摘要：深入分析了影响电火花切割加工工件表面质量的各种相关因素,提出了改善并提高线切割加工工件精度和表面质量的措施和方法。
一、引言
电火花线切割机按切割速度可分为快走丝和慢走丝两种,由于快走丝线切割机所加工的工件表面粗糙度一般在Ra=1.25～2.5μm范围内,而慢走丝线切割机所加工的工件表面粗糙度通常可达到Ra=0.16μm,且慢走丝线切割机的圆度误差、直线误差和尺寸误差都较快
走丝线切割机好很多,所以在加工高精度零件时,慢走丝线切割机得到了广泛应用。
由于慢走丝线切割机是采取线电极连续供丝的方式,即线电极在运动过程中完成加工,因此即使线电极发生损耗,也能连续地予以补充,故能提高零件加工精度。但电火花线切割机工作时影响其加工工作表面质量的因素很多,特别是慢走丝线切割机更需要对其有关加工工艺参数进行合理选配,才能保证所加工工件的表面质量。笔者在汕头大学CAD/CAM中心利用日本Sodick公司制造的慢走丝线切割机进行了许多注射模和冲模的线切割加工,在分析影响线切割加工工件表面质量的相关因素方面做了一些探索和研究,积累了若干行之有效的工作经验,现介绍如下。
二、改善线切割加工工件表面质量的措施与方法
在分析影响电火花线切割加工工作表面质量的相关因素之前,必须先了解电火花切割加工时在线电极与工件之间存在的疏松接触式轻压放电现象。通过多年观察研究发现:当柔性电极丝与工件接近到通常认为的放电间隙(例如8～10μm)时,并不发生火花放电,甚至当电极丝已接触到工件,从显微镜中已看不到间隙时,也常常看不到火花,只有当工件将电极丝顶弯并偏移一定距离(几微米到几十微米)时才发生正常的火花放电。此时线电极每进给1μm,放电间隙并不减少1μm,而是电极丝增加一点线间张力,而工作则增加一点侧向压力,显然,只有电极丝和工件之间保持一定的轻微接触压力后才能形成火花放电。据此认为:在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质,当电极丝和工件接触时因其在不停运动,移动摩擦使该绝缘薄膜介质减薄到可被击穿的程度才会发生火花放电。
为分析影响电火花线切割加工工作表面质量的各有关因素。由于在加工时放电力总是将电极丝推向与它前进方向相反的方向,因此这个力将是造成电极丝滞后的主要因素。除以上因素外,对线切割加工质量有直接影响的因素主要涉及人员、设备、材料等方面。为了改善加工工件表面质量,可以从影响最大的人为因素、机床因素和材料因素等3方面来考虑对加工质量的控制方式和改进方法。
2.1影响线切割加工工件表面质量的人为因素的控制与改善
人为因素的控制与改善主要包括加工工艺的确定和加工方法的选择,这可以通过以下几点来实现:
(1)实施少量多次加工。对于这个量,一般由机床的加工参数决定,根据使用日本Sodick公司制造的慢走丝线割机的经验,除第1次加工外,加工量一般是由几十微米逐渐递减到几个微米,特别是加工次数较多的最后一次,加工量应较小,即几个微米,以至加工次数越多工件的表面质量越好。由于减少线切割加工时材料的变形可以有效提高加工工件表面质量,因而应采用少量、多次切割方式。在粗加工或半精加工时可留一定余量,以补偿材料因原应力平衡状态被破坏所产生的变形和最后一次精加工时所需的加工余量,这样当最后精加工时即可获得较为满意的加工效果。少量、多次切割可使加工工件具有单次切割不可比拟的表面质量,是控制和改善加工工件表面质量的简便易行的方法和措施。
(2)合理安排切割路线。该措施的指导思想是尽量避免破坏工件材料原有的内部应力平衡,防止工件材料在切割过程中因在夹具等作用下,由于切割路线安排不合理而产生显著变形,致使切割表面质量下降。
(3)正确选择切割参数。对于不同的粗、精加工,其丝速、丝的张力和喷流压力应以参数表为基础作适当调整,为了保证加工工件具有更高的精度和表面质量,可以适当调高线切割机的丝速和丝张力,虽然制造线切割机床的厂家提供了适应不同切割条件的相关参数,但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影响,使得人们不能完全照搬书本上介绍的切割条件,而应以这些条件为基础,根据实际需要作相应的调整。例如若要加工厚度为27mm的工件,则在加工条件表中找不到相当的情况,这种条件下,必须根据厚度在20mm～30mm间的切割条件和相应补尝量作出调整,主要办法是:加工工件的厚度接近哪一个标准厚度就选择其为应设定的加工厚度,而补偿量则根据加工工件的实际厚度,与表中标准厚度的差值,按比例选取。
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