，加工穩(wěn)定性差。共四十九頁(yè)工件材料(cilio)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4-8為慢速走絲時(shí)工件厚度對(duì)加工速度的影響。圖4-9為快速走絲時(shí)工件厚度對(duì)加工速度的影響。 共四十九頁(yè)圖4-8 慢速走絲時(shí)工件(gn

16、gjin)厚度對(duì)加工速度的影響 0102034vw / (mm2 / min)h / mm2共四十九頁(yè)圖4-9 快速走絲時(shí)工件厚度對(duì)加工速度(sd)的影響020406080h / mm20406080vw / (mm2 / min)共四十九頁(yè)四、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)(y )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)(y )隨時(shí)可變的可調(diào)節(jié)參數(shù)。 共四十九頁(yè)若進(jìn)給速度過高(過跟蹤)，即電極絲的進(jìn)給速度明顯超過蝕除速度，則放電間隙會(huì)越來

17、越小，以致產(chǎn)生短路。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越大，造成開路。這樣出現(xiàn)(chxin)工件蝕除過程暫時(shí)停頓，整個(gè)加工速度自然會(huì)大大降低。 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，但它能保證加工的穩(wěn)定性。 共四十九頁(yè) 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、開路，而且還影響加工工件的表面粗糙度，致使出現(xiàn)不穩(wěn)定條紋，或者出現(xiàn)表面燒蝕現(xiàn)象。(1) 進(jìn)給速度過高。這時(shí)工件蝕除的線速度低于進(jìn)給速度，會(huì)頻繁出現(xiàn)短路，造成加工不

18、穩(wěn)定，平均(pngjn)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燒現(xiàn)象。共四十九頁(yè)(2) 進(jìn)給速度過低。這時(shí)工件蝕除的線速度大于進(jìn)給速度，經(jīng)常出現(xiàn)開路現(xiàn)象，導(dǎo)致(dozh)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燒現(xiàn)象。(3) 進(jìn)給速度稍低。這時(shí)工件蝕除的線速度略高于進(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。共四十九頁(yè) 五、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)大的沖擊(chngj)作用，使之向四周噴射，同時(shí)伴隨發(fā)生光、聲等效應(yīng)。這種火花通道的壓力對(duì)電極絲產(chǎn)生較大的后向推力，使電極絲發(fā)生彎曲。共四十九頁(yè)圖4-12 放電壓力使電極(dinj)絲彎曲示意圖 共四十九頁(yè) 5.4 合理選擇電火花線切割加工工藝 綜上,各種因素對(duì)工藝指標(biāo)的影響是相互聯(lián)系,又是相互矛盾(modn)的。 所以在實(shí)際加工中，要抓住主要