提高快走丝线切割加工工艺指标的探索

提高快走丝线切割加工工艺指标的探索
一．前言：
    快走丝线切割机床是目前我国电加工行业的主导产品之一，是模具加工的重要设备,也是电加工机床出口创汇的主要品种。快走丝线切割机床与慢走丝线切割机床相比由于其在性能价格比上的优势，以及它固有的技术特点，近年来被越来越多的国外用户所接受，并已引起外国制造商的注意。这种情况对我们发展快走丝线切割机床既提供了机遇，也提出了挑战。如果我们对快走丝线切割加工工艺的研究与开发不给以足够的重视，就有可能使我们在这一领域中失去优势，而处于被动的状态。我国的快走丝线切割机床发展至今，其加工工艺指标没有重大的突破。而面对模具工业整体要求的提高以及加工方法的竞争，其加工工艺指标必须要有较大的提高，方能适应市场竞争的要求。早在“八五”期间，电加工行业就提出作为提供用户的商品快走丝线切割机床应具备下列指标：
    1．表面粗糙度Ra为1.25~0.63μm时，切割速度为20mm2/min.
    2．表面粗糙度Ra为2.5~1.25μm时，切割速度为40mm2/min.
    3．按国标GB7926-87中有关条目的加工与检验方法，切割八角工件时，其纵剖面的尺寸差为0.006mm,横剖面的尺寸差为0.009mm。加工四个孔的位置误差为0.008mm，四个孔的尺寸误差为 0.012mm。
    4．应有高效切割机床提供用户，最高速度达到250mm2/min。
    以上的指标目前对于成为商品化的快走丝线切割机床（或按目前的加工工艺方法）来讲，几乎都难以达到和实现。
    二．提高快走丝加工工艺指标的重要手段是多次切割
    多次切割犹如常规金加工中通过粗加工、半精加工和精加工等多道工序去除加工余量，其加工工艺效果是不言而喻的。所以不论高精度机床还是普通机床都采用多次切割工艺，包括慢走丝线切割机床，也是通过多次切割来达到其高精度、高光洁度的效果。但对于我国的快走丝线切割机床能否采用多次切割技术，本人认为，我们要分析快走丝线切割机床上实现多次切割的关键是在具有高重复定位精度的机床上，使电极丝具有确定的动态平衡位置以及较窄的的动态变化范围。而影响上述变化的重要因素有：
    1．导轮与轴承的轴向窜动和径向跳动。
    2．贮丝筒的径向跳动和丝架的振动。
    3．由于电极丝受热后延伸率的不均引起电极丝抖动。
    4．由于电极丝受高速走丝的抛离效应引起电极丝与导轮切点的变化。
    5．工作液喷射压力不稳定对电极丝产生的扰动。
    6．放电爆炸力对电极丝的扰动。
    因此，我们只要消除或降低上述因素对电极丝动态位置的干扰就能在快走丝机床上实现稳定的多次切割。
    三．快走丝线切割机床上实现稳定的多次切割的理论依据：
    决定机床能否多次切割的机床精度指标不是机床一次切割的综合误差值（例如GB7926-87规定的加工对边为28mm的正八棱柱的横割面上各对边距离的最大允差为0.015mm，就是综合加工精度），而是机床的重复定位精度，如上述国标规定，线切割机床的重复定位精度为0.002mm，以及每一脉冲指令的进给精度即上述标准中规定的座标工作台每移动0.02mm脉冲指令的实际移动距离允差0.001mm。因此，对于执行国家标准“电火花线切割精度”GB7926-87生产验收质量合格的快走丝线切割机床都是较易实现上述精度指标。由于多次切割的加工加工余量都不大，如第二次切割轨迹相对于第一次切割轨迹的偏移量一般在0.04mm左右。这样第二次切割实际加工轨迹相对于第一次加工轨迹的理论误差最大为0.005mm（其中重复定位精度0.002mm，0.04mm偏移量引起的进给精度最大误差0.002mm。偏移及插补运算误差0.001mm）。如果第三次切割相对于第二次切割的偏移量为0.02mm则它们的加工轨道最大误差为0.004mm，因此，我国的快走丝线切割机床进行多次切割的轨迹运动控制精度是有保障的。而问题在于一方面是上述提到的快走丝线切割机床电极丝动态位置干扰问题，另一方面在于如何结合我国快走丝乳化液线切割机床的具体情况与特点提出相应的多次切割的加工工艺。
    四．快走丝线切割机床的多次切割加工工艺探讨：
    1．加工参数的选择
    本人曾在实验室试验中发现，由于多次切割采用半敞开式加工，虽然加工电规准较低，但放电爆炸力仍有将电极丝向外推动的趋势，因此理论上的二次、三次偏移量与实际偏移量是有所不同的，必须合理电规准并正确选择理论偏移量，这样多次加工才能实现其效果。偏移量的选择：实验发现与慢走丝的多次切割相同，多次切割的偏移量与工件材料、工件厚度、电极丝张力、电参数、线架跨距等因素有关，切割硬质合金较切淬火G12钢偏移量要小，随着脉冲能量的增加，偏移量有增大趋势，随着工件厚度的增加，偏移量有下降趋势，随着电极丝张力增大，偏移量有减小趋势，随着线架跨距增大，偏移量有增大的趋势，一般偏移量为几十μm；电参数的选择：多次切割中要求第一次切割以高速切割，但是还是要与具体加工的模具要求来定第一次加工的切割速度，为了保证多次切割件精度的可行性，必须适当控制脉冲参数，一般第一次加工电流控制在3A左右，脉宽40μs左右，随着加工次数的上升电参数逐步减小从几十微秒到1~2个微秒，电极丝张力的选择，在第一次切割中，由于采用大电流切割，电极的发热较严重，故采用较低的张力，在多次切割中，虽然电参数的能量选择较小，但在半敞开环境中工作，电极丝比较容易受外界扰动，因此，为了提高电极丝抗外界扰动能力，需提高电极的张力，这样同时也能降低电极丝的滞后量。
    2．切缝中多次切割：
    本人曾做过试验，新配量10%浓度快走丝的乳化液的电阻率只有700Ωcm左右，实测的放电间隙的宽度却是用低电阻率乳化液快走丝比用高电阻率去离子水慢走丝要小得多，并且放电间隙值也基本不易随加工条件而变化，原因是由于乳化液中表面活性剂的作用，使电极丝周围优先形成有乳化剂及机油构成的油膜，当附有油膜的电极丝与切缝弹性碰撞时，油膜通常不会撞破而发生放电，只有当附有油膜的电极丝与在切割方向上工件材料接触，摩擦并蹭破油膜或把油膜挤得很薄时才容易发生火花放电，进行电蚀加工，正因如此，所以切缝对电极丝有一定的消振作用，可以实现切缝中多次的切割。对多次切割，无论是凸模还是凹模都得先根据工件形状选定一面作为暂不加工的支撑段及适当的起切割点，然后编制两条正反程序，并设定合适的偏移量进行缝中多次切割。上述多次切割完成后先增设辅助工具将工件原位固定（或采用粘结），再用同样的多次切割对预留段进行切割，这样整个工件就可获得多次切割的精度效果。
    五．结语。
    在具有较高重复定位精度的快走丝电火花线切割机床上，经过一定的技术攻关，采用合适的加工工艺，多次切割是完全可行的，特别是在快走丝线切割机床的制造成本是慢走丝线切割机床的十分之一，甚至更少，快走丝加工的模具成本又是慢走丝模具加工成本的几十分之一的情况下，提高快走丝线切割加工工艺指标意义重大。